Ossigenasi e utilizzo degli idrocarburi come fonte di carbonio e di energia

Come abbiamo già detto in tutti i precedenti articoli riguardati il metabolismo, i batteri sono in grado di utilizzare come fonte di energia numerosi composti tra cui anche gli idrocarburi.

I batteri posseggono le ossigenasi

Gli idrocarburi sono composti privi di ossigeno e per questo poco solubili in acqua. Hanno bisogno di essere ossigenati per diventare più solubili ed entrare a far parte del metabolismo cellulare. Questi processi di ossigenazione avvengono ad opera di enzimi denominati ossigenasi che catalizzano l’incorporazione diretta dell’ossigeno molecolare (O2) nei substrati organici.

Le ossigenasi si dividono in monossigenasi e diossigenasi.



Monossigenasi

Le monossigenasi catalizzano l’incorporazione nella molecola organica di un solo atomo di ossigeno, mentre il secondo ossigeno viene ridotto ad acqua.

Per le monossigenasi è fondamentale la presenza di agenti riducenti, come il NADH2, che cedono gli idrogeni necessari per la riduzione dell’ossigeno in acqua e per l’incorporazione dell’altro atomo di ossigeno nella molecola organica.

Funzionamento delle monossigenasi
Attività delle monossigenasi

L’ottano reagisce con NADH2 e O2 e grazie all’azione della monossigenasi si forma l’alcol corrispondente. L’ottanolo viene ossidato in ottanale (aldeide). L’ottanale viene ancora ossidato e si forma l’acido ottanoico. A questo punto avviene la classica beta-ossidazione che si conclude con la formazione di molecole di acetil-CoA.



Attraverso queste reazioni l’idrocarburo viene incorporato nel metabolismo ossidativo del microrganismo.

Diossigenasi

Gli idrocarburi ciclici aromatici sono molto abbondanti in natura e vengono prima attaccati da monossigenasi che li riconducono a due intermedi principali che sono il catecolo e il protocatecuato.

Vediamo come avviene la degradazione del benzene, un inquinante molto diffuso in natura. Inizialmente interviene la benzene monossigenasi che incorpora un atomo di ossigeno e l’altro viene ridotto in acqua.

Si forma il benzene epossido che viene idratato a benzendiolo, che poi viene ossidato a catecolo. Il catecolo poi subisce la stessa reazione indipendentemente dal composto da cui siamo partiti.

Utilizzo del benzene come fonte di energia da parte dei batteri

Il catecolo è substrato di una diossigenasi e si forma un composto ipotetico che non è stato mai identificato e successivamente si forma il cis cis-muconato che può entrare nel metabolismo ossidativo (e poi nel ciclo di Krebs).

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