Mikroorganismen als Destruenten Flashcards
Biodegradation
Chemischer Abbau organischer Verbindungen durch biologische Aktivitäten
Mineralisation
Umwandlung organischer Stoffe in anorganische Substanzen (Konsumenten, Destruenten)
Primärproduktion
Aufbau von Biomasse
Cometabolismus
Transformation eines nicht zum Wachstum verwertbaren Substrats in Gegenwart eines zweiten zum Wachstum nutzbaren Substrats (Bedeutung beim Abbau von Xenobiotika)
Was passiert bei der physiologischen Reaktion der Methanmonooxygenase (methanotrophe Bakterien)?
Methan wird zu Methanol oxidiert, dabei wird NADH und O2 zu NAD+ und H20 umgesetzt
Welche cometabolische Oxidation kann noch von Methanmonooxygenase katalysiert werden? Warum?
Abbau von Trichlorethen aufgrund geringer Substratspezifität der Methanmonooxygenase
Was bedeutet es, dass Bakterien osmotroph sind?
“bioverfügbar” sind gelöst vorliegende Verbindungen (z.B. Exoenzyme, die Polymere abbauen zu Monomeren)
Nenne 4 Substanzbedingte Faktoren bei mikrobiellem Abbau in der Umwelt
- Wasserlöslichkeit
- Tendenz zu Sorption (Boden, Sedimente)
- Konzentration, Toxizität
- xenobiotischer (naturfremder) Charakter
Wodurch bekommen Substanzen naturfremden (xenobiotischen) Charakter?
- kondensierte Benzol-/Pyridinringe, Polyzyklen
- dreifach substituerte N-Atome, quartäre C-Atome
- “unphysiologische” Bindungen/Substituenten wie F, Cl, Br
Wie hängen Abbaubarkeit und Anzahl der Substituenten zusammen?
je mehr Substituenten, desto langsamer ist der Abbau
Woraus war “agent orange” im Vietnamkrieg zusammengesetzt?
50:50 aus 2,4,5-T und 2,4-D (Spätfolgen: fruchtschädigend, Krebserkrankungen, Toxine)
Nenne 3 Beispiele für abiotische Umweltfaktoren, die die Abbaurate/Persistenz beeinflussen
- Bodentyp/-Struktur
- pH
- Temperatur
- Wasserverfügbarkeit
- O2-Verfügbarkeit
Nenne 2 Beispiele für biotische Umweltfaktoren, die die Abbaurate/Persistenz beeinflussen
- Typ und Anzahl vorhandener MO
- Räuberische Organismen wie Nematoden, Protozoen
Was kann man zusammenfassend über Abbaurate/Persistenz sagen?
sie ist substanz- und standortspezifisch
Xenobiotika
Verbindungen, die biochemischen Stoffwechselwegen fremd sind, die in dieser Form nicht in Naturstoffen vorkommen
Biodegradation
partieller Abbau - keine Mineralisation
Biomagnifikation
Anreicherung in der Nahrungskette (z.B. Hydrophobe in Fettgewebe)
Was machen methanotrophe Bakterien?
oxidieren Methan, um Reduktionskraft zu gewinnen und C-Quelle zu haben
Wie können die physikalischen Eigenschaften von Erdöl variieren?
physikalische Eigenschaften (braun bis schwarz, transparent und dünnflüssig bis tiefschwarz und dickflüssig)
Biosurfactants
bilden Tröpfchen (Micelle) und fusionieren mit Membran für leichtere Verfügbarkeit für die MO (werden von Bakterienzelle gebildet)
Wo ist der Methanabbau dem Alkanabbau analog?
Einfügen einer funktionellen Gruppe an terminalen C-Atom -> Alkohol, anderes O wird zu Wasser reduziert, Zelle muss zu Beginn NADH investieren
Wie wird ein Alkan abgebaut?
Alkohol - Aldehyd - Fettsäure - beta-Oxdidationsweg - Acetyl-CoA
Warum sind Cycloalkane schwerer abzubauen?
es gibt kein terminales C-Atom
Wie werden Cycloalkane mikrobiell abgebaut?
Keton wird mit Sauerstoff zu zyklischem Ester umgebaut, der dann mit Wasser gespalten werden kann
Warum ist der Aromatenabbau eine Herausforderung?
Stabilisierung durch delokalisiertes pi-Elektronensystem (Aromaten sind chemisch relativ inert)
Wie kann ein Aromat überhaupt angreifbar sein?
Verbindung muss funktionalisiert werden (funktionelle Gruppe einfügen, die Elektronenverschiebung bewirkt)
Wo kommen Aromaten in Naturstoffen vor?
Lignin, aromatische Aminosäuren, pflanzliche Polyphenole, Verbrennung organischer Materialien
Wo kommen Aromaten anthropogen vor?
Raffinierieprodukte (BTEX), Detergentien (Alkylbenzolsulfonate), viele Pestizide (z.B. DDT)
Wie erfolgt der mikrobielle Abbau von Aromaten?
modular, periphere Wege konvergieren zu zentralen Intermediaten (Catechol, Prokatechusäure)
Welche Struktur haben zentrale Intermediate des Aromatenabbaus?
Diol (Investition zur Funktionalisierung)
Was passiert mit dem Catechol?
wird zu Verbindungen abgebaut, die man in den Tricarbonsäurezyklus einschleusen kann (Succinat, Acetyl-SCoA)
Welche Enzymfunktionen zur Deshalogenierung gibt es (Abbau von Lindan erfordert alle drei)?
HCl-Elimination, hydrolytische Dehalogenierung, reduktive Entfernung (Glutation als Reduktionsmittel)
sind halogensubstituierte Verbindungen immer xenobiotisch?
nein, vorallem in marinen Organismen gibt es halogensubstituierte Verbindungen wie Chloramphenicol (Streptomyces venezuelae)
Woraus ist Erdöl chemisch aufgebaut?
ca. 80% Kohlenwasserstoffe, bis 2%: Amine/Porphyrine, Alkohole/Chinone, bis 6%: Schwefel, z.B. Sulfide, Thiocycloalkane, Metalle wie Fe, Cu, Ni, Salze, H2O
Zusammenhang von Struktur und Abbaubarkeit bei Xenobiotika
je mehr Substituenten, desto schwieriger der enzymatische Angriff (höhere Persistenz)
Welcher Schadstoff ist leicht abbaubar und warum?
Methylchlorid, Chlorobenzen (Monooxygenase kann leicht angreifen, weil wenige Substituenten da sind)
Welche Schadstoffe sind schwer bis unmöglich abzubauen und warum?
Hexachlorocyclohexan (Angriff durch Monooxygenase unmöglich), Trichlorethylen
Was ist Lindan? Wofür wurde es angewendet?
Hexachlorcyclohexan: Kontaktinsektizid (Mottenbekämpfung, gegen Schädlinge im Haushalt)
