Как получают рицин из клещевины

Рицин
Пространственная структура рицина. Цепь А изображена синим цветом, цепь B — золотистым
Обозначения
CAS	9009-86-3
PDB	2AAI
UniProt	P02879
Информация в Викиданных ?

Рици́н — белковый яд растительного происхождения (фитотоксин), чрезвычайно ядовит (особенно в виде аэрозоля, для человека средняя смертельная доза (ЛД₅₀) составляет 0,3 мг/кг [1] перорально). Токсичность рицина составляет:
0,00015 мг/кг (белые мыши, внутривенно);
0,02 мг/кг (крысы, подкожно);
0,2 мг/кг (морские свинки, подкожно) [ источник не указан 1983 дня ] .

Рицин представляет собой белый порошок без запаха, хорошо растворимый в воде. Молекулярная масса — около 67 кДа.

Рицин не проникает через кожу. Пути отравления — обычно введение в кровь, чуть хуже проникновение через лёгкие (этот способ для рицина не всегда действенен).

Содержание

Биохимия [ править | править код ]

Механизм отравляющего действия рицина включает ингибирование синтеза белка рибосомами. Известны два основных типа таких ингибиторов: ингибиторы типа 1 представляют собой единичную полипептидную цепь, обладающую ферментативной активностью, а рицин и прочие ингибиторы типа 2 состоят из двух полипептидных цепей и являются гетеродимерными гликопротеинами. Из них только цепь A обладает ферментативной активностью, а цепь B, связанная с нею дисульфидными связями, проявляет активность, свойственную лектинам и опосредует проникновение токсина в цитозоль. Чтобы токсин мог инактивировать рибосому, дисульфидная связь между цепями А и В должна быть восстановлена [2] .

Структура [ править | править код ]

Молекула рицина представляет собой гликозилированный глобулярный гетеродимер массой 60-65 кДа. Массы цепей А и В приблизительно равны: 32 и 34 кДа соотв.

• Цепь A — N-гликозидаза, состоит из 267 аминокислотных остатков [3] . Три структурных домена, состоящие из альфа-спиралей и бета-складок, образуют щель, в которой расположен активный центр [4] .
• Цепь B — лектин, состоит из 262 аминокислотных остатков, связывает остатки галактозы на поверхности клетки [5] . Образует двудольную структуру, лишенную альфа-спиралей и бета-складок, каждая доля разделяется на три субдомена, один из которых содержит активный центр. Белки, подобные цепи A, содержат многие растения, например, ячмень, но в отсутствие цепи B они нетоксичны.

Проникновение в цитозоль [ править | править код ]

Способность рицина проникать в цитозоль зависит от водородных связей, образующихся между аминокислотными остатками цепи B и олигосахаридами на поверхности клетки, содержащими остатки галактозы или N-ацетилгалактозамина. Кроме того, остатки маннозы, входящие в состав рицина, могут связываться рецепторами маннозы на поверхности клетки [6] . Показано, что на поверхности одной клетки может связаться до 10 6 −10 8 молекул рицина [7] . После связывания происходит интернализация молекул как в клатриновые везикулы, так и в транспортные везикулы, не содержащие клатрин, такие как кавеолы и везикулы, образующиеся при макропиноцитозе [8] [9] . Так рицин попадает в эндосомы и затем в аппарат Гольджи. Хотя на этом пути рицин проходит через лизосомы, он не подвергается деградации [10] , и из аппарата Гольджи попадает в эндоплазматический ретикулум интактным.

Известно, что для проявления токсической функции рицин должен распасться на A- и B-цепи, но где это происходит, в эндоплазматическом ретикулуме или в цитозоле, пока неизвестно [11] . Существующий в цитозоле механизм очистки от лишнего белка путём его убиквитинирования на рицин также не действует, поскольку для присоединения убиквитина в его структуре не хватает остатков лизина [12] .

Инактивация рибосомы [ править | править код ]

Показано, что цепь A расщепляет гликозидную связь при остатке аденина в позиции 4324 рРНК 28S субъединицы [13] [14] ; этот остаток расположен в консервативной последовательности 5’-AGUACGAGAGGA-3’, называемой сарцин-рициновой петлёй, которая важна для связывания факторов элонгации [15] , вследствие чего синтез белка на рибосоме полностью и необратимо блокируется. На этом действие цепи A не прекращается, каждая молекула этого фермента выводит из строя до 1500 рибосом в минуту.

