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Articulo de referencia

Metilación del mercurio

La metilación del mercurio es el proceso de formación de metilmercurio (MeHg). La metilación del mercurio puede ocurrir de forma abiótica o biótica. Bióticamente, los principale...

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La metilación del mercurio es el proceso de formación de metilmercurio (MeHg). La metilación del mercurio puede ocurrir de forma abiótica o biótica. Bióticamente, los principales metiladores del mercurio son las bacterias reductoras de sulfato y las reductoras de hierro . [ 1 ] Se han propuesto tres mecanismos para la metilación biótica del mercurio por bacterias reductoras de sulfato. [ 2 ] Se ha observado que las bacterias reductoras de sulfato, las bacterias reductoras de hierro y los metanógenos son responsables de la formación de metilmercurio en aguas y sedimentos anóxicos. Se detectan comúnmente como los principales metiladores en ambientes anaeróbicos. Por otro lado, estudios recientes han demostrado que la metilación del mercurio también puede ocurrir en aguas oxigenadas a través de las mismas vías (par de genes hgcAB).

La metilación del mercurio puede ser problemática ya que el metilmercurio es tóxico y puede biomagnificarse y bioacumularse a través de la cadena alimentaria. [ 2 ]

Química

Los elementos químicos en la Tierra circulan a través de los ambientes atmosféricos, terrestres y acuáticos en un proceso llamado ciclo biogeoquímico . [ 3 ] El mercurio pasa por su propia versión del ciclo biogeoquímico, llamado ciclo del mercurio, donde circula a través del medio ambiente y cambia entre estados de oxidación : Hg(0), Hg(I), Hg(II). [ 3 ] [ 4 ] Cuando el mercurio está presente en el medio ambiente, los organismos microbianos pueden absorber la forma elemental del mercurio. [ 2 ] Esto indica la transcripción de los genes hgcA y hgcB para sintetizar las proteínas HgcA y HgcB. [ 4 ] Estas proteínas pueden luego iniciar la reacción de metilación para formar metilmercurio . [ 4 ]

Bioquímico

Microbiano

Se ha descubierto que especies de los tres dominios de la vida participan en la metilación del mercurio. Gracias al descubrimiento de los genes hgcAB , se han identificado más especies genéticamente capaces de metilar el mercurio. [ 5 ] Se desconoce si las proteínas HgcA y HgcB forman un complejo multienzimático o actúan de forma secuencial. También se ha demostrado que la eliminación de cualquiera de estos genes conlleva la pérdida total de la capacidad de metilar el mercurio. [ 6 ]

Las especies bacterianas actualmente conocidas que metilan el mercurio incluyen la mayoría de Desulfovibrio spp. (es decir, Desulfovibrio desulfuricans ). [ 5 ] [ 7 ] y Geobacter spp. (es decir, Geobacter sulfurreducens ) [ 5 ] [ 7 ] Otras especies con los genes hgcAB que se sospecha que producen MeHg incluyen Bacteroidota , Chloroflexota y Nitrospirota . [ 7 ]

Las especies de arqueas que se sabe que metilan el mercurio incluyen la mayoría de las especies de la clase de metanógenos Methanomicrobia ; sin embargo, se ha descubierto que la clase Thermoplasmata porta los genes hgcAB . No se han encontrado otras especies de metanógenos con la capacidad de metilar el mercurio. [ 7 ]

Selenoproteínas

En las bacterias, la gran mayoría de las proteínas HgcA son en realidad selenoproteínas, con una región de extensión N-terminal previamente no reconocida que incluye un motivo de dipéptido CU (cisteína-selenocisteína). [ 8 ] Una minoría de las proteínas HgcB también son selenoproteínas.

Reacciones

La influencia del pH en la metilación del mercurio puede variar según las especies que participan en las reacciones. Algunos estudios demuestran que un aumento en la concentración de iones hidrógeno produjo grandes incrementos en la absorción de Hg(II), lo que podría tener repercusiones en la metilación del mercurio. [ 9 ] Otro estudio demostró que la disminución del pH provoca un cambio en la producción de especies de metilmercurio. Específicamente, la producción de dimetilmercurio disminuye y la de monometilmercurio aumenta, pero la producción total se mantiene prácticamente constante. [ 2 ]

No se han publicado suficientes estudios adecuados sobre la influencia de la temperatura en la metilación del mercurio. La metilación del mercurio alcanza su máxima actividad en verano [ 2 ] , pero este aumento podría deberse a otros factores no relacionados con la temperatura. Sin embargo, es evidente que la temperatura afecta la actividad microbiana, lo que repercute en las reacciones bioquímicas subsiguientes que conducen a la metilación del mercurio.

