Biodegradacja
Biodegradacja
Wielopierścieniowych
Wielopierścieniowych
Węglowodorów
Węglowodorów
Aromatycznych
Aromatycznych
Kamil
Czepiel
o Charakterystyka WWA
o Źródła WWA
o Występowanie w środowisku
naturalnym
o Biodegradacja WWA
o Podsumowanie
Charakterystyka WWA
• stanowią liczną grupę związków zawierających od dwóch do kilku, a
nawet kilkunastu pierścieni aromatycznych w cząsteczce.
• posiadają rozmaite formy strukturalne charakteryzujące się różnym
wzajemnym ułożeniem pierścieni benzenowych w cząsteczce.
• Związki o dużej masie cząsteczkowej, są związkami hydrofobowymi
o złej rozpuszczalności w wodzie.
• związki te nie występują pojedynczo, lecz zawsze w mieszaninie.
• pochodzą głównie ze źródeł antropogenicznych.
• Najlepiej przebadanym węglowodorem z grupy WWA jest
benzo(a)piren – uznany za wskaźnik całej grupy WWA.
Najistotniejsze
wielopierścieniow
e węglowodory
aromatyczne
Źródła WWA
• Źródła naturalne
pożary lasów
działalność wulkaniczna
reakcje geochemiczne
biosynteza przez
mikroorganizmy
• Źródła antropogeniczne
Pochodzą głównie z:
koksowni
rafinerii ropy naftowej
elektrowni węglowych
zakładów spalających węgiel
transportu samochodowego
zakładów utylizacji śmieci
Wielkość emisji z
poszczególnych źródeł WWA
wysoka emisja: przemysł ciężki, fabryki,
elektrociepłownie
5%
transport: samochody osobowe, ciężarowe
45%
niska emisja: źle regulowane piece węglowe
35%
emisja napływowa
15%
Powietrz
e
Od czego zależy
stężenie WWA w
powietrzu?
• odległość od źródła
emisji
• wysokość punktu emisji
• warunki
meteorologiczne
• pora roku
0,5%
Występowanie w środowisku
naturalnym
• Wymywani
e z dróg
• Opadanie z
powietrza
• Przenikani
e ze
ściekami
89,3%
Gleba
Wody powierzchniowe oraz
osady denne
• Wymywanie
gleby
• Opady
atmosferyczn
e
• Ścieki
przemysłowe
10,2%
=
Mała
rozpuszczaln
ość WWA w
wodzie
przenikani
e do
osadów
dennych
Kumulacja w osadach zależy
od:
- stopnia rozdrobnienia osadów;
- zawartości substancji
humusowych;
- składu chemicznego;
- zawartości związków fosforu,
siarki i azotu.
WWA dostają się do
organizmu człowieka przy
codziennym spożywaniu
pokarmów.
Pośrednio
W wyniku opadu z
powietrza wraz z pyłem i
deszczem.
Bezpośrednio
Przy wpływie wysokiej
temperatury, w procesach
przetwarzania żywności takich
jak np. wędzenie,
smażenie czy grillowanie.
Obieg WWA w środowisku
Biodegradacja WWA
BIOTYCZNA
ABIOTYCZNA
Biodegradacja
mikrobiologiczna
Mikroorganizmy (głównie bakterie)
biotransformują cząsteczki WWA pozyskując z
nich węgiel metaboliczny.
Najłatwiej transformowane są węglowodory
dwu- i trójpierścieniowe.
Degradacja mikrobiologiczna może
odbywać się
zarówno w warunkach tlenowych jak i
beztlenowych.
Etapy transformacji związków o
charakterze aromatycznym w
komórkach bakteryjnych
o ETAP I
W pierwszym etapie przekształceniu ulegają
podstawniki bocznych łańcuchów
alifatycznych, bądź też całych pierścieni
aromatycznych.
o ETAP II
Drugi etap polega na wytworzeniu grupy
hydroksylowej poprzez przyłączenie jednego
atomu tlenu.
Proces jest katalizowany przez monooksydazy.
Degradacja
węglowodor
ów w
komórce
bakteryjnej
związki aromatyczne zostają przekształcone do
innych należących do fenoli lub polifenoli
zwykle do pirokatechiny.
Następnie po powstaniu piroatechiny może ona
ulegać dalszym przemianom w szlaku orto-
intradiolowym bądź meta-ekstradiolowym.
Oba szlaki są katalizowane przez dioksygenazy.
Ich działanie polega na wbudowaniu dwóch
atomów tlenu do pierścienia pirokatechiny i
rozerwaniu go.
Końcowymi produktami szlaku I jest acetylo-
CoA mogący być włączony do cyklu Krebsa, w
szlaku ekstradiolowym natomiast powstaje
aldehyd octowy i kwas pirogronowy.
Szlaki
rozkładu
pirokatechi
ny
Biodegradacja abiotyczna
Atmosfera
Fotoutlenianie
(Ze względu na zdolność WWA
do adsorpcji promieni UV. W
wyniku tych reakcji powstają
głównie chinony.)
Reakcje z tlenkami
azotu
(tworząc nitrowe pochodne
wykazujące znacznie wyższą
aktywność mutagenną i
kancerogenną.)
Reakcje z ozonem
(Produktów reakcji jest dużo:
głównie chinony i kwasy
dwukaroksylowe.)
Wody powierzchniowe
Fotoutlenianie
(Powstają np. chinony,
fenole, diole.)
Rozpad pierścieni
aromatycznych
Wpływ na biodegradację
wywierają:
temperatura
dostępność tlenu
dostępność światła
adsorbcja na cząsteczkach
stałych
własności fizyczne WWA
własności chemiczne WWA
obecność innych zanieczyszczeń: detergentów,
herbicydów
Podsumowanie
• Wielopierścieniowe węglowodory
aromatyczne powstają głównie w
procesie niecałkowitego spalania.
• Największe stężenie WWA notuje się
w glebie.
• Związki te ulegają zarówno
degradacji abiotycznej jak i
biodegradacji w komórkach
mikroorganizmów, które traktują je
jako źródło węgla.
…DZIĘKUJĘ!