Role of humic substances on degradation of aromatic compounds by oxidoreductive enzymes

บทบาทของสารฮิวมิคต่อการย่อยสลายสารอะโรมาติกโดยเอนไซม์ออกซิโดรีดักทีฟ

Name: Apaporn Siripornprasarn

LCSH: Humic acid

LCSH: Aromatic compounds

LCSH: Bioremediation

Abstract: To improve the efficiency of bioremediation strategies, we must understand the effects of humic substances (HS) on pollutant biodegradation. The possible roles of humic acid (HA) and fulvic acid (FA) are that they: 1) can deactivate enzyme responsible for biodegradation, 2) can act as competitive enzymatic substrates or 3) are enzymatically inert but sequester the pollutant substrate and protect it from enzymatic degradation. In part 1 experiment, degradation of pentachlorophenol (PCP) by purified laccase isolated from Trametes versicolor in combination with one of these HS, Aldrich humic acid (AHA), Leonardite humic acid (LHA), Suwannee River fulvic acid (SRFA), and Waskish peat fulvic acid (WFA) at 28°C and pH 5.0 was studied. In part 2, degradation of phenanthrene by crude fungal ligninolytic enzymes from Agrocybe sp. CU 43 in addition of HS and dissolved organic matter (DOM) from rice paddy field soil were used to test those three hypotheses. Both experiments showed that HS and DOM exhibited inhibitory effects for enzymatic degradation of the pollutants. The enzymatic degradation rate of the pollutants was slower with the increase concentration of HS and DOM. However, HS and DOM could not deactivate enzymes. HS and DOM showed the capabilities to associate with PCP and phenanthrene, protecting the pollutants from enzymatic degradation; consequently the pollutants’ bioavailability was decreased. The inhibitory effect of HS and DOM by competitive or linear mixed types for the pollutant degradation suggest that HS and DOM could, moreover, be substrates for the enzymes. Lower degradation rate constants (ḱ) were found in HS with higher inhibitor binding constants (Ki) and binding constant (Kdom). Terrestrial HA which occupied higher % aromaticity and molecular weight exhibited stronger Ki and Kdom than aquatic FA. This is the first time to clarify the mechanisms by which HS and DOM alter enzymatic degradation rate of the model pollutants. We proposed the model of which once aromatic pollutants enter the environment containing HS and DOM, they could firstly be sorbed to HS and DOM, decreasing biodegradation rate. Then, unbound pollutants would be degraded by enzyme, while HS and DOM could act as substrates for enzymes. Amount and nature of HS and DOM could be important factors in the sorption phenomena and inhibitory effect. Higher aromaticity and molecular weight HS showed the higher propensity in sorption and stronger inhibitor, providing longer time for bioremediation.

