Metalliioonide mõju taimedele. Metalli ensüümid ja metalliga aktiveeritud ensüümid

Üle 25% kõigist ensüümidest sisaldavad tugevalt seotud metalliioone või on aktiivsed ainult nende juuresolekul. Metalliioonide funktsioonide uurimiseks kasutatakse röntgenkristallograafiat, tuumamagnetresonantsi (NMR) ja elektronide paramagnetilise resonantsi (EPR) meetodeid. Koos hariduse ja lagunemist käsitleva teabega

Metalli ensüümid ja metalliga aktiveeritud ensüümid

Metalliensüümid sisaldavad teatud koguses funktsionaalse tähtsusega metalliioone ja jäävad selle puhastamise ajal ensüümi molekuli külge. Metallide aktiveeritud ensüümid seovad neid vähem tugevalt, kuid oma aktiivsuseks vajavad nad söötmesse metallide lisamist. Seega põhineb metalloensüümide ja metallide aktiveeritavate ensüümide eristamine selle ensüümi afiinsusel "nende enda" metalli ioonide suhtes. Metalliioonide katalüüsil osalemisel põhinevad mehhanismid on mõlemal juhul ilmselt sarnased.

Ensüüm-metall kolmekordsed kompleksid - substraat

Kolmekomponentsete (kolmekomponentsete) komplekside, sealhulgas metalliioonide (M) katalüütilise tsentri ja substraadi (S) suhtes stöhhiomeetriaga 1: 1: 1 on võimalik neli erinevat moodustusskeemi:

Metallide aktiveeritavate ensüümide korral rakendatakse kõiki nelja skeemi. Metalliensüümide puhul on keeruka moodustumine võimatu, vastasel juhul ei saaks nad puhastusprotsessis metalli kinni hoida (nad on vormis). Võib sõnastada kolm üldreeglit.

1. Enamik (kuid mitte kõiki) kinaase (transferaasid) moodustavad komplekse sildava substraadiga nagu nukleosiid-M.

2. Fosfotransferaasid, kasutades substraadina püruvaati või fosfoenolpüruvaati, moodustuvad fosfenolpüruvaati hõlmavaid reaktsioone katalüüsivad muud ensüümid, samuti karboksülaasid, silduva metalliga.

3. See ensüüm võib olla võimeline moodustama ühte tüüpi sillakompleksi ühe substraadiga ja teist tüüpi sillakompleksi teisega.

Sillaensüümide kompleksid (M-Enz-S)

Sildavat ensüümi sisaldavates kompleksides olevad metallid mängivad ilmselt struktuurilist rolli, toetades aktiivset konformatsiooni (näitena glutamiini süntaas) või moodustavad silla teise substraadiga (nagu püruvaadi kinaasis). Püruvaatkinaasis ei mängi metalliioon mitte ainult struktuurilist rolli, vaid säilitab ka ühe substraadi (ATP) ja aktiveerib seda:

Kompleksid sildava aluspinnaga

Kolmekomplekside moodustumine sildava substraadiga, mida täheldatakse ensüümide interaktsiooni käigus nukleosiidtrifosfaatidega, on ilmselt seotud metalli nihutamisega koordinatsioonisfäärist, mille hõivab ATP.

Seejärel seondub substraat ensüümiga, moodustades kolmekordse kompleksi:

Fosfotransferaasi reaktsioonides arvatakse, et metalliioonid aktiveerivad fosfori aatomeid ja moodustavad vastavas konformatsioonis jäiga polüfosfaat-adeniini kompleksi, mis sisaldub aktiivses neljakomponendilises kompleksis.

Sillametallide kompleksid

Kristallograafilised andmed, samuti primaarstruktuuri analüüs näitavad, et histidiinijääk osaleb metalli aktiivsetes kohtades sisalduvate paljude valkude seondumiskohtades (näited hõlmavad karboksüpeptidaasi A, tsütokroom c, rubredoksiini, metümoglobiini ja methemoglobiini; vt peatükk 6). Binaarsete (kahekomponendiliste) Enz-M komplekside moodustumise piiravaks etapiks on paljudel juhtudel vee nihkumine metalliiooni koordinatsioonisfäärist. Paljude peptidaaside aktiveerimine metalliioonide abil on aeglane protsess, mis kestab mitu tundi. See aeglane reaktsioon

suure tõenäosusega koosneb see Enz-M kahendkompleksi konformatsioonilisest ümberkorraldamisest, mis viib aktiivse konformatsiooni moodustumiseni. Seda protsessi saab kirjeldada järgmiselt:

Perestroika aktiivse kehaehituse moodustumisega (Enz:

Metalloensüümide korral peaks kolmekompleksi moodustumine sillatud metalliga moodustuma, kinnitades substraadi kahendkompleksiga:

Metallide roll katalüüsis

Metalliioonid võivad osaleda kõigis neljas teadaolevas tüüpi mehhanismis, mille abil ensüümid kiirendavad keemilisi reaktsioone: 1) üldine happe-aluse katalüüs; 2) kovalentne katalüüs; 3) reagentide lähenemine; 4) stressi esilekutsumine ensüümis või substraadis. Lisaks rauaioonidele, mis toimivad heeme sisaldavates valkudes, osalevad nad kõige sagedamini ensümaatilises katalüüsis, ehkki mõnedel ensüümidel (näiteks) mängivad olulist rolli ka muud ioonid.

Metalliioonid, nagu prootonid, on Lewise happed (elektrofiilid) ja võivad jagunud elektronipaari tõttu moodustada sideme nende ligandidega. Metalliioone võib pidada ka „superahapeteks”, kuna need on neutraalses lahuses stabiilsed, kannavad sageli positiivset laengu (\u003e 1) ja on võimelised moodustama sidemeid. Lisaks (erinevalt prootonitest) võivad metallid toimida kolmemõõtmelise maatriksina, suunates ensüümi või substraadi põhirühmi.

Metalliioonid võivad toimida elektronaktseptoritena, moodustades or-sidemeid, aktiveerides elektrofiile või nukleofiile (tavaline happe-aluse katalüüs). Metallid võivad nukleofiile aktiveerida annetades elektrone või nad võivad ise toimida nukleofiilidena.

Tabel 9.1. Näited, mis illustreerivad metalliioonide rolli ensüümi mehaanikas

Metalli koordinatsioonisfäär võib anda kontakti ensüümi ja substraadi vahel (konvergents) või kelaate moodustades viia ensüüm või substraat pingestatud olekusse. Metalliioon võib varjata nukleofiili, vältides kõrvaltoimeid. Lõpuks on võimalik ensümaatilise reaktsiooni kulgu stereokeemiline kontroll, mille tagab metalli koordinatsioonisfääri võime mängida kolmemõõtmelist maatriksit, mis hoiab reageerivaid rühmi soovitud ruumilises orientatsioonis (tabel 9.1).

KIRJANDUS

Kraana F. Hüdrokinooni dehüdrogenaasid, Annu. Rev. Biochem., 1977, 46, 439.

Fersht A. Ensüümi struktuur ja mehhanism, 2. trükk, Freeman, 1985. [On olemas 1. väljaande tõlge: E. Först. Ensüümi toime struktuur ja mehhanism. - M .: Mir, 1980.]

Kraut J. Seriini proteaasid: katalüüsi struktuur ja mehhanism, Annu. Rev. Biochem., 1977, 46, 331.

Mildvan A. S. Ensüümi toimemehhanism, Annu. Rev. Biochem., 1974, 43, 357.

Purich D.L. (toim.) Ensüümi kineetika ja mehhanismid. Osad A ja B. In: Methods in Enzymology, kd. 63, 1979; Vol. 64, 1980, Academic Press.

Wimmer M.J., Rose I. A. Ensüümidega katalüüsitud rühmaülekandereaktsioonide mehhanismid, Annu. Rev. Biochem., 1978, 47, 1031.

Wood H.G., Barden R.E. Biotiini ensüümid, Annu. Rev. Biochem., 1977, 46, 385.

Lõpetamise aasta: 1993

Žanr:  Toksikoloogia

Vorming:  Djvu

Kvaliteet:  Skannitud lehed

Kirjeldus:Metalliioonide tähtsus elusorganismi elutähtsate funktsioonide - tema tervise ja heaolu jaoks - muutub üha ilmsemaks. Seetõttu areneb nüüd iseseisvas valdkonnas tagasi lükatud bioorgaaniline keemia kiires tempos. Organiseeritud ja loovalt töötavad uurimiskeskused, mis tegelevad nii madala kui ka suure molekulmassiga bioloogiliselt aktiivsete metalli sisaldavate ühendite sünteesi, stabiilsuse ja moodustumise konstantide, struktuuri ja reaktsioonivõime määramisega. Uurides metalliioonide ja nende komplekside ainevahetust ja transporti, kavandavad ja katsetavad nad kõiki uusi keerukate looduslike struktuuride mudeleid ja nendega toimuvaid protsesse. Ja muidugi pööratakse peamist tähelepanu metalliioonide keemia ja nende elulise rolli seostele.
Pole kahtlust, et oleme reisi alguses. Just eesmärgiga siduda koordinatsioonkeemia ja biokeemia nende sõnade kõige laiemas tähenduses loodi sari "Metalliioonid bioloogilistes süsteemides", hõlmates laia bio-anorgaanilise keemia valdkonda. Loodame, et just meie sari aitab ületada barjäärid keemia, biokeemia, bioloogia, meditsiini ja füüsika ajalooliselt väljakujunenud sfääri vahel; Eeldame, et interdistsiplinaarsetes teadusvaldkondades tehakse arvukalt silmapaistvaid avastusi.
Kui raamat “Mõned metalliioonide toksilisuse probleemid” osutub stiimuliks selles valdkonnas uue tegevuse tekkimisele, siis on see hea põhjus ja pakub ka rahulolu selle autorite tehtud töö eest.

