Особенности окисления углеводородов микроорганизмами

Различные группы и даже виды углеводородокисляющих микроорганизмов сильно различают­ся по способности усваивать углеводороды различных классов, развиваться в аэробных, в мик- роаэробных или в анаэробных условиях, в нейтральных, кислых и щелочных средах.

Наиболее легко микроорганизмами разрушаются нормальные парафины. Труднее разрушают­ся углеводороды с разветвленными углеродными цепями и, тем трудней, чем ближе расположены замещающие группы. Наиболее трудно разрушаются нафтены и циклопарафины. К самым устой­чивым можно отнести декалин и циклогексан.

Некоторые роды микроорганизмов, имеющие гидрофильные клеточные оболочки, например Pseudomonas, способны усваивать углеводороды только в растворенном состоянии и, следователь­но, наиболее легко усваивают углеводороды в той или иной мере растворяющиеся в воде — пара­фины C_t — С₉. Такие микроорганизмы в первую очередь используют наиболее доступные, относи­тельно низкомолекулярные нормальные углеводороды, растворимые в воде, требующие для окис­ления минимального количества ферментов и окисляющиеся с максимальной скоростью. А затем, по мере накопления их биомассы, продуктов их жизнедеятельности и исчерпания ресурсов наибо­лее доступных углеводородов, начинают разрушать, хотя и с меньшей скоростью, и менее дос­тупные соединения.

Микроорганизмы, имеющие гидрофильные клеточные оболочки, способны разрушать и нерас­творимые в воде углеводороды при непосредственном контакте с ними. К таким микроорганизмам

Микроорганизмы, используемые в биопрепаратах России и США, предназначенных для очистки воды и груп тов от нефти и нефтепродуктов

Табл. 1.

Основные метаболические цепочки потребления одноуглеродных соединений аэробной меті лотрофной бактерией представлены на рис. 1.

Потребители метана, или метанотрофы, имеют сложные внутренние мембранные системь делятся на две группы в зависимости от строения этих мембранных систем.

Предполагается, что межклеточные мембраны участвуют в окислении метана, так как у метг лотрофов, использующих для роста метанол, а не метан, их не наблюдается. В окислении метан до метанола участвует фермент — метанмонооксигеназа (ММО). Этот фермент существует в дву видах:

• нерастворимая форма — ограничена мембранами; обнаружена во всех штаммах метанот рофов; обладает очень узкой видоспецифичностью;

• растворимая форма; обнаружена не во всех штаммах, но наблюдалась у штаммов типов и II; сходна для обоих типов; имеет очень широкую субстратную специфичность и cnocof на окислять и гидроксилировать большое количество алифатических, неразветвленных разветвленных, ароматических и галогенированных углеводородов.

Все изученные до сих пор метанотрофы ассимилируют углерод на стадии формальдегида not редством либо рибулозомонофосфатного (рис. 2) или серинового цикла (рис. 3). В сериновом цикл в качестве полупродуктов присутствуют карбоксильные аминокислоты.

Потребители метанола более разнообразны, чем потребители метана, включают в себя грампс ложительные и грамотрицательные виды, а также как строго, так и не строго метилотрофные миь роорганизмы. Метанолдегидрогеназа участвует в окислении метанола грамотрицательными бакте риями; этот фермент хорошо защищен как в части аминокислотной последовательности, так и смысле воздействия антигенов. Грамположительные бактерии содержат другие, несхожие дегиг рогеназы.

В цепь ассимиляции углерода наряду с сериновым и рибулозомонофосфатным циклами, входи и классический, рибулозодифосфатный цикл (цикл Кальвина). Штаммы, способные ассимилирс вать углерод посредством рибулозодифосфатного цикла, — факультативные метилотрофы.

Множество видов бактерий, использующих метанол для роста, могут потреблять метилирс ванные амины.

Рис. 1. Метаболизм соединений класса С_т у аэробных метилотрофных бактерий. Ферменты: 1 — метанмонооксигеназа; 2 — метанолдегидрогеназа; 3 — формальдегиддегидрогеназа;

4 — формиатдегидрогеназа; 5 — оксидаза метилированных аминов:

6 — дегидрогеназа метилированных аминов:

7 — дегидрогеназа или оксидаза метилированных сульфуров

Рис. 2. Общая диаграмма доминирующего рибулозомонофосфатного цикла ассимиляции формальдегида у метанотрофов

ни один строго метанотрофный. Главные цепочки и ферменты, используемые для окисления три­метиламина, диметиламина и метиламина, представлены на рис. 4.

Формальдегид обычно слишком токсичен для того, чтобы поддерживать рост культуры клеток, выращиваемой в замкнутом объеме; если даже рост и наблюдается, то он ничтожен и требует до­бавления газообразного субстрата. Изучены два пути окисления формальдегида (рис. 5). Ли­нейный путь, включает в себя последовательное действие ферментов — формальдегиддегидроге- назы и формиат дегидрогеназы. Циклический путь, включает в себя конденсацию формальдегида посредством пятиуглеродной рецепторной молекулы, с последующим окислением шестиуглерод­ного соединения.

При ассимиляция углерода обе цепи (сериновая и рибуломонофосфатная) включают в себя циклы, в которых возникает реакция конденсации формальдегида и полиуглеродного соединения, с последу­ющим восстановлением молекулы-акцептора и получением соединения класса С₃ (рис. 2, 3).

Рис. 3. Сериновый путь ассимиляции формальдегида у метанотрофов

Рис.

Рис. 5. Окисление формальдегида у метилотрофных бактерий В циклической цепи участвуют ферменты рибулозомонофосфатного цикла

Табл. 2. Некоторые виды микроорганизмов, перерабатывающих алифатические углеводороды, в том числе метан

4.2.