alifatik aromatik
TRANSCRIPT
BIODEGRADASI SENYAWA HIDROKARBON
Nama : Novi LarasatiNPM : A1F009039
SENYAWA ORGANIK
Senyawa bukan siklik (hidrokarbon alifatik)
Senyawa siklik - hidrokarbon alisiklik - hidrokarbon aromatik
Senyawa heterosiklik
KLASIFIKASI SENYAWA HIDROKARBON (1)
HidrokarbonHidrokarbon hidrokarbon alifatik, jenuh dan tak jenuhhidrokarbon alifatik, jenuh dan tak jenuh hidrokarbon alisiklik hidrokarbon alisiklik hidrokarbon aromatikhidrokarbon aromatik hidrokarbon polisiklik aromatic (PAHs)hidrokarbon polisiklik aromatic (PAHs)
Senyawa terhalogenasiSenyawa terhalogenasi senyawa alifatik terhalogenasisenyawa alifatik terhalogenasi senyawa aromatik terhalogenasi senyawa aromatik terhalogenasi eter terhalogenasieter terhalogenasi senyawa terhalogenasi lainnyasenyawa terhalogenasi lainnya
✦ 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)
AlkanaHidrokarbon aromatik
Hidrokarbon polisiklik aromatik
Senyawa nitro Organohalida
Cincin benzenoid tipe bifenil
CONTOH STRUKTURSENYAWA ORGANIK
KECEPATAN DEGRADASI SENYAWA ORGANIK
SenyawaSenyawaKondisiKondisi
AerobicAerobic AnaerobicAnaerobic
AcetoneAcetone 11 11
BTEXBTEX 11 2 to 42 to 4
PAH’sPAH’s 11 3 to 43 to 4
1. Cepat terdegradasi 2. Agak lambat terdegradasi3. Lambat terdegradasi 4. Tidak terdegradasi
HIDROKARBON ALIFATIK
DEGRADASI HIDROKARBON ALIFATIK (JENUH MAUPUN TAK
JENUH) DAN ALISIKLIK (1)
Senyawa alisiklik diubah menjadi senyawa Senyawa alisiklik diubah menjadi senyawa alifatikalifatik
Senyawa alifatik dioksidasi secara terminal Senyawa alifatik dioksidasi secara terminal maupun subterminalmaupun subterminal
Oksidasi secara terminal menghasilkan Oksidasi secara terminal menghasilkan alkohol primer (1-alkohol)alkohol primer (1-alkohol)
Oksidasi secara subterminal menghasilkan Oksidasi secara subterminal menghasilkan alkohol sekunder (2-alkohol)alkohol sekunder (2-alkohol)
DEGRADASI HIDROKARBON ALIFATIK (JENUH MAUPUN TAK
JENUH) DAN ALISIKLIK (2)
Oksidasi selanjutnya mengubah alkohol Oksidasi selanjutnya mengubah alkohol primer menjadi asam alkanoat (asam primer menjadi asam alkanoat (asam lemak)lemak)
Asam alkanoat didegradasi melalui oksidasi Asam alkanoat didegradasi melalui oksidasi ββ seperti halnya asam lemak seperti halnya asam lemak
OKSIDASI β (BETA)
BTEXBenzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene
Hidrokarbon monoaromatik volatil
Sering ditemukan bersama-sama dalam minyak bumi
Penyebab utama pencemaran lingkungan
MIKROBIOLOGI DEGRADASI BTEX SECARA AEROBIK
• Genera utama: Pseudomonas, Burkhoderia, dan Xanthomonas
• Pseudomonas: kemoorganotrof, aerobik, bakteri berbentuk batang
• Diisolasi dari lingkungan tercmar• Beberapa bersifat patogen• 1968: Telah diisolasi beberapa galur Pseudomonas
putida yang • Tumbuh di etilbenzena, benzena, dan toluena• Memiliki enzim toluena dioksigenase!
