Métaux et êtres vivants, une relation compliquée

2007/06/01 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Les métaux font partie des êtres vivants, une petite partie par rapport à d'autres composants, mais important, car ils remplissent diverses fonctions. Dans le corps humain, le calcium est le métal le plus abondant (0,23% de tous les atomes qui le composent sont des atomes de calcium); il est l'un des composants des os, tissu conjonctif et muscles, et a d'autres fonctions.

D'autres métaux, dans une proportion beaucoup plus faible dans l'organisme, sont aussi indispensables que le calcium. Le cobalt, le cuivre, le fer, le manganèse et le zinc sont des microéléments, c'est-à-dire que la quantité dont le corps humain a besoin de ces minéraux est mesurée en milligrammes, et si l'organisme n'atteint pas la quantité minimale, des problèmes de santé apparaissent.

Le fer, par exemple, est connu parce que l'anémie se produit si elle ne prend pas assez. Il fait partie de l'hémoglobine et des enzymes qui interviennent dans le métabolisme énergétique. Il est, cependant, le seul métal lié à l'hémoglobine ou les globules rouges. Cobalt

Il est le composant de la vitamine B 12, associée à la formation de globules rouges. Le cuivre est nécessaire pour transformer le fer de l'hémoglobine et assimiler le fer de la nourriture. Il participe également à l'absorption de la vitamine C.

En outre, le manganèse active les enzymes qui interviennent dans la synthèse des graisses et est lié à l'assimilation des vitamines C et B 1. Le zinc est un composant des enzymes digestives qui participe au métabolisme.

En plus de ces métaux microéléments, il existe d'autres qui sont classés en oligo-éléments. Ils sont nickel, chrome et molybdène et sont nécessaires en quantités encore inférieures à celles ci-dessus (microgrammes). Ils interviennent dans le fonctionnement de la zone, dans le transport de protéines et dans le métabolisme du glucose, et dans la formation d'enzymes, respectivement.

Tous les micro et oligo-éléments mentionnés sont des métaux lourds. Cependant, les métaux lourds sont de mauvaise réputation pour leur agression à l'environnement et aux êtres vivants. Bien sûr, comme avec de nombreux autres éléments ou composés, la clé est largement en doses. Cependant, d'autres métaux lourds n'ont aucune fonction dans l'organisme et sont toxiques à la plus faible dose. Ils sont mercure, plomb et cadmium.

Cependant, le mercure, le plomb et le cadmium se trouvent dans la vie quotidienne des gens, comme d'autres métaux lourds. Les batteries et les piles contiennent du plomb, du mercure, du cadmium et du nickel ; l'acier est en fer, et grâce à cela les bâtiments sont soulevés ; le cuivre est utilisé pour conduire la force de lumière ; les voitures sont fabriquées en acier, aluminium et cuivre ; les appareils ménagers et beaucoup d'appareils utilisés dans les laboratoires comme la médecine sont métalliques... Il est clair que les métaux lourds sont presque indispensables.

En raison de son utilisation, il n'est pas surprenant que l'environnement arrive même si il existe des technologies et des méthodes pour éviter ou réduire les dommages qu'ils produisent. Beaucoup sont cumulatifs, car le corps ne les expulse pas et, de plus, comme il monte dans la chaîne trophique, la concentration augmente. C'est-à-dire que les êtres vivants qui sont à la base de la chaîne trophique accumulent du métal, même ceux qui les mangent, augmentant la concentration… jusqu'au niveau supérieur de la chaîne trophique. Et voici l'homme.

Plus que le compte de doses

Cependant, tout n'est pas question de doses, mais aussi de la forme chimique dans laquelle les métaux ont toxicité. Par exemple, l'élément de mercure est peu toxique par la bouche car il est peu absorbé et éliminé rapidement. Au contraire, la vapeur de mercure est absorbée dans les poumons et des intoxications chroniques et aiguës se produisent.

En général, les composés organiques des métaux sont plus nocifs que les composés inorganiques, comme les composés organiques contenant du mercure et du cadmium sont 10-100 fois plus toxiques que les composés inorganiques. Mais il y a toujours des exceptions, et dans le cas de l'arsenic, les composés inorganiques sont les plus toxiques.

En outre, l'état d'oxydation influence également la toxicité et le chrome est un exemple clair: Cr 3+ est un élément essentiel, mais Cr 6+ est très cancérogène. En outre, il peut y avoir des interactions entre les composés, de sorte que leur effet sur le corps peut être plus ou moins que individuellement.

D'autre part, certaines formes de métaux sont plus utiles que d'autres, à savoir, ils sont plus facilement solubles dans l'environnement et atteignent les êtres vivants, de sorte qu'ils ont plus de chances de les endommager. Facteurs tels que l'hydrophobicité, la température, le pH, les interactions ioniques, etc. influent sur la disponibilité des métaux et sur la plus ou moins grande pénétration dans les corps des êtres vivants (biodisponibilité). Par exemple, en augmentant la température augmente la biodisponibilité des métaux, le chlorure de cobalt et le chlorure de cuivre se dissolvent beaucoup plus facilement en abaissant le pH du sol de 8 à 7 et le chlorure de cadmium est très toxique dans l'eau salée.

Dommages profonds

Ainsi, les métaux peuvent adopter une forme ou une autre en fonction des conditions, et ainsi ils pénètrent dans l'organisme, par exemple inhalés, aspirés (plantes) ou ingérés (animaux). Puis ils arrivent à l'intérieur des cellules par différentes voies. Il est possible qu'il soit supprimé, formé un composé et devienne inerte ou accumulé dans un compartiment dans la cellule. Dans ces cas, il ne produit pas de dommages.

