2014-02-02
2491
Пример. Большинство пестицидов быстрее разлагаются в аэробных условиях, чем в анаэробных. Однако многие ХОП, имеющие ароматические структуры, лучше разлагаются в анаэробных условиях или при чередовании анаэробных и аэробных условий.
Рис. 6. Микробиологическое окисление нафталина (Кузнецов, 2005, с.373).
Способность микроорганизмов атаковать ароматическое кольцо уникальна. Для разрыва бензольных колец микроорганизмами необходимо, чтобы кольцо содержало, по крайней мер, два гидроксильных заместителя. Это ослабляет двойную связь. Эти заместители вводятся посредством окисления (с участием диоксигеназной системы). Затем происходит разрыв кольца. На последних стадиях реакции образуются кумариновая кислота, салициловая кислота, пирокатехин. В почве возможно и дальнейшее раскрытие второго бензольного кольца микроорганизмами по той же схеме с образованием еще более простых соединений, легко усваиваемых микроорганизмами, например солей уксусной кислоты – ацетатов. Микроорганизмы выполнили свой важную экологическую функцию – провели детоксикацию нафталина (ПАУ). Аналогичным образом может идти окисление микроорганизмами и других ПАУ.
21. 4) Окислительное дехлорирование (отщепление атомов хлора с образованием двойной связи – частный случай окислительных реакций) особенно важно, так как к хлорсодержащим соединениям относятся многие СОЗ - ПХДД/Ф, ПХБ, ХОП и др. Пример: биодеградация ДДТ некоторыми членистоногими и микроорганизмами в ДДЕ (тоже токсичное и более устойчивое соединение). Реакция приводилась ранее на примере абиотического процесса (Слайд 12, рис.2).
5) Превращение паратиона в параоксон тоже может происходить не только под действием абиотических факторов (гидролиз, фотоокисление) (Слайд11, рис.1 слева), но также и при трансформации в организме. Параоксон более токсичен, паратион, но зато более растворим и более полярен. Это удобно для вывода экотоксиканта из организма и вступления в последующие реакции.
Вывод. При окислительной биотрансформации экотоксикантовнередко образуются более токсичные, в том числе канцерогенные соединения. Но вместе с тем, биотическая трансформация может приводить и к детоксикации органических экотоксикантов, особенно при участии микроорганизмов, способных путем последовательных реакций расщеплять бензольное кольцо даже сложных по химическому строению экотоксикантов.
Восстановление. В анаэробных условиях в почве и донных отложениях экотоксиканты могут участвовать в восстановительных процессах. При абиотических процессах восстановитель - железо (II). При биотических процессах микроорганизмы (с помощью ферментативной системы) могут восстанавливать двойные связи в ароматических соединениях.
22. Коньюгация представляет биосинтез, в процессе которого сам экотоксикант или продукт его трансформации на предыдущей стадии соединяется с белками, аминокислотами, углеводами и другими веществами организма. При этом образуется крупная полярная молекула, которая выводится из организма.
Пример: детоксикация бензойной кислоты.
Рис. 7. Детоксикация бензойной кислоты (фунгицид; используется в медицине, партфюмерии, при консервации) у птиц путем реакции связывания (коньюгации) бензойной кислоты с аминокислотой — орнитином (продукт выводится с экскрементами) (Голдовская, 2005, с.44).
Некоторые элементы, в том числе и относящиеся к ТМ, необходимы живым организмам, но поступление избыточных количеств металлов приводит к тяжелой интоксикации. Поэтому многие организмы имеют естественные механизмы удаления тяжелых металлов.
Примеры:
1) Удаление металлов в форме металлорганических соединений. Метилирование металлов – это пример биотрансформации с образованием более токсичных веществ. Наиболее интенсивно осуществляются в водных экосистемах микроорганизмами донных отложений. Возможно в почве микроорганизмами и гумусовыми веществами. Особое значение имеет способность микроорганизмов превращать ионы ртути в метил- и диметилртуть: Hg2+ → CH3 ― Hg+ (метилртуть),
CH3 ― Hg+ → CH3 ― Hg ― CH3 (диметилртуть)
Метилртуть амбифильна, т.е. хорошо растворима как в воде, так и в липидах. Поэтому она легко проникает через кожные покровы и другие физиологические барьеры.
Диметилртуть очень липофильна, в отличие от неорганической ртути она почти полностью поглощается организмом, и лишь незначительная часть ее выводится. Метилированные формы ртути могут проникать через плацентарный барьер в организме матери и оказывать эмбриотоксическое действие на плод. Поэтому органические формы ртути (и других металлов) более опасны для организма, чем неорганические. Органические формы свинца, олова и ртути занесены в список СОЗ.
Неорганические соединения мышьяка трансформируются микроорганизмами с образованием триметилированного мышьяка:
As2O3 → CH3 ― As ― CH3
|
CH3
Пример последствий образования метилированной ртути в водных экосистемах - болезнь Минамата.
(Неорганическая ртуть в стоках химического производства → метилирование ртути микроорганизмами в прибрежных морских водах → организмы рыб → организм человека - Болезнь Минамата - сложное заболевание центральной нервной системы, у новорожденных детей пороки развития - тератогенез).
24. 2) В осстановление атомов с переменной валентностью:
2) В осстановление атомов с переменной валентностью:
As 5+ → As 3+ (активация соединений мышьяка);
Hg2+ → Hg (↑) (детоксикация водных сред, поступление ртути в атмосферу);
Pb 2+ → Pbo (↓) (детоксикация поверхностных вод и активация донных отложений)
As 3+ более токсичен для высших организмов, чем As 5+.
При восстановлении катионов Hg2+ до металлической ртути, последняя из-за высокой летучести может переходить в газовую фазу.
Восстановление катионов свинца до нерастворимого металла – возможный способ удаления металла из раствора.
