Кіріспе Әдебиетке шолу
Көмірсутектері мен мұнай өнімдерінің микробиологиялық тотығуы
жүктеу/скачать 272.02 Kb.
|
| 2.3 Көмірсутектері мен мұнай өнімдерінің микробиологиялық тотығуы
Мұнай құрамындағы бөліктердің биодеструкциялық механизмдері бірдей емес. Мұнай құрамындағы көмірсутектерді келесідей кластарға бөледі: алифатикалық (алкандар), қаныққан циклды (арендер). Сонымен қатар аралас көмірсутектер де (гибридті) болады: алканнафтенді, нафтен – ароматикалық. Алкандар негізінен мұнайдың 25-35-пайыз құйамыз. Еріген күйдегі көмірсутектерді есепке алғанда алканды құрамы 40-50% жетеді, кейбір мұнайларда ол 50-70-пайыз болады. Мұнай фракцияларының орташа малекулярлық массасының жоғарлауымен ондағы алкандардың мөлшері төмендейді. 200-300С аралығында айдалатын мұнайдың орташа фракцияларында олардың мөлшері 55-61% шамасында, ол 500С бұл көмірсутектердің мөлшері 19-5% дейін төмендейді. Бірақ мұндай пайыздық қатынас мұнай түріне байланысты да өзгеруі мүмкін. Мұнай алкандарының қалыпты және тармақталған құрлысты изомерлері болады. Тармақталған алкандардың ерекше тобы - мұнай көмірсутектеріне тән С10 - С40 тізбекті, ретті кезектескен метил тобы бар изопреноидты алкандар болып табылады/28/. Ұзын тізбекті алкандарды көптеген бактериялар пайдалана алады. Көпшілік микроорганиздер аралық өнімдері түзбестен көмірсутектерді толығымен тотықтырады. Әр микроорганизм түріне көмірсутектердің әртүрлі тотығу жолдарын іске асыратын ерекше ферменттер жүйесі тән /7/. Қазіргі кезде н- алкандардың үш тотығу жолы келтірілдеді: монотерминалды, субтерминалды, дитерминалды. Ең кең таралған көмірсутектерді ассимиляциялау жолы монотерминалды тотығу механизмі болып табылады. Көмірсутектердің тізбегіне бірінші оттегі әсер етеді. Молекулярлы оттегісіз парафиннің тотығыуы жүрмейді. Тотығуды монооксигеназа ферменті катализдейді. П арафин+О2+NADH2 монооксигеназа алифатикалық спирт+ +NAD+H2O Парафиндердің кейінгі тотығуы ұзын тізбекті май қышқылдардың тотығу жолымен жүреді. Қалыпты алкандардың малекуласында екіншілік –СН байланыстар ғана тотығады Тотығудың біріншілік молекулярлы аралық өнімі екіншілік гидропероксид болып табылады. R CH2 CH2(CH2)n CH2 R RCH2 CH(CH2)nCH2 R OOH R CH2 CH(CH2)nCHR RCH2 CH(CH2)n-1 CH3+ RCOOH OOH OOH OOH Осылайша, алифатикалық спирттермен қатар гидропероксидтер, карбон қышқылдары, сонымен бірге СО2 және Н2О дейін толық тотығатын кетондар альдегидтер, дикарбонды қышқылдар т.б. түзілуі мүмкін. Циклды алкандар (нафтендер) мұнайдың барлық фракцияларында кездеседі. Олардың мөлшері мұнай фракцияларының ауырлауына байланысты өседі, тек балқу температурасы жоғары майлы фракцияларда оның мөлшері ароматикалық құрылымдардың көбейюінен төмендейді. Мұнайда бес және алты көміртек мүшелі циклдар жоғары және олар тұрақты болып келеді. Пентан және циклогександардың көптеген гомологтары анықталынды; сонымен қатар мұнай фракциялары екі ортақ көміртектері бар (СnН2n-2, СnН2n-4) екі циклды және үш циклды көмісутектерден тұрады. Мұнайда ароматты сақиналы бес және алты көміртек атомдарынан тұратын циклдардың әртүрлі комбинациялы көмісутектері табылған.