De forma similar a los efectos del pH, las distintas concentraciones de iones de mercurio disponibles dan lugar a la producción de diferentes productos y complejos de mercurio. [ 10 ] Además, las enzimas HgcA y HgcB tienen una Km muy baja y, por lo tanto, se unirán fácilmente al mercurio disponible incluso a concentraciones muy bajas. [ 10 ]

Estudios recientes han revelado que el aumento de la concentración de materia orgánica disuelta terrestre (tDOM), debido al incremento de la escorrentía (una de las consecuencias del cambio climático, especialmente observada en el hemisferio norte), conlleva un aumento de la producción y actividad bacteriana, lo que a su vez incrementa el proceso de metilación del mercurio. Diversos estudios han reportado correlaciones positivas entre las concentraciones de metilmercurio y materia orgánica en aguas marinas superficiales e intermedias, las cuales se han atribuido a la descomposición microbiana de partículas sedimentadas, donde se crean ambientes microanóxicos que permiten la actividad de metiladores anaeróbicos de Hg (por ejemplo, bacterias reductoras de hierro-azufre y metanógenos).

Transporte al interior de la célula

Antes de que el mercurio pueda metilarse, debe transportarse al interior de la célula a través de la membrana lipídica . Los iones de mercurio se unen a una proteína captadora de mercurio , MerP. MerP transfiere el ion de mercurio a un transportador de la membrana citoplasmática, MerT, y luego al sitio activo de la mercurio reductasa o mercurio(II) reductasa en el citoplasma . [ 2 ]

Normalmente, el mercurio sería tóxico para la célula, pero algunos microorganismos son resistentes al ion mercurio debido a un operón mer inducible . La traducción de este operón da como resultado la síntesis de la mercurio reductasa. Esta enzima reduce el ion mercurio a mercurio elemental, que se volatiliza fuera de la célula. [ 2 ] Si no se utiliza la mercurio reductasa, la metilación del mercurio puede ocurrir a través de tres vías identificadas. [ 2 ]

Ruta bioquímica

Los cultivos de bacterias reductoras de sulfato cultivadas sin la presencia de sulfato no metilarán el mercurio. Es posible que la respiración de estas células esté acoplada a la metilación del mercurio. [ 2 ]

La vía del acetil-CoA para la metilación del mercurio es llevada a cabo por bacterias reductoras de sulfato y catalizada por una proteína dependiente de corrinoide . A través de esta vía, se propone que el grupo metilo se origina a partir de la serina C-3. La transferencia del grupo metilo del CH3-tetrahidrofolato a la proteína corrinoide requiere los genes hgcA y hgcB . [ 4 ] El grupo metilo, ahora en la proteína corrinoide, se transferirá al ion mercurio. [ 2 ] Se ha demostrado que esta actividad disminuye en ambientes aeróbicos, lo que sugiere que la metilación ocurre anaeróbicamente. [ 2 ]

La vía metabólica del acetato (enzimas metiltransferasas) es muy similar a la vía del acetil-CoA, donde se utilizan enzimas metiltransferasas que involucran intermediarios de tetrahidrofolato. [ 2 ] [ 11 ] Se demostró que la metilación del mercurio era tres órdenes de magnitud mayor en las células que eran capaces de utilizar acetato. [ 2 ]

La metilación del mercurio también puede ocurrir mediante una metionina sintasa dependiente de cobalamina . Este proceso requiere el uso del sustrato S-adenosilmetionina, un agente metilante biológico. [ 2 ] Dado que se utilizó metionina sintasa , es posible que la enzima que metila el mercurio también sea capaz de transferir grupos metilo del CH3-tetrahidrofolato a tioles. [ 2 ]

