| Hvad er et xenobiotikum? | Forbindelse der er fremmed for en organisme - indgår ikke normalt i dets biokemi.
Kan være forskelligt fra organisme til organisme - findes naturligt eller menneske lavet. |
| Nævn de 5 steder giftstoffer indtræder i den generelle model over lipofile xenobiotikumer.
Forklar de 4 sidste.
Hvordan kan de inddeles? | Uptag - metabolisme - action - opbevaring - ekskreminering.
Toxiske aktions sted: Her interegerer stoffet med endogen makromolekyler (fx protein, DNA) eller strukturer (fx membraner) -> leder til toxisk markering i hele organismen. KEMIKALIET PÅVIRKER ORGANISMEN
Metabolisme: Enzymer der metaboliserer stoffet (ofte afgiftning, men nogle gange aktivering). ORGANISMEN PÅVIRKER KEMIKALIET.
Opbevaring: Stoffer er i en inert (ikke-aktiv) stadie. KEMIKALIET PÅVIRKER IKKE ELLER BLIVER PÅVIRKERT.
Ekskretion: Ofte er det det biotransformerede produkt - ikke så tit det originale stof.
Disse steder findes ofte i flere forskellige former eller steder i organismen.
Kan inddeles i to dele:
Toxicokinetiske forbindelser: Optag, fordeling og metabolisme. (Bestemmer hvor meget der når det aktive sted)
Toxicodynamiske forbindelser: Toxiske aktionssted. (Graden stoffet reagerer med det aktive sted bestemmer det toxiske respons). |
| Hvordan transporteres og optages stofferne inde i kroppen?
- Vertebrater ved mund, lunger/hud?
- Invertebrater
- Planter | Transporteres med blodet og lidt lymfesystemet (vertebrater).
Optagelse fra munden sendes de hurtigt til leveren. Optages i hepatocyter (diffusion eller lipoproteiner ved endocytosis).
Optagelse fra lunger eller hud - transporteres med blodet til vævet først. Lipofile (høj Kow) vil associere med lipoproteiner og membraner af blodceller (opløses ikke i blodet).
Nogle organiske molekyler kan krydse blod-hjerne barrieren, lipofile kan, polære molekyler (lav Kow) kan ikke.
Invertebrater: Hemolymfe systemet - men ellers gælder det samme.
Planter: floemet (opløste stoffer, fx kulhydrater) eller i xylemet (vand og næringssalte). |
| Hvilke særlige konsekvenser er der for meget lipofile stoffer? | De kan opbevares i fedt depoter eller membraner eler lipoproteiner - effekten ses senere.
Herved udskilles de ikke direkte med feces eller urin.
Udskillelsen afhænger af deres biotransformation til vand-opløselige metabolitter.
For dyr i havet gælder udskillelse ved diffusion fx over gælder. |
| Hvordan optages stofferne fra miljøet ind i organismen og hvilke faktorer afhænger passiv diffusion af? | Organiske molekyler - ofte passiv diffusion.
Kræver de har tilpas opløsning. Barrierer er ofte lipofile og vandlige inden i. Derfor skal de både være lipid opløselige og vandopløselige (tilpas Kow værdi - over 1=fedtopløselig, under 1=vandopløselig).
Store molekyler kan ikke diffundere igennem membranen.
Temperatur påvirkere deres fluidity (lav temp. = lipid lag bliver mindre flydende).
Når stofferne enten er svage syre eller baser - ligevægt imellem ladet og ikke-ladet former, hvilket afhænger af pH. Ofte kun den ikke-ladet form der diffundere over lipofil barriere.
Høj pH - baser diffundere.
Lav pH - syre diffundere (flere H til at fjerne ladning).
Transport af lipofile stoffer ved at transportere dem i form af lipidproteiner. |
| Optager vertebrater lettere gift igennem huden eller gør insekter over kutikula?
Hvad påvirker optag over hud/kutikula? | Insekter over kutikula. De er mindre og dermed højere ratio imellem overflade areal og krops volumen.
Mobile organismer er i kontakt med flere pesticider. |
| Hvilke stoffer optages via det respiratoriske system, hvor kommer de fra?
Hvad med i havet?
Generationer? | Stoffer i gasform. Dråber eller partikler fx røg, støv fra fabrikker, forbrændingsmotorer, pesticider i spray, regn med stoffer.
Her er stoffer opløst i vandet - optages også igennem respiratoriske systemer eller huden. Dyr der spiser dyrene i havet (fugle).
Stoffer kan transporteres med moderkagen, mælk eller med ægget i form af lipider. |
| Forklar hvordan lipofile xenobiotikumer undgår deres aktive sites eller indgå i metabolismer?
Hvad medføre det? | De kan opbevares i fedtdepotter eller ved at binde til proteiner, eller gemme sig i membraner som ikke har de krævende enzymer.
Kort sigt minimere det forgiftning, men langsigtet (fx ved migrering, æg-lægning, sult, sygdom, hvor fedtdepotter nedbrydes til energi, forgiftes de).
Fx dieldrin (insecticid) i edderfugle - hunner døde ved avl (æg-lægning).
