Metabolikus utak Ahhoz, hogy megértsük a mikrobiális lebontási útvonalakat, szükséges a mikroorganizmusok alapműködésének ismerete

Metabolikus utak

• Ahhoz, hogy megértsük a mikrobiális lebontási útvonalakat, szükséges a mikroorganizmusok alapműködésének ismerete

• Metabolizmus = reakciók együttese, mely során a sejtek energiát és kémiai építőelemeket nyernek

• Energia nyerés szempontjából vannak fototrófok ill. kemotrófok

részletek

• Számos metabolikus út

• Szükséges elemek, vegyületek felvétele a környezetből (membrán transzport) glükózzal könnyen megy:

Legfontosabb metabolikus utak

• TCA (trikarbonsav) ciklus esszenciális centrális metabolikus út

• Calvin ciklus

• XuMP, RuMP (xilulóz monofoszfát ill. ribulóz monofoszfát)

• EMP (Embden-Meyerhof-Parnas)

• PPP (pentóz-foszfát)

• Nitrogén

• Kén

‘Biohozzáférés’

• Egy kémiai komponensnek kapcsolatba kell lépnie a biológiai rendszerrel ahhoz, hogy bármilyen hatás indukálódjon

• Fizikai-, kémiai paraméterek befolyásolják:

• Vízoldhatóság nem vízoldékony (hidrofób) anyagok esetén ‘direkt’ felvétel – specifikus sejtfelszíni tulajdonságok
• Illékonyság
• Funkciós csoportok száma a vegyületen pl. klórozottsági fok
• környezeti faktorok

Alifás szénhidrogének mikrobiális bontása

• Alkánok, alkének, alkoholok, ketonok, éterek, epoxidok, észterek, karboxilsavak

• Számos formája természetes körülmények között is előfordul

• Ipari alkalmazás – oldószer, tisztítószer, intermedier, stb.

• Toxikus hatás, többségük egészségre ártalmas

• Sok aerob, CH bontó mikroorganizmus..

• metán hasznosítók, Pseudomonasok, Rhodococcus -, Acinetobacter fajok,

• monooxigenáz támadással indul, NADH-t igényel, mint elektron donor. A beépülő oxigén molekuláris oxigénből származik

Példák

Halogén tartalmú vegyületek

• Többségük ember alkotta vegyület

• Pl. oldószerek, vegytisztitószerek, peszticidek

• Vízben nem vagy nagyon rosszul oldhatók

• Ellenáll a mikrobiális lebontásnak

• Előnyös tulajdonságaik a visszájára fordultak

• Toxikusak
• Fő probléma, hogy nehezen hozzáférhetők

• Eltávolításukra megoldás: detergens alkalmazása a szennyezett talaj kiásása égetés biotechnológia

Bontás

• biotikus

• reduktív dehalogénezés

• oxigenolitikus dehalogénezés

• hidrolitikus dehalogénezés

• tiolitikus dehalogénezés

• dehalogénezés intramolekuláris szubsztitucióval

• Dehidrodehalogénezés

• hidrodehalogénezés

Összefoglalva a haloaromás vegyületekről hallottakat

• A haloaromás vegyületek biológiai úton bonthatók

• Minden esetben hatásos tápanyagok és oxigén adagolása

• Nem minden esetben előnyös ‘külső’ mikroorganizmus hozzáadása

• Néha előfordul, hogy az átalakítás végterméke még toxikusabb

• Ha a lebontás kometabolizmussal megy szükséges egyéb szervesanyag bejuttatása, ez azonban in situ remediálás esetén nem kívánatos (nem megengedett)

Nitro- funkciós csoportot hordozó vegyületek mikrobiális bontása

• Természetben előfordulásuk ritka, főleg emberi tevékenység következménye

• Természetes eredetű vegyületek pl. azomycin, klóramfenikol, pirrolnitrin

• Nemcsak toxikus, de mutagén, karcinogén hatás is

• Főleg festék-, peszticid-gyártás és robbanóanyag-gyártás hulladékaként jelenik meg, a nitrotoluolok a robbanószerek pl. TNT építőelemei

• Mivel a nitro csoport könnyen konvertálódik, ált. az intermedierekkel találkozunk

• Parfümgyártásban is használják, egyes vegyületei pézsmaillatot árasztanak

Nitro funkciós csoportot hordozó vegyületek biodegradációja

• Perzisztenciájuk fő oka nitro funkciós csoportjuk, mely erősen elektronelszívó hatású, emiatt az aromás gyűrű elektronhiányos, így akadályozzák az oxigenolitikus reakciókat (az oxigenázok elektrofil támadása gátolt)

• bonthatóságukat befolyásoló egyéb tényezők – oldhatóságuk (biol. hozzáférés), szorpció/deszorpciós tul., koncentráció, kémiai természet

• Mono-, esetleg dinitro vegyületeknél lehetséges oxigenolitikus bontás (mivel a természetesen előforduló vegyületek ált. mononitro vegyületek, így az evolúció során egyes szervezetek képesek voltak adaptálódni, és felhasználni e vegyületeket)

Policiklikus aromás szénhidrogének (PAHs)

PAH-ok szerkezeti formái, vízoldékonyságuk, karcinogenitásuk

Eltávolításuk a környezetből

• Nem biológiai jellegű eltávolításuk: volatilizáció, fotooxidáció, kémiai oxidáció, adszorpció

• Mikrobiális lebontásuk gátolt a gyenge biohozzáférhetőség miatt, ami elsősorban gyenge vízoldékonyságuknak köszönhető

• Gram-, Gram+ baktériumok: Pseudomonas-ok, Sphingomonas-ok, Acinetobacter-ek, Rhodococcus-ok, Mycobacterium-ok…;
• gombák: Phanerochaete chrysosporium, Cunninghamella elegans…;
• algák: cianobaktériumok

PAH-ok anaerob biodegradációja

• Oxigénhiányos környezetben, denitrifikáló körülmények között bizonyított pl. a naftalin bontása

• Érdekes, hogy kevert PAH szubsztrátok esetén jobb hatékonyságú a biodegradáció, mint egyedi szubsztrát esetén

• A különböző redukáló körülményeket összehasonlítva, a legnagyobb mértékű degradáció szulfát redukáló körülmények között figyelhető meg, majd metanogén környezetben, és végül nitrát redukáló feltételek mellett