ХИМИЯ В ИНТЕРЕСАХ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ
ТОМ 21, ¹ 4, ИЮЛЬАВГУСТ 2013
Подписной индекс 73457
Содержание
Микроцистин-продуцирующие цианобактерии в водоемах России, Беларуси и Украины
Î. È. ÁÅËÛÕ, À. Ñ. ÃËÀÄÊÈÕ, Å. Ã. СОРОКОВИКОВА, È. Â. ÒÈÕÎÍÎÂÀ, Ñ. À. ÏÎÒÀÏÎÂ,
Ã. À. ФЕДОРОВА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
Свойства волокнистых нефтесобирателей, полученных из отходов полистирола
термообработкой водяным паром
Å. Â. ВЕПРИКОВА, Å. À. ТЕРЕЩЕНКО, Í. Â. ×ÅÑÍÎÊÎÂ, Á. Í. КУЗНЕЦОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
Биологически активные вещества Filipendula ulmaria (L.) Maxim., произрастающего на Среднем Урале
Ã. È. ÂÛÑÎ×ÈÍÀ, Ò. À. КУКУШКИНА, Å. Ñ. ВАСФИЛОВА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
Распределение и состав низкомолекулярных азотсодержащих оснований в высокосмолистых
высокопарафинистых нефтях
Í. Í. ГЕРАСИМОВА, Ò. À. САГАЧЕНКО, Ð. Ñ. МИН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
Влияние аминокислот на кинетику кристаллизации одноводного оксалата кальция
Î. À. ГОЛОВАНОВА, Â. Â. КОРОЛЬКОВ, Þ. Î. ÏÓÍÈÍ, À. Ñ. ВЫСОЦКИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
Процессы термического разложения биомассы и глицерина в виброожиженном слое
в присутствии катализаторов глубокого окисления
Þ. Â. ÄÓÁÈÍÈÍ, Í. À. ßÇÛÊÎÂ, À. Ä. ÑÈÌÎÍÎÂ, Â. À. ЯКОВЛЕВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
Состав эфирных масел некоторых видов рода Agastache Clayton ex Gronov (Lamiaceae),
культивируемых в условиях Среднего Урала
Ì. À. ÌßÄÅËÅÖ, Ò. À. ВОРОБЬЕВА, Ä. Â. ДОМРАЧЕВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
Cинтез высококонцентрированных гидрозолей наночастиц меди восстановлением аскорбиновой кислотой
в присутствии желатозы
Ñ. Â. ÑÀÉÊÎÂÀ, Ê. Ñ. ÌÓÐÀØÅÂÀ, Ñ. À. ÂÎÐÎÁÜÅÂ, Ê. Þ. ÊÎ×ÌÀÐÅÂ, Å. Ý. ÊÀÐÈÌÎÂ, Í. Ä. ÅÐÅÌÈÍÀ,
Þ. Ë. ÌÈÕËÈÍ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
Оценка токсичности наноструктурного оксигидроксида алюминия с помощью гидробионтов
Í. Â. СВАРОВСКАЯ, Î. Â. ÁÀÊÈÍÀ, Å. À. ÃËÀÇÊÎÂÀ, Ì. È. ËÅÐÍÅÐ, À. Ñ. ЛОЖКОМОЕВ, À. Í. ÑÅÐÎÂÀ,
Å. Ã. ХОРОБРАЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
Исследование состава и строения высококипящей фракции тяжелой смолы пиролиза
широкой фракции легких углеводородов
Ì. À. ÖÅÓÍÎÂÀ, Â. È. ÌÀØÓÊÎÂ, À. Ê. ÃÎËÎÂÊÎ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
Получение и применение стиролсодержащего олигомера, обработанного гидропероксидом пинана
Î. Í. ×ÅÐÍÛÕ, È. Í. ÏÓÃÀ×ÅÂÀ, Ñ. Ñ. НИКУЛИН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
Комплексообразование Al(III) с бензилпенициллином и карбенициллином
Å. Í. МЯСНИКОВА, Â. Ã. ÀËÅÊÑÅÅÂ, Â. Ì. НИКОЛЬСКИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
Комплексообразование Al(III) с ампициллином и амоксициллином
Å. Í. МЯСНИКОВА, Â. Ã. ÀËÅÊÑÅÅÂ, Â. Ì. НИКОЛЬСКИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
Исследования Сибирского отделения РАН в области нанонауки и нанотехнологии:
библиометрический анализ
Ò. Â. ÁÓÑÛÃÈÍÀ, Á. Ñ. ÅËÅÏÎÂ, È. Â. ÇÈÁÀÐÅÂÀ, Î. Ë. ËÀÂÐÈÊ, Í. Í. ШАБУРОВА . . . . . . . . . . . . . . 463
Стр.1
Химия в интересах устойчивого развития 21 (2013) 363378
УДК 582.232:614.36-097.3:556.551(470+571)(476)(477)