Производство [ править | править код ]

Рицин получают из касторовых бобов, плодов растения Ricinus communis (русское название клещевина) путём обработки жмыха, остающегося после получения касторового масла (также содержащего следы рицина).

Применение [ править | править код ]

Медицина [ править | править код ]

В отличие от касторового масла, очищенный рицин в медицине не применяется, хотя проводились разработки способов его использования для лечения рака, а также при вакцинации.

Химическое оружие [ править | править код ]

Известно, что рицин в 6 тысяч раз более ядовит, чем цианистый калий [16] . Поскольку небольшой дозы рицина размером с булавочную головку достаточно, чтобы убить взрослого человека, способы применения рицина в качестве оружия массового поражения изучались военными ведомствами разных стран, начиная с Первой мировой войны, однако из-за ряда недостатков это вещество так и не было принято на вооружение. Тем не менее, рицин нашёл применение у спецслужб. Одним из наиболее известных инцидентов с применением рицина стало убийство болгарского диссидента Георгия Маркова, который был отравлен в 1978 году при помощи укола зонтиком особой конструкции [17] . По другим данным, оружие убийцы было пневматическим ружьем, стрелявшим микрокапсулой с рицином и замаскированным под зонтик. Доза, введенная Маркову, составила не более 450 мкг (или 0,45 миллиграмма) [18] .

Простота получения токсина сделала его потенциально доступным для террористических групп. Так, в 2001 году пресса сообщала об обнаружении инструкций по изготовлению рицина на разгромленной базе «Аль-Каида» в Кабуле [19] . В 2003 году некоторое количество рицина было найдено у террористов в Лондоне [20] , следы рицина обнаружились в ячейке хранения на Лионском вокзале в Париже [21] .

В 2013 году ряд лиц из штата Миссисипи были арестованы за попытку послать президенту США Бараку Обаме и другим высокопоставленным лицам США письма с рицином [16] . Так, в мае этого же года мэру города Нью-Йорк прислали письмо с угрозами, содержащее рицин, предположительно в ответ на деятельность общественной организации «Мэры против нелегального оружия» [22] .

Позднее в Техасе предъявлены обвинения актрисе Шэннон Ричардсон, подозреваемой в рассылке писем со смертельным ядом американским политикам [23] .

Клещевина (Ricinus communis L.) — растение семейства Молочайные (Euphorbiaceae), которое имеет широкое распространение и получило ряд важных применений. Встречается в дикорастущем, культурном и полукультурном виде. Название произошло от латинского слова "ricinus" — клещ, поскольку семена клещевины похожи на насосавшихся крови клещей.

Вероятной родиной клещевины является Эфиопия, однако растение широко распространено в зонах с тропическим и субтропическим климатом обеих полушарий, встречается также в местностях с умеренным климатом (например, в качестве декоративного растения). В Египте клещевину выращивают уже 4 тысячи лет.

В странах с тропическим климатом клещевина — вечнозеленый кустарник высотой до 10 м, в странах с умеренным климатом клещевина является однолетним растением, иногда достигая высоты 2 м и более.

Клещевину нередко сажают на клумбах в качестве декоративного растения. Часто для этой цели используют низкорослые формы с окрашенными листьями и плодами.

Из семян клещевины путем холодного прессования получают касторовое масло, обладающее рядом ценных свойств. Важнейшими из них являются невысыхаемость, высокая вязкость и низкая температура застывания. По вязкости касторовое масло превосходит подсолнечное в 18 раз. В отличие от других растительных масел, касторовое масло нацело растворяется в спирте.

Получение касторового масла из семян клещевины

Касторовое масло содержит около 80% глицеридов рицинолевой кислоты (остальное — глицериды линолевой и олеиновой кислот). Именно наличием большого количества рицинолевой кислоты объясняется то, что касторовое масло имеет высокую вязкость, не высыхает и не образует пленку.

Глицерид рицинолевой кислоты

Как видно из формулы, рицинолевая кислота ненасыщенная, однако она содержит всего одну двойную связь в большой молекуле, что затрудняет полимеризацию при действии кислорода и света.