"Mõned metalliioonide toksilisuse probleemid"

G. Sposito.   Potentsiaalselt ohtlike metallide jälgede levik

1. Võimalikud ohtlikud metallide jäljed
2. Metalliioonide toksilisus ja aatomi struktuur

Mikroelementide jaotus atmosfääris, hüdrosfääris ja litosfääris

1. Atmosfääri kontsentratsioon
2. Hüdrosfääri kontsentratsioon
3. Kontsentratsioon litosfääris

Metalli rikastamine ja metalli ülekandmine

1. Metalli rikastamise tegurid
2. Metalli ülekande kiirus

R. Martin.   Mürgiste metalliioonide bioorgaaniline keemia
Metalliioonide vajadus ja toksilisus
Metalliioonide omadused

1. Ioonraadius
2. Jätkusuutlikkuse read
3. Metalliühendite stabiilsuse võrdlus
4. Metalliiooni hüdrolüüs
5. Kõvad ja pehmed happed ja alused
6. püsivuse sõltuvus pH-st
7. Eelistatud metalliioonide siduvad saidid
8. Ligandi vahetuskursid

Ülevaade metalliioonidest

1. Leelismetalliioonid
2. Liitium
3. Magneesium
4. Kaltsium
5. Baarium ja strontsium
6. Berüllium
7. Lantaniidid
8. Alumiinium
9. Molübdeen
10. Mangaan
11. Raud
12. Koobalt
13. Nikkel
14. Kaadmium
15. Elavhõbe
16. Tallium
17. Plii

Metallidega kokkupuute viisid kehal
E. Eichenberger.   Metallide vajaduse ja toksilisuse suhe veeökosüsteemides
Asendamatud metallid

1. Nõuded vajalikele metallidele
2. Metallide puudumine looduskeskkonnas

Metallide vastuvõtmine ja assimileerimine

1. Metallide sissetulek
2. Toidu ja joogivee roll metalli tarbimisel
3. Veeorganismide eritatavate kelaativate ainete roll

Mürgisus nõutavate metallide liigsuse tagajärjel

1. Metalli toksilisuse mehhanism
2. Tundlikkus vajalike metallide suhtes
3. "Mürgisuse funktsionaalne väljendus
4. Mürgisust mõjutavad keskkonnategurid

Tolerants metallide suhtes

1. Looduses esinev sallivus
2. Tolerantsi mehhanism

Vajalike metallide mõju vee populatsioonidele

1. Lihtsate toiduahelate laboratoorsed uuringud
2. Reaktsioonid keerulises poollooduslikus populatsioonis
3. Vajalike metallide koostoime rauaga

G.K. Pagenkopf.   Metalliiooni tüüp ja selle toksilisus vesisüsteemides
Toksilisuse keemiline mudel
Mudeli rakendamine vasktoksilisuse suhtes
Mudeli kohaldamine kaadmiumi toksilisuse suhtes
Mudeli rakendamine pliimürgisuse jaoks
Mudeli kohaldamine tsingi toksilisuse suhtes
F.T. Bingham, F.D. Perry, W.M. Jerell.   Metallide mürgisus põllukultuurides
Kaadmium

1. Kaadmiumiühendid pinnases
2. Kaadmiumi kättesaadavus
3. Cd mürgisus võrreldes Cu, Ni ja Zn-ga
4. Mulla Cd parandus

Vask

1. Vaseühendid pinnases
2. Vase saadavus taimedele
3. Sümptomid ja diagnoosimine
4. Cu sisalduse parandamine pinnases

Tsink

1. Tsingiühendid pinnases
2. Tsingi kättesaadavus taimedele
3. Sümptomid ja diagnoosimine
4. Mulla Zn parandus

Mangaan

1. Mangaaniühendid pinnases
2. Taimede ligipääsetavus
3. Sümptomid ja diagnoosimine
4. Mulla mangaani parandus

Nikkel

1. Nikli vormid pinnases
2. Taimede ligipääsetavus
3. Sümptomid ja diagnoosimine
4. Pinnase nikli parandus

P. B. Hammond, E.K. Rahvas.   Metalliioonide toksilisus inimestele ja loomadele
Plii

1. Üldised aspektid
2. Plii imendumine, jaotumine ja eritumine kehas
3. Plii toksilisus

Arseen

1. Üldised aspektid
2. Arseeni imendumine, jaotus ja eritumine kehas
3. Arseeni mürgisus

Vanaadium

1. Üldised aspektid
2. Vanaadiumi imendumine, jaotumine ja eritumine organismis
3. Vanaadiumi toksilisus

Elavhõbe

1. Üldised aspektid
2. Elavhõbeda imendumine, jaotumine ja eritumine kehas
3. Elavhõbeda mürgisus

Kaadmium

1. Üldised aspektid
2. Kaadmiumi imendumine, jaotumine ja eritumine kehas
3. Kaadmiumi mürgisus

Nikkel

1. Üldised aspektid
2. Nikli imendumine, jaotumine ja eritumine kehas
3. Nikli toksilisus

Chrome

1. Üldised aspektid
2. Kroomi imendumine, jaotumine ja eritumine organismis
3. Kroommürgisus

Uraan

1. Üldised aspektid
2. Uraani imendumine, jaotumine ja eritumine kehas
3. Uraani mürgisus

M.R.S. Fox, P.M. Jaakob. Toiduainete ja metalliioonide mürgisus
USA toidu tarbimine ja toitumine
Seleen

1. Keha vajalikkus, funktsioonid, ebaõnnestumise tagajärjed ja keha vajadused
2. Imendumine, metabolism ja eritumine kehas
3. Looma seleeni mürgisus
4. Seleeni toksilisus inimestele
5. Seleeni koostoimed inimtoidu komponentidega

Tsink

1. Vajalikkus, funktsioon, puudulikkuse mõjud, vajadus
2. Tsingi liigsuse mõju loomadele
3. Tsingi liigsuse mõju inimkehale
4. Tsingi koostoime inimese toidu komponentidega

Alan Leonard.   Kromosoomide häired raskmetallide mõjul
Perifeerse vere lümfotsüütide geneetilised muutused

1. Perifeerse vere lümfotsüütide süsteemi üldised omadused
2. Klastogeenide põhjustatud strukturaalsed kromosomaalsed kõrvalekalded
3. Õde kromatiidivahetus
4. Sekkumised lümfotsüütide kultuuri tsütogeneetilises analüüsis

Raskmetallidega kokkupuute tsütogeneetilise seire tulemused

1. Arseen
2. Kaadmium
3. Plii
4. Elavhõbe
5. Nikkel
6. Muud metallid

M. Costa, J. D. Heck.   Metalliioonide kantserogeensus
Rakkude omastamine ja rakusisene metalliioonide jaotus

1. Metalliosakeste selektiivne fagotsütoos
2. Metalliioonide neeldumine ja metalli sissevõtmise mehhanismi tähtsus
3. Kantserogeensete metalliioonide lokaliseerimine tuumas ja tuumas

Kantserogeensed metalli häired DNA-s
Metalliioonide mõju rakkude kasvule, DNA replikatsioonile ja paranemisele
Metallide tuumori aktiivsus ning seos mutageneesi ja kantserogeneesi vahel
Transformatsiooni ja kantserogeneesi pärssimine kahevalentsete metalliioonide abil
J. D. Heck, M. Caste.   In vitro metalliioonide toksilisuse hindamise meetodid

1. In vitro toksikoloogia
2. Metalliioonide in vitro süsteemid

Biokeemilised meetodid

1. Metalliioonide tsütotoksilisuse biokeemiline hindamine
2. Metalliiooni genotoksilisuse biokeemiline hindamine

Mikrobioloogilised meetodid
Imetajate rakukultuuri kasutamise meetodid

1. Metalliioonide tsütotoksilisuse hindamine
2. Metalliiooni "genotoksilisuse" hindamine

G. Zeiler.   Mõned probleemid bioloogiliste materjalide analüüsimisel toksiliste elementide sisalduse osas jälgedes
Jälgimisanalüüsi üldised aspektid
Tööriistade ja reaktiivide valik
Proovide võtmine

1. Vedelad proovid
2. Koeproovide võtmine

Säilitamine, kuivatamine, homogeniseerimine
Proovide võtmine ja alikvoodid
6. Proovi ettevalmistamine

1. Happeravi
2. Kompleksimine, ekstraheerimine ja rikastamine
3. Mineraliseerimine

E. Niboer, F.E. Rossetto, K.R. Menon.   Nikliühendite toksilisus
Nikli mõju inimkehale

1. Ebaprofessionaalsed allikad
2. Professionaalsed allikad

Nikkelkarbonüülmürgitus

1. Nikli puhastamine karbonüülimise teel
2. Nikli toime ja ravi kliiniline hindamine
3. Toksilise toime patogenees ja mehhanism

