Углеводороды - Деструкция органического вещества в водных экосистемах

Существует группа очень стабильных соединений: насыщенные алифатические и ароматические углеводороды, стероиды, каротиноиды, терпены и порфирины, которые легко окисляются и минерализуются при участии кислорода. В анаэробных условиях эти соединения накапливаются, так как при дефиците кислорода микроорганизмы не синтезируют специализированные ферменты оксигеназы.

При деструкции медленно разлагаемых органических соединений образуются самые разнообразные промежуточные продукты. Наиболее распространенными являются ароматические соединения фенольного ряда, которые составляют основную долю лигнинсодержащих субстратов, входят в состав сырой нефти, горюче-смазочных материалов, содержатся в угольной пыли, выделяются водорослями и макрофитами, содержатся в сточных водах промышленных и транспортных предприятий, сельскохозяйственных комплексов.

Независимо от происхождения ароматических соединений (природного или антропогенного) в их расщеплении принимает участие большое разнообразие микроорганизмов и образуется огромное множество промежуточных продуктов. Однако разные пути их деструкции в конце концов сводятся к образованию либо пирокатехина, либо протокатеховой кислоты, ближайших родственников фенола.

Процесс расщепления ароматических соединений может остановиться при недостатке кислорода на стадии накопления фенольных соединений.

При контакте с кислородом и при участии микробных ферментов происходит разрыв ароматического кольца либо в орто-, либо в метаположении. В первом случае образуются промежуточные продукты - муконовая и 3-карбоксимуконовая кислоты, которые в ходе кометаболизма (в присутствии других источников питания) через общий продукт (3-оксоадипиновая кислота) вступают в широко распространенные среди организмов циклы.

При мета-расщеплении ароматического кольца образуются полуальдегиды, которые затем превращаются в пировиноградную кислоту, ацетальальдегид, фумаровую и уксусную кислоты, оксалоацетат и ацетоацетат. Эти продукты имеют специфические запахи и могут вовлекаться в промежуточный метаболизм живых организмов, обитающих в водоеме.

Зимой многие микробиологические процессы протекают очень медленно, либо вовсе прекращаются. Но самое главное, что в ходе биохимических реакций, происходящих при низких температурах, и при резком снижении насыщенности воды кислородом могут накапливаться промежуточные токсичные продукты или образовываться совершенно иные конечные продукты, значительно отличающиеся от образуемых в летний период.

Одной из причин накопления фенольных соединений в зимний период является особый характер взаимодействия двух микробных ферментов пероксидазы и каталазы.

Пероксидаза катализирует окисление полифенолов (пирогаллол, гидрохинон, пирокатехин, п-крезол) и ароматических аминов в присутствии органических перекисей или перекиси водорода. Температурный оптимум активности фермента составляет 20°С, ниже этой температуры его активность падает.

Каталаза разлагает перекись водорода, и ее температурный оптимум составляет 0-10 ° С, т. е. при пониженных температурах происходит распад катализатора, способствующего проявлению пероксидазной активности. Как следствие наблюдается накопление промежуточных продуктов распада органических соединений, имеющих фенольную природу.

Ароматические соединения, имеющие несколько колец в молекуле (бифенилы, нафталин, фенантрен, антрацен и др.), расщепляются после целого комплекса ферментативных превращений, вследствие чего в среде могут накапливаться промежуточные продукты различной степени токсичности.

Похожие статьи




Углеводороды - Деструкция органического вещества в водных экосистемах

Предыдущая | Следующая