skanuj0009

BIODEGRADACJA KSENOBIOTYKÓW W ŚRODOWISKU NATURALNYM

CZąSG TEORETYCZNA

Do środowiska dostaje się szereg substancji ksenobiotycznych. Wiele z nich jest bardzo często szkodliwych dla organizmów żywych ponieważ wykazują właściwości toksyczne i mutagenne. Dość dużo wiadomo na temat biodegradacji złożonych substancji organicznych pochodzenia naturalnego, stanowią one bowiem ważną część krążenia węgla w biosferze. Inaczej jest z syntetycznymi związkami organicznymi. Mikrobiologiczne przemiany ksenobiotyków zachodzą z dużą trudnością łub wcale, wobec tego zanieczyszczenia tymi związkami mają charakter trwały. Zanieczyszczenia trwałe są jedynie pobierane i gromadzone w organizmach żywych(biokumulacja). Groźną cechą tego rodzaju zanieczyszczeń jest ich rozprzestrzenianie na dalekie odległości poprzez poszczególne ogniwa łańcucha pokarmowego.Np DDT zachowuje swą toksyczność nawet po 14 latach od wysiania oraz gromadzi się w tkance tłuszczowej ptaków i ssaków.

Przykładem związków będących głównie zanieczyszczeniami trwałymi są metale ciężkie. Kumulują się one w osadach dennych i glebie, wchodzą w szeregi troficzne wywołują groźne skutki w biocenozie i dla zdrowia ludzkiego.Metale w postaci czystych pierwiastków raczej nie wywołują działania trującego na organizm , ponieważ są praktycznie nierozpuszczalne. Jedynie ich pary mogą wnikać do organizmu człowieka przez drogi oddechowe i skórę i dlatego łatwo parująca rtęć metaliczna jest trucizną. Najsilniejsze właściwości toksyczne mają nieorganiczne związki metali, łatwo rozpuszczalne i silnie dysocjujące, ponieważ dzięki temu łatwo przenikają przez błony komórkowe. Metale ciężkie w glebie występują na ogół w formie nierozpuszczalnej. Mogą jednak ulegać różnym przemianom, na skutek czego formy mało aktywne i trudno dostępne przechodzą w formy rozpuszczalne, aktywne i ujemnie oddziałujące na rośliny i drobnoustroje glebowe, a za ich pośrednictwem na zwierzęta i człowieka. Drobnoustroje wykazują zdolność nagromadzania metali ciężkich z otaczającego środowiska. Procesy mikrobiologicznej akumulacji metali z roztworów można podzielić na trzy grupy: sorpcję jonów metali na powierzchni komórek, wewnątrzkomórkowy pobór metali oraz chemiczną przemianę wskutek działania czynników biologicznych. Często zjawisku transportu jonów metali do komórki towarzyszy wydzielanie metabolitów drobnoustrojowych i kompleksowanie przez nie metalu. Tak zneutralizowany metal jest dopiero transportowany do wnętrza komórki. Następnie jony metali mogą ulegać przemianom metabolicznym, które prowadzą do ich wytrącenia w postaci związków trudno rozpuszczalnych, związania w postaci chelatów lub przemiany w związki lotne. Nagromadzenie się metali ciężkich w komórce doprowadza do osiągnięcia zawartości wielokrotnie przewyższających stężenie metali w wodzie. Po śmierci komórki zakumulowane związki są ponownie uwalniane do wody.

Wiele syntetycznych związków organicznych ulęga jednak rozkładowi biologicznemu dzięki bakteriom mogącym adaptować się do wykorzystania nowego substratu, przez wytwarzanie odpowiednich enzymów adaptacyjnych. Ma to kapitalne znaczenie dla procesów detoksykacji ekosystemów.

Zdolność mikroorganizmów do rozkładu ksenobiotyków jest uzależniona od stężenia w jakim występują one w środowisku. Stężenie to powinno być na tyle niskie aby w obecności organizmów żywych nie powodowały efektu letalnego lub zakłóceń funkcji fizjologicznych. W przypadku wzrostu stężenia substancji toksycznych mogą nastąpić zmiany struktur populacyjnych mikroorganizmów, a w konsekwencji ulegną zaburzeniu procesy rozkładu materii organicznej. Na podatność substancji organicznych na rozkład biologiczny ma wpływ również ich budowa chemiczna. Często niewielkie zmiany w strukturze cząsteczki powodują, że staje się on substratem dostępnym dla mikroorganizmów. I tak np. mikoorganizmy nie atakują rozgałęzionego łańcucha alkilowego ponieważ nie pasuje on do centrów aktywnych ich enzymów. Wystarczy jednak wyprostować łańcuch alkilowy aby stał się on podatny na rozkład mikrobiologiczny. W związkach aromatycznych o podatności na biodegradację decyduje ilość, rodzaj i wzajemne ułożenie podstawników. Węglowodory chlorowane są tym bardziej oporne na rozkład biologiczny, im więcej zawierają podstawników halogenowych, przy czym oporność ta maleje od fluoru poprzez chlor i jest najmniejsza podczas obecności w pierścieniu bromu i jodu. Obecność atomu chloru w pierścieniu aromatycznym w pozycji meta czyni pierścień zupełnie niedostępnym dla mikroorganizmów. Efekt ten jest mniejszy, jeżeli atom chlorowca jest w pozycji orto lub para.