支鏈烷之氧化機制

支鏈烷類 (branched alkanes) 相對於直鏈烷類較難以被微生物降解，且支鏈 越多的烷類相較於結構較簡單的支鏈烷類更加頑抗 (recalcitrant)，特別是化合物 中含3 級或 4 級的碳原子結構，其空間障礙會影響氧化酶的作用，故具有降解支 鏈烷能力的微生物相對較少 (Britton 1984)。

一般來說，異十九烷 (pristane or 2, 6, 10, 14-tetramethylpentadecane) 常被當 作微生物降解支鏈烷類的指標，主要是因為其複雜的支鏈結構往往在原油或石油 污染物的降解過程中呈現穩定的存在而不易被分解 (Morgan and Watkinson 1994)。然而具有降解異十九烷能力的微生物早在許多研究中已被證實，例如 Brevibacterium sp. (Pirnik et al. 1974)、Corynebacterium sp. (McKenna and Kallio 1971a)及 Rhodococcus sp. (McKenna and Kallio 1971b, Fraaije et al. 2002)…等。

圖2.4.2-1 為 Pirnik 學者提出的利用菌株 Brevibacterium erythrogens 降解異十 九烷的單末端氧化及雙末端氧化途徑 (Pirnik et al. 1974)。由於 3 級碳的阻礙，

異十九烷首先會經由α-oxidation 形成異十九酸 (pritanoic acid)，接著進行 β-oxidation 形成 trimethyltridecanoic acid、trimethylundodecanoic acid 或是進形 ω-oxidation 形成 trimethyltridecandioic acid 後再進行 β-oxidation，直到異十九烷 被分成成琥珀酸 (succinic acid) 並進入 TCA cycle 為止。

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圖2.4.2-1 菌株 Brevibacterium erythrogens 降解異十九烷的途徑 (Pirnik et al.

1974)。

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大部分異十九烷的降解皆是利用單末端氧化及雙末端氧化途徑來進行。然而 在2009 年，Nhi-Cong 等學者利用 Rhodococcus ruber 及 Mycobacterium neoaurum 以異十九烷為單一培養碳源，研究發現除了單、雙末端氧化途徑以外，R.ruber 及 M. neoaurum 菌株還會以次末端氧化 (subterminal oxidation) 途徑來降解異十 九烷，如圖2.4.2-2 及圖 2.4.2-3 所示 (Nhi-Cong et al. 2009)。

圖2.4.2-2 中的 pathway I 為單末端氧化路徑，此途徑和前面提到的菌株 B.

erythrogenes、Corynebacterium sp.及 Rhodococcus sp.代謝異十九烷的路徑相同。

圖2.4.2-2 中的 pathway II 則是雙末端氧化路徑。異十九烷的單、雙末端氧化途 徑已在前面作了簡介。

Nhi-Cong 等學者在進行異十九烷的中間產物分析時，發現有不同於單、雙 末端氧化的中間產物存在，故推測有第三種降解路徑，即次末端氧化。如圖2.4.2-2 的pathway III 及圖 2.4.2-3 中所示。

Rontani 等學者則認為，次末端氧化的過程中會形成 isopropanol 及 4, 8, 12-trimethyltridecanoic acid (圖 2.4.2-3 中的 pathway IIIB)，而此 acid 會經由單末 端氧化繼續降解 (pathway I) (Rontani et al. 1986)。

Nhi-Cong 等人提出次末端氧化反應首先攻擊第 3 個碳原子並形成一級醇 2, 6, 10, 14-tetramethylpentadecan-3-one 及 2-methylpropanoate，此一級醇又會繼續氧化 成3, 7, 11-trimethyldodecanoate (圖 2.4.2-3 中的 pathway IIIA)。且經由中間產物的 成份分析，更加證實了異十九烷的次末端氧化代謝途徑。3, 7,

11-trimethyldodecanoate 接著氧化成 2,6,10-trimethyldodecandioate，進入 β-oxidation 後成形 3, 7-dimethyldecandioate 及 2-methylbutandioate。

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圖2.4.2-2 異十九烷可能的降解途徑。圖中的標記 (R) 及 (M) 分別代表 R. ruber SBUG 82 及 M. neoaurum SBUG 109 氧化過程中檢測 出的產物 ( means novel metabolic route; means major metabolic route of β-oxidation) (Nhi-Cong et al. 2009)。

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圖2.4.2-3 異十九烷次末端氧化過程中以 2, 6, 10, 14-tetramethyl-pentadecan-3-one 作為中間產物，利用 ketone monooxygenase 進行的兩 種不同單末端氧化反應。Pathway IIIA 為 R. ruber SBUG 82 及 M. neoaurum SBUG 109 的反應途徑 (Nhi-Cong et al. 2009)。Pathway IIIB 為Rontani 等人提出的海洋混合菌株分解異十九烷途徑 (Rontani et al. 1986)。

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