Ülitundlikkus nikli suhtes

1. Kontakt-nikkeldermatiidi kliinilised aspektid
2. Kontakt-nikkeldermatiidi immuunmehhanism
3. Nikkel-tööalane astma

Nikli kantserogeensus

1. Epidemioloogilised andmed ja loomkatsed
2. Determinandid ja nikli kartsinogeneesi mudel

Geenide mõju toksikoloogia

1. Uurimistöö eesmärgid
2. Mutageensus prokarüootses ja eukarüootses süsteemis
3. Imetajate rakukultuuri transformatsioon
4. Kromosomaalsed ja DNA häired ning nendega seotud mõjud

Nikli muud mõjud kehale

1. Neerude toksilisus
2. Mõju paljunemisele ja arengule
3. Immunotoksilisus
4. Kardiotoksilisus

D. Kerr, M.K. Ward.   Alumiiniumimürgitus: selle kliinilise määratluse ajalugu
Alumiiniumi toksilisuse tuvastamise ajalugu

1. Keskkonnasõbralik alumiinium
2. Liigse alumiiniumi rollist neerupuudulikkuses

Alumiiniumihaiguse äratundmine

1. Dialüüsi entsefalopaatia
2. Dialüüsi osteodüstroofia
3. Kõrvalkilpnäärme funktsiooni pärssimine
4. Mikrotsüütiline aneemia

Alumiiniumi mürgistuse reguleerimine neerupuudulikkuse korral

1. Veetöötluse tutvustus
2. Alumiiniumhüdroksiidi asendajad
3. Teiste allikate otsimine

M.R. Wills, J. Savory.   Alumiiniumtoksilisus ja krooniline neerupuudulikkus
Alumiiniumi allikad

1. Alumiiniumi sisaldavad ravimid
2. Dialüsaat

Alumiiniumi imendumine seedetraktist

Puittaimede raskemetallide akumuleerumise omaduste uuringud on seotud vajadusega hinnata puittaimede biosfääri ja keskkonda stabiliseerivaid funktsioone, mis etendavad fütofiltri rolli saasteainete keskkonnas levimise teel. Puittaimed neelavad ja neutraliseerivad osa atmosfääri saasteainetest, püüavad tolmuosakesi kinni, hoides ümbritsevat piirkonda ökotoksiliste ainete kahjulike mõjude eest.

Taimede koostoime atmosfääris ja pinnases olevate metallidega tagab ühelt poolt elementide migratsiooni toiduahelates, hoolimata asjaolust, et need elemendid on taimede vajalikud koostisosad; teiselt poolt toimub biosfääris ümberjaotamine mõnede, peamiselt tehnogeense päritoluga elementide osas. Taimede võimet koondada osa tööstuslikest väljahingamistest oma organitesse ja kudedesse on inimesed kasutanud juba aastakümneid.

Metallide ümberjaotamise omadused mulla-taimede süsteemis võimaldavad järeldada, et puittaimede akumulatsioonivõime sõltub suuresti kasvutingimustest ja taimede võimest hoida ära metallide tungimist kehasse

On tõestatud, et hariliku kase ja Sukachevi lehise istandustel on Šotimaa männi istandikega võrreldes kõige suurem võime technogeensete metallide akumuleerumiseks.

Metallide kuhjumine taimedes määrab muidugi nende keskkonnasäästlikud ja biosfäärilised funktsioonid. Taimeresistentsuse ja kohanemisvõime potentsiaalid tehnogeneesi tingimustes jäävad siiski suuresti uurimata. Saadud andmed puittaimede morfofüsioloogiliste muutuste kohta tehnogeensetes tingimustes võimaldasid järeldada, et taimede spetsiifilised reaktsioonid erinevatel organiseerituse tasemetel - molekulaarsel, füsioloogilisel, rakulisel ja koe - puuduvad.

Uuring metallide mõju kohta palsam-papli (Populus balsamifera L.) lehtede pigmentide sisaldusele näitas, et klorofüllide ja karotenoidide summa katse lõpuks väheneb (K +, Ca2 +, Mg2 + ja Pb2 + ioonide korral) suureneb (Ba2 + ja Zn2 + ioonid) ) ja ei muutu (Na +, Mn2 + ja Cu2 + ioonid) võrreldes kontrolliga. Kui metalliioonid taimedele mõjuvad, muutub pigmentide suhe. On teada, et fotosünteetiliste taimepigmentide peamine osa on klorofüll A. Lehtedes sisalduva klorofülli A sisalduse vähenemisega suureneb abipigmentide - klorofülli B ehk karotenoidide - osakaal, mida võib pidada palsam-pappeltaimede assimilatsiooniaparaadi adaptiivseks reaktsiooniks taimse substraadi metalliioonide liigile.

Tehti kindlaks, et katsetaimede lehtede erinevate pigmentide suhte muutused K + ioonide toimel pika katse käigus on järgmised: klorofülli A ja karotenoidide osakaal väheneb ja klorofülli B hulk suureneb järsult, siis suureneb karotenoidide arv klorofülli B osakaalu olulisel määral. katse lõpuks on pigmentide suhe kontrollkontrollist mõnevõrra erinev - lehtedes klorofüllide osakaalu vähenemisega suureneb karotenoidide osakaal. Na + ja Ca2 + ioonid põhjustavad üldiselt üksikute pigmentide suhte muutuste sarnast mustrit, välja arvatud katse 12. ja 24. päev, kui klorofülli B osakaal suureneb klorofülli A ja karotenoidide osas Ca2 + toimel märkimisväärselt. Mg2 + ioonide toimet iseloomustavad palsam-papli lehtedes sisalduvate üksikute pigmentide suhte üsna järsud muutused kogu katse vältel. Tuleb märkida, et eksperimendi lõpuks on klorofülli A osakaal katsetaimede lehtedes kontrolliga võrreldes vähenenud.

Ba2 +, Zn2 + ja Pb2 + toimel toimuvad palsam-papli lehtedes pigmentide sisalduse järsud muutused. Näidati, et enamiku katse korral oli klorofülli A sisaldus katsepäeva lehtedes kontrollproovide suhtes väiksem. Katse lõpupoole täheldati klorofülli A osakaalu vähenemist koos klorofülli B ja karotenoidide osakaalu suurenemisega katsetaimede lehtedes võrreldes kontrollproovidega.

Mn2 + ja Cu2 + ioonidel on katse esimesel poolel palsam-pappellehtede pigmendikompleksile masendav mõju, mis väljendub klorofülli A suhtelise koguse vähenemises ja väiksemate pigmentide osakaalu suurenemises; katse teises pooles suureneb klorofülli A osakaal võrreldes teiste pigmentidega kontrolli suhtes (erinevalt teistest metallidest). Sel juhul väheneb klorofülli B ja karotenoidide osakaal.

Metalliioonidel on palsami pappellehtede (Populus balsamifera L.) hingamisele erinev mõju. Sellesuunalised uuringud võimaldasid eristada mitut tüüpi reaktsioone, mis väljendusid lehtede hingamise muutustes: 1) pärast kokkupuudet metallidega (kuni 9 päeva) väheneb eksperimentaalsete pappeltaimede lehtede hingamine kontrolli suhtes järsult, seejärel suureneb hingamine (15. päev); korduv järsk langus (24. päev) ja hingamise normaliseerumine katse lõpuks - Ba2 +, Mg2 + ja Pb2 + ioonide puhul; 2) kohe pärast taimede töötlemist langeb lehtede hingamise väärtus järsult, siis täheldatakse kasvu, mille järel täheldatakse teist ebaolulist langust ja hingamise normaliseerumist - K + ja Cu2 + ioonide puhul; 3) alguses on suurenemine, siis järsk langus ja 15. päeval katsetaimede lehtede hingamine normaliseerub - ioonide Na + ja Mn2 + ning 4) korral ei mõjuta metalliioonid lehtede hingamist oluliselt, katse ajal toimuvad katsete puhul vaid ebaolulised muutused Zn2 + ioonide jaoks.

Ca2 + pappellehtede hingamise muutuste olemuse järgi võib selle omistada esimesele rühmale. Kuid erinevalt sellele rühmale omistatud baariumist, magneesiumist ja pliist ei normaliseeru katsevaevade lehtede hingamine Ca2 + toimel katse lõpuks.

Taimede ellujäämine soolastressi tingimustes, mida võib pidada keskkonnas katioonide liigseks sisalduseks, on paratamatult seotud hingamise ajal eralduva energia kallinemisega. See energia kulutatakse elementide tasakaalu säilitamiseks taime ja keskkonna vahel. Seega võivad hingamise intensiivsus ja taimede hingamise muutused olla stressi all oleva organismi seisundi integreerivateks indikaatoriteks. Leiti, et K +, Na +, Ba2 +, Mg2 +, Mn2 +, Zn2 +, Cu2 + ja Pb2 + ioonide toimel taastatakse palsami pappellehtede hingamine täielikult 30 päeva jooksul. Ainult Ca2 + korral täheldati katsetaimede lehtede hingamise vähenemist 30%.

Poppeli reageeringute multivariandi avastus keskkonnas leiduva metallide kontsentratsiooni järsule tõusule, mis väljendub hingamise ja lehtede fotosünteesi pigmentide sisalduse muutuses, võimaldab järeldada, et kohanemismehhanismide kompleks toimib molekulaarfüsioloogilisel tasandil, mille töö eesmärk on energiakulude stabiliseerimine stressi all. Tuleb märkida, et täielik hingamise taastamine toimub nii väga toksiliste ioonide (Pb2 + ja Cu2 +) kui ka makrorakkude (Na + ja K +) ja mikroelementide (Mg2 + ja Mn2 +) ioonide korral. Lisaks on väga mürgiste ioonide (Pb2 + ja Cu2 +) intoksikatsiooni mehhanismid sarnased madala toksilisusega ioonide (Mg2 + ja K +) joobeseisundi mehhanismidega.

