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١ 9. Règle des trois actions polluantes: a. Liaison aux constituants chimiques

١ 9. Règle des trois actions polluantes: a. Liaison aux constituants chimiques des organismes au moyen d'un groupement chimique simple: Une substance est polluante lorsqu'elle est étrangère au milieu naturel mais qu'elle peut se lier aux constituants chimiques des organismes au moyen d'un groupement chimique simple. Ainsi, sa nature étrangère au milieu modifie les réactions biochimiques de base. Si le mercure métallique présente un certain danger: • troubles du métabolisme • déséquilibre au niveau des écosystèmes terrestres et aquatiques. ce sont surtout: -Sels de mercure (chlorure de mercure= HgCl2) -Dérivés organo-mercuriels (Méthyl-mercure= CH3Hg+). Ce sont les plus à craindre pour la santé et l'environnement. • Le mercure fait partie d'une famille de pesticides organo-mercuriels très efficaces dans la protection des semences contres divers parasites (bactéries, champignons, insectes). • Ex. le méthyl-mercure ou le nitrate de méthyl- mercure (la liaison électrovalente leur confère une hydrosolubilité (entrée facile dans le milieu aquatique tandis que le radical méthyl leur permet de s'insérer dans les cycles biochimiques). • Beaucoup de micropolluants agissent selon ce type de mécanisme. b. Caractéristiques réactionnelles et structurelles du polluant semblables à celles des fonctions chimiques constitutives des organismes: Il y a alors compétition. Ex: l'inhibiteur de l’AChE. Cette enzyme inactive un médiateur chimique l'acétylcholine qui est libéré dans l'intervalle synaptique et se fixe sur les plaques motrices du muscle provoquant l'apparition d'un potentiel d'action responsable des contractions musculaires. A défaut d'enzymes inactivant ce médiateur chimique, il s'établit un blocage de la synapse et une contraction continue des muscles aboutissant à un état tétanique. Les insecticides organophosphorés (malathion, les esters phosphoriques de synthèse) sont de puissants inhibiteurs des acétylcholinestérases. Ils agissent en se fixant de façon irréversible sur les sites actifs de l'enzyme. Dès lors, l'acétylcholine s'accumule dans les synapses provoquant une stimulation constante des muscles entraînant une paralysie tétanique. Les insecticides organophosphorés sont encore utilisés. Ils présentent une toxicité aiguë très élevée provoquant des troubles profonds du système nerveux suite à un blocage des acétylcholinestérases O O CH2 CH C NH O NH + - Site estérasique Site anionique NEOSTIGMINE (CH3)3N + C O O _ 5 °A (H3C)N + CH2 CH2 O C OH A C E T Y L C H O L I N E S T R A S E Les deux sites actifs de l’acétylcholinestérase sont séparés par une distance de 5A°. La même distance sépare le groupement ammonium quaternaire du groupement carboxyle dans le substrat de cet enzyme, l’acétylcholine. Tous les inhibiteurs de l’acétylcholinestérase (comme néostigmine: carbamate) possèdent également deux groupements électropositif et électronégatif séparés par une distance de 5A°, ce qui permet leur captation parfaite avec les sites anioniques et estérasiques de l’enzyme. Fig. 11. Mode d’action des toxiques anticholinestérasiques. ACETYLCHOLINE - ٢ Dans le cas des inhibiteurs de compétition (néostigmine: un carbamate naturel), la liaison est réversible après hydrolyse de celui-ci. Au contraire, avec un inhibiteur irréversible comme par exemple un insecticide organophosphoré, l’amiton, le site estérasique est définitivement bloqué après rupture hydrolytique de l’inhibiteur. (H6C2)NH + CH2 CH2 S P O H O CH2 NH CH C NH O + - OC2H6 OC2H6 Insecticide OP + (C2H3)2NH CH2 CH2 SH O CH2 NH CH C NH O + - P(OC2H3)2 O Fig. 12. Inhibition irréversible de l’AChE AChE OP-AChE c. Déplacement par le polluants des équilibres dans l'environnement Le polluant est un composé naturel et un élément essentiel, tel le phosphore ou le zinc, dont la présence dans l'environnement en concentration élevée déplace les équilibres. Ex. Le phénomène d'eutrophisation. Lorsque les nutriments comme les phosphates ou les nitrates provenant des amendements agricoles ou des détergents, sont présents en quantités très importantes dans l'environnement aquatique, il peut y avoir un développement excessif des producteurs, ce qui va entraîner une consommation accrue d'oxygène. Ce phénomène particulier de pollution est bien connu; il s'agit de l'eutrophisation. 10. Pollution des écosystèmes et évaluation a. Nocivité du polluant: Elle dépend de plusieurs facteurs : 1. Nature chimique du polluant 2. Caractéristiques du milieu 3. Organisme Dans le cas du mercure, - Les facteurs de contamination (les derivés organiques ou inorganiques du mercure, les niveaux de concentrations…). - Les facteurs abiotiques (pH, chlorure) ont une influence importante dans le degrés d’accessibilité du métal à la zone hydrophobe intra-lipidique et au flux transmembranaires. Nature chimique du polluant Caractéristiques du milieu Organisme cible - La membrane biologique: Le polluant doit franchir la membrane biologique ou se fixer sur celle-ci. - L’action des membranes biologiques est double. 1/ Contrôler le passage de l’extérieur vers l’intérieur de l’élément en bloquant, ralentissant ou accélérant l’absorption. 