水环境中微生物化学过程.ppt

关于水环境中的微生关于水环境中的微生物化学过程物化学过程第一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月物质在生物作用下经受的化学变化，称为物质在生物作用下经受的化学变化，称为生物转生物转化或代谢化或代谢。三大转化类型：微生物作用：生物转化化学转化光化学转化自然界自净废水处理污染场址修复生物转化、化学转化和光化学转化构成了污染物质在环境中的三大主要转化类型。第二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月6.1 6.1 有机污染物质的微生物降解有机污染物质的微生物降解6.2 6.2 有毒有机污染物质生物转化类型有毒有机污染物质生物转化类型6.3 6.3 水体中金属的微生物转化水体中金属的微生物转化6.4 6.4 污染物质的生物转化速率污染物质的生物转化速率第三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月6.1 6.1 有机污染物质的微生物降解有机污染物质的微生物降解（P158)P158)第四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月微生物是一切肉眼看不见或看不清、个体微小、微生物是一切肉眼看不见或看不清、个体微小、构造简单的低等生物的统称构造简单的低等生物的统称微生物分类：微生物分类：原核生物原核生物（细菌、古细菌、放线菌、立克次氏体、支（细菌、古细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体）原体、衣原体）真核生物真核生物（原生动物、真菌、藻类）（原生动物、真菌、藻类）非细胞生物非细胞生物（噬菌体、病毒）（噬菌体、病毒）第五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月微生物的微观性研究手段的限制分离培养的局限种类多种类多生理代谢类型多生理代谢类型多代谢产物种类多代谢产物种类多微生物种数多微生物种数多地球上的微生物：地球上的微生物：估计有估计有100100万种以上万种以上已发现的微生物：已发现的微生物：约有约有1010万种万种已开发利用的微生物：已开发利用的微生物：约约10001000种种 第六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 水里的微生物“夜光藻”活性污泥中的丝状菌第七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 水蚤第八张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 第九张，PPT共七十七页，创作于2022年6月有机化合物的生物降解有机化合物的生物降解水环境中有机物的生物降解依赖于微生物通水环境中有机物的生物降解依赖于微生物通过过 催化反应分解有机物，其本质是催化反应分解有机物，其本质是 促反应。促反应。第十张，PPT共七十七页，创作于2022年6月一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶 Enzyme（大多数生物转化是在酶的参与和控制下进行的）（大多数生物转化是在酶的参与和控制下进行的）1、几个概念、几个概念酶酶(enzyme)：一种由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主一种由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。要成分的、具有催化活性的生物催化剂。底物（或基质）底物（或基质）(substrate)：在酶催化下发生转化的物在酶催化下发生转化的物质。质。酶促反应酶促反应(enzymatic reaction)：底物在酶催化下发生底物在酶催化下发生的转化反应。的转化反应。第十一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月2、酶催化作用的特点、酶催化作用的特点催化专一性高催化专一性高。一种酶只能对一种底物或。一种酶只能对一种底物或一类底物起催化作用，生成一定的代谢产一类底物起催化作用，生成一定的代谢产物。物。酶催化效率高酶催化效率高。一般酶催化反应的速率比化。一般酶催化反应的速率比化学催化剂高学催化剂高10107 710101313倍。倍。酶催化需要酶催化需要温和的外界条件温和的外界条件，如常温、常压、，如常温、常压、接近中性的酸碱度。接近中性的酸碱度。第十二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月3、酶的分类、酶的分类 2,000多种多种a、根据作用场所、根据作用场所胞内酶胞内酶胞外酶胞外酶b、根据催化反应类型、根据催化反应类型氧化还原酶氧化还原酶转移酶转移酶水解酶水解酶裂解酶裂解酶异构酶异构酶合成酶合成酶c、根据成分单成分酶(只含有蛋白质)双成分酶(酶蛋白和辅酶或辅基)第十三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能1 1、FMNFMN和和FADFAD一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传递一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传递氢原子的功能。氢原子的功能。