pH值对金属物种形成和毒性的影响
自由、离子种类的金属浓度是最高的pH值较低,所以在这些条件下金属往往更可利用。121128年在酸性pH值,更可用质子饱和metal-binding网站。99为例,金属不太可能形成不溶性沉淀与磷酸盐体系的pH值降低,因为大部分的磷酸盐被质子化了的。在基本条件下,金属离子可以替代质子形成其他物种,如hydroxo-metal复合物。一些hydroxo-metal可溶性复合物,如形成与镉、镍和锌,而那些与铬和铁形成不溶性。
许多studies123 129 - 131表明pH调节金属毒性。在某些情况下,增加pH值减少金属毒性报道。Babich Stotzky132 133发现镍的pH值降低了毒性增加各种不同的微生物,包括细菌(粘质沙雷氏菌),丝状真菌(节丛孢属圆锥体,青霉菌vermiculatum,和根霉stolonifer),和一种酵母(隐球菌terreus)。适度的基本条件下(pH值8.5),大部分的镍可能没有生物,因为它包裹着各种配体(如Cl -,哦——,SO4 -)。也有可能毒性低,镍在更高的pH值,因为一些生物可能更喜欢中性或酸性环境的基本环境。铝也被证明是更有毒大肠杆菌比6.8.134 pH值5.4 pH值
更常见,金属毒性报告增加了博士增加pH值已被证明增加毒性的锌,铜,某些藻类species130和铀135和镉的各种细菌(大肠杆菌,枯草芽孢杆菌m .危害和链球菌。宝),放线菌(小单孢菌属chalcea,诺卡氏菌属最纯粹,和链霉菌属flavovirens),和真菌(酿酒酵母和裂殖酵母ociosporus)。123 - 136金属毒性可能会增加在高pH值因为细胞可以占用或吸附在这些条件下更多的金属离子。85 137更多的酸性条件下,金属与质子在细胞表面结合位点。130年,官能团与膜在酸性条件下质子化了的,可能减少金属阳离子和膜之间的静电吸引。第三种可能是金属从细胞更有效地在酸性条件下,射流泵是由质子force.26动机
另一个可能的解释观察到金属发生的毒性增加pH值增加是更有毒物种的形成,如hydroxo-metal species.101138139吗
因为大多数研究涉及hydroxo-metal物种进行了复杂的媒体,这些物种的浓度不准确确定。Sandrin Maier85使用最小的盐中,允许使用地球化学建模软件(MINEQL +)来预测单价羟化镉的浓度从pH值4 - 7 (CdOH +)。在此系统中,镉的毒性降低与博士预计单价hydroxy-lated镉浓度增加与酸碱直到达到峰值5.9,然后慢慢减少,直到pH值浓度7。虽然二价镉离子的浓度同时降低pH值更高,这些浓度(1.00 x 101点在pH值7)保持至少三个数量级高于单价羟化镉浓度(pH值7.26 x下午三7)。这表明,如果CdOH +在调停镉毒性中发挥作用,它是超过三个订单比Cd2 +有毒。
pH-dependent金属物种形成金属之间的模式不同。例如免费的浓度、离子种类的铜和锌在最小的媒体迅速下降pH值> 5,虽然自由,钴离子的形式仍普遍直到pH值> 8.121的影响金属hydroxo-metal物种的pH值也不同。在一项研究中,调查了pH-dependent化学物种形成海水,Zirino Yamamoto140发现单价羟化锌水平达到峰值pH值8,而单价羟化镉水平从pH值增加8到9。
一个中等的pH值也影响metal-phosphate沉淀的形成。例如,二价离子镉(Cd2 +)浓度迅速下降为磷酸浓度和pH值增加。Sandrin Hoffman121决定,当没有磷酸常用矿物盐介质,二价离子镉的浓度保持相对稳定,直到突然下降高于pH值8。当15毫米无机磷酸盐添加到介质,二价镉离子浓度迅速下降,pH值高于只有6。
保持恒定的pH值在一个实验是至关重要的,因为金属物种形成的依赖博士缓冲需要防止大偏差的pH值在一个实验。研究金属毒性对生物降解的影响通常使用一个缓冲,一个中立的中度酸性pH值操作范围。75、76、89操作pH值范围是由pKa的缓冲区,这是一半的弱酸性的pH值用于缓冲是质子化了的。当pH值超出缓冲区的操作范围,甚至小添加酸、排泄等酸性代谢终端产品,可能极大地改变pH值和改变金属物种形成模式和对微生物产生影响。
微生物基因表达,以应对金属受到博士为例,DNA微阵列实验在我们实验室透露,151个基因在大肠杆菌酸碱5和7之间的差异表达治疗只有在镉的存在(5点)56(图11.1)。例如,各种应激反应基因(如yciM, hdeA, blr, otsA,和yjbJ),运输相关基因(如ycfU和nupG),氧化还原酶基因编码(如yj, ydgJ, ydiS, ygfT,和ybjN),并假设基因表达在酸性条件下镉的存在。镉毒性低已被证明是在这些条件下。85123136 pH值的机制影响转录反应金属尚不清楚,但金属物种形成可能扮演一个角色。地球化学建模软件使用在同一个study56有毒镉的浓度预测,物种,如CdOH +,在pH在pH值7比5(图11.1 b和c)。一些假想的基因调节pH值7只在镉的存在可能是参与运输或从这些有毒物种保护。
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