2/ Fixer préférentiellement certains polluants de façon transitoire ou définitive en provoquant des atteintes structurales ou fonctionnelles souvent extrêmes pour la vie de la cellule. Organisme ٣ - La nocivité du polluant dépend de la quantité pénétrant dans l’organisme mais aussi de la spéciation chimique du polluant. - Il est important de connaître les transformations, la localisation et les formes physico-chimiques de l’élément dans la cellule. - Les formes physico-chimiques peuvent être divisées en deux grandes catégories: 1/ Les formes minéralisées relativement stables dans le temps. 2/ Les formes organiques, labiles dans le temps qui sont généralement des métalloprotéines. Fig. 13. Transfert des micropolluants organochlorés dans l’organisme b. Effet des polluants: L’effet du polluant au niveau de l’organisme dépend du rôle physiologique rempli par la cellule, le tissu ou l’organe altéré par le polluant. Ceci implique l’importance des études de la localisation du polluant dans l’organisme. Selon la réponse des organes aux phases de contamination et de décontamination, on peut distinguer : • Les organes receveurs et les organes donneurs. • Les voies préférentielles d’entrée et de sortie des polluants. • Les processus cumulatifs ou limitatifs (cumulatifs se concentre dans l’organisme tout au long de son existence, cas du Cd et Hg chez les mammifères). L’ingestion de certains organes de stockage de polluants très toxiques peut présenter un risque pour le prédateur (ou l’homme qui est consommateur). Ex. Dans les Iles Féroë (Danemark), il a été déconseillé aux habitants de manger le foie et les reins d’un mammifère qu’ils chassent, car ces organes contiennent de quantités énormes de cadmium et de mercure (notion d’organotropisme qui a un intérêt sanitaire). La bioaccumulation au niveau de l’organisme sera tributaire de nombreux facteurs et en premier lieu de: - la nature de l’élément métallique qu’il ait un rôle biologique ou non et qu’il soit réguler ou non par l’organisme. - facteurs biotiques comme le stade vital, l’âge, le sexe et l’état physiologique. - facteurs abiotiques comme le degré de pollution, la saison (facteurs climatiques). La plupart de ces facteurs interagissent et il est souvent difficile de faire la part de chacun. ٤ L’étude de la bioaccumulation au niveau d’un organisme entier aura un triple intérêt: • possibilité d’effectuer des bilans en terme de quantité utiles dans le calcul des flux biogéochimique. • possibilité de quantifier le transfert par voie trophique. • possibilité d’utiliser ensuite certaines espèces comme indicatrices de la pollution (Mollusques Bivalves, Lichens, Echinodermes…). Chez les organismes aquatiques, la pénétration des polluants (dont les métaux) peut se faire - soit directement par l’eau (pénétration branchiale, cutanée, digestive…). - soit par l’intermédiaire de la nourriture. La part respective des deux voies aura des conséquences sur: • l’organotropisme. • l’élimination (mécanisme de détoxification, métalloprotéines). • la spéciation chimique du polluant (biodisponibilité et toxicité). L’exposition chronique à des doses sub- létales peut induire une tolérance à ce polluant. Plusieurs hypothèses ont été avancées concernant l’acquisition de la tolérance. Les mécanismes responsables de cette tolérance sont liés: a. aux relations entre l’acclimatation de certaines espèces animales aux métaux et la présence dans leur organisme de métallo- thionéines (ou autres métalloprotéines) ou l’augmentation de la synthèse de cette protéine. b. à la redistribution du polluant au sein de l’organisme correspondant à un stockage au niveau de sites biochimiques moins sensibles. c. à la variation des capacités d’absorption et/ou d’excrétion. c. Evaluation des effets: Le développement de l'industrie a entraîné une contamination de l'environnement par une quantité et une diversité croissante de substances toxiques - d'origine industrielle (métaux lourds) - d'origine agricole (fertilisants ou pesticides). Les effets des polluants sont souvent peu décelables rendant ainsi leur évaluation difficile. ٥ Trois modes d’absorption du toxique dans l’organisme : • la voie respiratoire (toxicité par inhalation). • la voie trans-tégumentaire (toxicité percutanée ou par contact). • la voie orale (toxicité par ingestion ou per os). La toxicité de ces produits s'exerce à différents niveaux de l'écosystème: • soit sur les proies des animaux Vertébrés et/ou Invertébrés. • soit sur les constituants de leurs habitats (herbicides). • soit sur la faune elle-même (réduction de la fertilité et augmentation de la mortalité). Plusieurs types d'effets sont induits par une contamination: • Effets immédiats de mortalité (toxicité aiguë) sont difficiles à constater surtout quand il s'agit de fortes doses de polluants absorbées en une ou plusieurs fois. • Effets sub-létaux (toxicité sub-létale) observés chez une population contaminée qui présente une proportion significative d’individus survivants bien que tous les individus manifestent des troubles métaboliques. • Effets à long terme (toxicité uploads/Geographie/ cours-ecotoxicologie-2013-partie-2-2-1658484331.pdf