Касторовое масло широко применяется в химической промышленности, в частности, оно служит сырьем для получения алкидных и эпоксидных смол, полиуретанов. В пищевой промышленности касторовое масло имеет ряд вспомогательных применений.

В технике касторовое масло является важнейшим смазочным материалом. Оно имеет широкий интервал рабочих температур, не смешивается с нефтепродуктами, неагрессивно по отношению к большинству пластмасс и нетоксично для людей и животных.

В прошлом касторовое масло применялось в качестве моторного масла в авиации, сейчас это применение сохранилось только в авиамоделизме. Смеси касторового масла с этиловым (ЭСК) и бутиловым спиртами (БСК) использовали в качестве тормозных жидкостей. Первые из них — ЭСК вышли из употребления в 1950-х гг., поскольку этиловый спирт можно было легко выделить из смеси и использовать не по назначению (а к чему приводит пьянство за рулем объяснять излишне). Кроме того, жидкость ЭСК имела низкую точку кипения.

Рафинированное касторовое масло применяется в медицине. Оно является эффективным слабительным средством. В разговорной речи слово "касторка" часто употребляется как синоним слова "слабительное". Также касторовое масло входит в состав некоторых мазей и бальзамов (например, мазь Вишневского).

В быту касторовое масло используется для ухода за изделиями из кожи.

Семена клещевины содержат от 40 до 60 % масла, однако в их состав также входит до 17 % белков, среди которых примечателен рицин — гликопротеин с глобулярной структурой и молекулярной массой — 60-65 тысяч. Белок содержит 560 аминокислотных остатков, которые образуют два фрагмента (домена), связанные дисульфидным мостиком.

Рицин — вещество, обладающее высокой токсичностью для человека и животных. Для человека при пероральном употреблении (через пищеварительный тракт) ЛД₅₀ составляет 0.3 мг/кг. Время наступления смерти зависит от дозы (до 7 суток при 1 ЛД₅₀ и около 1 суток при 40 ЛД₅₀). По ингаляционной токсичности (вдыхание аэрозоля) рицин сопоставим с зарином (для обезьян LC _т 0.1 мг). При инъекционном введении летальная доза рицина может быть на 1-2 порядка ниже, чем при пероральном (для человека — 0.004 мг/кг [5]):

Токсичность рицина обусловлена тем, что он нарушает синтез белков в рибосомах. В организме рицин распространяется с кровотоком, куда попадает через желудочно-кишечный тракт или через легкие. При достижении поражаемой клетки домен В связывается со специфичными рецепторами на поверхности мембраны, при этом в мембране образуется канал, через который внутрь клетки проникает домен А, где он инактивирует ферменты рибосом.

Если домены А или В ввести в организм по отдельности, они не представляют опасности, но при одновременном введении в организм доменов А и В они самопроизвольно соединяются в молекулу рицина, который проявляет то же токсическое действие, что и природный белок.

Были синтезированы аналоги рицина (т.н. гибридные или "химерные" молекулы), которые вместо домена А содержат другой природный или синтетический токсин, причем домен В играет роль "проводника", благодаря которому токсин проходит сквозь мембрану клетки. Разумеется, таким методом можно попытаться внедрить в клетку не только токсины, но и лекарственные препараты.

Интересно, что белки, подобные домену А рицина, содержат многие растения, например, ячмень, но в отсутствие домена В они не представляют опасности.

Кроме рицина семена клещевины содержат также ядовитый алкалоид рицинин (в количестве 0.1-1%). Рицинин — пиридиновый алкалоид, который имеет циангруппу в качестве одного из заместителей.

Если касторовое масло нашло широкое применение в промышленности, технике и медицине, то рицин рассматривали и рассматривают в основном как химическое оружие. Несмотря на высокую токсичность [1], рицин так и не нашел применение в качестве оружия массового поражения. Несомненным преимуществом рицина является доступность сырья и простота получения. Рицин можно легко выделить из жмыха клещевины после отделения касторового масла [2]. Учитывая, что производство семян клещевины составляет сотни тысяч тонн в год [3], а содержание рицина в жмыхе — 0.5-1.5%, проблемы с сырьевой базой практически отсутствуют. Простота технологии выделения рицина привлекательна, прежде всего, для стран, которые не имеют развитой химической промышленности.