Abstract: เพื่อพัฒนาประสิทธิภาพของการบำบัดทางชีวภาพ จำเป็นต้องเข้าใจบทบาทของสารฮิวมิคต่อการย่อยสลายสารปนเปื้อน บทบาทที่เป็นไปได้ของกรดฮิวมิคและกรดฟูลวิค ได้แก่ 1) สามารถทำลายคุณสมบัติการย่อยสลายของเอนไซม์ที่มีหน้าที่บำบัดทางชีวภาพ 2) สามารถประพฤติตัวเป็นสับสเตรทและแข่งขันกับสารปนเปื้อนในการย่อยสลายโดยเอนไซม์ หรือ 3) ไม่ทำปฏิกิริยากับเอนไซม์แต่ดูดซับและปกป้องสารปนเปื้อนจากการย่อยสลาย การทดลองช่วงที่ 1 มีการศึกษาการย่อยสลายสารเพนตะคลอโรฟีนอล (PCP) โดยแลคเคสบริสุทธิ์ซึ่งแยกจาก Trametes versicolor ร่วมกับสารฮิวมิคอย่างใดอย่างหนึ่งต่อไปนี้ Aldrich humic acid (AHA), Leonardite humic acid (LHA), Suwannee River fulvic acid (SRFA), และ Waskish peat fulvic acid (WFA) ที่ 28°C และ pH 5.0 การทดลองช่วงที่ 2 การย่อยสลายสารฟีแนนทรีนโดยเอนไซม์ลิกนินโนไลติกจากเชื้อ Agrocybe sp. CU 43 ร่วมกับสารฮิวมิคและสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำ (DOM) จากดินนาถูกนำมาใช้เพื่อทดสอบสมมติฐานทั้งสามข้อ การทดลองทั้งสองช่วงแสดงว่าสารฮิวมิคและ DOM มีผลการยับยั้งเอนไซม์ที่ย่อยสลายสารปนเปื้อน อัตราการย่อยสลายสารปนเปื้อนโดยเอนไซม์มีอัตราน้อยลงเมื่อสารฮิวมิคและ DOM มีความเข้มข้นสูงขึ้น อย่างไรก็ตาม สารฮิวมิคและ DOM ไม่สามารถทำลายคุณสมบัติการย่อยสลายของเอนไซม์ สารฮิวมิคและ DOM แสดงความสามารถในการดูดซับ PCP และฟีแนนทรีนและปกป้องสารนั้นจากการย่อยสลายโดยเอนไซม์ ดังนั้นความสามารถในการนำไปใช้ทางชีวภาพของสารปนเปื้อนจึงลดลง ความ สามารถในการยับยั้งของสารฮิวมิคและ DOM แบบแข่งขันหรือแบบผสมต่อการย่อยสลายสารปนเปื้อนชี้ให้ เห็นว่าสารฮิวมิคและ DOM สามารถเป็นสับสเตรทของเอนไซม์ได้ ค่าคงที่ของอัตราการย่อยสลาย (ḱ) ที่ลดลงถูกพบในสารฮิวมิคที่มีค่าคงที่การยับยั้งเอนไซม์ (Ki) และค่าคงที่การดูดซับ (Kdom) ที่สูงกว่า กรดฮิวมิคที่มี ต้นกำเนิดจากดินซึ่งมีเปอร์เซ็นต์อะโรมาติกและน้ำหนักโมเลกุลสูงกว่าแสดงค่า Ki และ Kdom มากกว่าสาร ฟูลวิคที่มีต้นกำเนิดจากแหล่งน้ำ รายงานนี้เป็นรายงานแรกที่แสดงกลไกของสารฮิวมิคและ DOM ซึ่งเปลี่ยนแปลงอัตราการย่อยสลายสารปนเปื้อนที่ถูกใช้เป็นแบบจำลองโดยเอนไซม์ รายงานนี้ได้เสนอแบบจำลองที่ว่าเมื่อสารปนเปื้อนเข้าสู่สิ่งแวดล้อมซึ่งมีสารฮิวมิคและ DOM เป็นองค์ประกอบ ขั้นแรก สารปนเปื้อนจะถูกดูดซับโดยสารฮิวมิคและ DOM และลดอัตราการย่อยสลายลง จากนั้น สารปนเปื้อนที่ไม่ถูกดูดซับจะถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์ ในขณะที่สารฮิวมิคและ DOM สามารถเป็นสับสเตรทของเอนไซม์ ปริมาณและคุณลักษณะของสารฮิวมิคและ DOM เป็นปัจจัยสำคัญในการดูดซับและการยับยั้งเอนไซม์ สารฮิวมิคที่มีค่าอะโรมาติกและน้ำหนักโมเลกุลสูงมีแนวโน้มในการถูกดูดซับและการยับยั้งเอนไซม์ที่สูงกว่า ส่งผลให้การบำบัดทางชีวภาพใช้เวลานานขึ้น

Chulalongkorn University. Office of Academic Resources

Address: BANGKOK

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Nanny, Mark A.

Role: advisor

Name: Ekawan Luepromchai

Role: co-advisor

Created: 2008

Modified: 2021-07-07

Issued: 2021-07-07

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/53560

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Environmental Management

Grantor: Chulalongkorn University

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	apaporn_si_TDC.pdf	22.45 MB

ใช้เวลา

0.020876 วินาที