Палитоксин

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Палитоксин — токсин небелковой природы, продуцируемый некоторыми представителями морских беспозвоночных. Является одним из самых токсичных веществ, обнаруженных в живой природе, и, одновременно, одним из самых сложных по структуре веществ природного происхождения.

Нахождение в природе[править | править код]

Содержится в шестилучевых кораллах зоантариях (Palythoa toxica, P. tuberculosa, P. caribacorum и др.); возможно, что палитоксин продуцируется не самими зоонтариями, а микроводорослями-динофлагеллятами рода Ostreopsis, находящимся в симбиозе с ними (есть предположение, что и сами динофлагелляты не являются первоисточником токсина, а первично его вырабатывают живущие в них бактерии). Часть морских обитателей (некоторые виды рыб и крабов), обитающие в сообществах с зоонтариями либо питающихся ими, могут накапливать в себе палитоксин (с употреблением в пищу таких вторичных биоаккумуляторов и связано большинство случае отравления людей этим токсином)[1]. Аборигены острова Таити и Гавайских островов издавна использовали зоантарии для приготовления отравленного оружия.

История открытия и изучения[править | править код]

Колония Palythoa

Впервые был выделен Р. Муром и Паулем Шойером в 1971 г. из Palythoa toxica. Полностью расшифровать его структуру и установить стереохимическое строение удалось только к 1982 г., что явилось выдающимся событием в биоорганической химии[2].

Необычность и сложность структуры (в т.ч. наличие в молекулах множества хиральных центров) таких соединений как майтотоксин, палитоксин и др. делают установление их строения само по себе очень сложной задачей и требуют привлечения усилий как наиболее компетентных учёных, так и использования самых передовых методов химического и физико-химического анализа (в т.ч. таких, которые ранее просто не существовали). К примеру установление строения и пространственной структуры палитоксина на протяжении многих лет осуществляли 3 группы ведущих мировых учёных (из Гавайского и Гарвардского университетов, а также коллаборации нескольких ведущих японских университетов). Для достижения успеха им пришлось не только использовать самые современные методы аналитической химии (двумерную спектроскопию ЯМР, масс-спектрометрию), но и разработать и применить нестандартные методы химической аналитики (в частности, молекула палитоксина предварительно подвергалась химическим модификациям и селективной частичной окислительной деградации на различные фрагменты, которые затем исследовались отдельно). Особую сложность представляет установление стереохимии (пространственного строения) подобных соединений. Ни сам палитоксин, ни его разнообразные химически модифицированные производные до сих пор не удалось получить в кристаллическом виде с целью применения для установления их строения рентгеноструктурного анализа. Даже само по себе получение достаточных количеств таких веществ является непростой задачей. Единственный доступный источник получения - выделение из живых организмов, которые осуществляют биосинтез либо биоаккумулируют их в себе (причём, как правило, содержание их очень невелико). К примеру, для получения в чистом виде майтотоксина пришлось на протяжении года культивировать динофлагеллят вида Gambierdiscus toxicus для получения около 4000 литров культуры (с концентрацией клеток 2*106/л), а затем применить многостадийный процесс выделения, концентрирования и очистки этого соединения. В итоге удалось получить порядка 5 мг(!) химически чистого майтотоксина[3].

Соединение столь сложной и необычной структуры сразу же привлекло к себе внимание химиков-синтетиков в попытках осуществить его полный химический синтез. В 1989 г. группа учёных, возглавляемая Йошито Киши, осуществила частичный синтез палитоксина[4]. В 1994 г. коллектив исследователей под руководством Йошито Киши выполнил полный синтез этого соединения[5].

В настоящее время выделено несколько токсинов, сходных с палитоксином по структуре (остреоцин D, маскаренотоксин и др.).

Физико-химические свойства[править | править код]


Представляет собой белое аморфное вещество; ограниченно растворимо в диметилсульфоксиде, пиридине и воде, плохо — в спиртах; не растворимо в ацетоне, диэтиловом эфире и хлороформе; разлагается при ~ 300 °C; теряет активность в сильнокислых и щелочных средах. Сохраняет свою активность в кипящей воде.

