Підручник з Біології і екології. 10 клас. Соболь - Нова програма

Немає нічого більш сталого, ніж зміни.

Карл Берні

§ 47. ЗАХИСТ ГЕНОМУ ЛЮДИНИ ВІД ШКІДЛИВИХ МУТАГЕННИХ ВПЛИВІВ

Основні поняття й ключові терміни: МУТАГЕНИ. Антимутагени.

Пригадайте! Що таке мутації?

Знайомтеся!

Сергій Михайлович Гершензон (1906—1998) — видатний український учений у галузі молекулярної біології та генетики, академік АН УРСР, один із засновників Інституту молекулярної біології і генетики НАН України, автор гіпотези мутагенної дії екзогенної ДНК як потужного чинника впливу на мінливість та адаптацію живих систем.

ЗМІСТ

Які механізми шкідливого впливу мутацій?

МУТАГЕНИ — це чинники, які можуть спричиняти мутації. Для того щоб чинник був мутагеном, він має легко проникати в клітини, зберігати їхнє життя та впливати на гени й хромосоми. За природою цих впливів мутагени поділяють на фізичні, хімічні й біологічні.

Серед фізичних мутагенів найбільше значення має йонізуюче випромінювання (рентгенівське, ультрафіолетове, гамма-промені). Проникаючи в клітини, промені руйнують водневі зв'язки між нуклеотидами, вибивають електрони із зовнішньої оболонки атомів або молекул, унаслідок чого виникають високоактивні вільні радикали. Це атоми чи молекули з неспареним електроном на орбіталях, що мають високу хімічну активність, зумовлену наявністю вільних валентностей. Вони порушують структуру білків, у молекулах ДНК виникають розриви, з'являються хромосомні й генні мутації. До фізичних мутагенів належать також фотони світла, підвищена або знижена температура тощо.

Хімічні мутагени було відкрито пізніше за фізичні. Значний внесок у їхнє вивчення зробила українська школа генетики, очолювана академіком С. М. Гершензоном. Нині відомо багато хімічних мутагенів. Це гідроген пероксид, нітратна кислота, формальдегід, хлороформ, іприт. Одним із наймасовіших мутагенів є бензпірен, що утворюється під час згоряння бензину чи горіння нікотину. Навіть мінімальні дози цієї речовини чинять канцерогенний та мутагенний вплив. До хімічних мутагенів належать також пестициди, деякі лікарські препарати (антибіотики з протипухлинною дією, хінін, андрогени), важкі метали (кадмій, ртуть, свинець), деякі харчові добавки. Мутагенний вплив чинить й відомий алкалоїд колхіцин, що руйнує веретено поділу та призводить до подвоєння числа хромосомних наборів у клітині. До небезпечних хімічних мутагенів віднесено азбест та діоксини, які утворюються внаслідок термічної переробки органічної сировини або хлорування під дією високих температур. Механізм шкідливих впливів аналогічний опроміненню, але дія є більш специфічною й тривалішою.

До біологічних мутагенів належать віруси (наприклад, кіру, краснухи, грипу), токсини гельмінтів, грибів-паразитів, цвілевих грибів (наприклад, афлатоксини аспергілів) отруйних рослин й тварин. У клітинах, уражених вірусами, мутації спостерігають значно частіше, ніж у здорових. Віруси вносять власну генетичну інформацію в геном клітини, змінюючи структуру генів.

Отже, мутагенами є зовнішні або внутрішні, фізичні, хімічні й біологічні чинники, що спричиняють зміни в структурі генів і хромосом.

Якими є заходи щодо захисту геному людини від шкідливих мутагенних впливів?

