جزئیات مقالات      مقالات » مکانیسم جذب فلزات سنگین در میکروارگانیسم ها

مکانیسم جذب فلزات سنگین در میکروارگانیسم ها


مکانیسم های جذب فلزات سنگین و سمی در میکروارگانیسم های مختلف :


این مکانیسم ها عبارتند از:


الف) جذب زیستی مستقل ازمتابولیسم


ب) جذب زیستی وابسته به متابولیسم


 



 



طیفی از مکانیسم های میکروبی جهت پاکسازی فلزات سنگین و رادیونوکلوئیدها وجود دارد.


این دامنه از واکنشها صرفاً واکنش های فیزیکوشیمیایی مانند جذب در دیواره های سلولی و سایر ترکیبات تا مکانیسم های وابسته به متابولیسم مانند انتقال و رسوبدهی خارج از سلولی به وسیله متابولیت های ترشحی را شامل می شود.


ظرفیت جذاب و مکانیزم در انواع میکروارگانیسم ها است متفاوت است، لکن جنبه های مشترک نیز ممکن استوجود داشته باشد.


سلول های زنده و نیز سلول های مرده قادر به انباشت فلز می باشند.


جذب میکروبی فلز می تواند در دو فاز عمده صورت گیرد. فاز نخست که در سلول های مرده رخ می دهد، سریع بوده و اتصال، مستقل از متابولیسم یا جذب در دیواره های سلول و سایر سطوح خارجی میباشد.


فاز دوم که آهسته تر است، فاز انتقال وابسته به متابولیسم از طریق غشاء سیتوپلاسمی است.


در برخی موارد جذب داخل سلولی، ناشی از نفوذپذیری افزایش یافته غشاء است (به ویژه اگر سمیت آشکار شود).


این دو فاز جذب، ممکن است در همه میکروب ها مشاهده نشود و برخی از عناصر مانند سرب، اورانیوم و توریم، قسمت اعظم انباشت در سلول های زنده یا مرده شامل پدیده جذب سطحی بوده و جذب داخل سلولی نباشند.


 



 



 به طور کلی، جذب زیستی مستقل از متابولیسم (غیر متابولیک) به منظور توصیف کنش های فیزیکوشیمیایی غیرمتابولیک که ممکن است بین این فلز یا رادیونوکلوئید و اجزای سلولی رخ دهد می باشد.


سلول های غیر زنده زیست توده ای که در حال رشد نیستند و یا محصولات مشتق شده از زیست توده نیز میتوانند چنین جذبی را بعمل آورند.


تبادل یونی نیز به عنوان یکی دیگر از مکانیزم های در این فرایند شناخته می شود. جذب سطحی نیز نوعی جذب زیستی محسوب می شود که برای بیان اتصال غیر متابولیک فلزات سنگین و رادیونوکلوئید به دیواره سلولی و دیگر سطوح خارجی موجود در سلول های زنده یا غیرزنده به کار میرود.


اگرچه کاربرد این کلمه ساده در سیستم های پیچیده زیستی نمی تواند همیشه بیانگر وقوع بسیاری از کنش های احتمالی باشد، لکن به طور کلی فرایندهای مسئول در جذب غیرمتابولیک در سلول های زنده می تواند به طور مستقیم و غیرمستقیم تحت تأثیر متابولیسم قرار گرفته و ممکن است برگشت پذیر بوده و تغییر شرایط محیط نیز بر آنها اثر گذار باشد.


 



به طور کلی جذب سه نوع است:


الف) جذب سطحی تبادلی


ب) جذب فیزیکی


ج) جذب شیمیایی


جذب تبادلی مستلزم جذاب الکتریکی است و در رابطه با سلولهای میکروبی به صورت جذب یونهای مثبت به لیگاندهایی با بار منفی موجود در مواد سلولی تعریف می شود. تفاوت جذب فیزیکی و شیمیایی براساس میزان انرژی اتصال است.


در جذب فیزیکی، نیروهای واندروالسی با انرژی های کمتر دخیل بوده در حالی که در جذب سطحی شیمیایی انرژی های بیشتر دخالت دارند.


بیشتر پدیده های جذب از سه نوع ذکر شده هستند، لکن ممکن است کریستالیزاسیون و فرم های دیگری از راسبب شدن نیز مداخله نمایند.


جذب سطحی زمانی رخ میدهد که اتم ها یا مولکولهای یک فاز به طور یکنواخت به داخل اتم ها یا مولکولهای فاز دیگر نفوذ نمایند.


جذب زیستی فلزات سنگین با استفاده از لجن فعال از نوع جذب فیزیکی است. در مورد جذب غیرمتابولیک فلزات سنگین در باکتریها، استفاده از باکتری به عنوان جاذبه ای زیستی جهت جذب فلزات سنگین، مورد توجه است.