Молекула палитоксина представляет собой уникальную цепочечную структуру, построенную из ди-, три и тетрагидрокситетрагидропирановых и фурановых циклов, соединённых в единую структуру насыщенными и ненасыщенными цепями полиолов. На N-конце молекулы палитоксина находится первичная аминогруппа, а С-конец ацилирован остатком бета-аминоакриламинопропанола[2]. В молекуле содержится 8 двойных связей, 42 гидроксильные группы, 64 хиральных центра и в ней можно выделить гидрофобные и гидрофильные части. Вследствие наличия множества хиральных центров и двойных связей (для которых возможна цис-транс-изомерия) для палитоксина теоретически возможны 1021 стереоизомеров[1].

Токсичность[править | править код]

Высокотоксичен для теплокровных:

  • морские свинки, крысы, обезьяны — ЛД50 (0,8-1,1)⋅10−4 мг/кг, внутривенно
  • кролики — ЛД50 0,2⋅10−4 мг/кг, внутривенно
  • человек — ЛД50 (0,1-0,2)⋅10−4 мг/кг, внутривенно

Является одним из самых сильных ядов небелковой природы[6]. (Еще более ядовиты майтотоксин и сигуатоксин, выделенные из одноклеточных жгутиковых (динофлагелляты), которые найдены в некоторых видах планктона.)

Обладает выраженным кардиотоксическим действием. Гибель наблюдается через 5-30 минут в результате сужения коронарных сосудов, аритмии и остановки дыхания, а также массивного гемолиза. Механизм токсического действия обусловлен его прочным связыванием с Na,K-АТФ-азами клеток нервной ткани, сердца и эритроцитов (точнее физиологически действие палитоксина, в первую очередь, проявляется вследствие поражения Na,K-АТФ-аз сердца, эритроцитов и нервной ткани, в то время как эффекты нарушения работы этих ферментов в других органах и тканях просто не успевают проявиться до наступления летального исхода) . Конкретный молекулярный механизм действия палитоксина связан с переводом Na,K-АТФ-аз в т.н. "открытую конформацию", в результате чего фермент превращается в открытый ионный канал для ионов Na и K. Это приводит к резкому нарушению естественного ионного градиента и гибели клеток. Подобный механизм действия обуславливает чувствительность к этому токсину только животных клеток (дрожжи, в частности, нечувствительны к нему)[1][7].

Антидота против палитоксина не существует. Некоторые вазодилататоры (папаверин, изосорбид динитрат) могут рассматриваться как потенциальные антидоты (эксперименты на животных показали эффективность их действия, но только в случае немедленного введения прямо в сердце)[8].

Большинство случаев отравления связаны с употреблением в пищу морских организмов, содержавших палитоксин[9][10][11][12]. Также известны случаи отравления аквариумистов (кораллы-зоонтарии пользуются популярностью для содержания в аквариумной культуре вследствие своей яркой и разнообразной окраски, в то время как большинство людей не подозревает об опасности, которую они могут представлять при неосторожном обращении)[13][14] [15] [16] [17].

Примечания[править | править код]