Mais il est possible que la cellule ne soit pas capable de le faire et peut alors être dangereuse. En fait, en atteignant les cellules, le fer et d'autres métaux peuvent interagir avec l'oxyde peroxyde (H 2 O 2 ), ce qui conduit à l'hydroxyle radical (OH). Ce radical, extrêmement oxydant, cause des dommages aux lipides de la membrane cellulaire, aux protéines, aux acides nucléiques et produit généralement des dommages métaboliques qui peuvent conduire la personne à la mort.

D'autre part, certains métaux rivalisent avec des métaux essentiels. Remplacés par des réactions en chaîne qui empêchent ou modifient les fonctions des biomolécules.

Ils influencent non seulement le métabolisme, mais aussi l'ADN. Si vous atteignez le noyau cellulaire, vous rejoignez les protéines de l'ADN. Les métaux interagissent également avec l'oxyde de peroxyde à l'intérieur du noyau et les oxyhydrides radicaux qui se forment oxydent des bases ou desoxirribosa. En outre, la perte de bases peut avoir d'autres conséquences, comme la rupture de doubles hélices et la formation de simples, ponts de protéines d'ADN ou ponts entre deux molécules d'ADN.

Dans la réplication de l'ADN, les métaux lourds inhibent les enzymes qui interviennent dans le processus, entraînant des erreurs. Ils produisent également des changements dans la synthèse des nucléotides et dans les processus de méthylation de l'ADN. Tous ces changements affectent la structure de l'ADN et peuvent être une cause de cancer. De plus, même s'il n'y a pas de changement dans la séquence ADN, les métaux lourds sont capables de rendre difficile l'expression des gènes en raison des changements qui se produisent dans les protéines qui interviennent dans le processus de transcription.

Biorremediation

Les métaux lourds provoquent donc de graves effets sur les êtres vivants. Mais ce n'est pas la même chose : certains organismes ont une grande tolérance aux métaux lourds. La biorémédiation est basée sur l'utilisation d'êtres vivants (micro-organismes, champignons et plantes) ou leurs enzymes, qui ont la capacité d'absorber les métaux, de les accumuler, de les transformer ou de les éliminer, de les éliminer ou de les neutraliser.

Ainsi, dans de nombreux endroits, certaines plantes sont utilisées pour nettoyer les sols contaminés par des métaux lourds. Au Pays Basque, NEIKER, Institut Basque de Recherche et Développement Agraire et l'équipe de Biologie Végétale et Écologie de l'UPV/EHU Jose Maria Becerrilak, par exemple, étudient l'utilisation de la plante appelée Thlaspi caerulescens pour restaurer la santé des sols de Bilbao et de gauche. En fait, dans ces zones il y avait des mines, de sorte que leurs terres sont contaminées par des métaux lourds (fer, zinc, cadmium, plomb).

Selon Lur Epelde, qui travaille chez NEIKER, la santé du sol est mesurée par les micro-organismes qui y habitent. Ils sont les bioindicateurs, qui étudient l’activité des micro-organismes, la biomasse, la biodiversité, etc. et ils savent quel est l'état de santé de la terre. Si les indicateurs indiquent que la terre est malade, ils mettent en place une technique de phytoextraction pour régénérer le sol, comme la plantation de Thlaspi caerulescens.

Cette plante se trouve spontanément sur des terrains proches des mines et ne pousse que dans des zones à forte concentration de métaux lourds. Sa principale caractéristique est qu'il absorbe le zinc, le cadmium et d'autres métaux lourds, en les stockant sur des feuilles sans subir de dommages. Concrètement, il les garde dans des vacuoles de feuilles. Ainsi, sur les feuilles, vous pouvez accumuler 10.000 ppm de cadmium et 30 000 ppm de zinc, c'est-à-dire un hyperaccumulateur.

Malgré sa petite taille, c'est une plante qui extrait beaucoup de métaux du sol, il est donc idéal pour restaurer les zones contaminées. Ils plantent, laissent grandir et reçoivent la récolte et la replantent. Avec le temps, la santé du sol s'améliore considérablement, ce qui est perçu dans les micro-organismes du sol. Les bioindicateurs montrent que la plante favorise le sol et pas seulement parce qu'elle le nettoie avec des métaux. En outre, les racines des plantes sont une source de composés organiques qui améliorent la structure physique des sols.

D'autres lignes sont également en cours de travail chez NEIKER. En plus des hyperaccumulateurs, on peut utiliser des plantes du sol qui n'accumulent pas autant de métaux mais qui croissent beaucoup, comme le vin et le sorgho. Avec ce type de plantes ajoutent des chélateurs (EDTA, EDDS...) au sol pour augmenter la disponibilité des métaux et faciliter l'absorption des métaux.

Vous pouvez également profiter de la capacité d'absorption des métaux par les plantes à travers les racines. Lur Epeld reconnaît qu'ils n'ont pas encore testé ce système chez NEIKER, mais qu'il convient au nettoyage des métaux lourds dans les zones humides et les eaux souterraines.

L'interaction entre les métaux et les êtres vivants est sans aucun doute complexe et dangereuse. Mais il ne faut pas oublier que sans métaux il n'y aurait pas de vie, du moins comme celle qui existe aujourd'hui.