BIODEGRADASI SENYAWA HIDROKARBON

1. BIODEGRADASI SENYAWA HIDROKARBON

2. SENYAWA ORGANIK

3. 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

5. CONTOH STRUKTURSENYAWA ORGANIK

6. KECEPATAN DEGRADASI SENYAWA ORGANIK

7. HIDROKARBON ALIFATIK

8. DEGRADASI HIDROKARBON ALIFATIK (JENUH MAUPUN TAK JENUH) DAN ALISIKLIK (1) Senyawa alisiklik diubah menjadi senyawa alifatik Senyawa alifatik dioksidasi secara terminal maupun subterminal Oksidasi secara terminal menghasilkan alkohol primer (1-alkohol) Oksidasi secara subterminal menghasilkan alkohol sekunder (2-alkohol)

9. 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. OKSIDASI b (BETA)

11. BTEX

13. MIKROBIOLOGI DEGRADASI BTEX SECARA AEROBIK

14. TOLUENE DIOXYGENASE

15. MIKROBIOLOGI DEGRADASI BTEX SECARA ANAEROBIK

17. MINYAK BUMI DAN HIDROKARBON POLISIKLIK AROMATIK LAINNYA

19. MIKROBIOLOGI DEGRADASI HIDROKARBON POLISIKLIK AROMATIK Bakteri Pseudomonas Achromobacter Arthrobacter Mycobacterium Flavobacterium Corneybacterium Aeromonas Anthrobacter Rhodoccus Acinetobacter Jamur Phanerochaete Cunninghamella Penicillium Candida Sporobolomyces Cladosporium Dechloromonas - anaerobic degrader of benzene. Uses perchlorate to break benezne into CO2 given NO3 is available. Benzene is a solvent in many chemical manufacturing processes, such as production of paints and waxes. Also in vehicle exhaust fumes. Dechloromonas - anaerobic degrader of benzene. Uses perchlorate to break benezne into CO2 given NO3 is available. Benzene is a solvent in many chemical manufacturing processes, such as production of paints and waxes. Also in vehicle exhaust fumes.

20. TIDAK SATUPUN MIKROORGANISME MAMPU MENGATASI SEMUA Fenantrena Arthrobacter polychromogens, Mycobacterium sp., Phanerochaete chrysosporium dan Bacillus sp. Naftalena Bacillus sp., dan Phanerochaete chrysosporium Fluorantena dan pirena yang telah terdegradasi secara parsial Mycobacterium sp.

21. PEMECAHAN BERTAHAP HIDROKARBON POLISIKLIK AROMATIK Oksidasi parsial oleh jamur busuk putih (white rot fungi), mengubah hidrokarbon polisiklik aromatik menjadi lebih larut air dan tersedia bagi jasad hidup, bakteri kemudian melanjutkan proses degradasinya

22. 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. STUDI KASUS: Phanerochaete chrysosporium 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. chryososporium

24. OKSIDASI DAN PELARUTAN HIDROKARBON POLISIKLIK AROMATIK OLEH Phanerochaete chrysosporium : Peroksidase: lignin peroksidase (LiP), manganese-dependent peroksidase (MnP) and laccase (L) Reaksi keseluruhan:  oksidasi hidrokarbon polisiklik aromatik 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 kemudian menjadi asam ftalat Fenantrena dioksidasi menjadi 9,10-fenantrena quinon kemudian menjadi asam 1'1'-bifenil-2,2'-dikarboksilat (asam bifenit) Pirena dan benzo[a]pirena dioksidasi secara parsial menjadi beberapa jenis isomer quinon

28. PERANAN JAMUR DALAM BIOREMEDIASI Senyawa terklorinasi atau termetilasi dapat didegradasi oleh jamur – terutama jamur pendegradasio lignin Dapat mendegradasi senyawa rekalsitran Mekanisme demetilasi dan/atau reduktif deklorinasi pemecahan cincin aromatic CO2 dan/atau CH4 dan CO2 sebagai hasil oksidasi akhir

29. JAMUR BUKAN PEMBUSUK PUTIH Deuteromycota Aspergillus niger, Penicillium glabrum, P. janthinellum, zygomycete, Cunninghamella elegans Basidiomycete Crinipellis stipitaria

30. 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.