Микроцистин-продуцирующие цианобактерии в водоемах
России, Беларуси и Украины
Î. È. ÁÅËÛÕ, À. Ñ. ÃËÀÄÊÈÕ, Å. Ã. СОРОКОВИКОВА, È. Â. ÒÈÕÎÍÎÂÀ, Ñ. À. ÏÎÒÀÏÎÂ, Ã. À. ФЕДОРОВА
Лимнологический институт Сибирского отделения РАН,
óë. Óëàí-Áàòîðñêàÿ, 3, Иркутск 664033 (Ðîññèÿ)
E-mail: belykh@lin.irk.ru
(Поступила 18.12.12; после доработки 10.06.13)
Аннотация
Представлен обзор о гепатотоксинах микроцистинах, продуцируемых цианобактериями различных
родов. Рассмотрены химическая структура и свойства микроцистинов, механизм их действия и токсикокинетика.
Приведены методы анализа микроцистинов и генетическая основа их продукции. Представлены
результаты по исследованию цианобактерий и их токсинов (микроцистинов) в различных водоемах
России, Беларуси и Украины.
Ключевые ñëîâà: токсичные цианобактерии, Microcystis, Anabaena, îç. Áàéêàë, îç. Котокельское, Балтийское
море, Берешское водохранилище, р. Свислочь, р. Днепр, Каневское водохранилище, микроцистин,
генетические маркеры
Оглавление
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
Химическая структура и свойства МС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
Механизм действия МС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
Токсичность МС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
Токсикокинетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
Методы анализа МС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
Генетическая основа продукции МС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
Наши исследования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
Сибирь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
Водохранилища ангарского каскада . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
Îç. Байкал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
Îç. Котокельское. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
Берешское водохранилище . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
Балтийское море . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
Óêðàèíà. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
Беларусь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
ВВЕДЕНИЕ
Цианобактерии (синезеленые водоросли,
цианопрокариоты) одна из самых древних
на Земле группа организмов. Они возникли
около 3.5 млрд лет назад и сыграли важную
роль в становлении атмосферы Земли, обогатив
ее кислородом [1]. В настоящее время
цианобактерии по-прежнему являются
неотъемлемым компонентом водных и назем©
Белых Î. È., Гладких À. Ñ., Сороковикова Å. Ã., Тихонова È. Â., Потапов Ñ. À., Федорова Ã. À.
363
Стр.2
364
Î. È. БЕЛЫХ и äð.
ных экосистем и распространены почти повсеместно,
включая экстремальные экологические
ниши: пустыни, термальные источники,
озера Арктики и Антарктики [2].
Цианобактерии синтезируют большое количество
вторичных метаболитов. Наиболее
пристальное внимание исследователей привлекают
токсины, поскольку они представляют
опасность для жизни и здоровья человека
и животных. Массовое развитие (цветение)
цианобактерий в водоемах приводит к выделению
токсинов и появлению технических и
эстетических проблем при использовании
воды для хозяйственных и рекреационных
целей, а в некоторых случаях становится причиной
нарушения и деградации всей экосистемы.
