Miglioramento delle attuali metodiche di determinazione dell'attività enzimatica nel suolo

Una caratteristica peculiare del suolo, unica in natura, è quella di possedere molecole enzimatiche che, pur originando dalle cellule viventi (intracellulare), in seguito alla loro lisi possono essere "naturalmente stabilizzate" attraverso processi di adsorbimento-interazione con i numerosi colloidi organo-minerali presenti nel suolo stesso, invece che essere degradate dalla biomassa microbica del suolo, come di solito accade per qualunque molecola proteica che arrivi al suolo stesso. I metodi attualmente usati per la stima delle attività enzimatiche nel suolo derivano ovviamente dall'enzimologia classica ma sono stati ampiamente riadattati a causa dei numerosi limiti metodologici che un sistema così complesso ed eterogeneo come il suolo può creare. Inoltre, tali metodi non sono in grado discriminare tra attività enzimatica intra- ed extra-cellulare, ma piuttosto misurano un'attività enzimatica totale. Lo scopo del presente progetto è essenzialmente quello di risolvere e superare le maggiori limitazioni insite negli attuali metodi di determinazione dell'attività enzimatica del suolo, al fine di rendere tale parametro più affidabile e riproducibile come bio-indicatore di stati di stress/disturbo del suolo indotti da fattori sia biotici che abiotici. Tra i maggiori fattori che attualmente limitano la validità di un saggio enzimatico del suolo come bio-indicatore è senz'altro la durata troppo lunga del saggio stesso, con conseguente cambiamento delle condizioni, soprattutto biologiche, del suolo dall'inizio del saggio. Inoltre, riuscire a discriminare fra attività enzimatica intra- ed extracellulare nel suolo costituirebbe un notevole salto qualitativo per l'interpretazione del significato dell'attività enzimatica, poichè la prima in qualche modo è correlabile alla crescita della popolazione microbica, mentre la seconda indica la capacità "innata" del suolo, perchè indipendente dalla crescita microbica, a mobilizzare nutrienti od abbattere carichi inquinanti.

Nel suolo gli enzimi possono originare dai microrganismi, dalle piante o dagli animali che in esso vivono, sia per secrezione attiva che per rilascio passivo. Tali enzimi possono essere presenti: a) in forma attiva (liberi nella soluzione del suolo oppure dentro le cellule viventi microbiche, vegetali o animali; b) in forma quiescente quali endospore batteriche, spore fungine, cisti di protozoi o semi vegetali; c) associati a cellule morte o a spoglie cellulari; d) in complessi colloidali enzima-substrato, nel caso di substrati macromolecolari; e) adsorbiti sui minerali argillosi e/o inglobati in copolimeri polifenolici con formazione di complessi argillo-umo-enzimatici (Nannipieri et al., 2002). Nell’ultimo caso gli enzimi assumono di conseguenza conformazioni più stabili rispetto a condizioni ambientali di stress quali valori non ottimali di pH, alte temperature, alta forza ionica, siccità, presenza di metalli pesanti, nonché attività degradativa di enzimi proteolitici. Nel suolo, cioè, ci sono le condizioni perchè gli enzimi vengano “naturalmente stabilizzati” e quindi costituiscano un fattore biocatalitico permanente ed extra-cellulare. Tuttavia, quest'ultima frazione enzimatica di solito risulta meno efficiente, dal punto di vista cinetico, degli enzimi liberi in soluzione, sia in termini di affinità per il substrato (Km) che di velocità di reazione (Vmax). Pertanto gli enzimi del suolo possono essere sostanzialmente suddivisi in intra- o extracellulari, a seconda che siano presenti all'interno (deidrogenasi) o all'esterno (cellulasi, ligninasi, etc.) delle cellule. Alcuni enzimi, invece, possono essere presenti sia all'interno che all'esterno delle cellule viventi (ureasi, ß-glucosidasi, fosfatasi, glutaminasi, etc.). L'esistenza di localizzazioni diverse di stesse classi enzimatiche e di forme stabili strettamente legate alle particelle del suolo ne rende difficile l'estrazione e lo studio dell’attività catalitica. La determinazione di una certa attività enzimatica nel terreno, infatti, può comportare delle difficoltà sia in termini di definizione di un metodo ottimale di saggio applicabile a diversi tipi di suolo, che di interpretazione dei risultati ottenuti. Va innanzitutto considerato che le attività enzimatiche che si misurano nel suolo sono molto differenti da quelle che si determinano in sistemi omogenei, con cinetiche allo stato stazionario (substrato saturante, pH e temperature ottimali e costanti), dal momento che nel suolo i substrati naturali sono presenti per lo più in concentrazioni limitanti e sono metabolizzati in ambienti a reazione variabile. Nannipieri P., Kandeler E., Ruggiero P. (2002) Enzyme activities and microbiological and biochemical processes in soil. In: Enzymes in the Environment – Activity, Ecology and Applications (R. G. Burns and R. P. Dick, Eds.), pp.1-33. Marcel Dekker, New York.