TOLUENE DIOXYGENASE
Mengkatalisis lebih dari 108 macam reaksi, termasuk
1. Senyawa aromatik monosiklik 2. Senyawa polisiklik aromatik
3. Senyawa aromatik terhubung (bifenil)
4.4. Senyawa lainnyaSenyawa lainnya
MIKROBIOLOGI DEGRADASI BTEX SECARA ANAEROBIK
• Mikroorganisme yang mampu mendegradasi BTEX secara anaerobik
• Pendenitrifikasi, misalnya Thauera aromatica
• Pereduksi besi
• Pereduksi sulfat, misalnya Desulfovibrio, Desulfobacter
• Penghasil metana
• Biasanya memerlukan kerjasama beberapa jenis mikroorganisme
MINYAK BUMI DAN HIDROKARBON POLISIKLIK AROMATIK LAINNYA
Karsinogen, mutagenKarsinogen, mutagen
Proses degradasi lambat Proses degradasi lambat karenakarena
Sifatnya hidrofobik, Sifatnya hidrofobik, atau kelarutannya atau kelarutannya dalam air rendahdalam air rendah
Terjerap kuat pada Terjerap kuat pada partikel tanahpartikel tanah
PEMECAHAN HIDROKARBON
POLISIKLIK AROMATIK
SECARA BERTAHAP
MELALUI OXIDASI
MIKROBIOLOGI DEGRADASI HIDROKARBON POLISIKLIK AROMATIK
BakteriBakteri PseudomonasPseudomonas AchromobacterAchromobacter ArthrobacterArthrobacter Mycobacterium Mycobacterium FlavobacteriumFlavobacterium Corneybacterium Corneybacterium AeromonasAeromonas AnthrobacterAnthrobacter RhodoccusRhodoccus AcinetobacterAcinetobacter
Jamur Jamur Phanerochaete Phanerochaete CunninghamellaCunninghamella PenicilliumPenicillium Candida Candida Sporobolomyces Sporobolomyces CladosporiumCladosporium
TIDAK SATUPUN MIKROORGANISME MAMPU
MENGATASI SEMUA FenantrenaFenantrena
Arthrobacter polychromogens, Arthrobacter polychromogens, MycobacteriumMycobacterium sp., sp., Phanerochaete Phanerochaete chrysosporiumchrysosporium dan dan Bacillus sp.Bacillus sp.
Naftalena Naftalena Bacillus sp.Bacillus sp., dan , dan Phanerochaete Phanerochaete
chrysosporiumchrysosporium Fluorantena dan pirena yang telah terdegradasi Fluorantena dan pirena yang telah terdegradasi
secara parsialsecara parsial MycobacteriumMycobacterium sp. sp.
PEMECAHAN BERTAHAP HIDROKARBON POLISIKLIK AROMATIK
Oksidasi parsial oleh Oksidasi parsial oleh jamur busuk putih jamur busuk putih ((white rot fungiwhite rot fungi), ), mengubah mengubah hidrokarbon polisiklik hidrokarbon polisiklik aromatik menjadi aromatik menjadi lebih larut air dan lebih larut air dan tersedia bagi jasad tersedia bagi jasad hidup,hidup,
bakteri kemudian bakteri kemudian melanjutkan proses melanjutkan proses degradasinyadegradasinya
JAMUR BUSUK PUTIH (White Rot fungi, Basidiomycota)
Merasmiellus troyanusMerasmiellus troyanus, , PleurotusPleurotus spp., spp., PhanerochaetePhanerochaete spp., spp., Trametes versicolorTrametes versicolor
Memiliki sistem ligninolitikMemiliki sistem ligninolitik Pembusukan dipercepat olehPembusukan dipercepat oleh
adanya media tumbuh padat, misalnya seresah, adanya media tumbuh padat, misalnya seresah, yang berfungsi sebagai sumber karbonyang berfungsi sebagai sumber karbon
Penambahan surfaktan (Tween 80) Penambahan surfaktan (Tween 80) Akan tetapi memunculkan masalah Akan tetapi memunculkan masalah
pembuangan limbahnyapembuangan limbahnya
STUDI KASUS: Phanerochaete chrysosporium
Mampu mendegradasi berbagai senyawa hidrofobik Mampu mendegradasi berbagai senyawa hidrofobik pencemar tanah yang persistenpencemar tanah yang persisten
Kemampuan degradasi yang luas ditemukan di tahun Kemampuan degradasi yang luas ditemukan di tahun 1980an1980an
Bukan mikroorganisme tanah sehingga tidak Bukan mikroorganisme tanah sehingga tidak dikhawatirkan akan merajai lingkungan tanahdikhawatirkan akan merajai lingkungan tanah