Metallid on looduslike biogeokeemiliste tsüklite lahutamatu osa. Metallide ümberjaotumine toimub kivide ilmastiku ja leostumise, vulkaanilise tegevuse, loodusõnnetuste tagajärjel. Nende loodusnähtuste tagajärjel tekivad sageli looduslikud geokeemilised anomaaliad. Eelmisel sajandil on inimese intensiivne majandustegevus, mis on seotud mineraalide kaevandamise ja töötlemisega, viinud tehnogeensete geokeemiliste anomaaliate tekkeni.

Puittaimed on sajandeid kohanenud keskkonnas looduslikult esinevate muutustega. Elutingimustele kohandava taimekompleksi moodustumine on seotud nende muutuste ulatuse ja kulgemise kiirusega. Praegu ületab inimtekkeline ajakirjandus intensiivsuse ja ulatuse poolest sageli äärmuslike looduslike tegurite mõju. Puittaimede ökoloogilise liigispetsiifilisuse nähtuse tuvastamise taustal on taimedes metallispetsiifiliste reageeringute puudumise tuvastamine ökoloogilise ja evolutsioonilise tähtsusega, mis sai aluseks nende edukale kasvule ja arengule ekstreemsete looduslike ja tehnogeensete tegurite tingimustes.

1

Uuriti raskemetalliioonide (Pb2 +, Co2 +, Zn2 +) mõju punaste vereliblede membraaniresistentsusele tervel inimesel ja erinevatel patsientidel. Leiti, et raskmetalliioonid põhjustavad punaste vereliblede membraanitakistuse vähenemist. Punaste vereliblede resistentsuse vähendamine sõltub metalliioonidega kokkupuute kontsentratsioonist ja kestusest: mida suurem on kontsentratsioon ja kokkupuuteaeg, seda enam punaste vereliblede tihedus väheneb. Haiguste (äge kopsupõletik, kilpnäärme kasvaja, suhkurtõbi) uurimisel on happelise hemolüüsiga patsientidel vähenenud punaste vereliblede resistentsus. Happelise hemolüüsi kiirus väheneb patsiendi vere punaliblede arvuga võrreldes terve inimese vere punaste verelibledega, sõltuvalt haiguse iseloomust. Saadud andmed viitavad sellele, et punaste vereliblede füüsikalis-keemilise koostise muutus, mis väljendub nende vastupanuvõime ebajärjekindluses, on erütrotsüütide membraani kahjustuse tagajärg, kui nad puutuvad kokku raskmetalliioonidega.

punased verelibled

raskmetallide ioonid

1.Bolshoy D.V. Metallide jaotuse uurimine erinevate verefraktsioonide vahel kokkupuutel Zn, Cd, Mn ja Pb in vitro // Transpordimeditsiini tegelikud probleemid. - 2009. - T.18, nr 4. - S. 71–75.

2.Gitelzon M.I. Erüstrogrammid kui kliiniliste vereanalüüside meetod / M.I. Gitelzon, I.A. Terskov. - Krasnojarsk: NSVL Teaduste Akadeemia Siberi filiaali kirjastus, 1954. - 246 lk.

3. Novitsky VV, Erütrotsüütide membraani molekulaarsed häired erineva geneesiga patoloogiate korral on keha tüüpiline reaktsioon probleemi / imemise kontuuridele // Siberi meditsiini bülletään. - 2006. - V. 5, nr 2. - S. 62–69.

4.Okhrimenko S.M. Trüptofaani mõju varjualuste dilämmastiku metabolismi mõnele näitajale iruti koobaltsoolade põhjustatud oksüdatiivse stressi all // Dnepropetrovski ülikooli bülletään. Bioloogia, ökoloogia. - 2006. - 2. kd, nr 4– S. 134–138.

5.Trusevitš M.O. Punaste vereliblede hemolüüsi uuring raskemetallide mõjul. Inimese ökoloogia ja keskkonnaprobleemid Tšernobõli perioodil // Vabariigi materjalid. teaduslik konverentsid. - Minsk, 2009. - S. 50.

6.Tugarev A.A. Kaadmiumi mõju punaste vereliblede morfofunktsionaalsetele omadustele: abstraktne. dis. ... dr. biol. teadused. - M., 2003.– 28 lk.

7.Davidson T., Ke Q., Costa M. Mürgiste metallide transport oluliste ühendite molekulaarse / ioonilise jäljendamise abil. - In: Metallide toksikoloogia käsiraamat / toim. Autor G.F. Nordberg jt. - 3-d ed. - Acad. Vajutage - London / New York / Tokyo, 2007. - lk. 79–84

Viimasel ajal on palju tähelepanu pööratud raskemetallide ioonide mõju uurimisele inimese vere punaliblede stabiilsusele.

Raskemetallide toksiliste mõjude peamine eesmärk on bioloogiline membraan.

Punane verelible on universaalne mudel rakumembraanis erinevate ainete mõjul toimuvate protsesside uurimiseks. Punaste vereliblede morfoloogiliste ja funktsionaalsete parameetrite muutuste üksikasjalik uurimine mitmesuguste keemiliste stiimulite mõjul, millega inimene puutub kokku looduslike suhetega loodusega, võimaldab meil paremini kindlaks teha võimalikud tagajärjed ja määrata kõige tõhusamad viisid nende parandamiseks keskkonna ja keemiliste keskkonnategurite mõjul. Erinevate raskmetallide ühendite toksiline toime tuleneb peamiselt interaktsioonist keha valkudega, seetõttu nimetatakse neid valgu mürkideks. Üks selline metall on kaadmium.

A.A. Tugarev pakkus välja informatiivsete kriteeriumide komplekti kaadmiumiioonide toksilise mõju hindamiseks inimese ja looma perifeerse vere erütrotsüütide morfoloogilistele ja funktsionaalsetele näitajatele.

D.V. In vitro Zn, Cd, Mn, Pb kokkupuutel viidi läbi ulatuslik uuring metallide jaotuse kohta erinevate verefraktsioonide vahel. Autor kinnitab kirjanduse andmeid vere metallide primaarse esmase sidumise kohta albumiiniga. Läbivuse osas jaotati uuritud metallid Cd\u003e Mn\u003e Pb\u003e Zn.

Vererakkude väliskest on rikas funktsionaalrühmade poolest, mis võivad metalliioone siduda.

Metallide sekundaarse sidumise bioloogiline roll on väga mitmekesine ja sõltub metalli olemusest ning selle kontsentratsioonist ja kokkupuuteajast.

S.M. Ohrimenko näitas pärast CaCl ja HgCl2 soolade lisamist loomadele punaste vereliblede hemolüüsi taseme tõusu.

Koobaltiioonid võivad otseselt käivitada lipiidide peroksüdatsiooni (POL), tõrjuda rauda hemist ja hemoproteiinidest, elavhõbeda toimemehhanism on aga valgu ja mittevalguliste tioolide SH-rühmade sidumine. Varem tutvustatud trüptofaan piirab osaliselt punaliblede spontaanse hemolüüsi suurenemist, mis on põhjustatud koobaltkloriidi sisseviimisest. Sellise efekti puudumine elavhõbekloriidi viimisel kehasse näitab teise mehhanismi olemasolu, mis on ilmselt seotud elavhõbedaioonide suure afiinsusega membraanivalkude tiorühmade suhtes.

M.O. Trusevitš uuris raskemetallide (kloriid, Co, Mn, Ni, Zn) mõju lõppkontsentratsioonides 0,008 kuni 1 mm. Saadud tulemuste põhjal järeldasid autorid, et kõigil rasketel metallidel, mille kontsentratsioon on suurem kui 0,008 mM, on toksiline mõju erütrotsüütide membraani vastupidavusele, välja arvatud kontsentratsiooni väärtused 0,04 mM. Zn-kloriidi puhul täheldati erütrotsüütide hemolüüsi taseme langust kontsentratsioonil 0,04 mm.

Materjalid ja uurimismeetodid

Selles töös uurisime raskmetallide (Pb2 +, Co2 +, Zn2 +) mõju punaste vereliblede membraaniresistentsusele tervel inimesel ja erinevatel patsientidel (suhkurtõbi, kilpnäärme kasvaja, äge kopsupõletik).

Katseteks kasutati sõrmest võetud verd. 20 mm3 verd koguti 2 ml füsioloogilises lahuses.

Erütroprogramm ehitati vastavalt Gitelzoni ja Terskovi pakutud happeliste errogrammide meetodile.

Hemolüüsi kineetika jälgimiseks kasutati fotoelektrilist kolorimeetrit KFK-2. Standardiks võeti erütrotsüütide kontsentratsioon, mille optiline tihedus nendes tingimustes oli 0,700.

Uurimistulemused
  ja nende arutelu

Erütrotsüütide suspensioonile lisati raskmetallide (Pb, Co, Zn kloriidid) lahused lõppkontsentratsioonides 10-5 kuni 10-3 M, saadud proove inkubeeriti 10-60 minutit. Seejärel määrati punaste vereliblede optiline tihedus sõltuvalt raskmetalliioonide kontsentratsioonist ja kokkupuute ajast. Lisaks on uuritud tervete inimeste ja patsientide vere punaliblede happelise hemolüüsi kineetikat sõltuvalt raskemetallioonide kontsentratsioonist. On teada, et sõltuvalt inimese vanusest muutub punaste vereliblede membraanitakistus. Sellega seoses võeti vere võtmisel arvesse vanust.