  1. ↑ 1 2 3 Vítor Ramos, Vítor Vasconcelos. Palytoxin and Analogs: Biological and Ecological Effects (англ.) // Marine Drugs. — 2010/7. — Vol. 8, iss. 7. — P. 2021–2037. — doi:10.3390/md8072021. Архивировано 6 декабря 2019 года.
  2. ↑ 1 2 Ю.А. Овчинников. Биоорганическая химия. — Москва: Просвещение, 1987. — С. 772-773. — 815 с.
  3. ↑ В.А. Стоник, И.В. Стоник. Морские токсины: химические и биологические аспекты изучения (рус.) // Успехи химии : журнал. — 2010. — Т. 79, № 5. — С. 451-452.
  4. ↑ Robert W. Armstrong, Jean Marie Beau, Seung Hoon Cheon, William J. Christ, Hiromichi Fujioka. Total synthesis of palytoxin carboxylic acid and palytoxin amide // Journal of the American Chemical Society. — 1989-09-01. — Т. 111, вып. 19. — С. 7530–7533. — ISSN 0002-7863. — doi:10.1021/ja00201a038.
  5. ↑ Edward M. Suh, Yoshito Kishi. Synthesis of Palytoxin from Palytoxin Carboxylic Acid // Journal of the American Chemical Society. — 1994-11-01. — Т. 116, вып. 24. — С. 11205–11206. — ISSN 0002-7863. — doi:10.1021/ja00103a065.
  6. ↑ Журнал Вокруг света (Россия), № 10 за 2005 год, «Таблица происхождения ядов и их дозы»
  7. ↑ Chau H. Wu. Palytoxin: Membrane mechanisms of action // Toxicon. — 2009-12-15. — Т. 54, вып. 8. — С. 1183–1189. — ISSN 0041-0101. — doi:10.1016/j.toxicon.2009.02.030. Архивировано 6 декабря 2019 года.
  8. ↑ J. S. Wiles, J. A. Vick, M. K. Christensen. Toxicological evaluation of palytoxin in several animal species // Toxicon. — 1974-08-01. — Т. 12, вып. 4. — С. 427–433. — ISSN 0041-0101. — doi:10.1016/0041-0101(74)90011-7. Архивировано 6 декабря 2019 года.
  9. ↑ Angel C. Alcala, Lawton C. Alcala, John S. Garth, Daisuke Yasumura, Takeshi Yasumoto. Human fatality due to ingestion of the crab Demania reynaudii that contained a palytoxin-like toxin // Toxicon. — 1988-01-01. — Т. 26, вып. 1. — С. 105–107. — ISSN 0041-0101. — doi:10.1016/0041-0101(88)90142-0. Архивировано 7 декабря 2019 года.
  10. ↑ Yutaka Onuma, Masayuki Satake, Takanori Ukena, Jean Roux, Suzanne Chanteau. Identification of putative palytoxin as the cause of clupeotoxism // Toxicon. — 1999-01-01. — Т. 37, вып. 1. — С. 55–65. — ISSN 0041-0101. — doi:10.1016/S0041-0101(98)00133-0. Архивировано 7 декабря 2019 года.
  11. ↑ Arthur M. Kodama, Yoshitsugi Hokama, Takeshi Yasumoto, Masakazu Fukui, Sally Jo Manea. Clinical and laboratory findings implicating palytoxin as cause of ciguatera poisoning due to Decapterus macrosoma (mackerel) // Toxicon. — 1989-01-01. — Т. 27, вып. 9. — С. 1051–1053. — ISSN 0041-0101. — doi:10.1016/0041-0101(89)90156-6. Архивировано 7 декабря 2019 года.
  12. ↑ Hiroshi Okano, Hiroshi Masuoka, Shigeru Kamei, Tetsuya Seko, Sukenari Koyabu. Rhabdomyolysis and Myocardial Damage Induced by Palytoxin, a Toxin of Blue Humphead Parrotfish // Internal Medicine. — 1998. — Т. 37, вып. 3. — С. 330–333. — doi:10.2169/internalmedicine.37.330. Архивировано 7 декабря 2019 года.
  13. ↑ Katrin Hoffmann, Maren Hermanns-Clausen, Claus Buhl, Markus W. Büchler, Peter Schemmer. A case of palytoxin poisoning due to contact with zoanthid corals through a skin injury // Toxicon. — 2008-06-15. — Т. 51, вып. 8. — С. 1535–1537. — ISSN 0041-0101. — doi:10.1016/j.toxicon.2008.03.009. Архивировано 7 декабря 2019 года.
  14. ↑ Cedar Park mother warning others after aquarium coral nearly kills her family. KENS. Дата обращения: 7 декабря 2019. Архивировано 7 декабря 2019 года.
  15. ↑ "Mum 'nearly died' cleaning out fish tank". 2019-08-07. Архивировано 8 августа 2019. Дата обращения: 7 декабря 2019.
  16. ↑ Mother almost dies and her family are quarantined after she was poisoned by world's second deadliest toxin while cleaning out her FISH TANK. Daily Mail (7 августа 2019). Дата обращения: 9 августа 2020. Архивировано 7 ноября 2020 года.
  17. ↑ "Коралл-убийца: мать четверых детей чуть не умерла от отравления после чистки аквариума". Архивировано 19 сентября 2020. Дата обращения: 9 августа 2020.

Литература[править | править код]

  • Химическая энциклопедия. — Т.5. — М.: Советская энциклопедия, 1999
  • Marine Drugs. — 2010. — vol.8, № 7
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Палитоксин&oldid=130553077