Во время цветения водоемов концентрация
токсинов в воде многократно возрастает
на стадии гибели популяции цианобактерий,
лизиса клеток и выхода из них токсинов; внутриклеточное
содержание растворенных токсинов
в молодых клетках обычно невысокое
(0.110 ìêã/ë). В пресных и солоноватых водоемах
выделяют две основные группы цианотоксинов
в соответствии с их химической
структурой: циклические пептиды (микроцистины
и нодулярин) и алкалоиды (цилиндроспермопсин,
анатоксины, сакситоксины) [3, 4].
Помимо вторичных метаболитов, не участвующих
в генеральном метаболизме, токсичность
также проявляют структурные компоненты
клеточных стенок цианобактерий липополисахариды.
Цианотоксины вызывают как острые,
так и хронические отравления, а по действию
на органы-мишени их разделяют на гепато-,
нейро- и дерматотоксины.
Микроцистины (МС) одни из самых известных
и широко распространенных цианотоксинов
в пресных водах, их основными продуцентами
являются цианобактерии родов
Anabaena, Microcystis, Planktothrix, которые
зачастую вызывают токсичное цветение воды
в продуктивных водоемах по всему миру [5].
ХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МС
Впервые МС были изолированы из штамма
Microcystis aeruginosa и названы в соответствии
с родовым названием этих цианобактерий.
В состав МС входят семь аминокислот:
öèêëî-(D-Ala-X-D-MeAsp-Z-Adda-D-GluMdha),
где D-Ala D-àëàíèí, D-MeAsp
D-эритро-β-метиласпарагиновая кислота, Adda
3-àìèíî-9-ìåòîêñè-2,6,8-òðèìåòèë-10-ôåíèëäåêà-4,6-äèåíîåâàÿ
êèñëîòà, D-Glu
D-ãëóòàìàò, Mdha N-ìåòèëäåãèäðîàëàíèí,
X и Z вариабельные L-àìèíîêèñëîòû [6,
5]. Молекулярная масса МС варьирует от 500
до 4000 Да, для большинства вариантов она
составляет 9001100 Äà. Аминокислота Adda
самая необычная структура в этой группе
циклопептидов. Она обеспечивает характерную
для МС и нодулярина абсорбцию при 238
нм благодаря наличию конъюгированной диеновой
группы, и это свойство используется
для разделения при ВЭЖХ [7]. В настоящее
время идентифицировано более 90 вариантов
МС [8]. Структурные варианты отмечены
во всех семи аминокислотах, но наиболее
часто в позиции вариабельных L-аминокислот:
X (X чаще всего ëåéöèí, аргинин или
тирозин, но возможны гомотирозин, аланин,
фенилаланин, гомофенилаланин, метионинS-оксид
или триптофан) и Z (Z аргинин или
аланин, возможны аминоизобутиловая кислота,
гомоаргинин или метионин-S-оксид). Наиболее
часто встречается МС-LR, где вариабельные
L-аминокислоты представлены лейцином
и аргинином. Изоформы RR (аргининаргинин)
и YR (тирозин-аргинин) менее распространены.
Много вариантов образуется при
метилировании/деметилировании D-MeAsp и/
или Mdha. Большинство МС содержит b-метиласпаргиновую
кислоту, глутаминовую кислоту
и аланин с метиламином, присоединенные
к глутаминовой кислоте. В некоторых
вариантах Mdha заменяется L-серином
и D-Ala D-серином. Отдельные нетоксичные
варианты идентифицированы как компоненты,
содержащие 6Z-ñòåðåîèçîìåð Adda. В
целом некоторые структурные модификации
Adda региона или ацилирование глутамата
снижают токсичность МС и даже обеспечивают
их нетоксичность. Этерификация (образование
сложного эфира) свободной карбоксильной
группы глутаминовой кислоты приводит
к образованию неактивных структур
(вариантов).
Микроцистины растворяются в воде, метаноле
и этаноле и не растворяются в ацетоне,
эфире, хлороформе и бензоле. Они ос
Стр.3