03.biodegradasi senyawa hidrokarbon mikrobia

7/30/2019 03.Biodegradasi Senyawa Hidrokarbon Mikrobia

1/43

BIODEGRADASI

SENYAWA HIDROKARBON

oleh

MIKROBIA


2/43

SENYAWA ORGANIK

Senyawa bukan siklik (hidrokarbon

alifatik)

Senyawa siklik

- hidrokarbon alisiklik

- hidrokarbon aromatik

Senyawa heterosiklik


3/43

KLASIFIKASI

SENYAWA HIDROKARBON (1)

Hidrokarbon hidrokarbon alifatik, jenuh dan tak jenuh

hidrokarbon alisiklik

hidrokarbon aromatik

hidrokarbon polisiklik aromatic (PAHs)

Senyawa terhalogenasi

senyawa alifatik terhalogenasi

senyawa aromatik terhalogenasi eter terhalogenasi

senyawa terhalogenasi lainnya


4/43

Asam dan Ester- asam-asam karboksilat

- ester dari asam-asam karboksilat

Senyawa-senyawa lain yang mengandung

Oxygen

- keton

- aldehida- eter

- alkohol

Senyawa-senyawa lain

KLASIFIKASI

SENYAWA HIDROKARBON (2)


5/43

AlkanaHidrokarbon aromatik Hidrokarbonpolisiklik aromatik

Senyawa nitroOrganohalida

Cincinbenzenoid

tipe bifenil

CONTOH STRUKTUR

SENYAWA ORGANIK
http://umbbd.ahc.umn.edu/core/graphics/c0371.gifhttp://umbbd.ahc.umn.edu/core/graphics/c0009.gifhttp://umbbd.ahc.umn.edu/core/graphics/c0439.gifhttp://umbbd.ahc.umn.edu/core/graphics/c0333.gifhttp://umbbd.ahc.umn.edu/core/graphics/c0116.gifhttp://umbbd.ahc.umn.edu/core/graphics/c0114.gifhttp://umbbd.ahc.umn.edu/core/graphics/c0044.gif


6/43

KECEPATAN DEGRADASI

SENYAWA ORGANIK

SenyawaKondisi

Aerobic Anaerobic

Acetone 1 1

BTEX 1 2 to 4

PAHs 1 3 to 4

1. Cepat terdegradasi 2. Agak lambat terdegradasi

3. Lambat terdegradasi 4. Tidak terdegradasi


7/43

HIDROKARBON ALIFATIK


8/43

DEGRADASI HIDROKARBON

ALIFATIK (JENUH MAUPUN TAK

JENUH) DAN ALISIKLIK (1) Senyawa alisiklik diubah menjadi senyawa

alifatik

Senyawa alifatik dioksidasi secara terminalmaupun subterminal

Oksidasi secara terminal menghasilkan

alkohol primer (1-alkohol)

Oksidasi secara subterminal menghasilkan

alkohol sekunder (2-alkohol)


9/43

DEGRADASI HIDROKARBON

ALIFATIK (JENUH MAUPUN TAK

JENUH) DAN ALISIKLIK (2) Oksidasi selanjutnya mengubah alkohol

primer menjadi asam alkanoat (asam

lemak)Asam alkanoat didegradasi melalui oksidasi

b seperti halnya asam lemak


10/43

OKSIDASIb (BETA)


11/43

BTEXBenzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene

Hidrokarbon monoaromatik volatil

Sering ditemukan bersama-sama dalam minyak

bumi

Penyebab utama pencemaran lingkungan


12/43

OKSIDASI BTEX
http://umbbd.ahc.umn.edu/BTEX/BTEX_aermap


13/43

MIKROBIOLOGI DEGRADASI

BTEX SECARA AEROBIK

Genera utama: Pseudomonas, Burkhoderia, danXanthomonas

Pseudomonas: kemoorganotrof, aerobik, bakteri

berbentuk batang Diisolasi dari lingkungan tercmar

Beberapa bersifat patogen

1968: Telah diisolasi beberapa galurPseudomonas

putida yang

Tumbuh di etilbenzena, benzena, dan toluena

Memiliki enzim toluena dioksigenase!


14/43

TOLUENE DIOXYGENASE

Mengkatalisis lebih dari 108 macam reaksi, termasuk

1. Senyawa aromatik monosiklik 2. Senyawa polisiklik aromatik

3. Senyawa aromatik terhubung

(bifenil)