Leiti, et kasutatud raskmetalliioonid mõjutavad punaste vereliblede membraani stabiilsust, mida väljendatakse viimaste tiheduse muutuses. Nii näiteks väheneb Pb2 + ioonidega kokkupuutuvate erütrotsüütide suspensiooni tihedus kontsentratsioonil 10-3 M 60 minuti jooksul 90% ja kui Co2 + ja Zn2 + ioonid mõjutavad vastavalt 70 ja 60% (toimeaeg 60 minutit, kontsentratsioon 10-3) M), samal ajal kui ioonidega töötlemata punaste vereliblede suspensiooni tihedus ei muutu.

Nii leiti, et punaste vereliblede suspensiooni tihedus varieerub sõltuvalt raskmetallide ioonidega kokkupuute kontsentratsioonist ja kokkupuute kestusest - mida suurem on kontsentratsioon ja kokkupuute aeg, seda suurem on punaste vereliblede tiheduse langus.

Terve inimese punaste vereliblede happelist hemolüüsi iseloomustavast erüstrogrammist on näha, et hemolüüsi algus 2. minutil oli hemolüüsi kestus 8 minutit, maksimaalselt 6 minutit. Vere happelise hemolüüsi kiirus muutub raskemetallioonide toimel. Niisiis, kui võrrelda Pb2 + ioonidega kokkupuutunud vereproovide erüstrogramme (kontsentratsioon 10-3 M, kokkupuute aeg 30 minutit), näeme, et hemolüüs kestab keskmiselt 4 minutit ja punaste vereliblede maksimaalne jaotus on 2 minutit; Pb2 + ja Co2 + ioonidega võrreldes on Zn2 \u200b\u200b+ ioonidel nõrk toime ja happeline hemolüüs kestab 6, 5 minutit, maksimaalselt 4 minutit (joonis 1, 2).

Esitatud töö uuris ka vere erütrotsüütide happelise hemolüüsi kineetikat suhkruhaiguse, kilpnäärme kasvaja ja ägeda kopsupõletikuga patsientidel. Nagu saadud andmetest näha, on kopsupõletiku ja kilpnäärmekasvajaga patsientide veres akumuleerumine vähekindlate, keskmiselt resistentsete punaste vereliblede rühmas ja vähenenud kõrge resistentsusega punaste vereliblede arv. Ja diabeediga patsientidel on vere parempoolne erütrogramm kõrgendatud. See näitab erütropoeesi taseme tõusu veres.

Töös kasutatavate raskemetallioonide mõju patsientide vere erütrotsüütidele on erinev (joon. 3, 4, 5). Nii on näiteks Zn2 + -ioonidel tugev mõju terve inimese punaste verelibledega ägeda kopsupõletiku ja kilpnäärmekasvajaga patsiendi punastele verelibledele. Meie andmete kinnitus oli erineva lokaliseerimisega pahaloomuliste kasvajatega patsientidega tehtud uuringute tulemused, kus ilmnesid valgu koostise selged rikkumised (suure molekulmassiga polüpeptiidide sisalduse vähenemine, suurendades samal ajal madala molekulmassiga valkude osakaalu) ning samuti näidati, et Zn2 + ioonid seonduvad peamiselt madala molekulmassiga valkudega. Pb2 + ioonide mõjul patsientide vere erütrotsüütides täheldatakse kogu erütrogrammi nihkumist vasakule, seetõttu kaotab kogu punaste vereliblede mass oma stabiilsuse.

Joon. 1. Terve inimese vere erügramm pärast kokkupuudet Co2 + ioonidega:
  Kokkupuute aeg 30 minutit P< 0,5

Joon. 2. Terve inimese vere erügramm pärast kokkupuudet Zn2 + ioonidega:
  1 - kontroll; 2-10-5 M; 3-10-4 M; 4-10-3 M.
  Kokkupuute aeg 30 minutit P< 0,5

Saadud andmed viitavad sellele, et punaste vereliblede füüsikalis-keemilise koostise muutus, mis avaldub nende resistentsuse püsimatuses, on erütrotsüütide membraani kahjustuse tagajärg kokkupuutel raskemetalliioonidega. Raskemetallide ioonide (Pb2 +, Co2 +, Zn2 +) mõju sõltub kontsentratsioonist, nende kokkupuute kestusest ja inimeste varasemast seisundist.

Joon. 3. Kopsupõletikuga patsientide vere erüstrogramm pärast kokkupuudet raskemetallide ioonidega:
  1 - kopsupõletikuga patsientide veri; 2 - C02 + (10-5 M); 3 - Zn2 + (10-5 M); 4 - Pb2 + (10-5 M).
  Kokkupuute aeg 30 minutit P< 0,3

Joon. 4. Kilpnäärmekasvajaga patsientide vere erüstrogramm
  pärast kokkupuudet raskemetallide ioonidega:
  1 - kilpnäärme kasvajaga patsientide veri; 2 - C02 + (10-5 M); 3 - Zn2 + (10-5 M); 4 - Pb2 + (10-5 M). Kokkupuute aeg 30 minutit P< 0,4

Joon. 5. Diabeediga patsientide vere erügramm pärast kokkupuudet raskemetallide ioonidega:
  1 - dibetiga patsientide veri; 2 - Zn2 + (10-5 M); 3 - C02 + (10-4 M); 4 - Pb2 + (10-3 M).
  Kokkupuute aeg 30 minutit P< 0,3

Ülevaatajad:

Khalilov R.I.H., füüsika- ja matemaatikateaduste doktor, Aserbaidžaani Riikliku Teaduste Akadeemia Bakuu kiirgusprobleemide instituudi radioökoloogia labori juhtiv teadur;

Huseynov TM, bioloogiateaduste doktor, Aserbaidžaani Riikliku Teaduste Akadeemia füüsika instituudi ökoloogilise biofüüsika labori juhataja, Bakuu.

Töö laekus 17. septembril 2012.

Bibliograafiline viide

  Kocharli N. K., Gummatova S. T., Abdullaev H. D., Zeynalova N. M. Raskete metalliioonide mõju erütrotsüütide stabiilsusele normaalses seisundis ja erineva ORGANISMIPATOLOOGIA MEMBRAANISELE STABIILSUSELE // Fundamentaalsed uuringud. - 2012. - Nr 11-2. - S. 299-303;
  URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id\u003d30524 (juurdepääs: 17.12.2019). Juhime teie tähelepanu loodusteaduste akadeemia kirjastuse välja antud ajakirjadele

Paljudes tööstusharudes töödeldakse või kasutatakse mitmesuguseid elavhõbeda, kroomi, kaadmiumi, tsingi, plii, vase, nikli, arseeni ja muude ainete ühendeid, mis põhjustab nende reovee saastumist. Nende ainete eemaldamiseks reoveest on praegu kõige levinumad reagentide puhastamise meetodid, mille põhiolemus on vees lahustuvate ainete muundamine lahustumatuteks erinevate reagentide lisamisega, millele järgneb nende eraldamine veest sademete kujul. Reaktiivi puhastamise meetodite puuduseks on väärtuslike ainete pöördumatu kadu sadestumisega.

Reagentidena raskemetallioonide eemaldamiseks heitveest, kaltsium- ja naatriumhüdroksiididest, naatriumkarbonaadist, naatriumsulfiididest kasutatakse mitmesuguseid jäätmeid, näiteks ferrokromi räbu, mis sisaldab (protsentides):

Ca - 51,3; MgO - 9,2; Si02 27,4; Cr203 - 4,13; Al2O3 - 7,2, FeO2 - 0,73.

Kõige laialdasemalt kasutatav kaltsiumhüdroksiid. Metallide sadestumine toimub hüdroksiidide kujul. Protsess viiakse läbi erinevatel pH väärtustel.

Erinevate metallide hüdroksiidide sadestumisele ja kogu sademele vastavad pH väärtused (tabel 1.10) sõltuvad metallide olemusest, nende kontsentratsioonist lahuses, temperatuurist ja lisandite sisaldusest. Näiteks kahe või enama metalliiooni ühisadestumisel pH \u003d const; saavutatakse paremaid tulemusi kui iga metalli eraldi sadestamisega. Sel juhul moodustuvad segakristallid ja metalliioonid adsorbeeruvad tahke faasi pinnale, saavutades sellega mõne metalli täielikuma puhastamise.

Tabel 1.10

PH väärtused metallhüdroksiidide sadestumise ajal

* Ladestunud iooni algkontsentratsioonil 0,01 mol / L.

** pH väärtused vastavad metalli jääkkontsentratsioonile 10 mol / L.

Elavhõbedaühendite puhastamine. Elavhõbeda ja selle ühenditega saastunud reovesi moodustub kloori ja naatriumhüdroksiidi tootmisel, teistes elektrolüüsiprotsessides, milles kasutatakse elavhõbeda elektroode, elavhõbedatehastes, mõnes galvaanilises tehases, värvainete, süsivesinike tootmisel ja ettevõtetes, kus kasutatakse elavhõbedat katalüsaatorina.