Membutuhkan tambahan sumber C, misalnya tongkol Membutuhkan tambahan sumber C, misalnya tongkol jagung, gambut, cacahan kayu atau jeramijagung, gambut, cacahan kayu atau jerami Nisbah C:N=80:1 (jerami) hingg 350:1 (cacahan kayu)Nisbah C:N=80:1 (jerami) hingg 350:1 (cacahan kayu) Peningkatan nisbah C:N di tanah kaya N mengubah Peningkatan nisbah C:N di tanah kaya N mengubah
lingkungan yang menguntungkan bagi lingkungan yang menguntungkan bagi P. P. chryososporiumchryososporium
OKSIDASI DAN PELARUTAN HIDROKARBON POLISIKLIK AROMATIK
OLEH Phanerochaete chrysosporium : Peroksidase: lignin peroksidase (LiP), manganese-Peroksidase: lignin peroksidase (LiP), manganese-
dependent peroksidase (MnP) and laccase (L) dependent peroksidase (MnP) and laccase (L) Reaksi keseluruhan: oksidasi hidrokarbon polisiklik Reaksi keseluruhan: oksidasi hidrokarbon polisiklik
aromatik oleh peroksidase menjadi quinon; dan dilanjutkan aromatik oleh peroksidase menjadi quinon; dan dilanjutkan menjadi COmenjadi CO22
Hasil metabolisme seperti Hasil metabolisme seperti quinonquinon 1000- to 100,000 x lebih 1000- to 100,000 x lebih larut daripada senyawa asalnyalarut daripada senyawa asalnya AntrasenaAntrasena dioksidasi menjadi 9,10-antraquinon kemudian dioksidasi menjadi 9,10-antraquinon kemudian
menjadi asam ftalatmenjadi asam ftalat FenantrenaFenantrena dioksidasi menjadi 9,10-fenantrena quinon dioksidasi menjadi 9,10-fenantrena quinon
kemudian menjadi asam 1'1'-bifenil-2,2'-dikarboksilat kemudian menjadi asam 1'1'-bifenil-2,2'-dikarboksilat (asam bifenit)(asam bifenit)
PirenaPirena dan dan benzo[benzo[αα]pirena]pirena dioksidasi secara parsial dioksidasi secara parsial menjadi beberapa jenis isomer quinonmenjadi beberapa jenis isomer quinon
Dix and Webster, 1995
Dix and Webster, 1995
Dix and Webster, 1995
PERANAN JAMUR DALAM BIOREMEDIASI
Senyawa terklorinasi atau termetilasi dapat Senyawa terklorinasi atau termetilasi dapat didegradasi oleh jamur – terutama jamur didegradasi oleh jamur – terutama jamur pendegradasio ligninpendegradasio lignin Dapat mendegradasi senyawa rekalsitranDapat mendegradasi senyawa rekalsitran MekanismeMekanisme
demetilasi dan/atau reduktif deklorinasi demetilasi dan/atau reduktif deklorinasi pemecahan cincin aromaticpemecahan cincin aromatic COCO22 dan/atau CH dan/atau CH44 dan CO dan CO22 sebagai hasil sebagai hasil
oksidasi akhir oksidasi akhir
JAMUR BUKAN PEMBUSUK PUTIH
DeuteromycotaDeuteromycota Aspergillus nigerAspergillus niger, , PenicilliumPenicillium glabrumglabrum,,
P. janthinellum, P. janthinellum, zygomycete,zygomycete, Cunninghamella elegansCunninghamella elegans
Basidiomycete Basidiomycete Crinipellis stipitariaCrinipellis stipitaria
MEKANISME DEGRADASI HIDROKARBON POLISIKLIK AROMATIK PADA JAMUR
BUKAN PEMBUSUK PUTIH
Sistem enzim monooksigenase Sitokrom P-450 Sistem enzim monooksigenase Sitokrom P-450 pada jamur bukan pembusuk putih memiliki pada jamur bukan pembusuk putih memiliki kemiripan dengan sistem yang dimiliki mamaliakemiripan dengan sistem yang dimiliki mamalia langkah 1. pembentukan monofenol, difenol, langkah 1. pembentukan monofenol, difenol,
dihidrodiol dan quinondihidrodiol dan quinon langkah 2. terbentuk gugus tambahan yang langkah 2. terbentuk gugus tambahan yang
larut air (misalnya sulfat, glukuronida, ksilosida, larut air (misalnya sulfat, glukuronida, ksilosida, glukosida). Senyawa ini merupakan hasil glukosida). Senyawa ini merupakan hasil detoksikasi pada jamur dan mamalia.detoksikasi pada jamur dan mamalia.