У наш час виокремлюють декілька основних підходів для організації соціального захисту геному людини від шкідливих мутагенних впливів: 1) створення безвідходних технологій, замкнутих циклів виробництва у промисловості; 2) перехід від хімічних засобів боротьби в сільському господарстві до нешкідливих біологічних; 3) створення стійких сортів рослин, що не потребують хімічних засобів захисту; 4) тестування на мутагенність фармацевтичних препаратів, пестицидів; 5) вилучення або нейтралізація мутагенних чинників у навколишньому середовищі та ін.

Найбільш реальним засобом для індивідуального захисту ДНК людини від незворотних змін є використання антимутагенів для зниження темпів мутаційного процесу. Антимутагени — речовини, що знижують частоту мутацій. Вони нейтралізують мутаген до його реакції з молекулою ДНК або знімають пошкодження ДНК, що зумовлені мутагеном. Антимутагенну дію мають вітаміни, каротини, глутамін, серотонін, а також деякі фізичні чинники (денне світло). Відомо понад 500 сполук, для яких доведено здатність до захисту геному від дії мутагенів. Так, прийом каротину, вітаміну С і вітаміну Е зменшує спонтанне пошкодження ДНК у лімфоцитах крові. Антиоксиданти, що містяться в зеленому чаї, значно зменшують частоту хромосомних мутацій. Для запобігання шкідливому мутагенному впливу за допомогою антимутагенів людині потрібно вживати більше натуральних свіжих продуктів, особливо капусти й зелені, круп, хліба з висівками. У їхньому складі є вітаміни й клітковина. Вживання клітковини прискорює процес проходження їжі стравоходом і, як наслідок, обмежує руйнівну дію на кишечник деяких шкідливих речовин, що містяться в їжі.

Велике значення для запобігання шкідливим мутагенним впливам має стан імунної системи людини. Тому не слід відкладати у «довгий ящик» лікування хронічних хвороб, це послаблює імунітет й посилює шкідливий мутагенний вплив. Дорослим людям слід періодично використовувати трав'яні збори для очищення печінки, в якій відбуваються основні процеси біотрансформації шкідливих речовин. Особливо корисні гепатопротекторні властивості мають розторопша плямиста (Silybummarianum), ласкавець золотистий (Bupleurum aureum) (іл. 111). Не слід вживати без консультацій з лікарем невідомі лікарські препарати, особливо антибіотики, а якщо вже проходите антибіотичний курс лікування, то обов'язково потрібно вживати препарати з корисними бактеріями, що забезпечують певний захист від мутагенів. Шкідливий вплив мутагенів можуть підсилювати деякі речовини, що називають комутагенами. Вони самі по собі не здатні до мутагенної дії, не мають власної мутагенної активності. Так, комутагенами вважаються кофеїн, токсини гельмінтів, деякі фармакологічні препарати.

Іл. 111. Розторопша і ласкавець — лікарські рослини

Джерелом шкідливих мутагенних впливів є й деякі харчові добавки. Так, при консервуванні використовують натрій глутамат (Е621). Небезпечним при нагріванні також може бути натрій нітрит (Е 250), що міститься у варених ковбасах. Натрій нітрит — дуже шкідлива речовина, особливо за нагрівання. Доза у 2 г здатна убити людину. І ця проблема є актуальною, з огляду на звичку багатьох людей варити сосиски та смажити лікарську ковбасу. Шкідливим стане навіть звичайний цукор, якщо його термічно обробити: за його тривалого нагрівання утворюється небезпечна для здоров’я органічна сполука гідроксиметилфурфурол. Аналізуючи сучасний стан у сфері використання харчових добавок, можна дійти висновку, що цілковито убезпечити себе від шкідливого впливу небезпечних продуктів неможливо. Але нам цілком під силу зменшити ризики, пов'язані із вживанням шкідливих добавок. Для цього варто запам'ятати такі правила: а) не можна купувати продукти кустарного виробництва; б) купуючи продукти, варто уникати таких, що містять яскраві синтетичні барвники, не вживати солодощів, соків та газованої води із синтетичними барвниками; в) не варто зловживати продуктами, що містять консерванти; г) слід уникати вживання продуктів, що містять замінники цукру, наприклад аспартам (Е 951), натрій цикламат (Е 952), сахарин (Е 954). Зазвичай ці добавки містяться у дешевих солодких напоях та в жувальних гумках.