 



 



کاربردهای این نوع میکروارگانیسمها عبارتند از:


الف) حذف فلز از محیط آبی و کاربرد صنعتی آنها به منظور کنترل آلودگی


ب) رفع آلودگی آب های سطحی، رودخانه ها و مرداب ها


ج) تیمار فرایندهای صنعتی جهت بازیافت فلز بسیاری از فلزات قادرند به لایه های سطوح خارجی سلول های میکروبی که دارای خاصیت انیونی هستند متصل شوند.


این عملی برخی اوقات مقدمه ای برای انتقال به داخلی سلول است و می تواند برای رفع آلودگی پسماند کارخانجات و تغلیظ فلزات با ارزش، مورد بهره بردارای قرار گیرد.


گروه های کربوکسیل آزاد، گروه فسفوری استر، اسیدهای تیکوئیک، گروه هیدروکسیل، قند موجود در پلیمر دیواره گروه آمیدی زنجیره های پپتیدی از محل اتصال آنیونی غالب در دیواره سلولی هستند.


خواص آنیونی سطح سلول شبیه یک اسفنج عمل نموده و قادراست که یونهای فلزی را در خود جذب نماید. این خاصیت از نفوذ فلزات سمی، به داخل پروتوپلاست جلوگیری نموده و مانع حذف ارگانیسم میشود.


تثبیت فلزات به وسیله باکتریها به طور فعال و غیرفعال قابل انجام است. در تثبیت فعالی، ترانسفورماسیون فلز با واکنشی فلز یا میکروب در سلول زنده و فعال از لحاظ متابولیکی انجام می گیرد.


در تثبیت غیرفعال، فلزات به وسیله واکنشهای فیزیکی شیمیایی ترانسفورم شده و نیازی به فعالیت میکروارگانیسم زنده نمی باشد.


فرایند تثبیت فعال وابسته به انرژی است و نیازمند اعمال متابولیکی میکروارگانیسم نیز میباشد.


 



 



مکانیسم هایی که باکتریها برای تثبیت فعال فلزات استفاده می کنند عبارتند از:


الف) راسب شدن


ب) ایجاد کمپلکس و متراکم شدن داخلی سلولی


ج) اکسیداسیون و احیا


د) فرایندهای متیلاسیون و دمتیلاسیون


عمل راسب شدن زمانی رخ میدهد که باکتریهای زنده ، ماده ای را تولید یا ترشح کنند که به طور شیمیایی با فلزات موجود در محلول واکنش داده و ترکیب فلزی نامحلولی را ایجاد نمایند.


دیواره سلولی باکتریهای گرم منفی ، ظرفیت بیشتری نسبت به دیواره سلولی باکتریهای گرم مثبت دارند، لکن دارای یک ساختار پیچیده سه لایه ای بوده که یونهای فلزی نظیر سرب و جیوه را به خود متصل و تثبیت مینماید.


در جذب زیستی، علاوه بر تبادل یونی، تجمع فلزات و رادیونوکلوئیدها روی سطوح سلولی باکتریها با انجام کریستالیزاسیون نیز وجود دارد.


بسیاری از باکتریها مقداری پلی ساکاریدهای خارج سلولی تولید می نمایند که دارای خصوصیات آنیونی بوده و به عنوان مواد جاذب موثر برای کاتیون های فلزی عمل می کنند.


این پلیمرهای خارجی سلولی مانند سدی مانع ورود تعدادی یونهای فلزی به داخل سلول می گردند.


استخراج و حذف این پلی ساکاریدها، توانایی جذب سطحی را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد و سبب افزایش حساسیت سلول به فلز میگردد.


در ارتباط با جذب غیرمتابولیک فلزات سنگین، جلبکها با دارابودن ترکیبات ساختمانی نظیر پلی ساکاریدها و پروتئینها همانند دیگر گروه های میکروبی، محل اتصال به فلز


بسیاری در دیواره های سلولی و نواحی خارج سلولی خود دارند. جمع شدن غیرمتابولیک فلزات و رادیونوکلوئیدها در جلبکها، سریع و قابل برگشت است و معمولاً در فاصله زمانی ۱۰-۵ دقیقه انجام میشود.


لکن سمیت این عنصر در برخی موارد منجر به جذب داخل سلولی غیر اختصاصی می شود.


نوع دوم مکانیزم جذب فلزات سنگین، جذب زیستی وابسته به متابولیسم یا تجمع زیستی است. تجمع زیستی به فرایندهای فعال تثبیت فلزی نظیر مکانیسم های آنزیمی که منجر به رسوبدهی زیستی" یا کریستالیزاسیون زیستی " فلز می شوند اطلاق میگردد.


قبل از انجام هرنوع مکانیسم جذاب وابسته به متابولیسم در میکروارگانیسم ها ، یک مرحله اتصال فیزیکوشیمیایی غیر متابولیک وجود دارد.


