LA DETOXIFICACIÓN DE SUSTANCIAS CONTAMINANTES

La detoxificación por su parte es el proceso mediante el cual una sustancia se transforma de tóxica a no tóxica; los metales no se pueden descomponer en sustancias más sencillas por no ser biodegradables, sin embargo lo que hacen las plantas y algunos microorganismos es convertir los metales en forma tóxica mediante oxidación o reducción a su forma no tóxica. Dentro de las biotecnologías modernas es común escuchar de detoxificación de metales pesados por parte de las plantas.

La detoxificación es observable en bacterias sulfatorreductoras o sulfooxidantes mediante la precipitación reductora usando enzimas. Muchos de los organismos utilizan los metales como aceptores de electrones en su respiración anaerobia (sin oxígeno), acoplando su reducción con la oxidación de compuestos orgánicos (reducción disimilatoria). Las formas oxidadas más solubles se reducen a formas menos solubles y a su vez menos bioactivas, las cuales luego se excretan al exterior de la célula dando como resultado la detoxificación y/o precipitación del contaminante. Se ha comprobado con uranio (U), cromo (Cr), vanadio (V), selenio (Se), molibdeno (Mo), cobre (Cu), oro (Au), mercurio (Hg), plata (Ag) y tecnecio (Tc).

Los mecanismos de tolerancia en plantas varían entre las especies y están determinados por el tipo de metal, eficiencia de absorción, traslocación y secuestro. Las fases del proceso por el cual las plantas incorporan y acumulan metales pesados son las siguientes (Delgadillo-López et al., 2011):

Fase I. Transporte de los metales pesados al interior de la planta y, después, al interior de la célula. La raíz constituye el tejido de entrada principal de los metales, los cuales llegan por difusión en el medio, mediante flujo masivo o por intercambio catiónico. La raíz posee cargas negativas en sus células, debido a la presencia de grupos carboxilo, que interaccionan con las positivas de los metales pesados, creando un equilibrio dinámico que facilita la entrada hacia el interior celular, ya sea por vía apoplástica o simplástica (Navarro-Aviño et al., 2007).

Fase II. Una vez dentro de la planta, las especies metálicas son secuestradas o acomplejadas mediante la unión a ligandos específicos (Figura a). Entre los quelantes producidos por las plantas se encuentran los ácidos orgánicos (ácidos cítrico, oxálico y málico), algunos aminoácidos (histidina y cisteína) y dos clases de péptidos: fitoquelatinas y metalotioneínas. Las fitoquelatinas son ligandos de alta afinidad que tienen como sustrato al glutatión (Navarro-Aviño et al., 2007).

Las metalotioneinas son polipéptidos de unos 70-75 aminoácidos con un alto contenido en cisteína, aminoácido capaz de formar complejos con cationes mediante el grupo sulfidrilo y tienen una marcada afinidad por las formas iónicas de Zn, Cd, Hg y Cu (Navarro-Aviño et al., 2007).

Figura a: Interacción de los metales pesados con las células de plantas (Navarro-Aviño et al., 2007).

Fase III. Corresponde a la compartimentalización y detoxificación, proceso por el cual, el complejo ligando-metal queda retenido en la vacuola (Navarro-Aviño et al., 2007).

Uno de los aspectos más importantes de la acumulación de metales pesados es el que se refiere al proceso de complejación. Un complejo o compuesto de coordinación es el resultado de la interacción de un átomo central, esto es, un ion metálico con orbitales de valencia vacíos que puede actuar como aceptor de electrones, y una o varias bases dadoras de electrones con pares de electrones libres. La planta utiliza este mecanismo de complejación en el interior de la célula para detoxificar (amortiguar) los metales pesados, uniendo a ellos ligandos para formar complejos(Navarro-Aviño et al., 2007).

En plantas también se puede encontrar que incrementan la polaridad de los xenobióticos, lo cual aumenta su difusibilidad y por tanto puede incrementar su velocidad de excreción. 

Además, muchas sustancias tóxicas que ven incrementada su polaridad se convierten en sustratos accesibles para posteriores reacciones de detoxificación, reacciones que, por otra parte, no serían posibles de no incrementar la polaridad (Navarro-Aviño et al., 2007).

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