汞的生物反甲基化（化学）

内容简介

生物反甲基化的过程称为生物反甲基化作用。这两种作用构成了微生物的汞循环。

机理

20世纪60年代末明确提出在汞的生物甲基化中起主要作用的是微生物。因微生物类群的不同，甲基化作用可在需氧或厌氧条件下进行，其转化机理主要有酶促反应和非酶促反应两种。非酶促反应机理依据厌氧菌甲烷形成菌 (Methanoenic omelia) 合成的甲基钴氨素作为甲基供体,在有三磷酸腺苷(ATP)和中等还原剂的条件下把无机汞转化成甲基汞或二甲基汞，与此同时甲基钴氨素转化成羟基钴氨素。甲基化的酶促反应是由微生物直接参与进行的。细菌利用培养基中丰富的维生素，在细胞内产生转甲基酶，促使甲基转移，但酶的种类还不清楚。从底泥、土壤和鱼的内脏、鱼鳃中发现，能使汞甲基化的微生物种类很多，厌氧菌中有匙形梭状芽孢杆菌(Clostridium cochlearium),需氧菌中有荧光极毛杆菌(Pseudomonas fluorescens) 草分枝杆菌 (Myco-bacterium phlei)大肠杆菌等甲基化速度取决于酶的活性，并与营养环境以及半胱氨酸和维生素B(等因素有关。厌氧条件下硫化物的存在往往会抑制汞甲基化的进行。在自然界中甲基化速度的加快会引起水体水质恶化，使毒性加大。

自然界的生物是相互作用和相互制约的。受汞污染的底泥中还存在着另一类抗汞微生物，它们有反甲基化作用，能去除甲基汞的毒性。1968年以来已发现各种抗汞细菌200多株，典型菌株为假单胞杆菌K62(Pseudomo-nas K62)。这些微生物能把氯化汞还原成金属汞，也可使有机汞如甲基二、乙酸汞和苯基汞等转化成金属汞以及相应的化合物，如甲烷、乙烷和苯。利用微生物的这种功能可发展生物冶汞技术。

微生物对汞的抗性机理同对药物的抗性机理相似。1971年有的学者从抗药物的大肠杆菌中提取到一类汞释放酶系,其中主要的酶为S-1酶，它起着使C-Hg 链裂解的作用，而后再经金属汞释放酶（MMR-酶）使汞化合物还原成金属汞。在这种反应中,黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)作为辅酶，葡萄糖脱氢酶起传递电子的作用。

应用

随着分子遗传学的发展，生物甲基化和微生物抗汞的生态学研究已推向分子水平，近年来开展了微生物转化汞的遗传控制研究。1979年的研究指出，细菌的抗汞性能受遗传质粒和染色体的调节和控制，某些具有抗汞性的细菌质粒有移位的潜力，使不具有抗性的细菌细胞获得抗性。这将进一步阐明底泥中细菌能使汞迁移转化和使废料中汞实行再循环的基础。为了提高微生物的抗汞能力，有的学者已应用质体转移新技术得到新的质粒（MER质粒）,细菌具有这种新质粒，抗汞能力可提高40倍左右。

利用微生物还原汞的功能,可使金属汞沉淀回收,挥发的汞可用活性炭吸附。微生物除汞方法主要有：①选育高效抗汞微生物处理含汞废水：如应用选育的高效抗汞菌──假单胞杆菌 K62可处理含甲基汞、乙基汞、硝酸汞、乙酸汞、硫酸汞、氧化汞和氯化汞等废水，金属汞回收率达80%以上，菌体能重复用三次。②采用除汞：依靠活性污泥中的抗汞菌将汞还原为金属汞，活性污泥系统本身还可吸附汞。③采用滤池法除汞：用驯化活性污泥挂膜处理生化需氧量 (BOD)低的含汞废水。④使用硫化氢沉淀汞：借助于其他微生物产生的硫化氢与水溶性汞结合成硫化汞，硫化汞溶度极小，可以在沉淀后除去。

发展前景

近十几年来，汞的生物转化的研究受到学者们的重视。中国在这方面的研究还刚刚开始。关于汞的生物甲基化和微生物抗汞机理虽比其他金属转化机理清楚，但有不同的见解和学说。微生物法除汞的研究，目前仅限于配水和小型试验。关于汞转化的遗传学控制研究在理论和实践上都具有重要意义。