31. 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

33. KECEPATAN DEGRADASI SENYAWA ORGANIK TERKLORINASI

35. 2,4-D DAN 2,4,5-T (2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid) Dapat didegradasi oleh jamur pendegradasi lignin Diachromitus squalens

36. PENTACHLOROPHENOL (PCP) Herbisida yang digunakan sejak 1920an Lebih meracun dibandingkan DDT Dapat didegradasi oleh Lentinus edodes (shiitake mushroom) DDT (1,1,1-trichloro-2,2-bis(4-chlorophenyl)ethane - hydrophobic) PCPs shown to cause reproductive toxicity, birth defects, behavior changes in animals DDT (1,1,1-trichloro-2,2-bis(4-chlorophenyl)ethane - hydrophobic) PCPs shown to cause reproductive toxicity, birth defects, behavior changes in animals

37. ATRAZIN (2-chloro-4-ethylamino-6-sopropyldiamino-1,3,5-triazine) Herbisida yang sering digunakan Sering mencemari air tanah Dapat didegradsi oleh Pleurotus pulmonarius

38. SENYAWA BI DAN DIFENIL

39. PENGARUH SUBSTITUSI TERHADAP SENYAWA BIFENIL

40. DEGRADASI DDT PADA KONDISI AEROB DAN ANAEROB

41. 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 adipose Mengakibatkan iritasi, gangguan reproduksi dan cacat lahir, dan merusak jaringan ginjal, syaraf, dan sistem imun Sangat stabil

42. DEGRADASI PCB Pemanasan (1200oC) Hasil degradasi (dioxin) lebih berbahaya daripada PCB Tahan transformasi biologis kecepatan biodegradasi menurun dengan bertambahnya 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 chrysosporium, Nocardia, Pseudomonas, Alcaligenes, Acinetobacter. **water insoluble, chemically stable, highly persistant, geochemical half-life of several years; highly chlorinated PCBs rate of PCB biodegradatiaon decreases with increasing number of Cl- atoms in the molecule PCBs containing 2 Cl atoms in the ortho-position of a single ring or on different rings of the biphyenyl molecule confer resistance to biodegradation, with the exception of 2,4,6-trichlorobiphenyl a single ring saturated with Cl atoms is degraded faster than PCBs containing the same total number of Cl atoms on both rings PCBs containing chlorides at 2 and 3 positions, such as 2, 2', 3, 3'-tetrachlobiphenyl, 2, 2', 3, 5'-tetrachlorobiphenyl, and 2, 2', 3', 4, 5-pentachlorobiphenyl, are susceptible to microbial attack initial oxygenation followed by ring-cleavage of the biphenyl molecules occurs with a non-chlorinated or less chlorinated ring ring cleavages accelerate through the unsubstituted ring **water insoluble, chemically stable, highly persistant, geochemical half-life of several years; highly chlorinated PCBs rate of PCB biodegradatiaon decreases with increasing number of Cl- atoms in the molecule PCBs containing 2 Cl atoms in the ortho-position of a single ring or on different rings of the biphyenyl molecule confer resistance to biodegradation, with the exception of 2,4,6-trichlorobiphenyl a single ring saturated with Cl atoms is degraded faster than PCBs containing the same total number of Cl atoms on both rings PCBs containing chlorides at 2 and 3 positions, such as 2, 2', 3, 3'-tetrachlobiphenyl, 2, 2', 3, 5'-tetrachlorobiphenyl, and 2, 2', 3', 4, 5-pentachlorobiphenyl, are susceptible to microbial attack initial oxygenation followed by ring-cleavage of the biphenyl molecules occurs with a non-chlorinated or less chlorinated ring ring cleavages accelerate through the unsubstituted ring