CONTOH DEGRADASI HIDROKARBON POLISIKLIK AROMATIK OLEH JAMUR
BUKAN PEMBUSUK PUTIH
bahan peledak pirenabahan peledak pirena Crinipellis stipitariaCrinipellis stipitaria
2,4,6-trinitrotoluena (TNT)2,4,6-trinitrotoluena (TNT) Galur basidiomycetes pembusuk kayu dan Galur basidiomycetes pembusuk kayu dan
seresah, misalnyaseresah, misalnya Clitocybula dusenii Clitocybula dusenii, , Stropharia rugosa-annulataStropharia rugosa-annulata, , Phanerochaete Phanerochaete chrysosporiumchrysosporium
Gliseril trinitrat (nitrogliserin-1,2,3-propanatriol Gliseril trinitrat (nitrogliserin-1,2,3-propanatriol trinitrat) – bahan mesiutrinitrat) – bahan mesiu Penicillum corylophilumPenicillum corylophilum
STRUKTUR KIMIA
PESTISIDA AROMATIK
TERKLORINASI
KECEPATAN DEGRADASI SENYAWA ORGANIK TERKLORINASI
SenyawaSenyawaKondisiKondisi
AerobikAerobik AnaerobikAnaerobikPCB sangat PCB sangat tersubstitusitersubstitusi 44 22
Kurang tersubstitusiKurang tersubstitusi 22 44
Etena terklorinasiEtena terklorinasi
PCEPCE 44 1 - 21 - 2
TCETCE 33 1 - 21 - 2
DCEsDCEs 33 2 - 32 - 3
Vinil kloridaVinil klorida 1 - 21 - 2 3 - 43 - 4
1. Highly biodegradable 2. Moderately biodegradable3. Slow biodegradation 4. Not biodegraded
DEKLORINASI DAN DEMETILASI DECAMBA SECARA REDUKTIF
2,4-D DAN 2,4,5-T (2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid)
Dapat didegradasi oleh Dapat didegradasi oleh jamur pendegradasi jamur pendegradasi lignin lignin Diachromitus Diachromitus squalenssqualens
PENTACHLOROPHENOL (PCP)
Herbisida yang digunakan sejak 1920an Herbisida yang digunakan sejak 1920an Lebih meracun dibandingkan DDT Lebih meracun dibandingkan DDT Dapat didegradasi oleh Dapat didegradasi oleh Lentinus edodesLentinus edodes
(shiitake mushroom)(shiitake mushroom)
ATRAZIN (2-chloro-4-ethylamino-6-
sopropyldiamino-1,3,5-triazine)
Herbisida yang sering digunakanHerbisida yang sering digunakan Sering mencemari air tanahSering mencemari air tanah Dapat didegradsi oleh Dapat didegradsi oleh Pleurotus pulmonariusPleurotus pulmonarius
SENYAWA BI DAN DIFENIL
PENGARUH SUBSTITUSI TERHADAP SENYAWA BIFENIL
DEGRADASI DDT PADA KONDISI AEROB DAN ANAEROB
BIFENIL TERPOLIKLORINASI (POLYCHORINATED BIPHENYLS, PCBS)
Cairan hidraulik, pembunuh api, pemlastik, Cairan hidraulik, pembunuh api, pemlastik, pelarut organik, busa karet, serat gelas, pelarut organik, busa karet, serat gelas, senyawa penahan air, bahan penahan suara senyawa penahan air, bahan penahan suara
Diakumulasi di jaringan adipose Diakumulasi di jaringan adipose Mengakibatkan iritasi, gangguan Mengakibatkan iritasi, gangguan
reproduksi dan cacat lahir, dan merusak reproduksi dan cacat lahir, dan merusak jaringan ginjal, syaraf, dan sistem imunjaringan ginjal, syaraf, dan sistem imun