Однако рицин не выдержал конкуренции с другими боевыми отравляющими веществами и так и не был принят на вооружение. Главный недостаток рицина как боевого отравляющего вещества состоит в том, что он практически не вызывает отравления при попадании на кожу: необходимо попадания яда в легкие или желудочно-кишечный тракт. Другими словами, требуется применение рицина в виде аэрозоля (водного раствора или мелкого порошка), от которого хорошо защищает даже простой противогаз. В дополнение к этому рицин со временем разлагается водой и инактивируется ультрафиолетовым светом. Пролонгированное действие (15-72 часа) также является большим недостатком.

К сожалению, рицин все-таки получил применение в качестве яда. Он использовался спецслужбами социалистических стран для физического устранения инакомыслящих. Наибольшую известность получило убийство болгарского диссидента Георгия Маркова. В 1978 г в Лондоне Марков получил укол специально оборудованным зонтиком, который ввел в организм капсулу с рицином.

Семена клещевины, несомненно, представляют опасность, и их ни в коем случае не следует употреблять, поскольку они содержат рицин и рицинин [4], но это не означает, что употребление семян клещевины обязательно заканчивается фатально.

Коллега рассказал, что его однокурсница в порядке спора съела стакан семян клещевины (200 мл), которые насобирала на клумбе около главного входа. И не отравилась, но потом почти всю ночь провела в туалете общежития.

Возможно, ее спасло то, что она не разжевывала семена. Очень важно, что в семенах клещевины содержится касторовое масло, которое вызывает сильный слабительный эффект, мешая всасываться ядам.

Я попробовал разжевать одно семечко клещевины. Под твердой хрустящей оболочкой оказалась белая "мякоть", которая по консистенции напоминала сырые семечки подсолнуха. Какого-либо вкуса не ощутил (почувствовал только, что семечко жирное). Эксперимент прошел без каких-либо последствий, для здоровья и самочувствия.

Тем не менее, повторять такие опыты категорически не рекомендую. Это похуже, чем игра в русскую рулетку. Рицин — не просто очень ядовитое вещество, смерть от него будет долгой и мучительной (в отличие, например, от цианида). Противоядие неизвестно, т.е. если достаточная доза рицина уже попала в кровь, спасти потерпевшего не представляется возможным. Недаром клещевина обыкновенная считается самым ядовитым из всех семенных растений.

Даже если доза яда окажется несмертельной, патологические изменения, вызванные рицином, останутся. Если все это вас не убедило, приведу описание симптомов отравления [5]:

"Первые симптомы поражения (геморрагия сетчатки глаз) наступают не ранее чем через 15 часов. Симптомы отравления: тошнота, рвота, боль, жжение в пищеводе и желудке, понос, головная боль, сонливость, судороги, коллапс, летальный исход.

При аэрозольном попадании — симптоматика бронхита и пневмонии. Как правило, смерть наступает через 6-8 дней. При летальной интоксикации характерны тяжелые поражения печени и селезенки, геморрагические явления в желудочно-кишечном тракте, лимфатических узлах брюшной полости и сильные изменения в ультраструктуре почек. "

Кроме токсикологического существует и другой аспект — социальный, который может быть не менее неприятен. В России и Украине спецслужбы пытаются "выявить" как можно больше террористов: чтобы оправдать те огромные деньги, которые выделяются на содержание этих спецслужб (естественно — из наших карманов) и отвлечь внимание людей от их собственной антиобщественной деятельности. Если не удается найти настоящих террористов (или если террористов нельзя трогать, т.к. у них высокая "крыша") — сойдут и террористы вымышленные. Как правило, таких террористов "спецы" делают из обычных законопослушных граждан.

Любой, кто интересуется рицином или клещевиной, оказывается в очень невыгодном положении: ведь это не только опасное вещество, но и одни из разрекламированных журналистами ядов, о котором часто трезвонят средства массовой дезинформации (другие примеры: цианиды, соли таллия, диоксины). Следовательно, даже теоретический интерес к данным веществам может настроить против вас обычных людей, которые не привыкли задумываться над правдивостью того, что говорят по телевизору.

