I composti xenobiotici

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Donato Casadei
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1 I composti xenobiotici INSETTICIDA ERBICIDA INSETTICIDA ERBICIDA ERBICIDA LUBRIFICANTI FLUIDI DI CONDIZIONAMENTO VERNICI SOLVENTE INDUSTRIALE 1

2 I composti xenobiotici 2

3 Biodegradazione/detossificazione degli xenobiotici DECLORURAZIONE RIDUTTIVA (anaerobiosi) Processo di respirazione anaerobica in cui composti alogenati fungono da accettori di elettroni Es.: C 7 H 4 O 2 Cl - + 2H C 7 H 5 O HCl 3-clorobenzoato benzoato Desulfomonile 3

4 Biodegradazione/detossificazione degli xenobiotici Caratterizzazione dei principali generi di batteri capaci di effettuare la declorurazione riduttiva 4

5 Biodegradazione/detossificazione degli xenobiotici (aerobiosi) Crescita di Burkholderia (in precedenza Pseudomonas) cepacia sull acido 2,4,5-triclorofenossiacetico (erbicida), 1,5 g/l 5

6 Biodegradazione/detossificazione degli xenobiotici DEGRADAZIONE AEROBICA DEL 2,4,5-T 6

7 La plastica: polimeri xenobiotici 7

8 La plastica di origine batterica: BIOPOLIMERI Macromolecole costruite dagli organismi viventi Prodotti da microrganismi, piante, animali Utilizzati nell industria alimentare, manifatturiera e farmaceutica

9 Es.1: Resina Xantorrea BIOPOLIMERI Polimero lineare del glucosio contenente catene laterali trisaccaridiche Prodotta da Xanthomonas campestris (batterio del suolo Gram-negativo, aerobio obbligato) Presenta elevata viscosità È stabile in condizioni fisico-chimiche estreme Possiede proprietà fisico-chimiche simili alla materia plastica È utilizzata come stabilizzante, emulsionante, addensante

Es.2: I poliidrossialcanoati: Polimeri biodegradabili prodotti da specie di Bacillus, Pseudomonas, Azotobacter, Alcaligenes eutrophus Inclusioni citoplasmatiche con funzione di riserva di carbonio ed

10 Es.2: I poliidrossialcanoati: Polimeri biodegradabili prodotti da specie di Bacillus, Pseudomonas, Azotobacter, Alcaligenes eutrophus Inclusioni citoplasmatiche con funzione di riserva di carbonio ed energia Possiede proprietà fisico-chimiche simili a quelle del polipropilene Può essere estratto dalle cellule e utilizzato come materiale termoplastico poli-β-idrossibutirrato (poliestere dell acido β-idrossibutirrico) BIOPOLIMERI

11 Copolimero di poli-β-idrossibutirrato (PHB) e poli-β-idrossivalerato (PHV) BIOPOLIMERI 11

12 TIPOLOGIE DI INQUINAMENTO Classifica elaborata dall EPA: 31 cloroalifatici; 26 pesticidi; 17 idrocarburi policiclici aromatici; 15 composti cloroaromatici; 13 aromatici semplici; 13 composti azotati; 13 metalli pesanti. I metalli pesanti che più frequentemente si rinvengono in ambiente sono: alluminio, antimonio, arsenico, bario, berilio, cadmio, cromo (III), cromo (IV), rame, manganese, mercurio, nickel, piombo, selenio, tallio. Caratteristiche: - non possono essere distrutti - possono bioaccumularsi - sono in genere sotto forma di ioni 12 e quindi più solubili, risultano mobili nell'ambiente.

13 TECNICHE CIMICO-FISICHE DI METAL-REMEDIATION ossido-riduzioni precipitazione chimica filtrazione evaporazione resine a scambio ionico processi di osmosi inversa trattamenti elettrochimici.. LIMITI: - elevati costi - utilizzo di reagenti chimici contaminanti - inefficienza in caso di elevati volumi di materiale inquinato contenente materia organica e basse concentrazioni di metalli 13

14 METAL BIOREMEDIATION -Si sfrutta la capacità dei microrganismi di intrappolare gli ioni dei metalli pesanti nella struttura cellulare - passiv uptake: il metallo viene biosorbed sui siti di legame presenti nella struttura cellulare. Questo metodo di assunzione è indipendente dal ciclo metabolico e biologico. active uptake: il metallo pesante può passare all interno della cellula attraverso la membrana mediante il ciclo metabolico cellulare. bioaccumulation: prevede l'assunzione del metallo secondo processi attivi e passivi. 14

15 15

16 Il mercurio (Hg) Componente attivo di molti pesticidi; Prodotto secondario di numerosi processi industriali (industria elettronica, produzione di batterie e cavi elettrici, industria chimica, incenerimento rifiuti urbani ); Immesso nell ambiente anche dai processi di estrazione di minerali e di combustione di combustibili fossili; Elevata tossicità Elevata capacità di concentrarsi nei tessuti degli organismi viventi 16

17 Il ciclo del mercurio e del metilmercurio reazione fotochimica Ione mercurico metilmercurio dimetilmercurio attività attività microbica microbica resistenza batterica solfato riduttori metanogeni 17

18 Resistenza batterica al mercurio Pseudomonas aeruginosa operone mer 18

19 Nessun problema di ulteriore contaminazione (legata all uso 19di reagenti chimici) VANTAGGI : METAL BIOREMEDIATION La selettività nel rimuovere solamente i metalli desiderati ; La possibilià di utilizzare batterie di microrganismi, aventi specificità e meccanismi di rimozione differenti; Possibilità di utilizzare un unico processo fermentativo per rimuovere la maggior parte degli inquinanti da effluenti industriali (complessi organo-metallici, composti organici, composti inorganici quali nitrati-fosfati- ammonio); I costi decisamete meno elevati rispetto ai comuni trattamenti chimico-fisici;

20 METAL BIOREMEDIATION LIMITI : Sensibilità dei microrganismi utilizzati a valori estremi di ph, alte conc. di metalli e altre sostanze tossiche; SOLUZIONE : Isolamento e selezione di ceppi super-resistenti ai metalli (tecniche tradizionali e/o ingegneria genetica) Alta richiesta energetica da parte dei microrganismi selezionati; Utilizzo di rifiuti organici come fonte di carbonio e di energia 20

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