Механизм взаимодействия фунгицидов и
бактерицидов с биологически важными веществами клетки микроорганизма
Фунгициды и бактерициды взаимодействуют с
достаточно узким кругом функциональных групп веществ микробной клетки,
однако это те группы, которые играют важнейшую роль в метаболизме и
образовании клеточных структур. Наиболее часто атакуемой группой
является тиоловая
(сульфгидрильная). Структура молекул белков,
следовательно, и их биологическая активность (в том числе
ферментативная), во многом зависят от наличия и расположения в молекуле
тиоловых групп. Функционирование кофермента А, липоевой кислоты,
цистеина и глутатиона осуществляется в основном через эти же
группировки.
С тиоловыми группами взаимодействуют биоциды, содержащие катионы
тяжелых металлов, хиноны и некоторые другие фунгициды с кетогруппами в
молекуле, дитиокарбаматы, метилизотиоцианат, каптан и другие соединения
типа R–SCL3.
Другими важными акцепторами биоцидов в клетке являются аминогруппы. Они
наряду с тиоловыми определяют структуру и биологическую активность
белков. Примерами фунгицидов, реагирующих с аминогруппами, могут быть
дирен (2,4-дихлор-6 симмтриазин) и его гомологи. Фунгициды и
бактерициды взаимодействуют в клетке также с теми веществами, в
молекуле которых есть карбоксильные, альдегидные и спиртовые группы.
Взаимодействие биоцидов с перечисленными группировками может
осуществляться различными путями: нуклеофильного замещения,
окислительно-восстановительной реакции, образования хелатов и т. д.
Достаточно часто происходит нуклеофильное замещение, когда биоцид
замещает в каком-либо метаболите протон водорода. Механизм замещения
может быть мономолекулярным или бимолекулярным в зависимости от
строения фунгицида, функциональной группы и даже растворителя.
В реакции мономолекулярного нуклеофильного замещения биоцид сначала
приобретает активную форму (иона или свободного радикала), которая уже
взаимодействует с клеточным метаболитом. Так, некоторые хлорсодержащие
биоциды могут образовывать карбоновые ионы. Предполагают, что окись
этилена и элементарная сера реагируют с клеточными компонентами в форме
свободных радикалов. Вопрос о возможности их образования
серосодержащими фунгицидами и бактерицидами в условиях высокого
содержания воды в клетке остается пока дискуссионным.
В реакциях бимолекулярного нуклеофильного замещения образуется
переходное промежуточное соединение биоцида и функциональной группы,
например тиола:
Ф + R – SН ––– → [ФRS
– Н] ––– → R
– S – Ф + Н
Взаимодействие фунгицидов и бактерицидов с клеточными метаболитами по
типу окислительно-восстановительного процесса может быть
проиллюстрировано на примере таких токсикантов, как озон, гипохлорид,
сероводород, сульфиты, сероуглерод. Эти соединения могут не только
разрушать функциональные группы метаболитов, их действие может состоять
в удалении избыточных электронов или, наоборот, передаче электронов
клеточной системе. Если возникающие при этом резкие изменения
электронной плотности: не уравновешиваются глютатионом и другими
окислительно-восстановительными буферными системами клетки, метаболизм
дезорганизуется. Есть предположение, что один из возможных механизмов
фунгитоксичного действия серы состоит в удалении протонов с
протопласта. Чувствительные к сере грибы быстро восстанавливают ее до
сероводорода. Источники используемых при этом протонов, по-видимому,
дегидрогенизируют системы дыхания. При недостатке протонов эти системы
могут прекратить функционирование. Таким же путем сера может
конкурировать с кислородом за протоны с терминальных оксидаз, вызывать
ингибирование окислительного фосфорилирования.
Катионы многих металлов или входят в состав ряда ферментов, или
являются активаторами ферментативного действия, участвуют и в других
метаболических процессах. Фунгициды и бактерициды хелатирующего
действия (типа 8-гидроксихинолина), связывая металлы, ингибируют
реакции, в которых они участвуют.
Перечисленные механизмы взаимодействия биоцидов с клеточными
метаболитами не исчерпывают все многообразие путей их токсического
влияния на клетку. Не менее важны фунгициды более узкого,
избирательного действия, известные как специфические ингибиторы
определенных ферментов, процессов синтеза белков и нуклеиновых кислот.
Большой интерес представляют и соединения, разрушающие клеточные
мембраны.
