orso di himica dell Ambiente BIDEGADAZINE Prof. Paola Gramatica
BIDEGADAZINE Trasformazione strutturale di un composto organico realizzata da reazioni effettuate da microorganismi Biodegradazione primaria o funzionale Biodegradazione totale o mineralizzazione altri composti organici (in genere più piccoli ) Detossificazione 2, N 3, P 4 --, 2, S 4 -- 1) La biodegradazione primaria dovrebbe portare direttamente a composti meno tossici di quelli iniziali. 2) La biodegradazione primaria può portare a prodotti più tossici, ma meno stabili e più facilmente degradabili.
Biotrasformazioni: gli organismi viventi metabolizzano, cioè alterano con processi biochimici al loro interno, sostanze estranee (ad es. inquinanti) Metabolismo anabolismo: costruzione di molecole più complesse catabolismo: rottura in molecole più semplici ometabolismo: processo importante nelle biodegradazioni Il microorganismo non ricava né energia né sostanze dalla biodegradazione, ma utilizza normali processi metabolici per trasformare le sostanze inquinanti
Sostanze inquinanti NATUALI ANTPGENIE uguali a NATUALI XENBITIE Substrato P NENTAT può non indurre gli enzimi necessari per la biodegradazione TPP NENTAT può essere tossico per i microorganismi La concentrazione ottimale è sia composto che specie specifica
SPEIE rganismi N. SUFFIIENTE PESENTA ENZIMI DEGADATIVI INDUIBILITA ENZIMI DEGADATIVI Molto frequentemente le biodegradazione vengono effettuate da consorzi di diversi microorganismi che operano in successione Batteri Microorganismi Funghi Protozoi
Suolo ABITAT Acque Impianti di trattamento ondizioni per la biodegradazione - presenza o assenza di ossigeno (aerobi o anaerobi) - T e p - contenuto di 2 e sali - nutrienti - biodisponibilità del prodotto (insolubilità, adsorbimento) È essenziale che ci siano delle concentrazioni ottimali di substrato e di organismi
Fattori limitanti le biotrasformazioni di xenobiotici: - permeabilità delle membrane cellulari - presenza di enzimi in grado di trasformare il composto - crescita della popolazione di microorganismi in risposta alla presenza della sostanza inorganica ENZIMI: a) STITUTIVI già presenti b) INDUIBILI si attivano per la sostanza La situazione di inducibilità degli enzimi determina un periodo di LAG (acclimatamento) durante il quale la biodegradazione non avviene o è minima.
3 diverse situazioni di BIDEGADABILITA : Tipo di isposta: BIDEGAD.: SI o N Velocità di biodegradazione ---- biodegradazione immediata ad opera di enzimi costitutivi biodegradazione con acclimatamento (periodo di lag) per induzione degli enzimi, seguito da degradazione (*) recalcitranza alla biodegradazione. Prodotto pochissimo o per nulla biodegradabile (*) a seconda dei test di laboratorio può apparire Biodegradabile o Non Biodegradabile
Principali biotrasformazioni che avvengono nelle biodegradazioni: - SSIDAZINI con forma elettrofila dell - IDUZINI con forma nucleofila dell ( - ) o cessione diretta di e - - IDLISI con attacco nucleofilo di 2 on queste reazioni lo xenobiotico viene trasformato in composti strutturalmente più simili ai composti usualmente metabolizzati dal microorganismo, il quale poi li degrada nel suo normale ciclo metabolico.
SSIDAZINI - 2-2 - 2 3-2 - 2-2 2 2 monossigenasi 2 diossigenasi cleavage monoossigenasi - 2 deidro genasi catecolo di - ossigenasi - + 2 2 acido z,zmuconico ortocleavage meta- acido-2-idrossimuconico semialdeide
( 2 ) 2 3 3 3
itocromo P450 monoossigenasi reazioni elettrofile Protoporfirina IX + 2 +NAD(P) + + + 2 + NAD(P) +
Monoossigenasi Mox Fe III - + Mox Fe III + 2 dioli trans alchene epossido Mox Fe III - + S solfuro Mox Fe III S solfone Mox Fe III - + + Mox Fe III - Mox Fe III - È un attacco di + (elettrofilo): infatti sostituenti elettronrepulsori sull anello favoriscono la biodegradazione, mentre elettronattrattori la rendono meno facile (es. N 2, X)
Dioossigenasi iduzi one ( 2 ) diolo cis IDUZINI carbonili alcoli -N 2 nitrocomposti -N 2 ammine S solfone S solfuro S e S tioli
IDUZINI alchene alcano Enzima: deidrogenasi oenzima: NAD(P) nicotinammide adenindinucleotide.. N N 2 + N N 2 + - NAD(P) NAD(P) +
iduzioni con citocromi (eme-proteine) Dealogenazioni: l 4 l 3 Br 2 2 Br 2 = 2 -X -
IDLISI - Prevalentemente in acqua, ma anche nel suolo - Le idrolasi sono enzimi costitutivi quindi, in genere, le biodegradazioni idrolitiche sono facili e veloci -X (alogenuro alchilico) + 2 - (alcool) + X Y Y= (esteri) N 2 (ammidi) + 2 (acidi) + X (S) P S (tiofosfati) + 2 (S) P (acidi(tio)fosforici) INSETTIIDI N N (uree) + 2 N 2 + N 2 + 2 N (carbammati) + 2 N 2 + + 2