Sangat stabil Sangat stabil
DEGRADASI PCB Pemanasan (1200Pemanasan (1200ooC)C)
Hasil degradasi (dioxin) lebih berbahaya daripada Hasil degradasi (dioxin) lebih berbahaya daripada PCBPCB
Tahan transformasi biologisTahan transformasi biologis kecepatan biodegradasi menurun dengan kecepatan biodegradasi menurun dengan
bertambahnya jumlah atom Clbertambahnya jumlah atom Cl-- karbazol dan katekol dioksigenasekarbazol dan katekol dioksigenase Monooksigenase sitokrom P450 tertentuMonooksigenase sitokrom P450 tertentu Enzim yang diproduksi oleh jamur pendegradasi Enzim yang diproduksi oleh jamur pendegradasi
lignin: laccase dan peroksidase lainnyalignin: laccase dan peroksidase lainnya Pendegradasi PCBPendegradasi PCB: Phanerochaete chrysosporium, : Phanerochaete chrysosporium,
Nocardia, Pseudomonas, Alcaligenes, Acinetobacter. Nocardia, Pseudomonas, Alcaligenes, Acinetobacter.
PROSES DEGRADASI PCB: 1. DEHALOGENASI OLEH BAKTERI ANAEROBIK:
DEKLORINASI REDUKTIF
Penggantian Cl oleh H Penggantian Cl oleh H Hasil akhir bifenilHasil akhir bifenil
Dapat dimetabolisme Dapat dimetabolisme oleh berbagai spesies oleh berbagai spesies bakteri bakteri
Pelarutan dipacu oleh Pelarutan dipacu oleh produksi biosurfaktant produksi biosurfaktant sebelum proses deklorinasisebelum proses deklorinasi
Hasil akhir: degradasi PCBs Hasil akhir: degradasi PCBs menjadi CBAsmenjadi CBAs
PROSES DEGRADASI PCB: 2. DEGRADASI OKSIDATIF SENYAWA YANG
KURANG BERHALOGEN Aerobik: molekul oksigen atau radikal perioksida Aerobik: molekul oksigen atau radikal perioksida
(OOH) seperti hidrogen perioksida) hingga degradasi (OOH) seperti hidrogen perioksida) hingga degradasi menyeluruh dari PCBmenyeluruh dari PCB Hasil: asam dan alkohol berstruktur cincin Hasil: asam dan alkohol berstruktur cincin
tunggal seperti katekol, asam salisilat, dan asam tunggal seperti katekol, asam salisilat, dan asam benzoatbenzoat
Beberapa hasil antara dapat lebih toksik daripada Beberapa hasil antara dapat lebih toksik daripada senyawa asalnya senyawa asalnya
Galur: Galur: Burkholderia cepacia Burkholderia cepacia LB400 ,LB400 , Pseudomonas Pseudomonas pseudoalacalignes pseudoalacalignes KF707KF707 lanjutan deklorinasi, pemutusan struktur cincin C, lanjutan deklorinasi, pemutusan struktur cincin C,
dan mineralisasi lanjut hingga sangat dan mineralisasi lanjut hingga sangat menurunkan toksisitasmenurunkan toksisitas
Hasil akhir: mineralisasi CBAs menjadi COHasil akhir: mineralisasi CBAs menjadi CO22
BENZO[a] PIRENE, BENZ[a]ANTRASENA, BENZO[b]FLUORANTENA DAN KRISENA
Membutuhkan sumber Membutuhkan sumber karbon tambahan, co-karbon tambahan, co-metabolismmetabolism
Terima Kasih