4. Senyawa lainnya


15/43


BTEX SECARA ANAEROBIK

Mikroorganisme yang mampu mendegradasi

BTEX secara anaerobik

1. Pendenitrifikasi, misalnya Thauera aromatica

2. Pereduksi besi

3. Pereduksi sulfat, misalnya Desulfovibrio,

Desulfobacter

4. Penghasil metana

Biasanya memerlukan kerjasama beberapa jenis

mikroorganisme


16/43

DEGRADASI BTEX SECARA

ANAEROBIK
http://umbbd.ahc.umn.edu/BTEX/BTEX_anamap


17/43

MINYAK BUMI DAN HIDROKARBON

POLISIKLIK AROMATIK LAINNYA

Karsinogen, mutagen

Proses degradasi lambat

karena Sifatnya hidrofobik,

atau kelarutannya

dalam air rendah

Terjerap kuat padapartikel tanah


18/43

PEMECAHAN

HIDROKARBON

POLISIKLIKAROMATIK

SECARA

BERTAHAPMELALUI

OXIDASI


19/43


HIDROKARBON POLISIKLIK AROMATIK

Bakteri

Pseudomonas

Achromobacter

Arthrobacter Mycobacter ium

Flavobacter ium

Corneybacter ium

Aeromonas Anthrobacter

Rhodoccus

Acinetobacter

Jamur

Phanerochaete

Cunninghamel la

Penici l l ium Candida

Sporobolomyces

Cladospor ium


20/43

TIDAK SATUPUN

MIKROORGANISME MAMPU

MENGATASI SEMUA Fenantrena

Arthrobacter polychromogens,Mycobacter iumsp., Phanerochaete

chrysospor iumdan Baci llus sp . Naftalena

Baci llus sp ., dan Phanerochaetechrysospor ium

Fluorantena dan pirena yang telah terdegradasisecara parsial

Mycobacter iumsp.


21/43

PEMECAHAN BERTAHAP


Oksidasi parsial olehjamur busuk putih(white rot fungi),mengubah

hidrokarbon polisiklikaromatik menjadilebih larut air dantersedia bagi jasad

hidup, bakteri kemudian

melanjutkan prosesdegradasinya


22/43

JAMUR BUSUK PUTIH

(White Rot fungi, Basidiomycota)

Merasmiellus troyanus, Pleurotus spp.,

Phanerochaete spp., Trametes versicolor

Memiliki sistem ligninolitik

Pembusukan dipercepat oleh

adanya media tumbuh padat, misalnya seresah,

yang berfungsi sebagai sumber karbon

Penambahan surfaktan (Tween 80)Akan tetapi memunculkan masalah

pembuangan limbahnya


23/43

STUDI KASUS:

Phanerochaete chryso spor ium

Mampu mendegradasi berbagai senyawa hidrofobik

pencemar tanah yang persisten

Kemampuan degradasi yang luas ditemukan di tahun

1980an

Bukan mikroorganisme tanah sehingga tidak

dikhawatirkan akan merajai lingkungan tanah

Membutuhkan tambahan sumber C, misalnya tongkol

jagung, gambut, cacahan kayu atau jerami

Nisbah C:N=80:1 (jerami) hingg 350:1 (cacahan kayu)

Peningkatan nisbah C:N di tanah kaya N mengubah

lingkungan yang menguntungkan bagi P.

chryosospor ium

OKSIDASI DAN PELARUTAN


24/43

OKSIDASI DAN PELARUTAN


OLEH Phanerochaete ch ryso spor ium:

Peroksidase: lignin peroksidase (LiP), manganese-dependent peroksidase (MnP) and laccase (L)

Reaksi keseluruhan: oksidasi hidrokarbon polisiklikaromatik oleh peroksidase menjadi quinon; dan dilanjutkan

menjadi CO2 Hasil metabolisme seperti quinon 1000- to 100,000 x lebih

larut daripada senyawa asalnya

Antrasena dioksidasi menjadi 9,10-antraquinon kemudianmenjadi asam ftalat

Fenantrena dioksidasi menjadi 9,10-fenantrena quinonkemudian menjadi asam 1'1'-bifenil-2,2'-dikarboksilat(asam bifenit)

Pirena dan benzo[]pirena dioksidasi secara parsialmenjadi beberapa jenis isomer quinon


25/43

Dix and Webster, 1995


26/43



27/43



28/43

PERANAN JAMUR DALAM BIOREMEDIASI

Senyawa terklorinasi atau termetilasi dapat

didegradasi oleh jamur terutama jamurpendegradasio lignin

Dapat mendegradasi senyawa rekalsitran

Mekanisme demetilasi dan/atau reduktif deklorinasi

pemecahan cincin aromatic

CO2 dan/atau CH4 dan CO2 sebagai hasiloksidasi akhir


29/43

JAMUR BUKAN PEMBUSUK PUTIH

DeuteromycotaAspergi l lus niger, Pen ici l l ium g labrum,

P. jan thinellum , zygomycete,

Cunninghamel la elegans Basidiomycete

Crinipell is st ip i tar ia

MEKANISME DEGRADASI HIDROKARBON


30/43

MEKANISME DEGRADASI HIDROKARBON

POLISIKLIK AROMATIK PADA JAMUR

BUKAN PEMBUSUK PUTIH

Sistem enzim monooksigenase Sitokrom P-450

pada jamur bukan pembusuk putih memiliki

kemiripan dengan sistem yang dimiliki mamalia langkah 1. pembentukan monofenol, difenol,

dihidrodiol dan quinon

langkah 2. terbentuk gugus tambahan yang

larut air (misalnya sulfat, glukuronida, ksilosida,

glukosida). Senyawa ini merupakan hasil

detoksikasi pada jamur dan mamalia.