F：黄素flavinM：单monoN：核苷酸nucleotideA：腺嘌呤adenineD：二核苷酸di nucleotideFMNFAD第十四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月+2H-2H（氧化型FMN/FAD）（还原型FMN/FAD）FMN/FADFMNH2/FADH2RFMN/FAD的其余部分第十五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月2 2、NADNAD和和NADPNADP(分别称为辅酶分别称为辅酶辅酶辅酶)某些氧化还原酶的辅某些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传递酶，在酶促反应中具有传递氢氢的作用。的作用。NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）NADP+（烟酰胺膘嘌呤二核苷酸）磷酸腺嘌呤第十六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月NAD+/NADP（氧化型NAD+/NADP）+2H+H+NADH/NADPH（还原型NAD+/NADP）RNAD+/NADP+的其余部分第十七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月3 3、辅酶、辅酶Q Q（又称泛醌）（又称泛醌）是某些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有是某些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传递氢的作用。传递氢的作用。CoQ（氧化型CoQ）+2H-2HCoQH2（还原型CoQ）（n=610）第十八张，PPT共七十七页，创作于2022年6月4 4、细胞色素酶系的辅酶、细胞色素酶系的辅酶细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，主细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，主要有细胞色素要有细胞色素b b1 1、c c1 1、c c、a a、a a3 3等几种。它们等几种。它们的酶蛋白部分不同，但辅酶都是的酶蛋白部分不同，但辅酶都是铁卟啉铁卟啉。cytnFe3+cytnFe2+e-ecyt细胞色素酶系n b1、c1、c、a、a3第十九张，PPT共七十七页，创作于2022年6月5 5、辅酶、辅酶A A（简写为（简写为CoASHCoASH）转移酶的辅酶，所含的巯基与酰基形成硫酯，转移酶的辅酶，所含的巯基与酰基形成硫酯，而在酶促反应中起着传递而在酶促反应中起着传递酰基酰基的功能。反应式的功能。反应式如下：如下：CoASH+CH3CO+CH3CO-SCoA+H+第二十张，PPT共七十七页，创作于2022年6月三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程（hydrogen transferhydrogen transfer）生物氧化指有机质在机体细胞内的氧化，并伴随生物氧化指有机质在机体细胞内的氧化，并伴随能量的释放。一般多为去氢氧化。所脱落的氢能量的释放。一般多为去氢氧化。所脱落的氢（H H+e+e）以原子或电子的形式，由相应的氧化还原）以原子或电子的形式，由相应的氧化还原酶按一定顺序传递至受氢体。这一氢原子或电子的酶按一定顺序传递至受氢体。这一氢原子或电子的传递过程称为传递过程称为氢传递或电子传递过程氢传递或电子传递过程，其受体称为受，其受体称为受氢体或电子受体。受氢体如果为细胞内的分子氧就氢体或电子受体。受氢体如果为细胞内的分子氧就是有氧氧化；若为非分子氧的化合物则是无氧氧化。是有氧氧化；若为非分子氧的化合物则是无氧氧化。第二十一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月1 1、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程、有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程分子氧作为直接受氢体的氢传递过程第二十二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月2 2、有氧氧化中分子氧为间接受体的递氢过程、有氧氧化中分子氧为间接受体的递氢过程分子氧作为间接受氢体的氢传递过程第二十三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月生物去氢氧化中各反应的电极电位生物去氢氧化中各反应的电极电位电对电对E/V电对电对E/VNAD+/(NADH+H+)-0.322cytc1(2Fe3+/2Fe2+)+0.22FMN/FMNH2-0.122cytc(2Fe3+/2Fe2+)+0.26CoQ/CoQH2+0.102cytaa3(2Fe3+/2Fe2+)+0.282cytb(2Fe3+/2Fe2+)+0.05O2/H2O+0.82第二十四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月3 3、无氧氧化中有机底物转化中间产物受氢体的递氢过程、无氧氧化中有机底物转化中间产物受氢体的递氢过程一系列酶促反应中间代谢产物作为受氢体葡萄糖CH3CHO（乙醛）CH3CH2OH（乙醇）NADH+H+NAD+乙醇脱氢酶2H葡萄糖CH3COCOOH（丙酮酸）CH3CH(OH)COOH（乳酸）NADH+H+NAD+乳酸脱氢酶2H第二十五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月4.4.无氧氧化中某些无机含氧化合物做受无氧氧化中某些无机含氧化合物做受氢体的递氢过程氢体的递氢过程最常见的受氢体：硝酸根、硫酸根和二氧化碳10H+2NO3-+2H+N2+6H2O兼性厌氧反硝化菌24H+3H2SO43H2S+12H2O兼性厌氧硫酸还原菌8H+CO2CH4+2H2O厌氧甲烷菌第二十六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解是生物残体、排放废水和废弃物中的糖类、脂肪是生物残体、排放废水和废弃物中的糖类、脂肪和蛋白质等较易生物降解的有机物质和蛋白质等较易生物降解的有机物质有机物质通过生物氧化以及其他的生物转化，有机物质通过生物氧化以及其他的生物转化，可以变成更小、更简单的分子。