Наиболее токсичны свободные ионы металлов

Взаимодействие тяжелых металлов с микроорганизмами

Микроорганизмы по-разному реагируют на тяжелые металлы. Всем микроорганизмам в качестве компонентов питания необходимы те или иные тяжелые металлы, такие как кобальт (Co), медь (Cu), железо (Fe), марганец (Mn), цинк (Zn), некоторые нуждаются в молибдене, ванадии, никеле. Эти металлы входят в состав ферментов микроорганизмов.

В некоторых случаях наблюдается стимуляция развития микроорганизмов невысокими концентрациями солей свинца, кадмия и других элементов, которые не являются необходимыми для клетки, и более того, являются токсичными. Это явление можно объяснить эффектом Арндт-Шульца, который заключается в том, что аккумуляция токсичных веществ в не летальных (невысоких) концентрациях на поверхности клетки изменяет проницаемость мембраны, нарушает ее барьерные функции, что определяет свободное поступление пищи и, соответственно, усиливает метаболизм клетки.

При увеличении концентрации солей тяжелых металлов проявляется их токсическое действие. Для разных микроорганизмов токсичны различные концентрации солей тяжелых металлов. Так, для E. coli токсично содержание CdCl₂ - 20 мг/л, ляписа AgNO₃ – 6 мг/л. Токсичность тяжелых металлов зависит от того, в какой форме находится металл:

1. в форме иона в растворе

2. в виде недиссоциированной соли

3. в составе комплексного соединения.

Проявления токсичности могут быть различными:

1. изменение клеточного метаболизма

1. бактериостатическое действие (задержка роста и размножения)

2. бактерицидное действие (гибель клеток).

Токсичность ионов тяжелых металлов связана с тем, что они могут выступать в роли антиметаболитов, т.е. способны соединяться с белками, нуклеотидами, коферментами, фосфолипидами и др. веществами, участвующими в метаболизме клетки, выводя их из строя или вызывая их распад. Ионы взаимодействуют с электроннодонорными группами в органических соединениях: аминогруппами, гидроксильными, карбоксильными, фосфатными, сульфгидрильными группами. Тяжелые металлы влияют на многие стороны метаболизма.

1. Ионы тяжелых металлов ингибируют металлосодержащие ферменты, путем замещения специфического катиона.

2. Нарушают синтез рибофлавина и витамина В₁₂ , синтез гемов.

2. Вызывают нарушения функций ЦПМ. Особенно ионы ртути (Hg²⁺) и серебра (Ag²⁺). Ионы взаимодействуют с сульфгидрильными группами (-SH) мембранных белков.

2. Угнетают дыхание клетки в следствие:

а) взаимодействия металлов с компонентами дыхательной цепи

б) нарушения транспорта веществ – субстратов для дыхания.

3. У фотосинтезирующих бактерий нарушают фотосинтез. Фотосинтез чувствительнее к тяжелым металлам, чем дыхание. Например, очень чувствительны к тяжелым металлам цианобактерии. У них ртуть связывается с белками фотосинтетических мембран (тилакоидов).

4. Ингибируют синтез белка и РНК.

5. Оказывают мутагенное действие.

6. Нарушают процесс азотфиксации.

Микроорганизмы способны концентрировать тяжелые металлы, извлекая их из растворов. Микроскопические грибы адсорбируют металлы на поверхности мицелия, бактерии или внутри клеток или на поверхности. Ртуть, кадмий, серебро и уран в основном адсорбируются на поверхности клеток бактерий. Ионы меди, цинка, никеля, кобальта, свинца, стронция, а иногда кадмия и урана в основном транспортируются внутрь клеток, частично на поверхности. Активный транспорт ионов цинка, никеля, кобальта, стронция, кадмия осуществляется системой транспорта ионов магния, иногда системой транспорта ионов марганца и кальция. В некоторых случаях накопление металлов клеткой заканчивается гибелью. Биологический смысл явления неясен. Это явление – биосорбция – нашло практическое применение. Биосорбцию используют для извлечения металлов из растворов. При помощи микроскопических грибов из растворов извлекается до 96-98% серебра и золота, до 84% платины.

Дата добавления: 2015-06-26