Биохимический подход

 
Стрессовое воздействие среды можно оценивать по эффективности биохимических реакций, уровню ферментативной активности и накоплению определенных продуктов обмена. Изменения содержания в организме определенных биохимических соединений (например, терпеноидов), показателей базовых биохимических процессов (например, концентрации хлорофилла у фотосинтезирующих растений) и структуры ДНК в результате биохимических реакций (например, при оксидантном стрессе) могут обеспечить необходимую информацию о реакции организма в ответ на стрессовое воздействие.

Измерение адаптационного стресса. Каждый физиологический процесс требует определенных затрат энергии, поэтому любое изменение физиологического состояния немедленно сказывается на энергетическом обмене. Биоэнергетические показатели живых систем позволяют выявлять последствия стрессового воздействия среды до наступления необратимых изменений в организме.
Количество энергии, необходимое организму в единицу времени для обеспечения всех физиологических процессов, характеризует интенсивность энергетического обмена. На реализацию одного и того же физиологического процесса в неблагоприятных условиях организму требуется больше энергии, чем в оптимальных, из-за необходимости компенсации неблагоприятных воздействий среды.
В процессе жизнедеятельности всех аэробных организмов в ходе нормальных реакций кислородного метаболизма образуются свободные радикалы (СР) супероксид и другие формы активного кислорода. В норме уровень СР регулируется системой антиоксидантной защиты клетки, так как эти радикалы и продукты их превращения представляют серьезную угрозу: подавляют активность ферментов, разрушают нуклеиновые кислоты, вызывают деградацию биополимеров, изменяют проницаемость мембран. Высокий уровень образования супероксидных радикалов токсичен и может вызвать гибель организма. Уровень их образования, слегка превышающий базовый, может стимулировать рост клеток и играет важную роль в процессе канцерогенеза. Одним из универсальных механизмов стресса является развитие окислительных СР- реакций. Под действием окислительного стресса может происходить повреждение ДНК. Один из механизмов такого повреждения включает прямое окисление нуклеиновых кислот, другой — переваривание ДНК. Образование супероксидных радикалов увеличивается при разных видах облучений, изменении парциального давления кислорода под влиянием ксенобиотиков и при других воздействиях.
Метаболические свободные радикалы — это обширная группа высокоактивных интермедиатов, играющих важную роль в окислительно-восстановительных биохимических реакциях. В клетках животных общепризнано участие CP-реакций при действии окислительных ферментов в системах цитохромов и других гемопроте- идов, НАД, фловопротеидов, убихинона, осуществляемых с помощью коферментов-переносчиков электронов. Свободнорадикальные состояния возникают также в процессах аутоокисления биологически важных соединений, в особенности липидов. В последнем случае чаще всего имеет место образование липидных гидроперекисей, распад которых также приводит к образованию активных радикалов. Особенно подвержены такому аутоокислению ненасыщенные жирные кислоты — компоненты липидов биологи

ческих мембран. Появление CP-состояний в липидах клеточной мембраны приводит к модификации ее физико-химического состояния и активности мембранно-связанных ферментов. При повреждающих воздействиях на клетки процессы перекисного окисления липидов развиваются тем более активно, чем выше степень повреждения клетки.

При этом перекисные радикалы могут взаимодействовать с молекулами белков или нуклеиновых кислот, связанными с мембраной, изменяя биологические свойства этих молекул и клетки в целом.
Стрессовая реакция биотестов может быть измерена по изменению в них уровня свободных радикалов по сравнению с контролем. Известно, что быстрые изменения интенсивности СР-ре- акций в живых объектах типичны для начальных стадий разных патологических состояний, в том числе для первичных процессов лучевого поражения. В значительной мере это зависит от развития перекисного окисления липидов мембран и определяет неспецифический окислительный стресс клетки. При этом нарушается гомеостатическое равновесие, клетки выходят в неустойчивое состояние, повышается их реактивность.
Исследование ферментативной активности почвенного микроценоза. Различные виды антропогенного воздействия на почву могут изменять условия существования почвенных микроорганизмов, нарушать нормальное протекание в почвах процессов микробной трансформации и, следовательно, отражаются на процессах трансформации веществ в биосфере. Почвенные микроорганизмы участвуют в циклах жизненно-важных элементов, таких как N, Р, S, Fe, Мп и др. Им принадлежит уникальная роль в очистке биосферы от загрязнений, так как именно микроорганизмы обладают высокой способностью к адаптации и могут быстро трансформировать загрязняющие вещества, как естественные для биосферы, так и чужеродные.
Изучение сукцессий и особенностей функционирования микробных комплексов в техногенных экосистемах представляет большой научный и практический интерес. Такие экосистемы могут служить моделью для исследования скорости и направления Микробиологических и биохимических процессов.
Методы энзимологии широко применяются при решении экологических задач. Они позволяют оценить биохимическую активность почвенного микроценоза. Ферменты, выделяемые микроорганизмами в результате их жизнедеятельности, способны иммобилизоваться и накапливаться в почве в активном состоянии и в соответствующих условиях проявлять специфические биокатали- тические функции.
К настоящему времени разработаны методы определения активности большого количества ферментов, участвующих в разнообразных почвенных биохимических процессах.

По типу катализируемых реакций все известные ферменты разделены на шесть классов: оксидоредуктазы, катализирующие окислительно-восстановительные реакции; гидролазы, катализирующие реакции гидролитического расщепления внутримолекулярных связей в различных соединениях; трансферазы, катализирующие реакции межмолекулярного или внутримолекулярного переноса химической группы и остатков с одновременным переносом энергии, заключенной в химических связях; лигазы (синтетазы), катализирующие реакции соединения двух молекул, сопряженные с расщеплением пирофосфатных связей АТФ или другого аналогичного трифосфата; лиазы, катализирующие реакции негидролитического отщепления или присоединения различных химических групп органических соединений по двойным связям; изоме- разы, катализирующие реакции превращения органических соединений в их изомеры.
В почве широко распространены и довольно подробно изучены оксидоредуктазы и гидролазы, имеющие очень большое значение в почвенной биодинамике. В гл. 4 приводятся методики определения биологической активности четырех ферментных систем почвенных микроценозов, используемых в практике биологического мониторинга. 

Еще по теме Биохимический подход:

1. 6.4.3.7. Биохимический метод
2. 9.8. БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ И ИХ ИЗМЕНЧИВОСТЬ
3. Необходимость комплексного подхода к изучению эволюции
4.   3. БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КРОВИ  
5. ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ПОДХОД
6. Биохимические процессы в почвах
7. РОЛЬ ПИТАНИЯ В БИОХИМИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ РАС ФИТОФТОРЫ КАРТОФЕЛЯ
8. БИОХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА РАНЕВЫХ РЕАКЦИИ РАСТЕНИЙ И ИХ РЕГУЛИРОВАНИЕ
9. Глава 9. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
10. БИОХИМИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЭВОЛЮЦИИ ПАРАЗИТИЗМА
11. БИОХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ СОЗРЕВАНИЯ ПЛОДОВ