Mikrobiologiczny rozkład kwasu galusowego

Kwas galusowy należy do grupy roślinnych związków zwanych polifenolami. Związek ten występuje w roślinach w postaci wolnej i związanej w estrach. Rozkład GA zachodzi zarówno w tlenowych, jak i beztlenowych warunkach, a główną rolę w jego degradacji odgrywają mikroorganizmy. Kluczowymi enzymami tlenowej degradacji GA są, należące do oksygenaz, dioksygenazy rozszczepiające, katalizujące rozpad pierścienia aromatycznego z udziałem tlenu. Tlenowa degradacja kwasu galusowego u bakterii może zachodzić szlakiem meta, inicjowanym przez dioksygenazę galusanową i 4,5-dioksygenazę protokatechową, lub szlakiem orto, zapoczątkowanym aktywnością 3,4-dioksygenazy protokatechowej. Produktami rozkładu GA stwierdzonymi u Pseudomonas putida są pirogronian i szczawiooctan. Rozkład GA z udziałem tlenu powiązany jest również ze szlakiem ß-ketoadypinowym kwasu protokatechowego, którego końcowymi produktami są acetylo-CoA i bursztynylo-CoA. Stwierdzono także obecność tlenowej degradacji GA u grzybów. Głównymi związkami przejściowymi beztlenowej degradacji GA są floroglucyna oraz rezorcyna. Kluczowym produktem przejściowym w degradacji kwasu galusowego poprzez floroglucynę jest 3-hydroksy-5-ketoheksanian (HOHN). Rezorcyna, drugi produkt przejściowy beztlenowej degradacji GA, powstaje z floroglucyny i pirogalolu przez dehydroksylację. Związek ten może ulegać następnie redukcji z udziałem reduktazy rezorcynowej lub hydrolizie do kwasu 5-keto-2-heksenowego.

Gallic acid (3,4,5-trihydroxybenzoic acid) is widely distributed throughout the plant kingdom. It is present in almost all plants. High gallic acid contents can be found in gallnuts, grapes, tea, hops and oak bark. According to its biochemical properties gallic acid is an industrially important chemical used as an antioxidant in food, cosmetics and pharmaceutical industries. It possesses a lot of potential therapeutic properties including anti-cancer and antimicrobial ones. The gallic acid is readily utilized by oxidative breakdown to simple aliphatic acids that are metabolized through the citric acid cycle. Although different aerobic pathways for the aromatic acids biodegradation are known they usually involve the formation of protocatechuate as a common intermediate. Protocatechuate may be cleaved by protocatechuate 3.4- dioxygenase [EC 1.13.11.3], which catalyzes the intradiol addition of molecular oxygen and forms 2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid as well as protocatechuate 4.5-dioxygenase [1.13.11.8] that catalyzes extradiol addition of molecular oxygen result in 4-carboxy-2-hydroxy-cis,cis-muconic semialdehyde formation. Another mechanism of gallic acid degradation is observed in fungi. In Aspergillus niger gallic acid is oxidatively cleaved by an oxygenase to unstable tricarboxylic intermediate decarboxylated by an oxidative decarboxylase to cis-aconitic acid enter the citric acid cycle. Aspergillus flavus degrades gallic acid to oxaloacetic acid and finally pyruvic acid through the tricarboxylic acid intermediates. Different mechanisms of anaerobic breakdown of gallic acid are known. At the first step of its degradation gallate is decarboxylated to 1,2,3-trihydroxybenzene, which is isomerized to phloroglucinol by pyrogallol-phloroglucinol isomerase and then reduced to dihydrophloroglucinol by phloroglucinol reductase. In the next step dihydrophloroglucinol is converted to 3-hydroxy-5-oxohexanonic acid (HOHN) by dihydrophloroglucinol hydrolase. Then, HOHN may be degraded through different pathways. The first one is its conversion to 3,5-dioxohexanoate (triacetate) by HOHN dehydrogenase and ultimately to three molecules of acetyl-CoA via triacetyl-CoA by the sequential enzymatic reactions catalyzed by triacetyl-CoA transferase, triacetate-ketothiolase, acetoacetyl-CoA-ketothiolase, phosphotransacetylase and acetate kinase. In methanogenic conditions HONH-CoA is transformed to butyrate or acetate, which are finally degraded to methane and carbon dioxide.