Koncentrationer ofte høje højt oppe i fødekæden. |
| Nævn de to faser som enzymatisk metabolisme af lipofile xenobiotikumer gennemgår.
Hvad medfører det? | Fase 1: Første biotransformation i form af oxidation, hydrolysis, hydration, reduktion -> danner metabolitter med hydroxylgrupper.
Fase 2: Konjugering - andet step af biotransformation.
Medfører stigende vandopløselighed (polær konjugat).
Ofte afgifter det, men nogle gange dannes der reaktive metabolitter efter fase 1, der kan binde til makromolekyler. (Fx dannelse af oxons - kan fosforylerer og hæmme acetylcholinesterase).
Dannes bl.a. når der sker oxidativ af-svovling af organofosfor -> danner oxoner.
Ofte kort halverings-tid. |
| Hvor kommer enzymerne der metaboliserer organiske stoffer fra i de forskellige faser? | Vertebrater: endoplasmatisk reticulum
Invertebrater: hepatopancreas (fordøjelseskirtlen), fat body og tarmen.
Lipofile xenobiotikumer ind i ER.
Polær produkter ind i cytosol - herinde er konjugat-enzymerne.
Membran -> cytosol -> urin / galde. |
| Hvad er microsomal monooxygenase?
- hvordan virker de?
- hvordan er hepatic microsomal monooxygenase (HMO) aktivitet forskellige fra dyr? | Microsomal monooxygenase er enzymer der kan katalyserer mange forskellige stoffer - dog ikke for store eller halogenater (PCB eller PBB). De oxidere vha ilt og danner vand (får elektronerne fra NADPH2). Sker ved at binde til hemoproteinet cytochrome P450. Dette kan der dannes flere af, så stoffet hurtigere metaboliseres.
Omnivore og planteæder er HMO relateret til kropsvægt (små dyr har mere aktivt ift krop - spiser mere)
Fisk har ikke særlig meget (kan udskille uladet lipofile stoffer ved passiv diffusion)
For fugle svinger det.
Dyr der spiser fisk eller fugle behøver ikke lige så meget, hvor dyr der spiser planter behøver, da planter har meget giftigt stof. |
| Forklar fase 1 enzymer.
Hvad er A esteraser og hvad er B esteraser?
Hvad er epoxide hydrolaser?
Hvad er reduktaser? | A esteraser: Hydroliserer organofosfat (de er lipofile). Findes i ER og plasma af pattedyr.
B esteraser: inhiberes af det (fx carboxyl esterase, som hydrolyserer lipofil carboxyl-ester til syre og alkohol). Findes fx i membranen (ER), samt cytosol og plasma. Metaboliserer xenobiotikumer.
Epoxide hydrolaser: kan hydrolisere epoxide, som kan være meget elektrofile.
Danner også metabolitter med hydroxyl grupper - klar til at blive konjugeret.
Reduktaser: Katalyserer transfer af elektroner til organiske molekyler. Sker ofte når der er lidt ilt tilstedet (den er bedre elektronacceptor). Nitro-aromatiske forbindelser reduceres til aminer. |
| Forklar fase 2 enzymerne
- hvad er Glucuronyl transferase?
- hvad er Sulfotransferaser?
- hvad er Glutathione-S-transferaser? | Glucuronyl transferase: Membraner og ER. Katalyserer interaktion af lipofile organiske molekyler med labile (forandrelige) hydrogen atomer (hydroxylgrupper) og glucuronic syre (den polære del) -> glucuronider.
Når de er dannet er de ofte anioner og er i cytosolet.
Sulfotransferaser: cytosol. Katalyserer tranfer af sulfat gruppen fra fosforadenine fosforsulfat (PAPS) til xenobiotikummer. Den dannede sulfat konjugat er anioner - vand opløselige.
Glutathione-S-transferaser: cytosol. Katalyserer konjugeringen af reduceret glutathione og xenobiotikummer. Substraterne her er organohalogener og organofosfor insecticider (ikke hydroxylgrupper som de andre).
Ofte omdannes de videre inden ekskretion. |
| Forklar hvordan forskellige dyr udskiller xenobiotikummer
Forklar urin
Forklar galde | Mange akvatiske vertebrater kan udskille dem over huden eller gælder.
Terrestiske dyr skal omdanne det til vand-opløselige metabolitter eller konjugater.
(Nogle meget lipofile udskilles med mælk eller æg).
Udskiller det med galde og/eller urin.
Urin (Molekylevægt under 300): Stoffer fjernes fra blodet via den glomerulære filtrering -> proximal og distal tubuli i nyren. Nogle stoffer diffundere fra plasma ind i tubulære lumen.
Galde (Molekylevægt over 600): Fra plasma membran til leverceller til bile canaliculig (galde tube) -> galdegangen -> tolvfingertarmen -> her kan nogle konjugater udskilles med afføring (ofte anioner reabsorberes de ikke så hurtigt til fordøjelses kanalen). Se billede.
