BIOLÓGIAI HOZZÁFÉRHETŐSÉG

Az előadások a következő témára: "BIOLÓGIAI HOZZÁFÉRHETŐSÉG"— Előadás másolata:

1 BIOLÓGIAI HOZZÁFÉRHETŐSÉG

2 Bio-hozzáférés Egy vegyületnek kapcsolatba kell lépnie a biológiai rendszerrel ahhoz, hogy bármilyen hatás indukálódjon. A környezetben megjelenő szennyezőanyagot akkor tudjuk biológiai úton eltávolítani, ha a sejtek hozzáférnek, azaz fel tudják venni, vagy extracelluláris enzimeikkel át tudják alakítani A vegyszerek hozzáférését rengeteg tényező befolyásolja Idővel a komponens fizikai, kémiai kapcsolatba kerülhet talajjal, üledékkel, így bizonyos tulajdonságai megváltoznak. Más komponensekkel kapcsolatba lépve/komplexet képezve válhat hozzáférhetetlenné, néha még erőteljes, szerves oldószeres extrakcióval is alig nyerhető ki

3 Bio-hozzáférés Fizikai-, kémiai paraméterek befolyásolják:
Vízoldhatóság nem vízoldékony (hidrofób) anyagok esetén ‘direkt’ felvétel – specifikus sejtfelszíni tulajdonságok Illékonyság Funkciós csoportok száma a vegyületen pl. klórozottsági fok környezeti faktorok (hőmérséklet, pH, nedvességtartalom)

4 Bio-hozzáférés Mi csökkentheti egy vegyület hozzáférését?
Mikro- (5-30 mm), nanopórusokba (~5 nm) zártan távol kerülnek a mikroorg-tól (néhány mm) ill enzimeiktől, mivel ezekbe a mikroorg nem jut be A pórusok vízzel vagy levegővel teltek lehetnek. A kérdéses vegyület diffúzióval jut ki a pórusokból, ám a pórusok tekervényessége miatt a kijutás lassú Huminanyagokkal vagy más körny-i összetevőkkel komplexet képezve gyakorlatilag megváltozik egy vegyület hozzáférhetősége Ez esetben nemcsak a diffúzió, hanem a szorpció-deszorpció is hat a hozzáférhetőségre Gyakran olyan erős a kötöttség, hogy erélyes extrakcióval sem nyerhető ki a közegből, csak erős savas v lúgos hidrolizissel

5

6 A talaj szerkezetének összetevői
A talaj szerkezetének összetevői. A talaj szerkezeti egységét a talajásványok és szervesanyagok alkotják. Ezek között találjuk a makroporusokat ill belül a mikroporusokat

7 Anaerob fázis Aerob fázis Kölcsönhatás a talaj mátrix anyagaival Kezdeti szorpció Kemiszorpció amin-, amid-, és imin- kötéseken keresztül A szorbeálódott vegyületek a hidrolizis vagy a biológiai oxidáció hatására nem mobilizálódnak újra A folyamatos redukció kovalens kötésű származékokat generál (Lenke és mtsai 2000; Achtnich és mtsai 2000). Néha előfordul, hogy a mikrobák aszisztálnak a szorpcióhoz (pl. TNT). A nitro csoportot amino csoprttá alakítják, melynek nagy az affinitása a talaj humin anyagaihoz, és a szorpció egyirányúvá, irreverzibilissé válik

8 Toxikológiai vonatkozás
A nem hozzáférhető komponensek kevéssé kockázatosak az élő szervezetre A rendeletek azonban a határértékeket az erélyes extrakcióval kinyerhető mennyiségek alapján adják meg Nehéz megállapítani a nehezen hozzáférhető komponensek esetén mit vegyünk figyelembe, hiszen komplexeikből felszabadulhatnak Az is felmerült, illetve egy remediációs lehetőség, hogy elősegítjük komplex képződésüket, ezáltal „kizárjuk” az aktív környezetből

