Коварные сообщники

Австралийские ученые из университета Мельбурна под руководством Юты Вилле выяснили, что некоторые химические вещества, загрязняющие воздух, наносят существенно больший вред здоровью при совместном воздействии («Organic & Biomolecular Chemistry», 2014, 12, 8280—8287, doi: 10.1039/c4ob01577k). Яркий пример — озон и радикал диоксида азота: как оказалось, вместе они вызывают воспаление дыхательных путей.

Городской воздух отравляют диоксиды азота и серы, угарный газ (продукт неполного сгорания топлива), летучие органические соединения, токсичные металлы (свинец, ртуть и прочие), аммиак, радиоактивные загрязнители и устойчивые свободные радикалы. Свободные радикалы — активные окислители. На их внешней оболочке находится неспаренный электрон, поэтому они стремятся отобрать еще один электрон у других соединений, тем самым нарушая их структуру. С лишними свободными радикалами, образующимися в организме или попадающими в него извне, борются антиоксиданты.

Из выхлопных труб автомобилей вылетают углеводороды, альдегиды, бензпирен, азот, оксиды углерода и другие опасные газы. Чтобы сделать воздух чище, страны устанавливают стандарты, регулирующие содержание вредных веществ в выхлопных газах. С 1 декабря 2002 года правительство России запретило въезд на территорию страны автомобилям, не имеющим сертификата Евро 1 (выброс углеводородов не более 0,72 г/км, угарного газа — 2,72 г/км, оксидов азота — 0,27 г/км). По новым нормам, действующим в России с 1 января 2014 года, выброс углеводородов не должен превышать 0,05 г/км, угарного газа — 0,8 г/км, а оксидов азота — 0,06 г/км. Тем не менее в воздухе Москвы по-прежнему повышено содержание фенолов и альдегидов, диоксида азота и бензпирена.

Кроме привычных нам «вонючих» газов в приземном слое содержится еще и озон, который образуется в результате многочисленных химических реакций. Многие из них — фотохимические, протекают при участии ультрафиолетового излучения. Несмотря на приятный запах грозовой свежести, нельзя сказать, что озон полезен для организма. Начиная с определенных концентраций, озон понижает иммунитет, вызывает раздражение дыхательных путей, хронический бронхит, эмфизему и отек легких, приступы астмы.

Известно, что загрязненный воздух может стать причиной болезней дыхательных путей, и не только их. Сотрудники Калифорнийского университета в Беркли во главе с Майклом Джерреттом доказали, что озон увеличивает риск смерти от ишемической болезни сердца. Более 7 миллионов смертей во всем мире каждый год происходит из-за болезней, вызванных вредными газами («American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine», 2013, 188, 5, 593—599, doi: 10.1164/ rccm.201303-0609OC).

Но все-таки первое, с чем вступают в контакт молекулы и свободные радикалы из окружающей среды, — это слизистая оболочка дыхательных путей человека. Австралийские ученые в своих исследованиях показали, что совместное воздействие радикала NO₂• и O₃ снижает уровень антиоксидантов в слизистой, и это обеспечивает остальным окислителям из воздуха прямой путь к ее клеткам (их некому обезвреживать). В результате образуются высокоактивные продукты окисления белков и липидов слизистой, которые вредят эпителиальным клеткам, что приводит к ее воспалению.

Ученые заметили, что белки быстро нитруются в пыльце берез, растущих у проезжей части, которая характеризуется высокой концентрацией озона и радикала диоксида азота. .Исследователи поняли, что причина — взаимодействие NO₂• и O₃, которое приводит к образованию нитратов (NO₃-), а еще азотного ангидрида N₂O₅ и азотной кислоты HNO₃. В своих предыдущих исследованиях австралийские ученые показали, что ароматические аминокислоты фенилаланин, тирозин и триптофан при контакте со смесью NO₂•/O₃ образуют нитроароматические производные. В новой работе они подвергли действию опасной смеси дипептиды — пары ковалентно соединенных ароматических аминокислот, как бы маленькие фрагменты белковой цепи. Выяснилась еще одна неприятная вещь: связи между аминокислотами при нитровании могут разрываться, при этом чем устойчивей к атакам боковая цепь конкретной аминокислоты, тем вероятней разрыв между аминокислотами.

Понимание того, как именно взаимодействуют атмосферные окислители, позволит больше узнать о причинах многих заболеваний, вызванных загрязняющими веществами, а значит, поможет в лечении и профилактике.

Нитрование дипептида, состоящего из двух остатков фенилаланина. Жирным выделен «скелет» полипептидной цепи