Бүйірлік алкилды тізбекті моноциклды циклоалкондар, екі немесе үш қысқа радикалдары алмасқандарға қарағанда тұрақсыз келеді. Нафтендерді көмірсутектердің улылығы жолында мәліметтер өте аз /28/. Циклды көмісутектерде аралас культуралар ғана дамиды /29/. н- гептанды тотықтыратын ферментті препараттар циклогександы гидроксилдеген, ал нафтенді көмірсутектердің қаныққан байланыс-тары қиын тотығады. Циклогептанның тотығу кезінде циклдар ажырап, бес көміртекті екі негізгі қышқылдардың түзілуі мүмкін. СН2 СН2 СН2-СООН О2 Н2 С СН2 Н2 С СН2-СООН СН2 Циклопентан глутар қышқылы Ароматты көмірсутектер (арендер) тірі организмдер пайдалана алмайды немесе қиын тотығады. Олардың мұнайдағы мөлшері 10-20%, кейде 35% дейін жетеді. Арендер мұнайда бензол және оның гомологтары, сонымен бірге би және полициклды көмірсутектер ретінде кездеседі. Мұнай құрамында ароматты циклдар мен тізбекті алкандар, сонымен қатар қаныққан циклдардан тұратын гибридті көмірсутектер де бар. Бактерияларда ароматты көмірсутектердің тотығуы ароматты сақинасының ыдырауынан басталатын және зат алмасудың негізгі қосылыстарының түзілуімен аяқталатын бірқатар аралық процестермен өтеді. Ароматты көмірсутектердің тотығуы кезінде түзілетін аралық өнімдерге: пирокатехин, протокатехой және гомопротокатехой қышқылдары, оксигидрохинон, гентезин және гомогентизин қышқылдары жатады. Осы қосылыстар немесе олардың туындылары көптеген ароматты қосылыстардың тотығуы кезінде аралық өнім ретінде міндетті түрде түзіледі. Пирокатехинге дейін ароматты сақинасында 1 және 2 жағдайдағы бір немесе екі ауыспалы топтары бар, яғни толуол, фенол, бензой, салицил қышқылы, фениламин, бензолды қосылыстар ыдырайды. Н О2 Диоксигеназа ОН дегидрогена ОН ОН Х ОН ХН2 Х Н ХН2 Бензол цис-1,2-дигидро- пирокатехин Бензол сақинасы диоксигеназ көмегімен цис – 1,2-дигидро 1,2-дигидроксибензолға дейін гидроксилденеді, кейін дегидрилденіп пирокатехин түзеледі. 1,3 немесе 1,4 жағдайдағы екі ауыспалы тобы бар немесе алмасу топтарының саны көп ароматты заттар, мысалы: хинді, ванилді, 4-гидроксибензолдылар протокатехой қышқылына дейін ыдырайды. Бұл жағдайларда сақиналарға гидрокситоптары енгізіледі. Тотығу ауадағы оттегінің қатысуымен жүреді. О2 + ХН2 Н2 О + Х ОН фенол монооксигеназа пирокатехин Фенолды ароматты қосылыстар монооксигеназа көмегімен гидрилденеді. Бұл кезде оттегінің бір атомы сақинаға қосылып, екіншісі суға дейін тотықсызданады. Сутегінің доноры қызметін пиридиннуклеотидтер атқарады. Ароматты сақиналардағы ауыспалы топтар, мысалы: хлор, нитротоптар, сульфотоптар әдетте гидроксилді топтарға ауысады. Алифатикалық бүйірлік топтар әртүрлі өзгеріп, қысқаруы мүмкін немесе ешқандай өзгеріссіз қалады. Пирокатехиндегі ароматикалық сақинаның бұзылуы диоксигеназамен жүзеге асады. Бұл кезде гидроксилденген көміртек пен гидроксилденбеген көміртек арасындағы байланыстардың үзілуі жүреді. Сақинадағы екі көрші гидроксилденген атомдардың арасындағы (орто-ыдырау) байланыстардың үзілуі дикарбон қышқылдарының түзілуіне әкеледі және ол пирокатехаза-пирокатехин-1,2-диоксигеназамен катализденеді (К.