__________________________________________________
1 Для человека при попадании через пищеварительный тракт смертельная доза цианистого калия составляет 1.7 мг/кг, рицина — 0.3 мг/кг.

2 Для общего развития приводим схему выделения рицина из плодов клещевины, взятую американского патента [Полный текст].

Желающие узнать больше о рицине могут обратиться к работе по биохимии, токсикологии и методам выделения рицина [ссылка]

3 Например, мировое производство семян клещевины в 2007 году составило 1230.9 тыс. тонн.

4 Некоторое количество рицина содержит также нерафинированное касторовое масло.

5 Н.С. Антонов Химическое оружие на рубеже двух столетий (1994) [ссылка]

В Великобритании арестована группа выходцев из Северной Африки в связи с тем, что в лондонской квартире одного из арестованных был обнаружен исключительно сильный растительный яд рицин.

Видный британский специалист по вопросам ядерного, химического и биологического оружия Эндрю Оппенхаймер консультирует компанию «Jane’s Information Group», которая публикует авторитетное оборонное издание «Jane’s Defence Weekly». На нашу просьбу рассказать о рицине он сказал в беседе по телефону из Лондона, что производство этого сильнейшего яда не представляет особых технических трудностей.

Эндрю Оппенхаймер: «Рицин получают из семян клещевины, принадлежащей к семейству бобовых. Заполучить сырье для его производства нетрудно. Существует промышленный способ переработки клещевины в касторовое масло, и один из побочных продуктов этого процесса — рицин. Технология настолько проста, что овладеть ею по силам даже студенту-химику, не говоря уже о дипломированном специалисте».

Ребекка Уорд: Получается, что это вещество совершенно доступно?

Э.О.: Да, клещевина выращивается во многих странах мира. Я никогда не пытался достать это растение, но думаю, что при желании это сделать нетрудно.

Р.У.: Насколько опасен рицин? Какова его токсическая доза? И каков механизм его действия?

Э.О.: Рицин исключительно сильный яд, в тысячи раз более токсичный, чем цианистый калий. Даже в чрезвычайно малой дозе — одна десятая грамма — он смертелен для человека, особенно при введении в организм путем инъекции. Его также можно применять в виде аэрозоли. И тем не менее рицин не считается оружием массового поражения, так как для масштабного эффекта необходимо весьма большое его количество. Если сравнить этот яд с сибирской язвой, например, то эквивалентом одного килограмма спор сибирской язвы является ни много ни мало — четыре тонны рицина.

Р.У.: Допустим, что лица, арестованные по подозрению в подготовке террористического акта, действительно планировали нечто подобное. Как бы они действовали ?

Э.О.: В том случае, если они связаны с «Аль-Кайдой», они попытались бы изготовить большую партию этого вещества, достаточно крупную для применения, скажем, в метро. Если бы они планировали получить рицин в виде аэрозоли или собирались применить его для одиночных убийств, то тогда большого количества яда не нужно.

Р.У.: Вы, вероятно, знаете, что США держат наготове противооспенную вакцину, чтобы использовать ее для защиты в первую очередь военных и работников спасательных служб. Не принимает ли Великобритания аналогичных мер вакцинации?

Э.О.: Давайте рассмотрим каждое вещество по отдельности. Во-первых, от рицина нет противоядия. Во-вторых, что касается оспы, то правительство заказало вакцину у подрядчика. И, насколько я знаю, существуют еще другие фирмы, которые должны поставить дополнительные партии. Мы тоже, как и вы в США, рассматриваем необходимость вакцинации в первую очередь тех, кто находится на переднем крае. Однако пока что возможность вакцинирования кого-либо, кроме работников аварийных служб, не обсуждается.

Горячие споры по поводу массовой вакцинации продолжаются, поскольку, если будет применена оспа, являющаяся идеальным биологическим оружием, то уровень инфицированности будет настолько высок, что для прививки только первых зараженных наличных запасов вакцины не хватит.

По инфекционности оспа опаснее всех других болезней, кроме гриппа. В силу этого, если генетически модифицировать вирус гриппа, это будет биологическое оружие воистину массового поражения. Но оспа уже является таким оружием, без всяких модификаций. В случае реальной опасности ее применения придется прививать поголовно всех, иначе не избежать гибели миллионов людей, так как от оспы погибает треть зараженных.