Презентация на тему: РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ

РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ
1/23
Средняя оценка: 4.1/5 (всего оценок: 70)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (228 Кб)
1

Первый слайд презентации

РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ КСЕНОБИОТИКОВ План лекции Пути превращения ксенобиотиков в окружающей среде. Виды биологических превращений. Определение биотрансформации. Детоксикация и токсификация. Формы совместного воздействия ксенобиотиков. Биодоступность. Основные пути и этапы микробиологической трансформации ксенобиотиков. Закономерности трансформации ксенобиотиков. Кометаболизм. Влияние факторов окружающей среды на биодоступность ксенобиотиков. - Концентрация поллютанта. - Физическая недоступность загрязнения. - Недоступность акцепторов и доноров электронов или косубстратов. - Дефицит элементов питания. - Температура. - Влажность. - Активная кислотность (величина pH). - Инактивация внеклеточных ферментов. Токсичное действие органических ксенобиотиков. Бактериостатическое и бактерицидное действие.

Изображение слайда
2

Слайд 2

РХТУ АЕК Кн. 1, с. 245-262, 272-287, 303-317, 336-342, 349-366 Вопросы в экзаменационных билетах 1. Источники, пути переноса и трансформации ксенобиотиков в окружающей среде. Отличия в процессах переноса, биодеградации и биотрансформации органических ксенобиотиков и тяжелых металлов. 2. Основные пути и этапы микробиологической трансформации ксенобиотиков. Закономерности трансформации ксенобиотиков. 3. Основные факторы окружающей среды, влияющие на биодоступность ксенобиотиков.

Изображение слайда
3

Слайд 3

РХТУ АЕК Перенос и трансформация ксенобиотиков в окружающей среде Ксенобиотик Накопление Минерализация Полимеризация (образование связанных остатков) Накопление токсичных продуктов Биологическая трансформация Распад под воздействием абиотических факторов: h , гидролиз и др. Переход из одной среды в другую, адсорбция частицами почвы и другими частицами биотического или абиотического происхождения

Изображение слайда
4

Слайд 4

РХТУ АЕК В зависимости от конечного результата биопревращения тех или иных веществ различают: - полную деградацию (минерализацию, полную деструкцию); - неполную деградацию (трансформацию, частичную минерализацию, частичную деструкцию); - связывание поллютантов или их метаболитов с другим веществом – матрицей ( полимеризацию, конъюгацию, конденсацию ). Биотрансформация – превращения, которые чаще всего упрощают структуру органического вещества, но не приводят к его полной деструкции. При полимеризации ( конъюгации ) сохраняется основная структура органического соединения и происходит его связывание с другим соединением с образованием продукта с большей молекулярной массой.

Изображение слайда
5

Слайд 5

РХТУ АЕК Минерализация и трансформация токсичного ксенобиотика в экосистеме, биоценозе или организме приводит к его обезвреживанию – детоксикации. Если в процессе биотрансформации нетоксичный или малотоксичный ксенобиотик становится токсичным и может накапливаться в окружающей среде, то наблюдается процесс токсификации. В природных условиях полное разрушение стойких органических ксенобиотиков происходит, как правило, в результате совместного действия сообщества организмов и абиотических факторов.

Изображение слайда
6

Слайд 6

РХТУ АЕК Формы совместного воздействия загрязняющих факторов (на примере двухкомпонентной системы): Форма взаимодействия Эффект Аддитивное действие Антагонизм Синергизм Сенсибилизация эффект суммы равен сумме эффектов Э А+Б = Э А + Э Б эффект суммы меньше отдельных эффектов Э А+Б < Э А, Э А+Б < Э Б эффект суммы больше отдельных эффектов, но меньше суммы эффектов Э А+Б < Э А + Э Б, Э А+Б > Э А, Э А+Б > Э Б эффект суммы больше суммы эффектов Э А+Б > Э А + Э Б

Изображение слайда
7

Слайд 7

РХТУ АЕК Биодоступность – способность различных соединений подвергаться биотрансформации и минерализации. Биодоступность определяется: - химическими свойствами соединения, свойствами организмов, осуществляющих трансформацию поступающих в организм веществ, условиями окружающей среды, влияющими на скорость переноса соединений в организмы или клетки, токсичностью соединений для организма-мишени, концентрацией соединения в окружающей среде. В зависимости от времени полураспада t 1/2 химические соединения классификацируются на: легко доступные ( t 1/2 от 1 до 7 сут), умеренно доступные ( t 1/2 от 7 сут до 4 недель), трудно доступные ( t 1/2 от 4 недель до 6 мес.), устойчивые ( t 1/2 более 6 мес.).

