Chương 5 ĐỘC HỌC VÀ SINH HOÁ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ
5.1.3. Hidrocacbon thơm đa vòng (PAH)
Các hiđrocacbon thơm đa vòng (giáp cạnh hoặc ngưng tụ) là các chất rắn, không mùi. Hầu hết PAH không màu mặc dù một số có màu (naphtaxen da cam, pentaxen xanh da trời, hexaxen xanh lá cây,…). Chúng có áp suất hơi thấp ở nhiệt độ phòng, sôi cao (trên 200oC), nhiệt độ nóng chảy cao. Chúng không tan trong nước và dung môi hữu cơ thông thường, tan nhẹ trong các hiđrocachon thơm thấp, tan tốt trong các purin. Các PAH hấp thụ trong các vùng tử ngoại và hồng ngoại của phổ sóng điện từ và rất nhiều chất có tính huỳnh quang. Một số PAH như antraxen có tính nhấp nháy. Nhiều PAH tạo được phức (picrat, stiphnat ) nhờ đó được sử dụng để tách, tinh chế và định lượng PAH.
Nguồn, sử dụng và các kiểu tiếp xúc:
Nguồn chủ yếu của PAH là từ than và dầu mỏ và gập một lượng nhỏ trong gỗ thông hóa thạch, than bùn, than nâu. Chúng cũng được hình thành bởi sự nhiệt phân vật liệu hữu cơ được đốt cháy như thuốc lá, cà phê, nhiên liệu ô tô (xăng, mazut). Các nguồn
tự nhiên của PAH bao gồm cháy rừng, tràn dầu, núi lửa cũng đóng góp một phần. Các PAH là thành phần tự nhiên của các chất bôi trơn, nhiên liệu, vật liệu làm đường (bi tum, hắc ín). Một số PAH tìm được những ứng dụng riêng như làm nguyên liệu đầu cho công nghiệp hóa chất (antraxen), làm hỗn hợp trao đổi nhiệt, làm chất bôi trơn, làm chất nhấp nháy.
Các PAH được giải phóng vào môi trường chủ yếu qua đốt nhiên liệu hóa thạch cũng như do công nghiệp và sử dụng dầu mỏ, các sản phẩm gỗ, nhựa đường. Khoảng 1000 tấn/năm PAH được thải vào không khí từ nguồn con người và trên 95% bắt nguồn từ sự đốt không được điều khiển (bếp than gia đình, nung gạch ngói, phương tiên giao thông …). Trong khí quyển, sự phân bố của PAH giữa các hạt và pha khí phụ thuộc vào số lượng, kiểu và kích thước của các hạt có mặt, vào nhiệt độ môi trường không khí và áp suất hơi của từng chất riêng. Sự quay trở lại mặt đất, nước của PAH từ không khí có thể bởi sự kết lắng khô và được tập trung chủ yếu ở bùn sa lắng.
Kiểu tiếp xúc phổ biến nhất với các PAH là bởi sự hô hấp các hạt được hình thành trong muội khói đốt nhiên liệu hóa thạch, vật liệu hữu cơ, các chất thải công nghiệp. Sự tiếp xúc da ở những cá nhân làm việc với các hiđrocacbon thơm riêng hoặc với các hỗn hợp có chứa chúng.
Tính độc:
Khả năng gây ung thư của một số PAH nguồn gốc từ nhựa hắc ín than đá đã được biết từ những năm 1930 và căn nguyên học của các bệnh như ung thư phổi được đề cập chủ yếu liên quan đến các yếu tố nghề nghiệp như sự phơi nhiễm các thành phần bay hơi của các hợp chất dầu mỏ và các sản phẩm hạt và khí trong khói thuốc lá. Chuột nhạy cảm đặc biệt đối với PAH, và sự tiêm dưới da các dẫn xuất của antraxen gây ra sự phát triển các khối u ác tính. Các PAH gây ung thư không phải là chất gây ung thư trực tiếp, chúng đòi hỏi phải có sự hoạt hóa nhờ hệ oxiđaza chức năng hỗn hợp (sinh chuyển hóa) tạo ra những chất gây ung thư sau cùng. Một số PAH có khả năng gây ung thư da và ung thư phổi (hình 5.3).
§ibenz[a,h]antraxen
§ibenz[a,c]antraxen Benzo[a]antraxen
7,12-Đimetylbenz[a]antraxen Crisen 3-Metylcholantren
Hình 5.3. Cấu tạo hoá học của một số PAH gây ung thư Sinh chuyển hóa:
Sự chuyển hóa các PAH trong sinh vật xảy ra nhờ hệ enzim oxiđaza chức năng hỗn hợp. Quá trình xảy ra quá trình nhiều giai đoạn trung gian và cuối cùng dẫn đến sự tạo các dẫn xuất đihiđrođiol epoxit. Những chất trao đổi này liên kêt cộng hóa trị vào ADN tạo các sản phẩm cộng.
Sự trao đổi của benzo[a]piren được nghiên cứu rất mạnh và có ít nhất 15 sản phẩm trao đổi chất chủ yếu của giai đoạn I đã được nhận biết (các epoxit, các monophenol, các điphenol, các quinon và các đihiđrođiol epoxit). Rất nhiều các sản phẩm trao đổi chất này được trao đổi chất xa hơn bởi các enzim giai đoạn II để tạo ra vô số các sản phẩm trao đổi chất (các sản phẩm liên hợp) khác nhau. Dưới đây là sơ đồ chuyển hóa chính của benzo[a]piren (B[a]P) (hình 5.4)
Như được chỉ ra ở hình 5.4, benzo[a] piren được chuyển hóa bởi bào sắc tố P-450 hoặc prostaglanđin H synthaza (PHS) thành benzo[a] piren 7,8-oxit, chất này sau đó được chuyển hóa bởi epoxit hiđrolaza thành bezo[a] piren 7,8-đihiđrođiol (chất gây ung thư kề gần), chất này được chuyển hóa tiếp bởi bào sắc tố P-450 hoặc PHS thành chất gây ung
CH3
CH3 H3C
Benzo[a]piren Benzo[e]piren Perilen
§ibenz[a,h]piren §ibenz[a,m]piren
Hình 5.4. Sự trao đổi chất của benzo[a]pirren đến các phần tử sinh ung thư cuối cùng và các sản phẩm trao đổi khác. Mũi tên đậm chỉ con đường trao đổi chất, dấu * chỉ phần tử gây ung thư cuối cùng. PHS = prostaglanđin H synthaza.
Đihiđrođiol đehiđrogenaza một thành viên của siêu họ anđoxeto ređuctaza (AKR).
1 2 3 4 6 5
7 8 9
10 11
12 P-450 O
Epoxit hi®rolaza
OH HO
P-450 hoặc PHS
(+)-B[a]P7,8-®ihi®ro- ®iol-9,10-epoxit-1 (-)-B[a]P7,8-oxit
(+)-B[a]P7,8-®ihi®ro®iol P-450
HO O
(+)-B[a]P7,8-®ihi®ro-OH ®iol-9,10-epoxit-2 P-4
50
HO OH O
B[a]P
OH OH
Epoxit hi®rolaza
oxi hoá Khử hoá
O O