Tööstuslikus reovees võivad esineda metalliline elavhõbe, anorgaanilised ja orgaanilised ühendid. Anorgaanilised elavhõbedaühendid: oksiid - НgО, kloriid (elavhõbekloriid) - НgС12, sulfaat - НgSO4, sulfiid (tsinnabaar) - НgS, nitraat - Нg (NO3) 2, tsüaniid - Нg (NCS) 2, tiotsüanaat - Нg (OCN) 2, tsüanaat - Hg (OCN) 2. Anorgaanilistes ühendites on toksilised peamiselt Hg2 + ioonid, seetõttu on kõige ohtlikumad hästi lahustuvad ja kergesti dissotsieeruvad soolad.

Orgaanilisi elavhõbedaühendeid kasutatakse puidu säilitamisel, metallorgaaniliste ühendite sünteesimisel pestitsiididena plastmaterjalide, paberimassi ja tekstiili, kaseiinliimide kaitsmiseks hallitusseente eest. Orgaanilised elavhõbedaühendid on väga toksilised ja erinevad anorgaanilistest sooladest selle poolest, et need ei reageeri Hg-ioonidele. Veekogudes muundub elavhõbe looduslikes vetes sisalduvate orgaaniliste ühendite toimel väga toksilisteks ühenditeks. Elavhõbeda maksimaalne lubatud kontsentratsioon veekogudes on 0,005 mg / l.

Metallilist elavhõbedat saab heitveest eemaldada setitamise või filtreerimise käigus. Osakesed, mis on filtraadist läbi käinud või millel pole olnud aega settida, oksüdeeritakse kloori või NaOCl-ga HgCl2-ks. Seejärel töödeldakse vett redutseeriva ainega (NaHS04 või Na2SO3), et need eemaldada ja vaba kloori jäägid siduda. Elavhõbe sadestatakse naatriumsulfiidiga, millele järgneb saadud elavhõbedasulfiidi koaguleerimine raudkloriidiga. Puhastamiseks võib kasutada raudsulfiidi ja baariumsulfaadi segatud soola.

Elavhõbeda taaskasutamiseks reoveest kasutatakse redutseerimismeetodeid: raudsulfiidi, naatriumhüdrosulfiidi, hüdrasiini, rauapulbrit, gaasilist vesiniksulfiidi jne. Elavhõbeda puhastamise sorptsioonimeetodeid on laialdaselt uuritud. Ioonivahetus vinüülpüridiini sorbentidega, mille mahutavus ulatub 40% -ni, on väga efektiivne. Kõige tavalisem viis vees lahustuvate elavhõbedaühendite eemaldamiseks on muundada need halvasti lahustuvaks elavhõbedasulfiidiks ja sadestada.

HgS lahustuvusprodukt vees on 1,6–10–20, mis vastab jääkkontsentratsioonile lahuses 2,5–10–21 mg / L. Hg sadestamiseks lisatakse esmalt reoveele naatriumsulfiidi, naatriumhüdrosulfiidi või vesiniksulfiidi. Seejärel töödeldakse vett naatriumi-, kaaliumi-, magneesiumi-, kaltsiumi- või magneesiumsulfitkloriididega koguses 0,1 g / l. Nendes tingimustes sadestub elavhõbedasulfiid graanulite kujul. Peeneks hajutatud elavhõbedasulfiidi kolloidosakeste eemaldamiseks on soovitatav lisada koagulante Al (SO4) 3 ∙ 18H2O, FeSO4 ∙ 7H2O jne.

Elavhõbedasulfiidi sade eraldatakse reoveest vaakumfiltrite või filtripresside abil. HgS eraldamist jääkkontsentratsioonini 0,001 mg / L võib saavutada ka söefiltrite abil. Elavhõbedasulfiidi sisaldavad söejäätmed põletatakse ahjus või töödeldakse elavhõbeda saamiseks. Lahustest elavhõbedaühendite eemaldamiseks võib kasutada ka värskelt sadestunud raudsulfiidi, mis saadakse S2– või FeSO4 ∙ 7H2O, FeCl3 ∙ 6H2O ioonide vastasmõjul. Puhastamiseks võib kasutada ka raudsulfiidi ja baariumsulfaadi segu raudsulfiidi liiaga. Lahustunud anorgaanilisi elavhõbedaühendeid saab redutseerida metalliliseks elavhõbedaks, millele järgneb vabastamine veest.

Anorgaaniliste elavhõbedaühendite reovee puhastamiseks võib lisaks sademismeetoditele kasutada ka sorptsioonimeetodeid.

Uuritud on elavhõbe amalgaami moodustumist elektriväljas. Meetod sobib reovee puhastamiseks, mis sisaldab elavhõbedaühendeid 0,01–100 mg / l. Selle protsessi käigus filtreeritakse heitvesi läbi vase või tsingiga kaetud klaaskuulide kihtide. Kuulid on katood ja aparaadi väliskest on anood. Filtri koormuse taastamise ajal pööratakse elektroodid vastupidises suunas.

Orgaanilised elavhõbedaühendid hävitatakse kõigepealt oksüdeerimise teel, näiteks gaasiline kloor. Pärast kloori liia eemaldamist redutseeritakse elavhõbeda katioonid metallilisteks või muundatakse vähelahustuvateks sulfiidideks, millele järgneb sademe eemaldamine.

Tsingi, vase, nikli, plii, kaadmiumi, koobalti ühendite puhastamine. Nende metallide soolasid leidub kaevandus- ja töötlemisettevõtete, metalli-, masinaehituse, metallitöötlemise, keemia-, keemia- ja farmaatsiatoodete, värvi- ja laki-, tekstiili- ja muude taimede reovees.

Kui happelist vett töödeldakse kaltsiumoksiidi ja naatriumhüdroksiidiga, seostuvad heitvees sisalduvad nende raskmetallide ioonid raskesti lahustuvate ühenditega. Soolade koostis sõltub söötme pH-st. Seega sadestub pH \u003d 7 juures kompositsiooni ZnSO4 4 3Zn (OH) 2 tsinkhüdroksiidsulfaat ja kui pH tõuseb 8,8-ni, vastab sademe valem ZnSO4 ~ 5Zn (OH) 2. Väga leeliselises keskkonnas on tahke faas peamiselt hüdroksiid.

Tsinksoola sisaldavate heitvee töötlemisel naatriumhüdroksiidiga tuleb reaktiivi doseerida rangelt töödeldud heitvee pH kontrolli all, et mitte luua tingimusi amfoteersete hüdroksiidide lahustumiseks. Zn2 + katioonide eraldamine leeliste abil põhineb nende muundamisel vähelahustuvateks tsinkhüdroksiidideks:

Tsinkhüdroksiidi lahustuvusprodukt on 7,1

  1018, sademete algus vastab pH \u003d 5,4-le. PH \u003d 10,5 juures algab amfoteersete tsinkhüdroksiidide lahustumine ja kui pH \u003d 12 on saavutatud, moodustub kompleks:

Selle põhjal tuleks puhastamine viia pH \u003d 8-9. Nendes tingimustes toimub tsinkhüdroksiidi maksimaalne sadestumine.

Kui sooda toimib tsingisooli sisaldavale reoveele, moodustuvad hüdroksükarbonaadid:

Kui pH väärtus on vahemikus 7 kuni 9,5, moodustub peamine karbonaatkompositsioon, alates pH \u003d 10, hüdroksiidi osakaal suureneb.

Ehkki aluseliste karbonaatide sadestumine algab madalamatel pH väärtustel kui vastavatel hüdroksiididel, on sooda tarbimine sadestumiseks suurem kui sööbimusliku sooda või lubja kasutamisel. See on tingitud asjaolust, et raskmetallide soodaga ladestamise ajal läbib protsess süsivesinike moodustumisetapi ja reaktsiooni lõpuleviimiseks on vaja reagenti liias.

Süsinikdioksiidi eraldumine sooda sadestumise tagajärjel põhjustab asjaolu, et gaasimullid ümbritsevad setteosakesi ja suurendavad neid, aidates kaasa sette osa tekkimisele settides. Gaas tuleb eemaldada õhuga läbi puhumisega, kui pH \u003d 4,5.

Sööda- ja sooda kui reagentide miinused peaksid hõlmama ka nende suhteliselt suuri kulusid ja vähesust.

Vase heitvee puhastamine on seotud selle sadestumisega hüdroksiidi või hüdroksiidkarbonaadi kujul:

Vasehüdroksiidi sadestumine toimub pH \u003d 5,3 juures.

Vasehüdroksükorbonaadi lahustuvus on ebaoluline, seetõttu on kõige eelistatavam vase sadestamine aluselise karbonaadi kujul. Selleks on neutraliseeriva aine lahuses vaja samaaegselt nii hüdroksiidi kui ka karbonaadi ioone. Seetõttu on ebapraktiline kasutada ainult kõrgeima kvaliteediga vaske leeliseid või lubi, andes hüdroksiidi ioone. Parim vaskkatioonidest pärit reovee puhastamise reaktiiv on III klassi lubi, mis sisaldab “põlevat” (CaCO3).

Vase ekstraheerimine reoveest kaaliumi ferrotsüaniidi sadestamise teel on võimalik. Seda reaktiivi saab kasutada ka muude raskmetallide ioonide sadestamiseks.

Vase ja kaadmiumi eemaldamiseks reoveest on välja töötatud meetod nende kokkupuuteks vääveldioksiidi või sulfititega ja pulbrilise metalliga, näiteks tsingi või rauaga. Sel juhul redutseerib metall sulfitid sulfiidideks, mis moodustavad raskemetallidega raskesti lahustuvaid sulfiide. Kui pH \u003d 2 ja reovee temperatuur on 50 ° C, mille juures protsess läbi viiakse, saavutatakse kõrge puhastusaste.