Изображение слайда
8

Слайд 8

РХТУ АЕК ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ Транспорт к клетке - диффузия - конвекция - растворение Транспорт в клетку - активный - пассивный Первич-ная атака (перифе-рийный метабо-лизм) Централь-ный метабо-лизм - частичная деградация - минерализация Транспорт продуктов из клетки Основные стадии взаимодействия органического ксенобиотика и клетки

Изображение слайда
9

Слайд 9

РХТУ АЕК Биохимические превращения ксенобиотика, доступного для ферментных систем клетки, начинаются с его первичной атаки. Последующая последовательная трансформация органического ксенобиотика в одно из соединений, вступающего затем в основные (центральные) пути катаболического или анаболического обмена, происходит в ходе так называемого подготовительного ( периферийного ) метаболизма. Микроорганизмы под воздействием ферментов переводят природные и синтетические вещества в ключевые соединения метаболизма – вещества, из которых синтезируются все необходимые компоненты клетки и извлекается необходимая энергия.

Изображение слайда
10

Слайд 10

РХТУ АЕК Закономерности изменения биохимической доступности многих ксенобиотиков в зависимости от их химической структуры: чем сложнее структура молекулы ксенобиотика, тем менее доступна молекула для биодеградации, тем меньше микроорганизмов способно к ее утилизации; биотрансформация ксенобиотиков, подобных по химическим свойствам природным веществам-аналогам, протекает по путям катаболического распада природных аналогов, но с меньшей скоростью; при утилизации потенциально биодоступного ксенобиотика-субстрата энергетические затраты на поддержание системы ферментов его биотранформации часто не компенсируются за счет энергии, извлекаемой при биодеградации ксенобиотика. Поэтому такие соединения труднодоступны для микроорганизмов. Дополнительный органический субстрат в среде может обеспечить превращение ксенобиотиков энергией и/или кофакторами и облегчить его утилизацию. Такой процесс называется кометаболизмом ( соокислением или совосстановлением ).

Изображение слайда
11

Слайд 11

РХТУ АЕК При кометаболизме в зависимости от функций используемых органических соединений различают субстрат и косубстрат. Субстрат – источник углерода, электронов, энергии или кофакторов. Косубстрат – соединение, подвергаемое тем или иным превращениям только в присутствии субстрата. В процессе кометаболизма ксенобиотики являются косубстратами, а их природные аналоги или другие более биодоступные соединения – субстратами.

Изображение слайда
12

Слайд 12

РХТУ АЕК ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА БИОДОСТУПНОСТЬ КСЕНОБИОТИКОВ Концентрация поллютанта. Высокие концентрации – ингибирование биодеструкции. Низкие концентрации – недостаток энергии на биодеструкцию. Физическая недоступность загрязнения. Замедляют биодеструкцию: проникновение загрязнения в подпочвенные горизонты, адсорбция загрязнения на поверхности и в твердой фазе, механическое включение в почву, низкая растворимость, образование связанных остатков: отрицательные последствия – возможность повторной контаминации; положительные последствия – уменьшение скорости миграции, уменьшение контактной токсичности Если локальные концентрации ферментов, клеток и самого ксенобиотика вблизи поверхности увеличиваются (в диапазоне нетоксичных концентраций ксенобиотика), или на поверхности протекают абиотические реакции трансформации, сопряженные с биологическим процессом, адсорбция стимулирует деградацию.

Изображение слайда
13

Слайд 13

РХТУ АЕК Капиллярная зона Источник разлива LNAPL Остаточное загрязнение Поверхность почвы Диффузия в атмосферу Вадозная зона Плавающий слой («блин», линза) Компоненты загрязнения, растворенные в воде Фреатическая зона (зона насыщения) Водоупорный горизонт Течение грунтовых вод Зеркало воды Диффузия в почвенные горизонты Подповерхностное распределение разлива легкой жидкой неводной фазы ( LNAPL ). Примеры: нефть и нефтепродукты, бензол, толуол и др.

Изображение слайда
14

Слайд 14

РХТУ АЕК Распределение плотной жидкой неводной фазы ( DNAPL ) в вадозной и фреатической зонах. Примеры: галогенированные соединения (трихлорэтилен, пентахлорэтилен, четыреххлористый углерод, полихлорированные бифенилы, полиароматические углеводороды). Капиллярная зона Источник разлива DNAPL Остаточное загрязнение Поверхность почвы Диффузия в атмосферу Вадозная зона Компоненты загрязнения, растворенные в воде Фреатическая зона Водоупорный горизонт Течение грунтовых вод Зеркало воды Погружной слой Диффузия в почвенные горизонты

Изображение слайда
15

Слайд 15

РХТУ АЕК D E 1 E 2 Органическая жидкость А 1 А 2 F F C F F А 3 B Твердая фаза Жидкая фаза Газовая фаза Загрязнение Комплексные соединения Схема взаимодействия загрязнений с почвенной средой: A – адсорбция/десорбция в твердой фазе в макро- (А1), мезо- (А2) и микро- (А3) порах; B – комплексообразование с другими веществами в водной фазе; C – улетучивание из водной фазы; D – улетучивание из органической жидкости; E – растворение загрязнения из макропор ( E 1) и микропор ( E 2); F – диффузия в водной фазе и в газовой фазе.