CONTOH DEGRADASI HIDROKARBON


31/43

CONTOH DEGRADASI HIDROKARBON

POLISIKLIK AROMATIK OLEH JAMUR

BUKAN PEMBUSUK PUTIH

bahan peledak pirena

Crinipellis stipitaria

2,4,6-trinitrotoluena (TNT)

Galur basidiomycetes pembusuk kayu dan

seresah, misalnya Clitocybula dusenii,

Stropharia rugosa-annulata, Phanerochaete

chrysosporium Gliseril trinitrat (nitrogliserin-1,2,3-propanatriol

trinitrat) bahan mesiu

Penicillum corylophilum


32/43

STRUKTURKIMIA

PESTISIDA

AROMATIKTERKLORINASI

KECEPATAN DEGRADASI SENYAWA


33/43

KECEPATAN DEGRADASI SENYAWA

ORGANIK TERKLORINASI

Senyawa KondisiAerobik Anaerobik

PCB sangat

tersubstitusi 4 2

Kurang tersubstitusi 2 4

Etena terklorinasi

PCE 4 1 - 2

TCE 3 1 - 2

DCEs 3 2 - 3

Vinil klorida 1 - 2 3 - 4

1. Highly biodegradable 2. Moderately biodegradable

3. Slow biodegradation 4. Not biodegraded


34/43

DEKLORINASI DAN DEMETILASI

DECAMBA SECARA REDUKTIF


35/43

2,4-D DAN 2,4,5-T(2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid)

Dapat didegradasi oleh

jamur pendegradasi

lignin Diachromitus

squalens


36/43

PENTACHLOROPHENOL (PCP)

Herbisida yang digunakan sejak 1920an Lebih meracun dibandingkan DDT

Dapat didegradasi oleh Lentinus edodes

(shiitake mushroom)

ATRAZIN


37/43

ATRAZIN(2-chloro-4-ethylamino-6-sopropyldiamino-

1,3,5-triazine)

Herbisida yang sering digunakan Sering mencemari air tanah

Dapat didegradsi oleh Pleurotus pulmonarius

BIFENIL TERPOLIKLORINASI


38/43

BIFENIL TERPOLIKLORINASI

(POLYCHORINATED BIPHENYLS, PCBS)

Cairan hidraulik, pembunuh api, pemlastik,pelarut organik, busa karet, serat gelas,senyawa penahan air, bahan penahan suara

Diakumulasi di jaringan adiposeMengakibatkan iritasi, gangguan

reproduksi dan cacat lahir, dan merusakjaringan ginjal, syaraf, dan sistem imun

Sangat stabil


39/43

DEGRADASI PCB

Pemanasan (1200o

C) Hasil degradasi (dioxin) lebih berbahaya daripada

PCB

Tahan transformasi biologis

kecepatan biodegradasi menurun denganbertambahnya jumlah atom Cl-

karbazol dan katekol dioksigenase

Monooksigenase sitokrom P450 tertentu

Enzim yang diproduksi oleh jamur pendegradasi

lignin: laccase dan peroksidase lainnya

Pendegradasi PCB: Phanerochaete ch ryso spor ium ,Nocard ia, Pseudomonas, A lcal igenes, Acinetobacter.

PROSES DEGRADASI PCB


40/43

PROSES DEGRADASI PCB:1. DEHALOGENASI OLEH BAKTERI ANAEROBIK:

DEKLORINASI REDUKTIF

Penggantian Cl oleh H

Hasil akhir bifenil

Dapat dimetabolismeoleh berbagai spesiesbakteri

Pelarutan dipacu oleh

produksi biosurfaktantsebelum proses deklorinasi

Hasil akhir: degradasi PCBsmenjadi CBAs

PROSES DEGRADASI PCB


41/43

PROSES DEGRADASI PCB:2. DEGRADASI OKSIDATIF SENYAWA YANG

KURANG BERHALOGEN

Aerobik: molekul oksigen atau radikal perioksida(OOH) seperti hidrogen perioksida) hingga degradasimenyeluruh dari PCB

Hasil: asam dan alkohol berstruktur cincin

tunggal seperti katekol, asam salisilat, dan asambenzoat

Beberapa hasil antara dapat lebih toksik daripadasenyawa asalnya

Galur: Bu rkholder ia cepaciaLB400 , Pseudomonaspseudoalacal ignesKF707

lanjutan deklorinasi, pemutusan struktur cincin C,dan mineralisasi lanjut hingga sangatmenurunkan toksisitas

Hasil akhir: mineralisasi CBAs menjadi CO2


42/43

BENZO[a] PIRENE, BENZ[a]ANTRASENA,

BENZO[b]FLUORANTENA DAN KRISENA

Membutuhkan sumber

karbon tambahan, co-metabolism


43/43

Terima Kasih

03.biodegradasi senyawa hidrokarbon mikrobia

Documents