این نوع جذب به طرق مختلف رخ میدهد که از آن جمله می تواند انتقال داخل سلولی وابسته به متابولیسم، تشکیل کمپلکس ها و رسوبات خارج سلولی، جای گرفتن فلزات در اندام های داخلی و سم زدایی آنها در داخل سلول را نام برد.


به طور کلی جذب وابسته به متابولیسم یونهای فلزی، یک فرایند آهسته تر از جذب زیستی است ولی ممکن است مقادیر بیشتری فلز از اینطریق توسط برخی از میکروارگانیسمها و خاصه مخمرها، انباشته شود.


انتقال یونهای فلزی به داخل سلولهای میکروبی تحت تأثیر درجه حرارت، مهارکننده های متابولیک و منبع انرژی میباشد. میزان جذب تحت تأثیر حالت متابولیک سلولها و ترکیب محیط خارجی میباشد.


سیستم های انتقالی که در میکروارگانیسم ها وجود دارند، دارای ویژگی متفاوتی بوده و ممکن است برای جذاب هر دو نوع عناصر ضروری و غیرضروری به کار روند.


سرعت جذب داخل سلولی همچنین ممکن است به وسیله حالت های فیزیکوشیمیایی سلول ، محیط و نیز ترکیب محیط کشت تحت تأثیر قرار گیرد.


برخی فلزات برای رشد و متابولیسم ضروری هستند مانند مس، روی و کبالت که ارگانیسمها برای آنها از محیط خارجی ، روش های انتقالی مختلفی دارند.


مقدار فلز انباشته شده به وسیله انتقال وابسته به انرژی، ممکن است بیش از میزان فلز جذب شده توسط فرایندهای فیزیکوشیمیایی باشد، لکن در برخی نقاط اهمیت جذب داخل سلولی وابسته به انرژی ممکن است اندک باشد.


چنین ویژگی برای قارچ های رشته ای و ارگانیزم هایی که تولید پلی ساکارید خارج سلولی می کنندصدق می نماید که بیشتر جذب فلزی متعلق به این مواد بوده و مقادیر جذب داخل سلولی اندک است.


در مورد تجمع وابسته به متابولیسم فلزات سنگین و رادیونوکلوئیدها در باکتریها میتوان چنین مطرح کرد که سیستمهای انتقال اختصاصی برای یون منگنز در گونه های باکتریایی متعددی نظیر اشرشیا کلی، باسیلوس سوبتیلیس و لاکتوباسیلوس پلانتوروم وجود دارد.


یون کادمیوم برای این سیستم، یک بازدارنده ویژه محسوب می شود که برای انتقال آن، به طور اختصاصی سیستم انتقال وجود ندارد. در برخی موارد بین مقاومتدر برابر فلز و انتقال آن به داخل سلول ، ارتباط وجود دارد.


در ارتباط با تجمع وابسته به متابولیسم فلزات سنگین و رادیونوکلوئیدها در جلبک (انتقال متابولیک) میتوان چنین بیان نمود که سرعت جذب فعال فلزات به داخل سلول های جلبکی، کندتر از اتصال غیرمتابولیک است.


این فاز آهسته، ارتباطی با ایجاد محل های اتصال اضافی بر روی سطح سلول یا هر افزایشی در تماس با محل های اتصال موجود، ندارد و در اکثر موارد، منعکسی کننده جذب فعال است.


با توجه به جذب فلزات سنگین توسط قارچ ها و مخمرها، می توان بیان نمود که قارچ ها و مخمرها همانند دیگر گروه های میکروبی از قبیل باکتریها و جلبک ها قادر به انباشته نمودن فلزات سنگین و رادیواکتیو هستند.


اگرچه برخی مکانیزمهای جذب در اکثر گروه های میکروبی یکسان است ولیکن قارچ ها برخی خصوصیات منحصر به فرد خود را برای جذب فلزات دارا بوده لکن این امر بستگی به تمایلات فیزیولوژیکی و مورفولوژیکی آنها دارد.


قارچ ها و مخمرها به علت رشد و تولید مقادیر زیاد زیست توده و سهولت دخالت در ژنتیک و مورفولوژی آنها، موارد مناسبی برای کاربردهای صنعتی بوده و از آنها در حذف و بازیافت انواع فلزات استفاده می شود، زیرا سلول های زنده و نیز مرده آنها قادر به جذب فلزات میباشند.


بسیاری از قارچ ها دارای اشکال رشته ای می باشند که می توانند باعث افزایش قدرت جذب فلزات گردند.


سلول های زنده قارچ ها و مخمرها حساسیت های متفاوتی نسبت به سمیتزدایی از فلزات


سنگین دارا می باشند و این امر ممکن است منجر به ایجاد اختلاف قابل توجهی بین مکانیزم جذب فلز در سلول های زنده و مرده گردد.


  



 
   
خانه اصلی::درباره ما::محصولات::ارتباط با ما