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Biorremediación (II): Eliminación de compuestos aromáticos (1)

Las sustancias aromáticas son aquellas que, fundamentalmente, derivan del anillo bencénico. Este anillo posee una estructura química resonante lo que confiere una elevada estabilidad termodinámica a estos compuestos, siendo por ello dificiles de ser atacados tanto físico-químicamente (radiación ultravioleta, oxidación, acidez, etc) como biológicamente. Por esta razón muchos de estos compuestos pueden permanecer durante largas temporadas en la naturaleza sin ser alteradas.

Si a esto le unimos el hecho de que muchos compuestos aromáticos son tóxicos y/o carcinogénicos se puede comprender con facilidad que algunos de estos compuestos sean considerados como potentes contaminantes. La toxicidad de los compuestos aromáticos se fundamenta en su elevada hidrofobicidad y su facilidad de intercalarse en las membranas biológicas, desorganizándolas. Algunos compuestos aromáticos, además son carcinogénicas, ya que son incorporadas al DNA de forma errónea por la maquinaria enzimática de duplicación de los ácidos nucleicos.


Los compuestos aromáticos se intercalan en las membranas celulares, provocando su desestructuración

El origen de los compuestos aromáticos es diverso. El más importante es el origen natural, de hecho constituyen el 25% de los compuestos orgánicos. La madera está formada por celulosa, hemicelulosa y lignina, siendo ésta última un polímero polifenólico de gran tamaño. En las últimas décadas, debido a nuestras necesidades energéticas, la industria petrolífera ha movilizado combustibles fósiles muy ricos en compuestos aromáticos. El petróleo, una mezcla de gran cantidad de compuestos orgánicos, entre ellos gran cantidad de aromáticos, se encontraba confinado en sus resorvorios geológicos, hasta que por necesidades energéticas se ha movilizado, pudiéndosele encontrar en la actualidad en prácticamente cualquier ecosistema. La industria química ha añadido muchos aromáticos nuevos al medio ambiente, mediante modificación y síntesis de compuestos aromáticos, siendo algunos de ellos de nueva creación, que nunca han estado en la naturaleza, y por ello se les ha denominado compuestos xenobióticos.

Tanto la industria química cómo la petrolífera son las principales responsables de la contaminación con compuestos aromáticos.

Estas dos últimas actividades son responsables de la mayoría de la contaminación que se produce por compuestos aromáticos. Los compuestos aromáticos son, en la mayoría de los casos degradados y, en ocasiones modificados, por los seres vivos, que son en su mayor parte por bacterias y hongos, tanto en presencia de oxígeno (aeróbica) como en su ausencia (anaeróbica). El oxígeno juega un importante papel en el catabolismo de los compuestos aromáticos, de hecho hasta los años 60 del siglo pasado se pensaba que la degradación de estos compuestos solo era posible en presencia de oxígeno, y aún hoy todavía se pueden encontrar textos en los que se afirma que la degradación de compuestos aromáticos sólo es posible si hay oxígeno en el medio.

El oxígeno juega un doble papel en la degradación de las sustancias aromáticas, de una parte se incorpora en el compuesto aromático para ayudar a su desestabilización, bajando la energía necesaria para romper el anillo; y de otra colabora en la ruptura del anillo bencénico. Los enzimas que realizan esos pasos son las oxigenasas, bien monooxigenasas, que incorporan una sola molécula de oxígeno, o dioxigenasas que incorporan dos. La degradación de los compuestos aromáticos se inicia mediante modificaciones en los radicales del anillo bencénico que tienen como misión desestabilizar el anillo. Los compuestos aromáticos, debido a la resonancia electrónica del anillo bencénico, son muy estables; tanto que no ha aparecido en la naturaleza ningún enzima que catalice la hidrólisis del anillo. La estrategia que sí ha aparecido es la que produce la transformación del compuesto de partida en otros compuestos más inestables. A estos compuestos se les denomina intermediarios y ejemplos de ellos son el catecol, el protocatecuato, el gentisato o el homogentisato. Para llegar hasta estos compuestos son necesarias toda una serie de rutas llamadas periféricas que convierten al compuesto aromático en estos pocos intermediarios (es el llamado embudo metabólico).

En el llamado embudo metabólico los compuestos aromáticos son transformados hasta unos pocos compuestos intermediarios.

Las rutas periféricas son muy diversas y dependen de cada microorganismo. No existe una regla fija sobre la degradación de estos compuestos; un mismo compuesto puede ser modificado de formas diferentes en bacterias diferentes. Entre los enzimas implicados en las rutas periféricas se encuentran oxigenas de hidroxilación. El paso siguiente es el que lleva a la ruptura del anillo, paso catalizado por las oxigenasas de ruptura. Estos enzimas suelen ser muy complejos y diversos pudiendo existir para un mismo compuestos dos oxigenasas diferentes que rompen el anillo en puntos diferentes (las llamadas roturas orto o para). Una vez el anillo es roto, se generan moléculas lineales que son convertidas en intermediarias del ciclo de metabolismo central de la célula. Dependiendo del tipo de ruta que el microorganismo posea se van a generar unos productos finales u otros, con lo que el rendimiento energético final puede variar.

Reacciones catalizadas por las oxigenasas que llevan a la eliminación de los radicales del anillo, así como a la hidroxilación del mismo.
El oxígeno y las oxigenasas son dos de los elementos clave en estos pasos metabólicos. Las oxigenasas, como ya hemos visto son las encargadas de eliminar los radicales del anillo y de hidroxilar éste y en última instancia de producir la rotura del anillo. Sin embargo, algunos microorganismos poseen otros mecanismos alternativos de degradar los compuestos aromáticos en condiciones aeróbicas. Son las llamadas rutas híbridas, ya que toman algunos elementos que recuerdan el catabolismo de compuestos aromáticos por parte de bacterias anaeróbicas. En este caso no se produce un derivado hidroxilado, sino que el anillo es desastibilizado por la incorporación al mismo de una molécula de coenzima A (CoA). Estos intermediarios CoA aromáticos son posteriormente hidrolizados por medio de dioxigenasas que generan compuestos que siguen rutas de degradación que recuerdan una beta-oxidación DIAPO. Aquí los enzimas claves son tanto las CoA ligasas y las oxigenasas de ruptura. Las CoA ligasas son enzimas que incorporan el grupo CoA al anillo bencénico con gasto de ATP, mientras que las oxigenasas de ruptura suelen requerir poder reductor para romper el anillo.

Las llamadas rutas híbridas por recordar al catabolismo de compuestos aromáticos en microorganismos anaeróbicos

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Comentarios

1. angel jose - julio 1, 2009

son unos lol peroos susios rattros

2. Manuel - julio 1, 2009

Angel José, nosotros también te queremos 😉

3. ana - abril 11, 2010

una pregunta hidrocarburos y compuestos significan lo mismo

4. ralvar - abril 11, 2010
5. Monse - mayo 30, 2010

esta muy bueno pero no tiene referencias bibliográficas!!!!necesito saber de donde sacaron la información…


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