Таблиця шкідливих харчових добавок

Дуже небезпечні

Е123, Е510, Е513, Е527

Небезпечні

Е102, Е110, Е120, Е124, Е127, Е129, Е155, Е180, Е201, Е220, Е222, Е223, Е224, Е228, Е233, Е242, Е400, Е401, Е402, Е403, Е404, Е405, Е501, Е502, Е503, Е620, Е636, Е637

Канцерогенні

Е131, Е142, Е153, Е210, Е212, Е213, Е214, Е215, Е218, Е219, Е230, Е240, Е249, Е280, Е281, Е282, Е283, Е310, Е954

Шлунковізахворювання

Е338, Е339, Е340, Е341, Е343, Е450, Е461, Е462, Е463, Е465, Е466

Шкірні захворювання

Е151, Е160, Е231, Е232, Е239, Е331, Е312, Е320, Е907, Е951, Е1105

Розлади кишечнику

Е154, Е626, Е627, Е628, Е629, Е630, Е631, Е632, Е633, Е634, Е635

Тиск

Е154, Е250, Е252

Небезпечні для дітей

Е270

Заборонені

Е103, Е105, Е111, Е121, Е123, Е125, Е126, Е130, Е152, Е211, Е952

Підозрілі

Е104, Е122, Е141, Е171, Е173, Е241, Е477

Отже, шкідливий мутагенний вплив на геном людини посилюється у зв'язку із сучасним станом біосфери. Основним завданням є попередження подальшого забруднення біосфери мутагенами і пошук способів захисту ДНК людини від уражаючої дії мутагенів.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на застосування знань

Заповніть у робочому зошиті таблицю й сформулюйте основні заходи щодо захисту людини від шкідливих мутагенних впливів,

Група

Представники

Основні заходи щодо захисту від мутагенів

Фізичні мутагени

Хімічні мутагени

Біологічні мутагени

Біологія + Лікарські трави. Адаптогенні властивості лікарських рослин

Адаптогени — це група препаратів, що підтримують роботу імунної системи людини на достатньому рівні й підвищують його стійкість проти шкідливих фізичних, хімічних та біологічних мутагенів. Ці природні засоби стимулюють захисні сили організму людини, пристосовують його до змін погоди, коливань атмосферного тиску, підвищують стійкість до стресів, фізичну й розумову працездатність. Адаптогенні властивості мають такі рослини, як імбир, астрагал, родіола рожева, обліпиха, лимонник, ехінацея. Створіть буклет, постер або презентацію цих адаптогенних рослин і визначте загальний механізм їхньої дії на організм людини.

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Хімія. «Бензол»

Бензен (бензол) — перший представник гомологічного ряду ароматичних вуглеводнів, молекулярна формула C6H6. Із середини ХХ сторіччя практично весь промисловий обсяг бензену виробляють способом дегідрогенізації нафтової сировини. Бензен має цінні властивості як розчинник, але через його високу токсичність і канцерогенність таке використання нині дуже обмежено. Який механізм шкідливого мутагенного впливу бензену на організм людини?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1—6

1. Що таке мутагени? 2. Назвіть основні групи мутагенів. 3. Наведіть приклади мутагенів з кожної групи. 4. Що таке антимутагени? 5. Наведіть приклади антимутагенів. 6. Що таке комутагени?

7—9

7. Які механізми шкідливого впливу мутацій? 8. Якими є соціальні заходи захисту геному людини від шкідливих мутагенних впливів? 9. Якими є індивідуальні заходи захисту від мутагенів?

10—12

10. Назвіть та обґрунтуйте основні заходи щодо захисту людини від шкідливих мутагенних впливів.