9 A KÉMIAI SZERKEZET HATÁSA A BIODEGRADÁCIÓRA

10 Szükséges meghatározni, hogy egy vegyület lebontható-e mikrobiálisan, és ha lebomlik, milyen termék keletkezik. Vajon perzisztensen megmarad a körny-ben, vagy toxikus formára alakul-e? Ez főleg az új szintetikus anyagok miatt fontos, mielőtt elindítanák ipari szintű termelésüket. A lebonthatóság szempontjából vizsgálják a szerkezetet, a funkciós csoportokat, és keresnek mikroorg-kat, melyek enzimrendszereikkel lebonthatják az adott vegyületet. A lebonthatóság igazolása azonban nem jelenti azt, hogy az adott környezetben le is bomlik a vegyület, ezért ezt is meg kell vizsgálni (környezeti faktorok)

11 Mikrobiális lebonthatóság
Általánosítani nehéz, ráadásul nagyon sok a kivétel Problémát okoz, hogy a különböző környezetben a mikroorganizmus összetétel eltérő Az eredeti molekula lebontható, de a környezetben könnyen szorbeálódik, így a hozzáférés gátolt Metabolikus utak feltérképezése nehéz, meg kell találni a körny-ben a bontó szervezete(ke)t, azok enzimrendszerét, ezután vizsgálható specifitásuk az adott szubsztrátra, esetleg más komponensekre Minél nagyobb a szerkezeti eltérés a természetes szervesanyagok szerkezetétől, minél kevésbé általános az adott funkciós csop a természetben, annál kisebb a valósz a gyors biodegradációnak/biotranszformációnak

12 Mikrobiális lebonthatóság
Általánosítani nehéz, ráadásul nagyon sok a kivétel Ha egy vegyületre olyan funkciós csop-ot biggyesztünk, melynek hatására a biodegradáció nem köv be, ezt a csoportot xenofór-nak nevezzük (pl. Cl, NO2, SO3H, Br, CN) Néha a metil, amino, hidroxil csoportok is xenofórként hatnak, míg más esetekben pl. a hidroxil, karboxil csop elősegíti a lebontást Ha több xenofórt kapcsolunk egy molekulára, az jelentősen csökkenti bonthatóságát A xenofór pozicíója a molekulán szintén befolyásolja a bonthatóságot Ami az aerob környezetben általánosítható, az nem biztos, hogy alkalmazható anaerob környezetre (pl. magasabb klórozottsági fokú aromás vegyület bontása anaerob módon megtört. míg a mono-, diklórbenzoát bontása kisebb valósz-gel)

13 Dekán (alkánok könnyen bonthatók mikrobiálisan)
Prisztán (elágazó szénlácúak biol. bontása nehezebb akkor is, ha metilcsoportot hordoz)

14 4-fenilbutirát (mikrobiálisan bontható)
2-fenilbutirát (ellenáll a bontásnak)

15 Biodegradálhatóság becslése
Egyik oldalról segítségül hívhatunk olyan eredményeket, melyben a kérdéses molekulához hasonló szubsztrátokra v intermedierekre már van adatunk ismert metabolikus utakat vizsgálva Másik oldalról a molekula fizikai vagy kémiai tulajdonságaira, szerkezeti sajátságaira támaszkodunk. Használható paraméterek pl. vízoldékonyság, olvadás-, forráspont, molekulatömeg, -térfogat, sűrűség, logKow, … halogén tart-ú aromások anaerob biodegr-ja esetén a lebonthatóság összefügg a szén-halogén kötés erősségével (nem meglepő, hiszen a kötés hasítása sebesség meghatározó lépés) PAH-ok esetén pedig a molekula mérete és tömege függ össze a biodegr mértékével Szénhidrogének bontása során az elágazások befolyásolják a lebonthatóságot A becsült biodegradálhatóság segít (gyorsabban) meghatározni egy vegyület környezeti kockázatát, de nem mindig eredményes