Nikli reoveepuhastus põhineb selle eraldamisel lahusest vähe lahustuvate ühendite kujul:

Nikkelhüdroksiidi sadestumine algab pH \u003d 6,7 juures. Ni (OH) 2 lahustuvusprodukt on 2,0–10–18. Vase osas on nikkelkatioonide kontsentratsioon äärmiselt sõltuv pH-st: pH \u003d 8,0 korral on see 23,5 mg / L ja pH \u003d 9,5 korral ainult 0,5 mg / L. Nikkelkarbonaadi lahustuvusprodukt on kõrgem kui hüdroksiid ja on 6, 6-10–9. Nikkelhüdroksiidkarbonaadi lahustuvus on praktiliselt , seetõttu tuleks nikli täielikumaks eemaldamiseks kasutada CaCO3 sisaldavat III klassi lubi (nagu ka vaske).

Lahuses olevad pliikatioonid sadestuvad ühena kolmest halvasti lahustuvast ühendist:

Plihüdroksiidi sadestumise algus vastab pH \u003d 6,0-le. Selle lahustuvuse produkt on 1,1 10–20 ja pliikarbonaat on 1,0–10–13. Peamine pliikarbonaat ei lahustu vees. Esitatud andmed näitavad, et plii puhastamiseks on võimalik kasutada kõiki kolme meetodit. Neist odavaim on pliikarbonaadi tootmine, kasutades reagendina lubjakivi, kriiti ja marmorit. Kuna tegemist on tahkete mineraalkivimitega, saab neid kasutada filtrikoormena, mille kaudu filtritud heitveed filtreeritakse.

Hoolimata asjaolust, et reovesi sisaldab tavaliselt mitut metallist katiooni, pole iga nende eemaldamiseks võimalik kasutada konkreetset sadet. Seetõttu töödeldakse reovett tavaliselt kaltsiumhüdroksiidiga (lubjapiim), mis on valmistatud III klassi lubjast; sel juhul toimub raskmetallide katioonide samaaegne sadestumine hüdroksoolide, hüdroksiidide ja karbonaatide kujul. Leiti, et mitme metalli ühisel sadestamisel saavutatakse paremaid tulemusi kui iga metalli eraldi sadestamisel. Selle põhjuseks on segakristallide moodustumine ja metalliioonide adsorptsioon tahke faasi pinnale.

Raskemetalle sisaldava reovee puhastamise astme suurendamiseks tehakse ettepanek pärast nende hüdroksiidide sadestamist lubjaga, mille pH on 8,5, ja sette eraldamist, selitatud reovees lahust, mis on 5-30 korda suurem kui stöhhiomeetriline norm. Pärast sette eraldamist võib madala raskmetallide ioonide sisaldusega reovee suunata vee ringlussevõtu süsteemi.

Reoveepuhastus leeliseliste reagentidega vähendab lahuses raskemetallide sisaldust sanitaarveekogude MPC-ga võrreldava väärtuseni. Kui aga on vaja sügavamat puhastamist, näiteks otse kalamadalatesse laskmisel, ei anna aluseliste reagentidega puhastamine vajalikku efekti.

Sügavam puhastamine raskemetallidest saavutatakse reovee puhastamisel naatriumsulfiidiga. See on tingitud asjaolust, et raskemetallide sulfiidide lahustuvus on palju väiksem kui kõigi teiste raskesti lahustuvate ühendite - hüdroksiidide ja karbonaatide - lahustuvus.

Väikeses koguses raskmetallide ioonide eemaldamiseks on võimalik kasutada püriiti. Protsessi võib läbi viia reovee filtreerimisega läbi granuleeritud püriidi või pulbri otsejuhtimisega kanalisatsiooni. Lisaks püriidile võib selleks kasutada mis tahes muu mittetoksilise metalli sulfiidi, mille lahustuvusprodukt on suurem kui heitveest eraldatud metalli sulfiidi lahustuvusprodukt.

Kuna raskmetallide hüdroksiidid ja sulfiidid moodustavad stabiilseid kolloidsüsteeme, on vaja sisse viia koagulante ja flokulante, et intensiivistada nende reovee sadestumist. Kolloidsetel sulfiidiosakestel on negatiivne laeng, seetõttu kasutatakse sulfiidide, tavaliselt alumiiniumi- või raud (II) sulfaatide, hüübimiseks korduvalt laetud katioonidega elektrolüüte. Hüdroksiidide koaguleerimisel on vajalik korduvalt laetud anioonidega elektrolüüt, kuna kolloidsed osakesed on positiivselt laetud. Hüdroksiidide head koagulandid on sulfaatioonid. Lisaks elektrolüütide koagulatsioonile kasutatakse praktikas sageli ka vastupidiste osakeste laenguga kolloidsete lahuste vastastikust koaguleerimist. Hüübimisprotsessi kiirendamiseks kasutatakse flokulante, peamiselt polüakrüülamiidi. Selle lisamine koguses 0,01% kuivainest suurendab metallhüdroksiidide sadestumise kiirust 2-3 korda.

Reaktiivide heitvee puhastamise skeem sademete eraldamisega raskemetallioonidest on näidatud joonisel fig. 1,59.

Selle töötlemise puuduseks on suure hulga raskesti dehüdreeritud setete moodustumine. Lisaks sisaldab puhastatud vesi suures koguses kaltsiumsoolasid, nii et ringlussevõetud veevarustuses on seda keeruline kasutada. Selle põhjal tehakse ettepanek töödelda äravoolu pärast järjestikku setitamist kaltsiumkloriidi ja soodaga. Sel juhul sadestuvad metallkarbonaadid koos kaltsiumkarbonaadiga. Saadud kristalliliste metallkarbonaatide sade on väikese mahuga ja kergesti dehüdreeritav. Samal ajal vesi pehmendab, mis võimaldab seda kasutada vee taaskasutussüsteemis.

Arseeniühendite puhastamine. Arseeni suurim lubatud kontsentratsioon vees on 0,05 mg / l. Arseeni puhastamiseks heitveest kasutatakse reagenti, sorptsiooni, elektrokeemilisi, ekstraheerimise ja muid meetodeid. Meetodi valik sõltub lahustunud arseeni vormist, koostisest, happesusest ja muudest vee näitajatest.

Suure arseeni sisaldusega suure koguse vee puhastamiseks on selle keemilise ladestumise meetod halvasti lahustuvate ühendite (leelismuldmetalli ja raskmetallide arsenaadid, arseenisulfiidid ja trioksiid) kujul leidnud praktilist rakendust.

Arseeni puhastamiseks hapnikku sisaldavatest ühenditest kasutatakse laialdaselt lubjapiima. Peale selle, sõltuvalt reovee koostisest ja puhastustingimustest (pH, temperatuur, reaktiivi tarbimine), sadestuvad mitmesuguste kompositsioonide arsenaadid ja arseniidid. Raskemetallide ioonide olemasolu reovees suurendab arseenist puhastamise astet, as nende metallide arseenid ja arseenid ladestuvad.

Tugevalt happelistest lahustest sadestatakse arseen naatriumsulfiidi ja vesiniksulfiidiga. Tiosaalsete anioonide hulka kuuluva arseeni, sulfiid-aluselise reovee puhastamine toimub raud (II) sulfaadiga (raudsulfaadiga).

Pentavalentsed arseeniühendid eemaldatakse reoveest paremini kui kolmevalentsed. Lisaks on pentavalentset arseeni sisaldavate setete ladustamine odavam, kuna see on vähem toksiline ja vähem lahustuv. Selle põhjal oksüdeeritakse kolmevalentse arseeni ühendid enne sadestumist pentalentaalseks. Oksüdeerivate ainetena kasutatakse pleegitajat, kloori, hüpokloritimassi, vesinikperoksiidi, lämmastikhapet, osooni, püroliiti jne.

Kolmevalentse arseeni oksüdeerimiseks kasutatakse laialdaselt püroliiti, looduslikku materjali, mis koosneb peamiselt mangaandioksiidist. Happelises keskkonnas toimub protsess järgmiselt:

Optimaalne oksüdatsioonirežiim: MnO2 tarbimine on stöhhiomeetrilisega võrreldes neli korda suurem, lahuse happesus on 30–40 g / l väävelhapet, temperatuur on 70–80 0С, oksüdatsiooniaeg on 3 tundi.

Pärast arseeni oksüdeerimist sadestub see kaltsiumhüdroksiidiga (lubjapiim) pH väärtuseni 6–9 mangaani arseniidi kujul. Seejärel filtritakse sade välja ja maetakse veekindlatesse kaevikutesse.

Väikese arseeni kontsentratsiooniga jäätmed oksüdeeritakse, filtreerides vett läbi püroliidi kihi. Sadestamine toimub lubjapiimaga fosfaatioonide juuresolekul.

Lisaks oksüdeerivale võimele on püroliidil ka sorptsiooniomadused. Selle sorptsioonivõime väärtus vastavalt kolme- ja pentavalentses arseenis on vastavalt 12,6 ja 29,9 mg / L. Lahuse pH suurenemisega väheneb pürooliidil sorbeeritud arseeni kogus ja selle oksüdeerumisvõime. Happelises keskkonnas (pH 10)< 1) сорбционная способность падает, а окислительная возрастает.

