Bindung von Schwermetallen durch Polysaccharide bakterieller Herkunft

• Applicant: Professor Dr. Christian Mayer
• Subject Area: Hydrogeology, Hydrology, Limnology, Urban Water Management, Water Chemistry, Integrated Water Resources Management
• Term: from 2006 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 30019783

• Final Report Year: 2012

Final Report Abstract

Im Rahmen des vorliegenden Projekts wurde die Wechselwirkung zwischen mikrobiellen Polysacchariden (Dextran, Hyaluronat, Alginat) und zwei- und dreiwertigen Kationen (Mg2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+, Ca2+, Pb2+, Ba2+, Cr3+) untersucht. Im Mittelpunkt stand dabei die Bildung von chelatartigen Komplexen, die zwischen den geladenen Polysacchariden Hyaluronat und Alginat und mehrwertigen Kationen postuliert wurde. Dextran dient dabei als Vergleichssubstanz, die zur Ausbildung des Komplexes nicht in der Lage ist. Um die Bindung der Kationen nachzuweisen, werden konduktometrische Titrationen durchgeführt. Hierbei spiegelt die Verringerung der Leitfähigkeit in Gegenwart des Polysaccharids die Immobilisierung der Kationen wider. Hierbei konnte eine eindeutige Korrelation zwischen der Stabilität der Komplexe und der Größe der Kationen identifiziert werden. Um die Konsequenz der Komplexbildung auf die Polysaccharidmoleküle zu untersuchen, wird zunächst deren Selbstdiffusionsverhalten mittels Feldgradienten-NMR beobachtet. Dabei findet man bei den geladenen Polysacchariden eine Erhöhung der Diffusionskonstante mit steigender Kationenkonzentration, d.h. in Gegenwart der Kationen verringert sich der hydrodynamische Radius der Moleküle. Um die damit verbundenen Konformationsänderung zu identifizieren, werden an vereinzelten Molekülen des Polysaccharids AFM-Aufnahmen angefertigt. Diese zeigen, dass geladene Polysaccharide in Abwesenheit der Kationen mäanderförmige Konformationen mit einheitlichem Krümmungsradius bevorzugen. In Gegenwart der Kationen treten gewinkelte und vernetzte Bereiche auf. Die Vernetzungspunkte werden als Positionen mit chelatartig gebundenen Kationen gedeutet.

Publications

• “Binding of bivalent cations by hyaluronate in aqueous solution”, International Journal of Biological Macromolecules 42(1), 33 – 40 (2008)
  G. Furth, R. Knierim, V. Buss, C. Mayer
  
• “Binding of bivalent cations by xanthan in aqueous solution”, International Journal of Biological Macromolecules 43(3), 245-251 (2008)
  D. Bergmann, G. Furth, C. Mayer
  
• „Untersuchung der Bindung zwischen bakteriellen Polysacchariden und Schwermetallionen“, Dissertation in der Fakultät für Chemie, 2010
  Dirk Bergmann