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Usando as bactérias anaeróbicas para a biodegradação plástica

Um estudo publicado pela sociedade para microbiologia aplicada em seus relatórios ambientais da microbiologia do jornal esboçou como os componentes principais dos plásticos podem ser degradados por micro-organismos anaeróbicos e aeróbios. Este formulário da estratégia micro-organismo-baseada para a gestão de resíduos plástica representa uma novela, meios sustentáveis de eliminar plásticos do ambiente.

biodegradação plásticaCréditos de imagem: Kateryna Kon/Shutterstock.com

Os autores do esboço do minireview como os compostos constitutivos principais dos plásticos - que abrangem o ácido phthalic de compostos orgânicos (PA), ácido isophthalic (IPA) e ácido terephthalic (TPA) - podem ser sujeitos à biodegradação. Além disso, o grupo imprime na importância ambiental da biodegradação anaeróbica como uns meios viáveis, evolutivos fazer assim.

Os três isómero: componentes principais dos plastificante e dos polímeros

Os ácidos Phthalic são os componentes essenciais dos plásticos. Estes polímeros orgânicos sintéticos oferecem meios baratos de empacotar a produção e sua procura é esperada considerar a produção anual mundial de plásticos dobrar a 600 milhões de toneladas dentro de 20 anos. Apesar disto, são responsáveis para problemas ambientais e a saúde refere-se no mundo inteiro.

O desperdício do plástico ocupa operações de descarga e oceanos onde põem em perigo os animais selvagens locais e interrompem ecossistemas. Embora recicl represente uma opção para limitar a produção plástica nova, este material é incorporado primeiramente nos produtos secundários que oferecem uma qualidade reduzida da propriedade material. Além disso, recicl não impede a entrada de poluentes microplásticos em ecossistemas marinhos.

Estes desafios em curso têm motivado a revelação do orgânico-conduzido aproximado à gestão de resíduos plástica que inclui a biodegradação.

Caminhos da degradação

A degradação anaeróbica e aeróbia do PA, do IPA, e do TPA difere substancialmente nos micro-organismos. Os micro-organismos aeróbios introduzem uma funcionalidade do hidróxilo através dos dioxygenases. Isto aumenta a probabilidade do decarboxylation subseqüente através das desidrogenases ou dos decarboxylases de aromatização do ‐ do cofactor livre.

As bactérias anaeróbicas, contudo, empregam ligase do CoA ou transferases do CoA para activar os isómero do PA; estes decarboxylated então por decarboxylases para produzir o benzoyl-CoA. Estes decarboxylases caem sob a família da enzima de UbiD e são caracterizados por um cofactor prenylated do mononucleotide (FMN) do flavin.

Este cofactor é essencial para o sucesso mecanicista do decarboxylation. Um desafio do núcleo do decarboxylation é a captação do intermediário altamente instável do CoA do ‐ de A, que é abrandado pela superproduçao do decarboxylase do CoA do ‐ do phthaloyl.

Biodegradação do ácido Phthalic

O PA forma os blocos de apartamentos para polímeros plásticos. São ligados pelas ligações de éster que exigem a hidratação adicional antes que as enzimas hydrolytic possam alcançar as ligações para a segmentação. A natureza resistente do ‐ da água dos plásticos faz esta difícil. Acoplado com a grande despesa de energia associada com a produção e a secreção destas enzimas pelas bactérias, a divisão do plástico é não-viável; a energia metabólica liberada dos produtos não faz despesa a energia da divisão.

Enzimas e metabolitos envolvidos na degradação anaeróbica do PA

A tomada do PA é conseguida por uma proteína e por um transportador obrigatórios periplásmicos da ARMADILHA. Uma vez na pilha, CoA do ‐ do succinyl: o transferase do CoA do phthalate (SPT) converte o PA ao CoA instável do ‐ do phthaloyl. A segunda etapa na degradação anaeróbica do PA é seu decarboxylation, catalisado pelo decarboxylase do CoA do ‐ do phthaloyl (PCD). Isto pertence à família de UbiD.

