汞的生物反甲基化（化學(xué)）

內容簡(jiǎn)介

生物反甲基化的過(guò)程稱(chēng)為生物反甲基化作用。這兩種作用構成了微生物的汞循環(huán)。

機理

20世紀60年代末明確提出在汞的生物甲基化中起主要作用的是微生物。因微生物類(lèi)群的不同，甲基化作用可在需氧或厭氧條件下進(jìn)行，其轉化機理主要有酶促反應和非酶促反應兩種。非酶促反應機理依據厭氧菌甲烷形成菌 (Methanoenic omelia) 合成的甲基鈷氨素作為甲基供體,在有三磷酸腺苷(ATP)和中等還原劑的條件下把無(wú)機汞轉化成甲基汞或二甲基汞，與此同時(shí)甲基鈷氨素轉化成羥基鈷氨素。甲基化的酶促反應是由微生物直接參與進(jìn)行的。細菌利用培養基中豐富的維生素，在細胞內產(chǎn)生轉甲基酶，促使甲基轉移，但酶的種類(lèi)還不清楚。從底泥、土壤和魚(yú)的內臟、魚(yú)鰓中發(fā)現，能使汞甲基化的微生物種類(lèi)很多，厭氧菌中有匙形梭狀芽孢桿菌(Clostridium cochlearium),需氧菌中有熒光極毛桿菌(Pseudomonas fluorescens) 草分枝桿菌 (Myco-bacterium phlei)大腸桿菌等甲基化速度取決于酶的活性，并與營(yíng)養環(huán)境以及半胱氨酸和維生素B(等因素有關(guān)。厭氧條件下硫化物的存在往往會(huì )抑制汞甲基化的進(jìn)行。在自然界中甲基化速度的加快會(huì )引起水體水質(zhì)惡化，使毒性加大。

自然界的生物是相互作用和相互制約的。受汞污染的底泥中還存在著(zhù)另一類(lèi)抗汞微生物，它們有反甲基化作用，能去除甲基汞的毒性。1968年以來(lái)已發(fā)現各種抗汞細菌200多株，典型菌株為假單胞桿菌K62(Pseudomo-nas K62)。這些微生物能把氯化汞還原成金屬汞，也可使有機汞如甲基二、乙酸汞和苯基汞等轉化成金屬汞以及相應的化合物，如甲烷、乙烷和苯。利用微生物的這種功能可發(fā)展生物冶汞技術(shù)。

微生物對汞的抗性機理同對藥物的抗性機理相似。1971年有的學(xué)者從抗藥物的大腸桿菌中提取到一類(lèi)汞釋放酶系,其中主要的酶為S-1酶，它起著(zhù)使C-Hg 鏈裂解的作用，而后再經(jīng)金屬汞釋放酶（MMR-酶）使汞化合物還原成金屬汞。在這種反應中,黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)作為輔酶，葡萄糖脫氫酶起傳遞電子的作用。

應用

隨著(zhù)分子遺傳學(xué)的發(fā)展，生物甲基化和微生物抗汞的生態(tài)學(xué)研究已推向分子水平，近年來(lái)開(kāi)展了微生物轉化汞的遺傳控制研究。1979年的研究指出，細菌的抗汞性能受遺傳質(zhì)粒和染色體的調節和控制，某些具有抗汞性的細菌質(zhì)粒有移位的潛力，使不具有抗性的細菌細胞獲得抗性。這將進(jìn)一步闡明底泥中細菌能使汞遷移轉化和使廢料中汞實(shí)行再循環(huán)的基礎。為了提高微生物的抗汞能力，有的學(xué)者已應用質(zhì)體轉移新技術(shù)得到新的質(zhì)粒（MER質(zhì)粒）,細菌具有這種新質(zhì)粒，抗汞能力可提高40倍左右。

利用微生物還原汞的功能,可使金屬汞沉淀回收,揮發(fā)的汞可用活性炭吸附。微生物除汞方法主要有：①選育高效抗汞微生物處理含汞廢水：如應用選育的高效抗汞菌──假單胞桿菌 K62可處理含甲基汞、乙基汞、硝酸汞、乙酸汞、硫酸汞、氧化汞和氯化汞等廢水，金屬汞回收率達80%以上，菌體能重復用三次。②采用除汞：依靠活性污泥中的抗汞菌將汞還原為金屬汞，活性污泥系統本身還可吸附汞。③采用濾池法除汞：用馴化活性污泥掛膜處理生化需氧量 (BOD)低的含汞廢水。④使用硫化氫沉淀汞：借助于其他微生物產(chǎn)生的硫化氫與水溶性汞結合成硫化汞，硫化汞溶度極小，可以在沉淀后除去。

發(fā)展前景

近十幾年來(lái)，汞的生物轉化的研究受到學(xué)者們的重視。中國在這方面的研究還剛剛開(kāi)始。關(guān)于汞的生物甲基化和微生物抗汞機理雖比其他金屬轉化機理清楚，但有不同的見(jiàn)解和學(xué)說(shuō)。微生物法除汞的研究，目前僅限于配水和小型試驗。關(guān)于汞轉化的遺傳學(xué)控制研究在理論和實(shí)踐上都具有重要意義。