Біохімічні механізми та фізіологічні наслідки токсичної дії іонів срібла і ртуті на вищі рослини

Abstract

Топчій Н.М., Дадика В.В., Чорноштан О.А., Ситник С.К. Біохімічні механізми та фізіологічні наслідки токсичної дії іонів срібла і ртуті на вищі рослини. Однією із складових антропогенного навантаження на біосферу, що посилюється останніми десятиліттями внаслідок розширення промислової діяльності людини, є збільшення забруднення навколишнього середовища важкими металами (ВМ), які можуть потрапляти в ґрунт з різних джерел, таких як органічні та неорганічні добрива, пестициди, видобуток корисних копалин, спалювання викопного палива, зрошення з використанням стічних вод. Однією з найбільш токсичних форм важких металів є ртуть та її сполуки – Hg0 , Hg2 2+, Hg2+ , [CH3Hg]+ , серед яких найбільш токсичною формою є металоорганічний катіон ртуті [CH3Hg]+ . Негативний вплив ртуті на ріст та фізіологічні показники рослин вивчений досить добре, на відміну від фітотоксичності іонів срібла. Через високу реакційну здатність іони Ag+ міцно зв’язуються сірковмісними сполуками і негативно зарядженими залишками органічних сполук, що знижує концентрацію цих іонів в середовищі. Активне вивчення біохімічних механізмів і фізіологічних наслідків дії Ag+ на живі організми почалося відносно недавно, після появи на ринку значних обсягів продуктів, виготовлених з використанням наночасток срібла (AgНЧ). Наноформи є біологічно активними формами срібла, які чинять як позитивний, так і негативний вплив на рослини. Масштабне виробництво споживчих товарів, що містять AgНЧ, призводить до значного вивільнення срібла у навколишнє середовище і актуалізує питання про біологічні наслідки впливу Ag+ на рослини, оскільки з AgНЧ поступово вивільняються іони срібла. Вільні іони Ag+ за шкідливістю поступаються лише Hg2+ і разом з кадмієм, хромом (VI) і міддю належать до потенційно найбільш небезпечних забруднювачів. Токсична дія Ag+ і Hg2+ пов’язана з їх реакціями з SH-групами білків, що викликає інактивацію ферментів і супроводжується порушенням клітинного метаболізму.

Н.Н. Топчий, В.В. Дадыка, А.А. Черноштан, С.К. Сытник. Биохимические механизмы и физиологические последствия токсического действия ионов серебра и ртути на высшие растения. Одной из составляющих антропогенной нагрузки на биосферу, усиливающейся в последние десятилетия в результате расширения промышленной деятельности человека, является увеличение загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ), которые могут попадать в почву из различных источников, таких как органические и неорганические удобрения, пестициды, добыча полезных ископаемых, сжигание ископаемого топлива, орошение с исполь- зованием сточных вод. Одной из наиболее токсичных форм тяжелых металлов является ртуть и ее соединения – Hg0 , Hg2 2+ , Hg2+, [CH3Hg] + , среди которых наиболее токсичным формой является металлоорганический катион ртути [CH3Hg] + . Отрицательное влияние ртути на рост и физиологические показатели растений достаточно хорошо изучено в отличие от фитотоксичности ионов серебра. Из-за высокой реакционной способности ионы Ag+ прочно связываются серосодержащими соединениями и отрицательно заряженными остатками органических соединений, что снижает концентрацию этих ионов в среде. Активное изучение биохимических механизмов и физиологических последствий действия Ag+ на живые организмы началось относительно недавно, после появления на рынке значительных объемов продуктов, изготовленных с использованием наночастиц серебра (AgНЧ). Наноформы являются биологически активными формами серебра, которые оказывают как положительное, так и отрицательное влияние на растения. Масштабное производство потребительских товаров, содержащих AgНЧ, приводит к значительному высвобождению серебра в окружающую среду и актуализирует вопрос о биологических последствиях воздействия Ag+ на растения, поскольку из AgНЧ постепенно высвобождаются ионы серебра. Свободные ионы Ag+ по вредности уступают только Hg2+ и вместе с кадмием, хромом (VI) и медью относятся к потенциально наиболее опасным загрязнителям. Токсическое действие Ag+ и Hg2+ связано с их реакциями с SHгруппами белков, что вызывает инактивацию ферментов и сопровождается нарушением клеточного метаболизма.

N.M. Topchiy, V.V. Dadyka, O.A. Chornoshtan, S.K. Sytnik. Biochemical mechanisms and physiological consequences of the toxic effect of silver and mercury ions on higher plants. One of the components of the anthropogenic load on the biosphere, increasing in recent decades as a result of the expansion of industrial human activities, is the increase in environmental pollution with heavy metals (HM), which can enter the soil from various sources, such as organic and inorganic fertilizers, pesticides, mining fossil fuels, fossil fuel combustion, wastewater irrigation. One of the most toxic forms of HM are mercury compounds Hg0 , Hg2 2+, Hg2+, [CH3Hg]+ , among which the organometallic mercury cation [CH3Hg]+ is the most toxic form. The negative effect of mercury on the growth and physiological parameters of plants is fairly well studied, in contrast to the phytotoxicity of silver ions. Due to the high reactivity, Ag+ ions strongly bind with sulfur-containing substances and negatively charged residues of organic compounds, due to which the concentration of these ions in the medium is reduced. An active study of the biochemical mechanisms and physiological consequences of the action of Ag+ on living organisms began relatively recently, after significant volumes of products made using silver nanoparticles (AgNP) entered the market. Nanoparticles are biologically active forms of silver that can have both positive and negative effects on plants. The largescale production of consumer goods containing AgNPs leads to a significant release of silver into the environment and raises the question of the biological consequences of Ag+ exposure on plants, since AgNPs gradually release silver ions. Free Ag+ ions are second only to Hg2+ in terms of toxicity and, together with cadmium, chromium (VI) and copper, are among the most dangerous pollutants. The toxic effect of Ag+ and Hg2+ is associated with their reactions with SH-groups of proteins, causing inactivation of enzymes and accompanied by a disturbance of cellular metabolism.