O CoA altamente labile do ‐ do phthaloyl representa um desafio da degradação anaeróbica do PA; devido a isto, a formação de um complexo do SPT e do PCD foi acreditada para ocorrer. Contudo, a concentração celular calculada de PCD foi encontrada para ser dobra de 250 ‐ mais alta do que seu CoA do ‐ do phthaloyl da carcaça. Isto assegura-se de que o phthaloyl-CoA eficientemente esteja capturado e decarboxylated. A degradação através deste intermediário representa um caminho xenobiótico deficientemente aperfeiçoado da degradação

A evolução de caminhos da degradação do PA

Os caminhos da degradação empregados tipicamente pelas bactérias incluem a hidrólise aos isómero individuais e aos álcoois do PA. Isto é seguido pelo decarboxylation de qualquer uma das duas entidades do ácido carboxylic. Esta etapa é mechanistically difícil de conseguir devido aos intermediários do de alta energia formados em conseqüência negativamente - do grupo cobrado. Como tal, a activação do PA é preferida.

Para contornar a edição, o corpo existente da pesquisa considerou a revelação de dois aeróbios e das estratégias uma anaeróbicas para realizar o decarboxylation. Isto inclui:

  1. A introdução de grupos de hidróxilo directamente em um grupo carboxyl de IPA e de TPA por um dioxygenase sob circunstâncias aeróbias. Isto produz os dieno cis do ‐ do diol do ‐ que podem ser decarboxylated
  2. A degradação aeróbia do PA continua através dos intermediários do dihydroxyphthalate que aumenta a probabilidade do decarboxylation bem sucedido devido ao posicionamento dos grupos carboxyl
  3. O PA, IPA e TPA processados então através do thioesterification (produção de um thioester reactivo) seguido pelo decarboxylation pelo ‐ de UbiD gostam de decarboxylases

Como esta activação conduz ao decarboxylation permanece ser determinado; há actualmente uns esforços em curso para explicar a estrutura do ‐ de UbiD como decarboxylases executado na degradação de todos os três isómero do PA. Acredita-se que o mecanismo dos decarboxylases do CoA do ‐ do phthaloyl e do CoA do ‐ do terephthaloyl deve ser similar mas separar do decarboxylase do CoA do ‐ do sophthaloyl.

CoA do ‐ de Phthaloyl: Um intermediário altamente instável

O intermediário do CoA do ‐ do phthaloyl é um thioester deficiente porque se submete a ciclos da hidrólise inútil. Em conseqüência, a degradação anaeróbica do phthalate através do CoA do ‐ do phthaloyl é desperdiçadoa. Quando o PA for sabido como um intermediário da degradação aeróbia, não caracteriza no caminho anaeróbico. Isto coloca a solução anaeróbica como meios viáveis para a degradação dos plásticos.

A equipe espera que a evolução do caminho anaeróbico conduzirá à formação de um complexo entre o CoA do ‐ de Succinyl: decarboxylase do transferase do CoA do phthalate (SPT) e do CoA do ‐ do phthaloyl (PCD). Isto permitirá transferência directa do CoA do ‐ do phthaloyl entre os locais activos, eliminando o lability do intermediário. Esta estratégia foi observada para intermediários similarmente altamente reactivos em outra parte no ambiente.

Source

Cápsula, 2020) degradações microbianas de M e outros (dos phthalates: bioquímica e implicações ambientais. A microbiologia ambiental relata o doi: 10.1111/1758-2229.12787

Last Updated: Mar 10, 2020

Hidaya Aliouche

Written by

Hidaya Aliouche

Hidaya is a science communications enthusiast who has recently graduated and is embarking on a career in the science and medical copywriting. She has a B.Sc. in Biochemistry from The University of Manchester. She is passionate about writing and is particularly interested in microbiology, immunology, and biochemistry.

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