Muud reovees olevad katioonid ja anioonid, mis adsorbeeruvad püroliidil, halvendavad selle oksüdeerimisvõimet.

Mangaandioksiidi oksüdeerumisvõime väheneb püroliidi terade pinna sorptsiooni ja silikatsiooni tagajärjel järk-järgult. Aktiveerimiseks töödeldakse püroliiti kontsentreeritud väävelhappe või naatriumhüdroksiidiga. Happeline desorbeerib vähem arseeni, kuid lahustab pürolosiidi pinnale moodustunud sette täielikult.

Raua soolade puhastamine. Looduslikes vetes on raua sisaldus vahemikus 0,01 kuni 26 mg / L. Lisaks sisaldab rauda keemia-, metallurgia-, masinaehituse, metallitöötlemise, naftakeemia-, tekstiili-, keemia-farmaatsia- ja muudes tööstusharudes tekkinud reovees. Kui rauasisaldus on üle 1 mg / l, omandab vesi pruuni värvi. Kui selline vesi liigub läbi torujuhtmete, ladestuvad nende seintele raua ja rauabakterite ühendid, vähendades torujuhtme ristlõiget.

Reservuaarides on raua soolade MPC Fe2 + osas 0,5 mg / l. Samal ajal ei tohiks mõnes tööstusharus töötav vesi ja ringluses olev vesi sisaldada rauaühendeid üle 0,05 mg / l, näiteks nailoni, nailoni, tsellofaani, loodusliku ja viskoossiidi, kile, elektroonika, pooljuhtide ja jne Nende tööstuste jaoks on vaja looduslikku ja reovett põhjalikult puhastada rauaühenditest.

Raua eemaldamiseks kasutatakse õhutamist, reagentide meetodeid, elektrodialüüsi, adsorptsiooni, pöördosmoosi.

Aeratsiooni käigus oksüdeeritakse raudraud rauddeks. Oksüdeerimisreaktsioon vesilahuses toimub vastavalt skeemile:

Või kokku:

Vesinikkarbonaatioonide juuresolekul toimub raua oksüdeerimine ja raua hüdrolüüs järgmiselt:

1 mg raua oksüdeerimisel kulub 0,143 mg hapnikku. Kõrge keemilise reaktsiooni kiiruse tagamiseks peaks hapnikusisaldus vees olema 0,5–0,9 mg 1 mg raua kohta.

Aeratsiooniprotsess viiakse läbi ventilatsioonitornis. Juhul, kui on vaja rikastada vett hapnikuga ja eemaldada osa vabast süsinikmonooksiidist, kasutatakse jahutustorne akord-otsikuga, mis on laudadest laud. Torni suuruse ligikaudseks hindamiseks võib lähtuda järgmisest: veetarbimine torni pindala 1 m2 kohta on 40 mg, õhutarve 7 mg vett. Teise pihusti kasutamine on ebapraktiline, kuna võivad tekkida rauaühendid.

Pärast õhutamist on vaja eraldada raudhüdroksiidi sade. Sel eesmärgil kasutatakse setitamise ja filtreerimise protsesse. Raudhüdroksiidi sadet saab kasutada värvide valmistamiseks või gaaside puhastamiseks vesiniksulfiidist.

Raudhüdroksiidi sadestumise ajal tihendatakse amfoteerse Fe (OH) 3 sadet hematiidis Fe2O3: 2Fe (OH) 3 \u003d Fe2O3 + 3H2O.

Kuna gaseerimise meetodil on vees palju rauda, \u200b\u200bei saa seda täielikult eemaldada, seetõttu kasutatakse reagentide meetodeid. Sel eesmärgil kasutatakse kloori, kaltsiumkloraati (pleegitajat), kaaliumpermanganaati, osooni, kaltsiumoksiidi (lubi), naatriumkarbonaati (sooda) jne. Reaktiivid doseeritakse vees selgitajate või selgendite ees.

Klooriga suheldes toimub järgmine reaktsioon:

Selle reaktsiooni kiirus suureneb pH suurenemisega. 1 mg raua oksüdeerimiseks on vaja 0,64 mg Cl ;. Kaltsiumkloraadi kasutamisel kasutatakse seda 1-2% -lise lahuse kujul, mis juhitakse otse reovee sisse. Musta raua oksüdeerimine kaaliumpermanganaadiga toimub järgmise valemi järgi:

Kui vees sisaldub rauda orgaaniliste ühendite või kolloidsete osakeste kujul, kasutatakse osoonimist. Samal ajal on raua 1 massiosa kohta vaja 1 massiosa osooni.

Mangaaniühendite eemaldamine. Mangaaniühendeid leidub metallurgia-, masina- ja keemiatööstuse reovees. Kui mangaani kontsentratsioon on üle 0,05 mg / l, muutub vesi tumedaks. Mõnes tööstuses on ranged nõuded mangaani sisaldusele vees (paber, tekstiil, kilekoopia, sünteetilised kiud, plast).

Mangaani veest eemaldamiseks võib kasutada järgmisi meetodeid:

1. veetöötlus kaaliumpermanganaadiga;
2. õhutamine koos lupjamisega;
3. vee filtreerimine läbi mangaaniliiva või mangaani katioonivahetusvaiku;
4. oksüdeerimine osooni, kloori või kloordioksiidi toimel.

Vee töötlemisel kaaliumpermanganaadiga saavutatakse mangaani ja raua üheaegne puhastamine. Kaaliumpermanganaat oksüdeeritakse, moodustades halvasti lahustuva mangaandioksiidi:

Selles protsessis oksüdeerib 1 mg KMnO4 0,53 mg Mn +. Suurim efekt saavutatakse vee töötlemisel annusega 2 mg KMnO4 1 mg kohta. Mangaandioksiidi sade eemaldati filtrimisega.

Mangaani eemaldamist vee leelistamisega aeratsiooni abil kasutatakse samaaegselt mangaani ja rauda. Vee õhutamise käigus eemaldatakse osa süsinikdioksiidist ja see küllastatakse atmosfääri hapnikuga. CO2 eemaldamisega tõuseb reovee pH, mis aitab kiirendada raua ja osaliselt mangaani oksüdeerumist ja hüdrolüüsi hüdroksiidide moodustumisega.

Divalentne mangaan oksüdeeritakse aeglaselt vees lahustatud kolme- ja tetravalentseks hapnikuks. Mangaani oksüdeerimine toimub pH \u003d 9-9,5 juures. Saadud mangaanhüdroksiid sadestub Mn (OH) 3 ja Mn (OH) 4 kujul. Nende ühendite lahustuvus on 0,01 mg / L, saadud Mn (OH) 4 osaleb taas protsessis, olles katalüsaatoriks mangaani oksüdeerimisel.

PH \u003d 9,5 korral eemaldatakse mangaan pH-st peaaegu täielikult< 7,5 кислородом воздуха он почти не окисляется. Для ускорения процесса окисления марганца воду после аэрации до подачи на фильтры подщелачивают известью или содой для повышения рН, затем осветляют в осветлителях или отстойниках. Процесс окисления Мn2+ резко ускоряется, если аэрированную воду фильтруют через контактный фильтр, загруженный дробленым пиролюзитом (MnO2∙H2O) либо кварцевым песком, предварительно обработанным оксидами марганца.

Divalentset mangaani saab veest eemaldada, oksüdeerides seda kloori, osooni või kloordioksiidiga. Mn-ga kloori oksüdeerimise kiirus sõltub söötme pH-st. Kui pH \u003d 7, oksüdeeritakse 60–90 minutiga ainult 50% Mn2 +. Lubjaga leelistamisel kuni pH \u003d 8 oksüdeerub Mn peaaegu täielikult. Cl2 tarbimine 1 mg Mn oksüdeerimisel on 1,3 mg. Ammooniumsoolade juuresolekul vees suureneb kloori tarbimine.

Kloordioksiid ja osoon (pH \u003d 6,5-7) oksüdeerivad Mn2 + 10-15 minutiga. 1 mg Mn2 oksüdeerimiseks kulub 1,35 mg ClO2 või 1,45 mg O3. Nende oksüdeerivate ainete kasutamine eeldab aga keerukate taimede ehitamist, mistõttu neid praktiliselt ei kasutata.

Mangaani saab veest eemaldada biokeemilise oksüdeerimise teel. Protsess viiakse läbi järgmiselt. Filtri liivale kulub spetsiaalne mangaaniliik, kus tarbitakse baktereid, mis oma elu jooksul imavad veest mangaani. Surevad bakterid moodustavad liivateradel suure mangaanoksiidi sisaldusega poorse massi, mis toimib oksüdeerimisprotsessi katalüsaatorina.

Mangaani veest saab eemaldada mangaani katioonvaheti abil, mis valmistatakse mangaankloriidi ja kaaliumpermanganaadi naatriumvormi naatriumvormi katioonivaheti kaudu. Sel juhul tekivad järgmised reaktsioonid:

kus Me on katioon Na + või K +.

Nendes protsessides oksüdeerib kaaliumpermanganaat mangaani, moodustades mangaanoksiidid, mis ladestuvad katiooni terade pinnale kile kujul. Regenereerimise ajal redutseeritakse kile kaaliumpermanganaadi lahusega.

Vaatletud meetoditest on kõige tõhusam töötlemine kaaliumpermanganaadiga. See ei vaja keerukaid seadmeid ja on lihtsalt juhitav.