Bài giảng Nguyên lý quản trị học - Chương 12: Chuyển hóa Xenobiotic trong xử lý nước thải

a nước thải, các chất hóa học được sinh vật tiết ra chống lại kẻ thùCác chất gây ô nhiễm như dioxin và polychlorinated biphenyl và ảnh hưởng của chúng trên quần thể sinh vậtChuyển hóa xenobiotic trong cơ thểChuyển hóa xenobioticXENOBIOTICHệ tuần hoànHấp thuCác Tổ chứcGanCơ quan bài tiếtPhân bốChuyển hóaTác dụng lên các cơ quanĐộc tínhHiệu quả điều trịThải trừChuyển hóa xenobiotic trong cơ thểHấp thuXenobiotic xâm nhập cơ thể qua đường tiêu hóa, hô hấp, da-niêm mạc, tiêm truyền, trong đó đường tiêu hóa là chủ yếu.Quá trình hấp thu phụ thuộc vào cấu trúc của tổ chức, pH môi trường nơi xenobiotic xâm nhập, cấu tạo của xenobiotic,Cơ chế hấp thu chủ yếu theo qui luật vật lý, vận chuyển theo gradient (bậc thang) nồng độ, từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp.Chuyển hóa xenobioticChuyển hóa xenobiotic trong cơ thểPhân bốPhân bố ở các tổ chức khác nhau, tùy thuộc vào tính chất hóa học và tính tan của mỗi chất. Các chất ít tan trong nước, ưa lipid như chloroform, hexobarbital sẽ phân bố nhiều vào mô mỡChuyển hóa xenobioticChuyển hóa xenobiotic trong cơ thểTrong huyết tương,Chất nào càng ít tan trong nước thì gắn với protein huyết tương càng nhiều.Có sự cân bằng động giữa phần tự do và phần gắn với protein Xenobiotic + Protein HT  Xenobiotic-proteinCó sự cạnh tranh giữa các xenobiotic khi gắn với protein:  ví dụ Tolbutamid – PhenylbutazonKhả năng gắn có giới hạn và phụ thuộc hàm lượng protein huyết tươngChuyển hóa xenobioticChuyển hóa xenobiotic trong cơ thểChuyển hóaCơ quan chuyển hóa xenobiotic là gan. Con đường đào thải là qua nước tiểuQuá trình chuyển hóa gồm 2 giai đoạn:Chuyển hóa xenobioticChuyển hóa xenobiotic trong cơ thểGiai đoạn 1Gồm các phản ứng khử, oxy hóa, thủy phân nhằm tạo các nhóm chức hoạt động như –OH; =O; -SH; -NH2 Trong giai đoạn này có vai trò của quan trọng của cytochrome P450Giai đoạn 2Gồm các phản ứng liên hợp với glucuronic, sulfuric, acetic, glutathion  sản phẩm mất độc tính dễ đào thảiChuyển hóa xenobioticChuyển hóa xenobiotic trong cơ thểThải trừCon đường thải trừ chủ yếu là qua nước tiểu, còn lại một phần qua phân, mồ hôi, hơi thởMức độ thải trừ phụ thuộc vào nhiều chức năng của thận nên khi thận suy  thải trừ giảm, tăng độc tínhChuyển hóa xenobioticCác quá trình sinh hóa chuyển hóa xenobioticXenobiotic chứa rất nhiều nhóm chức năng và những nhóm ít gặp trong tự nhiênQuá trình chuyển hóa xenobiotic được thực hiện qua 4 giai đoạnThủy phânKhử nhóm halogenQuá trình oxy hóaQuá trình khửChuyển hóa xenobioticGiai đoạn thủy phânCác enzyme hydrolase thủy phân các liên kết amide và ester của các hợp chất như aniline, phenyl – urea, carbamic và các acid khác.Các hydrolase cũng chịu trách nhiệm cắt các liên kết của thuốc trừ sâuLà một enzyme ngoại bào được kích thích tạo thành khi nồng độ cơ chất cao.Chuyển hóa xenobioticGiai đoạn khử halogenNhiều xenobiotic chứa các hợp chất của halogen  khử halogen là một bước quan trọng trong quá trình chuyển hóa xenobioticMặc dù cơ chế chưa rõ ràng nhưng quá trình khử halogen nhưng gồm có 3 giai đoạn: thủy phân, khử, oxy hóaVà quá trình này được thực hiện bởi một số enzyme:Haloacetate – halidohydrolase: cắt halogen từ halide acetate thành glycolic acidHydrolase: cắt các liên kết trong dichloroacetate2-haloacid halidohydrolaseChuyển hóa xenobioticGiai đoạn oxy hóaĐây là một giai đoạn quan trọng nhất vì giai đoạn này oxy hóa các sản phẩm của quá trình thủy phân và halogen hóaCác phản ứng oxy hóa bao gồm: cắt đứt vòng thơm, loại bỏ các nhóm alkyl và các nhóm epoxiChuyển hóa xenobioticGiai đoạn khửGiai đoạn này xảy ra trong điều kiện kỵ khíTrong quá trình này có sự loại bỏ các nhóm nitro bởi enzyme nitroreductaseChuyển hóa xenobioticVai trò của vi sinh vật trong chuyển hóa xenobioticSự chuyển hóa xenobiotic có sự tham gia của vi khuẩn hiếu khí lẫn vi khuẩn kỵ khíVi khuẩn hiếu khí: Pseudomonas, Escherichia, Sphingobium, Pandoraea, Rhodococcus, Gordonia, Bacillus, Moraxella, Micrococcus Vi khuẩn kỵ khí: Pelatomaculum, Desulfotomaculum, Syntrophobacter, Syntrophus, Desulphovibrio, Methanospirillum, MethanosaetaChuyển hóa xenobioticVai trò của vi sinh vật trong chuyển hóa xenobioticQuá trình phân hủy xenobiotic của vi sinh vật gồm có 3 bước cơ bản:Sự làm giảm sinh học (bioattenuation): Kiểm tra các quá trình xảy ra trong tự nhiên  làm giảm thời gian phân hủy mẫuSự kích thích sinh học (biostimulation): kích thích chủ động vào các vi khuẩn phân hủy xenobiotic bằng các chất nhận điện tử, nước, chất dinh dưỡng Sự tăng cường sinh học (bioaugmentation): bổ sung các vi khuẩn trong phòng thí nghiệm  tăng khả năng phân hủyChuyển hóa xenobioticCác quá trình sinh hóaDựa vào điều kiện hiếu khí và kỵ khíVi khuẩn hiếu khí: phân giải PCBVi khuẩn kỵ khí: phân giải các methanogen, các hợp chất nhân tạoChuyển hóa xenobiotic