Impacto ambiental

Salud animal

El metilmercurio es una sustancia tóxica para los organismos vivos. Su toxicidad en humanos se debe a que atraviesa la barrera hematoencefálica y provoca la lisis celular en el sistema nervioso central. El daño celular es irreversible. La vida media del metilmercurio en los tejidos humanos es de 70 días, lo que le permite acumularse hasta alcanzar niveles tóxicos. Los humanos se exponen al metilmercurio al consumir especies acuáticas. A medida que el mercurio se bioacumula a través de la cadena alimentaria, la cantidad de metilmercurio aumenta hasta alcanzar estos niveles tóxicos. [ 11 ] [ 12 ] [ 10 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Fleming EJ, Mack EE, Green PG, Nelson DC (enero de 2006). "Metilación de mercurio de fuentes inesperadas: sedimentos de agua dulce inhibidos por molibdato y una bacteria reductora de hierro" . Microbiología Aplicada y Ambiental . 72 (1): 457–64 . Bibcode : 2006ApEnM..72..457F . doi : 10.1128/AEM.72.1.457-464.2006 . PMC 1352261. PMID 16391078 .  
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Bystrom E. Evaluación de la metilación y desmetilación del mercurio con énfasis en la especiación química y los procesos biológicos (PDF) (tesis doctoral). Instituto Tecnológico de Georgia.
  3. 1 2 Selin, Noelle E. (2009-10-15). "Ciclo biogeoquímico global del mercurio: una revisión" . Annual Review of Environment and Resources . 34 (1): 43– 63. doi : 10.1146/annurev.environ.051308.084314 . ISSN 1543-5938 . 
  4. 1 2 3 4 Poulain AJ, Barkay T (marzo de 2013). "Ciencia ambiental. Descifrando el código de metilación del mercurio". Science . 339 (6125): 1280– 1. Bibcode : 2013Sci...339.1280P . doi : 10.1126/science.1235591 . PMID 23493700 . S2CID 206547954 .  
  5. ^ Ghimire PS, Tripathee L, Zhang Q, Guo J, Ram K, Huang J, Sharma CM, Kang S (20 de diciembre de 2019 ) . "Metilación microbiana del mercurio en la criosfera: avances y perspectivas". Ciencia del Medio Ambiente Total . 697 134150. Código Bib : 2019ScTEn.69734150S . doi : 10.1016/j.scitotenv.2019.134150 . ISSN 0048-9697 . PMID 32380618 . S2CID 202870490 .   
  6. ↑ Date SS, Parks JM, Rush KW, Wall JD, Ragsdale SW, Johs A (2019). "Cinética de la metilación enzimática del mercurio en concentraciones nanomolares catalizada por HgcAB". Microbiología aplicada y ambiental . 85 (13) e00438-19. bioRxiv 10.1101/510180 . doi : 10.1128/aem.00438-19 . PMID 31028026 .  
  7. 1 2 3 4 Gilmour CC, Bullock AL, McBurney A, Podar M, Elias DA (abril de 2018). Lovley DR (ed.). " Metilación robusta de mercurio en diversas arqueas metanogénicas" . mBio . 9 (2) e02403-17: e02403–17, /mbio/9/2/mBio.02403–17.atom. doi : 10.1128/mBio.02403-17 . PMC 5893877. PMID 29636434 .  
  8. ↑ Haft DH, Gwadz M (2023). "Ocho familias inesperadas de selenoproteínas en la bioquímica organometálica en Clostridium difficile, en el transporte ABC y en la biosíntesis de metilmercurio" . Journal of Bacteriology . 205 (1) e00259-22: e0025922. doi : 10.1128/jb.00259-22 . PMC 9879109. PMID 36598231 .  
  9. ↑ Kelly CA, Rudd JW, Holoka MH (julio de 2003). "Efecto del pH en la absorción de mercurio por una bacteria acuática: implicaciones para el ciclo del Hg". Environmental Science & Technology . 37 (13): 2941– 6. Bibcode : 2003EnST...37.2941K . doi : 10.1021/es026366o . PMID 12875398 . 
  10. 1 2 3 Date SS, Parks JM, Rush KW, Wall JD, Ragsdale SW, Johs A (julio de 2019). Kivisaar M (ed.). "Cinética de la metilación enzimática de mercurio en concentraciones nanomolares catalizada por HgcAB" . Microbiología aplicada y ambiental . 85 (13) e00438-19: e00438–19, /aem/85/13/AEM.00438–19.atom. Bibcode : 2019ApEnM..85E.438D . doi : 10.1128 / AEM.00438-19 . PMC 6581168. PMID 31028026 .  
  11. 1 2 An J, Zhang L, Lu X, Pelletier DA, Pierce EM, Johs A, et al. (junio de 2019). "Captación de mercurio por Desulfovibrio desulfuricans ND132: ¿pasiva o activa?" . Environmental Science & Technology . 53 (11): 6264– 6272. Bibcode : 2019EnST...53.6264A . doi : 10.1021/acs.est.9b00047 . OSTI 1530103 . PMID 31075193 . S2CID 149454648 .    
  12. ↑ Zhang L, Wu S, Zhao L, Lu X, Pierce EM, Gu B (marzo de 2019). "Sorción y desorción de mercurio en partículas organominerales como fuente para la metilación microbiana" . Environmental Science & Technology . 53 (5): 2426– 2433. Bibcode : 2019EnST...53.2426Z . doi : 10.1021/acs.est.8b06020 . OSTI 1509536. PMID 30702880. S2CID 73449064 .