43. PROSES DEGRADASI PCB: 1. DEHALOGENASI OLEH BAKTERI ANAEROBIK: DEKLORINASI REDUKTIF Penggantian Cl oleh H Hasil akhir bifenil Dapat dimetabolisme oleh berbagai spesies bakteri Pelarutan dipacu oleh produksi biosurfaktant sebelum proses deklorinasi Hasil akhir: degradasi PCBs menjadi CBAs Reductive chlorination: this step lowers the toxicity and lipophilicity of higher-chlorinated PCBS, making them more water-soluble, and renders them susceptible to aerobic breakdown (works only for PCBs with 5 or fewer Cl). The ultimate dechlorinated product, biphenyl, is realtively non-toxic and can be completely metabolized by many types of bacteria. Dehalogenase preferentially removes meta- and para-chlorines from higher-chlorinated congeners, thus lowering the amount of coplanar (dioxin-like) congeners). Most anaerobic dehalogenating bacteria leave monochlorobiphenyls, chlorophenol, or chlorobenzoic acid as end products. Aerobic (biphenyl dioxygenase-mediated) PCB breakdown leaves chlorobenzoates as end products. Reductive dehalogenation of these is veyr important for complete PCB catabolism and C cycling into bacterial metabolic pathways. (Pseudomonas sp.) Reductive chlorination: this step lowers the toxicity and lipophilicity of higher-chlorinated PCBS, making them more water-soluble, and renders them susceptible to aerobic breakdown (works only for PCBs with 5 or fewer Cl). The ultimate dechlorinated product, biphenyl, is realtively non-toxic and can be completely metabolized by many types of bacteria. Dehalogenase preferentially removes meta- and para-chlorines from higher-chlorinated congeners, thus lowering the amount of coplanar (dioxin-like) congeners). Most anaerobic dehalogenating bacteria leave monochlorobiphenyls, chlorophenol, or chlorobenzoic acid as end products. Aerobic (biphenyl dioxygenase-mediated) PCB breakdown leaves chlorobenzoates as end products. Reductive dehalogenation of these is veyr important for complete PCB catabolism and C cycling into bacterial metabolic pathways. (Pseudomonas sp.)

44. PROSES DEGRADASI PCB: 2. DEGRADASI OKSIDATIF SENYAWA YANG KURANG BERHALOGEN Aerobik: molekul oksigen atau radikal perioksida (OOH) seperti hidrogen perioksida) hingga degradasi menyeluruh dari PCB Hasil: asam dan alkohol berstruktur cincin tunggal seperti katekol, asam salisilat, dan asam benzoat Beberapa hasil antara dapat lebih toksik daripada senyawa asalnya Galur: Burkholderia cepacia LB400 , Pseudomonas pseudoalacalignes KF707 lanjutan deklorinasi, pemutusan struktur cincin C, dan mineralisasi lanjut hingga sangat menurunkan toksisitas Hasil akhir: mineralisasi CBAs menjadi CO2 Aerobic PCB degradation: (uses either molecular oxygen or perioxide radical (OOH) species such as hydrogen perioxide) complete degradation of PCB to single ring acids and alcohols such as catechol, salicylic acid, and benzoic acid summarized by Wittich (1998). Certain intermediates may be as toxic or more toxic than parent compounds. Strains: Burkholderia cepacia strain LB400 , Pseudomonas pseudoalacalignes KF707 Aerobic PCB degradation: (uses either molecular oxygen or perioxide radical (OOH) species such as hydrogen perioxide) complete degradation of PCB to single ring acids and alcohols such as catechol, salicylic acid, and benzoic acid summarized by Wittich (1998). Certain intermediates may be as toxic or more toxic than parent compounds. Strains: Burkholderia cepacia strain LB400 , Pseudomonas pseudoalacalignes KF707

45. BENZO[a] PIRENE, BENZ[a]ANTRASENA, BENZO[b]FLUORANTENA DAN KRISENA Membutuhkan sumber karbon tambahan, co-metabolism

46. Terima Kasih