28509 justy013

14.11.2. Etan, propan i butan

W hodowlach wzbogacających, zawierających oprócz tlenu i dwutlenku węgla również czysty metan, głównym rozwijającym się organizmem jest Methylomonas methanica, podczas gdy w hodowlach z gazem ziemnym, zawierającym etan obok metanu, rozwijały się jedynie organizmy utleniające etan. Znacznie więcej jest bakterii utleniających etan niż tych, które utleniają metan. Większość spośród bakterii utleniających etan należy do rodzajów Mycobacterium, Flavobacterium i Nocardia. Niektóre bakterie wykorzystujące etan utleniają również wodór. Dodanie propanu do hodowli wzbogacających pozwala na wzrost jeszcze większej liczby gatunków bakterii. Wyizolowano również bakterie utleniające butan (Mycobacterium i Pseudomonas).

14.11.3. Alkany długołańcuchowe

Długołańcuchowe węglowodory (alkany) są wykorzystywane przez liczne bakterie. Długość łańcucha ma tu zasadnicze znaczenie. Liczba gatunków wykorzystujących je oraz intensywność degradacji wzrasta wraz z długością łańcucha parafin. W degradacji uczestniczą mykobakterie, nokardie i korynebakterie. Chociaż wzrost bakterii z wykorzystaniem węglowodorów od dawna traktowano jako ciekawostkę, zainteresowanie bakteriami degradującymi węglowodory znacznie wzrosło w wyniku dwóch odkryć. W 1950 r. w Berlińskim Instytucie Technologii Fermentacyjnej z hodowli wzbogaconych we frakcje węglodorów wyizolowano jako źródło energii dwa gatunki drożdży: Candida lipolytica i Candida tropicalis. Candida lipolytica wykorzystuje łańcuchy zbudowane z 15 atomów węgla oraz wszystkie wyższe homologi. W tym czasie stwierdzono również, że większość gatunków Candida utlenia węglowodory. Badania szczepów drożdży w różnych kolekcjach wykazały, że zdolność wykorzystywania węglodorów jest wśród drożdży szeroko rozpowszechniona. Przemianie węglodorów towarzyszy niezwykle wysoki współczynnik wydajności. Wartość Y dla substratów węglowodanowych wynosi około 0,5, podczas gdy dla węglowodorów — od 0,7 do 1,0.

Mechanizm. Wiele bakterii z rodzaju Pseudomonas utlenia węglowodany całkowicie, nie prowadząc do akumulacji produktów pośrednich. Jedynie Acinetobacter calcoaceticus gromadzi w komórce produkty utleniania,

2 CH₃—(CH2)₁₄-CH₂OH 1 - heksadekanol 2(NADJ) (= alkohol cetylowy)

2 CH₃—(CH₂)₁₄—CH₃ heksadekan

2 (NA

CH3 (CH₂)₁₄ c

H

aldehyt palmitynowy

HjO^

^2[HJ O 1/2CH3-(CH2)₁₄-C^

OH

1/2CH₃-(CH₂)₁₄-/ OH

kwas palmitynowy

(NAD)

16. 18q

CH₃—(CH₂)₁₄—c^-O—ch,—(CH₂)₁₄—CH3

cetylopalmitynian (zawiera 75% ¹⁸0 i 25% ¹⁶0)

Ryc. 14.10. Wytwarzanie cetylopalmitynianu przez Acinetobacter calcoaceticus. Podczas wzrostu bakterii w zwykłej wodzie (H₂¹⁶0) w atmosferze zawierającej ciężki tlen (^l80) bakterie wytwarzają cetylopalmitynian, którego tlen w 75% składa się z atomów ^l80. Obserwacja ta jest zgodna z oksydacją alkanów przy końcowym węglu z udziałem

oksygenazy alkanowej

a ich charakter zależy od wykorzystywanych substratów. Podczas wzrostu A. calcoaceticus w obecności heksadekanu można z filtratu podłoża hodowlanego wyizolować cetylopalmitynian, będący estrem kwasu palmitynowego i alhoholu cetylowego (heksadekanol). Obydwa związki powstają w wyniku utlenienia heksadekanu. Eksperyment przedstawiony schematycznie na rycinie 14.10 dostarcza dowodów, że degradacja parafin jest inicjowana przez utlenienie końcowego węgla.

We wstępnym ataku na łańcuch węglowodorowy uczestniczy tlen. W warunkach braku tlenu cząsteczkowego utlenianie parafin nie zachodzi. Utlenianie jest katalizowane przez monooksygenazę (oksygenazę al-kanową):

parafina -ł- 0₂ + NADH₂ -> alkohol parafinowy + NAD + H₂0

Dalsze utlenianie parafin przebiega w wyniku dobrze znanej degradacji długołańcuchowych kwasów tłuszczowych, to jest ^-oksydacji (ryc. 14.11). Gdy bakterie z rodzaju Pseudomonas utleniające heptany hoduje się w warunkach obniżonego ciśnienia parcjalnego tlenu, w podłożu wzrostowym gromadzą się kwasy tłuszczowe C₃, C₅ i C_v. Z kolei, gdy bakterie hodowane na heksanie inkubuje się z heptanem, następuje

527