Hvis de derimod nedbrydes i tarmen (ikke urin) kan de reabsorberes til blodet ved passiv diffusion (uladet) -> retuneres til leveren hvor de rekonjugeres = enterohepatisk cirkulation. Kan ske flere gange før det ender som afføring. Kan derfor have toxiske konsekvenser at benytte sig mere af galde-dannelse. |
| Forklar den simple model over kinetikken af optag og udskillelse, når man ser på organismen som et compartment / rum.
Hvad er problemet ved denne simple model?
Forklar ligningen for tabet af xenobiotikummer. | Koncentrationen af et stof vil stige med tiden, men på et tidspunkt vil den nå steady state (så længe den ikke når at dø inden).
Raten af optag af stoffet er balanceret med raten af tabet via metabolisme eller direkte ekskretion.
Hvis den stopper med at være udsat for stoffet, vil koncentrationen falde.
Ikke så simpelt - fx hvis det er føde er raten ikke så ens, samt kan enzymer ændre sig grundet stoffet og derved påvirke udskillelsen af stoffet, samt steady state.
Billede: C0 = koncentration når eksponeringen stopper. Ct er koncentrationen til tiden, t. K=rate konstanten for tab. -dC/dt raten af tab af stof fra organismen.
Giver en negativ eksponentiel linje af koncentrationen. Log til dette og man kan finde halveringstiden. |
| Forklar Bioconcentrations faktorer (BCF) og bioakkumulerings faktorer (BAF) - samt steady state. | Steady state er den maksimale forventede koncentrationen i vævet baseret på et bestemt level af eksponering. Ikke tids-afhængig og giver mening at bruge til de to faktorer.
BCF: Særligt vigtigt i havene, hvor der er flere forskellige stoffer.
- her ser man ofte på lipofile stoffer og deres Kow værdi - passiv diffusion.
- høj BCF - høj Kow (fedtopløselige). (Log graf = stiger lineært i takt med hinanden).
- dog ikke altid så simpel, hvis der metaboliseres meget er BCF lavere end forventede Kow.
BAF: Vigtigt for terrestiske økosystemer, hvor føde er en hoved kilde til stofferne.
- her skal man både se på metabolisme processer (tab) og føde (optage).
Billede: BCF og Kow værdier.
Formlerne BCF og BAF |
| Nævn de to typer af giftstoffer, som tilføres til jorden?
Hvordan fordeles de i jorden?
Forklar forskellen på fjernelse af lipofile og hydrofile stoffer. | Pesticider: I form af partikler, dråber eller granuoler. Ofte lipofile.
Industrille kemikalier: Hydrocarbons, PCB. Ofte mere lokale problemer.
De fordeles imellem jordvand (polære), jordluft og overflade af jord mineraler og organiske stof (lipofile, ioner).
- tiden det tager afhænger af deres opløselighed, Kow, damptryk og stabilitet (nedbrydlighed).
(Højt damptryk vil være i luften i jorden og på et tidspunkt passere op i atmosfæren).
- organiske stoffer er er lipofile forbliver ofte højt oppe i jord søjlen, samt metaboliseres langsomt (ikke tilgængeligt for jord organismer).
Lipofile: først falder koncentrationen hurtigt (forsvinder som støv eller atmosfæren), så kommer langsom fase hvor stofferne er bundet til jorden. Sker hurtigere i varme områder med mindre organisk stof i jorden.
Hydrofile: Først langsomt, hvorefter det går hurtigt (dage, uger) - sker når jorden er blevet beriget (antal mikroorganismer stiger). |
| Nævn konsekvenser ved at stoffer fra jorden optages igennem fødekæden (biomagnifikation) | Ofte ses den højeste koncentration øverst i fødekæden - organochlorine insekticider, PCB, methyl-kviksølv.
Stofferne kan blive spredt (fugle).
- fugle kan opnå en bioakkumulering faktor på 5-15 gange højere en byttet - de har dårlig oxidativ detoxifisering system.
- dyr der spiser korn, som er blevet sprøjtet, kan hurtigt opnå dødelige koncentrationer, samt kan de have tendens til at spise dyr med højest koncentrationer - mærkelig adflærd. |
| Hvilke stoffer og hvordan fordeles de i vandet?
- hvad er særligt i sedimentet? | Hydrofile: opløses og fordeles i vandet.
Lipofile: associerer med partikler - sediment eller på overflade, fx oliefilm. Særligt organiske giftstoffer - hæmmer deres bevægelse og optagelse af organismer.
- særligt afhænger kemiske og biokemiske transformationer af stoffer i sedimentet af oxygen mængden. Høj mængde - oxidativ transformation. Lav mængde = reduktive formationer. |
| Nævn konsekvenser ved at stoffer i havet optages igennem fødekæden (biomagnifikation) | Særligt lipofile med lang halveringstid.
Svære at fortolke grundet diffusion (tropiske niveauer imellem kan optage fra vandet). Samt vælger bytte der er mest forgiftet.
Billede: Organochlorine insekticider. Laveste i planter, højest i en vertebrat prædatorer.
DDE har en stejlere gradient - metaboliseres langsommere.
Fugle biakkumulerer mere -
PBB og PCDD: Fugle, men også marine pattedyr bioakkumulere og giver videre til unger med mælken. (også dårligt detoxifikations system). |