Изображение слайда
16

Слайд 16

РХТУ АЕК Микропоры Мезопоры Минеральная фаза Вода или газ в макропорах NAPL СОМ Плотная фаза СОМ Аморфная фаза СОМ NAPL Частица сажи Частица сажи (продукт неполного сгорания) Инкапсулированный аморфный СОМ Частицы глины и/или частицы оксидов Старение (выветривание) NAPL Взаимодействие органических загрязнений с почвенными частицами. СОМ – сорбированный органический материал, NAPL – фаза органического материала, нерастворимого в воде.

Изображение слайда
17

Слайд 17

РХТУ АЕК Увеличению биодоступности загрязнения способствуют: внесение органического субстрата (для биостойкого токсиканта), механическое разрушение агрегатов, внесение ПАВ («сурфактант усиленная ремедиация»), внесение комплексообразователей. Недоступность акцепторов и доноров электронов или косубстратов В аэробных условиях окислитель (акцептор электронов) – O 2 воздуха. В аноксигенных условиях окислители – NO 3 -, SO 4 2-, Fe 3+, Mn 4+ и др. Восстановители (доноры электронов): NH 4 +, NO 2 -, сульфиды металлов, H 2 S, Fe 2+, Mn 2+ и др.). Кислород и ионы-окислители вовлекаются в биодеградацию в соответствии с окислительно-восстановительным потенциалом протекающих реакций.

Изображение слайда
18

Слайд 18

РХТУ АЕК Редокс-потенциал (мВ)  G o (pH 7) (кДж/моль ē)

Изображение слайда
19

Слайд 19

РХТУ АЕК 1 атмосферные осадки 2 3 4 5 6 свободный газообмен с атмосферой тело органических отходов Редокс-зоны в процессе биодеструкции органического субстрата: 1 – метаногенная (образование метана при восстановлении CO 2 ); 2 – сульфидогенная (сульфатредукция); 3 – феррогенная (восстановление Fe(III)); 4 – манганогенная (восстановление Mn(IV)); 5 – нитратредуцирующая; 6 – аэробная.

Изображение слайда
20

Слайд 20

РХТУ АЕК В системах аэробной биологической очистки и биоремедиации вследствие низкой растворимости в воде лимитирующим фактором часто является свободный кислород. Поэтому для обеспечения кислородом аэробных процессов биодеструкции в зоны загрязнения подают воздух. Концентрация кислорода в водной среде, не лимитирующая биологические процессы, – не ниже 2-3 мг/л. Способы повышения скорости доставки кислорода к загрязненным участкам: подача чистого кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, подача озона, пероксидов. Для окисления в почве 1 кг углеводородов требуется доставить в загрязненную зону: 400 м 3 воды, насыщенной кислородом относительно воздуха при 20 о С ( C* O2 = 8 мг/л ), 80 м 3 при аэрации воды чистым кислородом 13 м 3 при доставке кислорода пероксидов ( H 2 O 2 или пероксидов металлов при концентрации 500 мг/л в пересчете на H 2 O 2 ). C ложности реализации варианта с H 2 O 2 – высокая стоимость, возможность побочных процессов окисления органических веществ среды, токсичность растворов с высокой концентрацией окислителей для микрофлоры.

Изображение слайда
21

Слайд 21

РХТУ АЕК Дефицит элементов питания Исходя из элементного состава микроорганизмов, оптимальное соотношение C : N : P = 100-200 : 10-20 : 1-3. В природных условиях C : N : P = 300 : 10 : 1 Наибольшие сложности в снабжении питанием микроорганизмов – при очистке глинистых почв. Предложен биоэлектрокинетический метод для доставки N и P в загрязненные зоны - биогенный элемент или акцептор электронов мигрируют в результате создания разности электрического потенциала между источником необходимого элемента и зоной его доставки.

Изображение слайда
22

Слайд 22

РХТУ АЕК Температура При повышении температуры на 10 о скорость биодеструкции увеличивается в 1,5-2 раза. Оптимальная температура для большинства микроорганизмов-биодеструкторов 30-37 о С. Косвенное влияние температуры – изменение растворимости загрязнения в воде, степени летучести и сорбции загрязнений. Применение повышенных температур при биоочистке – один из приемов увеличения биодоступности загрязнения. Для этого используют термофильные микроорганизмы, разлагающие загрязнение при 60-70 о С. Процесс может протекать при компостировании органического материала, загрязненного ксенобиотиком, или в комбинированном методе ремедиации почвы с одновременной отдувкой загрязнений нагретым водяным паром.

Изображение слайда
23

Последний слайд презентации: РХТУ АЕК Тема 3а: БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, БИОДЕСТРУКЦИЯ И БИОДОСТУПНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ

РХТУ АЕК Влажность Оптимальная влажность почвы – 40-80% полной влагоемкости. При влажности от 75 до 100% (1 г воды на г сухой почвы) и выше возможно замедление скорости биодеградации вследствие уменьшения скорости переноса кислорода воздуха в почву и создания анаэробных условий. Активная кислотность ( величина pH) Для большинства бактерий-биодеструкторов pH опт. = 6-8. Для грибов – pH опт. = 5-6. Инактивация внеклеточных ферментов Токсичное действие органических ксенобиотиков Бактериостатическое действие – задерживание развития микроорганизмов. Бактерицидное действие – гибель клеток.

Изображение слайда