Ф.1.13.11.1). ОН СООН СООН пирокатехаза О ОН СООН С=О СООН О СООН О СО-ScoA О C=O COOH COOH Алдымен О2 молекуласы көміртек атомдарының гидроксилді топтарына байланысып, циклді сутегінің асқын тотығы түзіледі. Содан соң молекула ішілік топтасулардың нәтижесінде көміртек араларындағы байланыс үзіледі де 3-оксоадипин қышқылына дейін ыдырайтын цисмукон қышқылы түзіледі. Цисмукон қышқылы зат алмасудың өнімі болып табылады. Пирокатехинның мета-ыдырауы гидроксилді топпен және алмаспайтын көміртегі атомымен байланысқан көміртек атомдарының арасында жүреді. Бұл процесті метапирокатехаза деп аталатын 2,3-диоксигеназа ферменті катализдейді (К.Ф.1.13.11.2). Метапирокатехаза Ps.putіda. да жақсы зерттелінген. Түзілетін өнім а-оксимуконды жартылай альдегид болып табылады. Пирокатехин тотығуының соңғы өнімдері сірке қышқылына дейін ыдырайтын пирожүзім қышқылы немесе ацетальдегид. Бұл екі қосылыс негізгі зат алмасуға қатысады. ОН СООН метапирокатехаза СНО ОН Пирокатехин -оксимукан жартылай альдегиді Пара - жағдайдағы сутегінің карбоксилмен алмасқан пирокатехинның туындысы – протокатехой қышқылының ыдырауы пирокатехинның ыдырау жолына ұқсас келеді; сонымен бірге протокатехой өышөылы мета- жіне орто- ыдырау жолымен тотыға алады. Оның сақинасындағы орто- ыдырауды протокатехоат-3,4-диоксигеназа (К.Ф.1.13.11.3) катализдейді. Нәтижесінде 3-карбокси-цис, цисмукон қышқылдары түзіледі. Н ООС НООС ОН СООН ---------- протокатехоат 3,4 ОН диоксигеназа СООН Протокатехой қышқылы 3-карбокси-цис,мукон қышқылы Протокатехой қышқылының мета- ыдырау жолы әртүрлі микроорганизмдерде екі түрлі ферментпен катализденеді. Көптеген микроорганизмдерде 2-окси-4-карбокси-цис-мукон альдегиді түзілетін бұл реакцияны протокатехоат-4,5-диоксигеназа жүзеге асырады. Кейбір бактерияларда бұл процесс протокатехоат-2,3-диоксигеназамен катализденеді, нәтижесінде 2-окси-4-карбоксимукон жартылай альдегиді түзіледі. Көптеген микроорганизмдерде гомопротокатехой қышқылының бензол сақинасының ыдырауы 2,3- немесе 4,5-диоксигеназа ферменттерімен катализденіп, протокатехой қышқылының ыдырауында түзілетін өнімдерге аналог туындыларының түзілуімен жүреді. Пирокатехин туындысының пара- жағдайдағы сутегінің гидроксилге ауысқан оксигидрохинонның ыдырау механизмы пирокатехиннің ыдырауымен ұқсас келеді. Гензин қышқылы сақинасының ыдырауын гентизат-1,2-диоксигеназа (К.Ф.1.13.11.4) катализдейді, бұл малеинпирожүзім қышқылының түзілуімен жүреді. С ООН СООН С=О СООН ОН гентизат 1,диоксигеназа Н О ОН Гентизин қышқылы малеинпирожүзім қышқылы Микроорганизм түріне байланысты малеинпирожүзім қышқылының метаболизм екі бағытта жүруі мүмкін. Бірінші жағдайда пирожүзім қышқылы және фумар қышқылы, екінші жағдайда пирожүзім және малеин қышқылдары түзіледі /29/. Гомогентизин қышқылының ыдырау процесін гомогентизатоксигеназа ферменті жүзеге асырады. Мұнда 4-малеинацетосірке қышқылы түзіледі, ол кейін ацетосірке қышқылына айналып, негізгі зат алмасуға қатысады. жүктеу/скачать 272.02 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|