如果有机物质可以变成更小、更简单的分子。如果有机物质降解成二氧化碳、水等简单无机化合物，则为降解成二氧化碳、水等简单无机化合物，则为彻底降解，矿化（彻底降解，矿化（mineralizationmineralization）；否则为不）；否则为不彻底降解。彻底降解。第二十七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月1 1、糖类的微生物降解、糖类的微生物降解 糖类糖类C Cx x(H(H2 2O)O)y yA A、多糖水解成单糖、多糖水解成单糖B、单糖酵解成丙酮酸C、丙酮酸的转化有氧条件无氧条件多糖细胞外水解酶二糖单糖细胞内水解酶第二十八张，PPT共七十七页，创作于2022年6月C C、丙酮酸的转化：有氧条件、丙酮酸的转化：有氧条件TAC三羧酸循环第二十九张，PPT共七十七页，创作于2022年6月C C、丙酮酸的转化：无氧条件、丙酮酸的转化：无氧条件CH3COCOOH+2HCH3COCOOH+2HCH3CH(OH)COOH(乳酸)乳酸菌厌氧CH3COCOOHCO2+CH3CHOCH3CHO+2HCH3CH2OHCO2+CH3CH2OH酵母菌兼性厌氧第三十张，PPT共七十七页，创作于2022年6月2 2、脂肪的生物降解、脂肪的生物降解A A、脂肪水解成脂肪酸和甘油、脂肪水解成脂肪酸和甘油B、甘油的转化第三十一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月C C、脂肪酸的转化、脂肪酸的转化有氧时，饱和脂肪酸经过酶促有氧时，饱和脂肪酸经过酶促-氧化途径变成酯酰辅氧化途径变成酯酰辅酶酶A A和乙酰辅酶和乙酰辅酶A A。乙酰辅酶。乙酰辅酶A A进入进入TCATCA循环，而酯酰辅酶循环，而酯酰辅酶A A又经又经氧化氧化途径进行转化。途径进行转化。RCH3CH2COOHRCH2CH2COSCoARCH=CHCOSCoARCH(OH)CH2COSCoARC(O)CH2COSCoARCOSCoA+CH2COSCoACOASHH2OFADFADH2H2ONAD+NADH+H+CoASH饱和脂肪酸-氧化途径简要图示脂酰辅酶A,-烯脂酰辅酶A-羟脂酰辅酶A-酮脂酰辅酶A乙酰辅酶A少2C的脂酰辅酶A第三十二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月3 3、蛋白质的微生物降解、蛋白质的微生物降解A A、蛋白质水解成、蛋白质水解成氨基酸氨基酸B B、氨基酸脱氨脱、氨基酸脱氨脱羧成脂肪酸羧成脂肪酸第三十三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月4 4、甲烷发酵、甲烷发酵在在无氧氧化无氧氧化条件下，糖类、脂肪和蛋白质降解成简单条件下，糖类、脂肪和蛋白质降解成简单的有机酸、醇等。这些有机化合物在的有机酸、醇等。这些有机化合物在产氢菌和产乙酸菌产氢菌和产乙酸菌作用下，可转化为乙酸、甲酸、氢气和二氧化碳，进而经作用下，可转化为乙酸、甲酸、氢气和二氧化碳，进而经产甲烷菌产甲烷菌作用产生甲烷。这一总过程称为作用产生甲烷。这一总过程称为甲烷发酵甲烷发酵。在甲。在甲烷发酵中糖类的降解率和降解速率最高，脂肪次之，蛋白质烷发酵中糖类的降解率和降解速率最高，脂肪次之，蛋白质最低。最低。产生甲烷的主要途径：CH3COOH CH4+CO2CO2+4H2CH4+2H2O第三十四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月甲烷发酵需要满足甲烷发酵需要满足产酸菌、产氢菌、产乙酸菌和产酸菌、产氢菌、产乙酸菌和产甲烷菌产甲烷菌等各种菌种所需的生活条件，它只能在等各种菌种所需的生活条件，它只能在适宜环境条件下进行。适宜环境条件下进行。产甲烷菌是专一厌氧菌，因此甲烷发酵必须处于无产甲烷菌是专一厌氧菌，因此甲烷发酵必须处于无氧条件下。氧条件下。甲烷菌生长要求：甲烷菌生长要求：弱碱性环境；一般弱碱性环境；一般pHpH为为7 78 8；适宜碳氮比为适宜碳氮比为3030左右。左右。第三十五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月6.2 6.2 有毒有机污染物质生物转化有毒有机污染物质生物转化第三十六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月有毒有机污染物质生物转化类型有毒有机污染物质生物转化类型生物转化的结果，一方面往往使有机毒物水生物转化的结果，一方面往往使有机毒物水溶性和极性增加易于排出体外；另一方面也溶性和极性增加易于排出体外；另一方面也会改变有机毒物的毒性，多数是毒性减小，会改变有机毒物的毒性，多数是毒性减小，少数毒性反而增大少数毒性反而增大氧化、还原、水解第一阶段反应 结合第二阶段反应 第三十七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月1.1.氧化反应类型氧化反应类型混合功能氧化酶加氧氧化混合功能氧化酶加氧氧化C=CC=C环氧化环氧化 C C羟基化羟基化 氧脱烃氧脱烃硫脱烃、硫硫脱烃、硫-氧化及脱硫氧化及脱硫N N脱烃、氮脱烃、氮-氧化及脱氮氧化及脱氮脱氢酶脱氢氧化脱氢酶脱氢氧化醇氧化成醛醇氧化成醛 醇氧化成酮醇氧化成酮 醛氧化成羧酸醛氧化成羧酸氧化酶氧化氧化酶氧化第三十八张，PPT共七十七页，创作于2022年6月A.A.混合功能氧化酶加氧氧化混合功能氧化酶加氧氧化混合功能氧化酶又称单加氧酶，功能是利用细胞混合功能氧化酶又称单加氧酶，功能是利用细胞内的分子氧，将其中的内的分子氧，将其中的一个氧原子与有机底物一个氧原子与有机底物结合，使之氧化，而使另一个氧原子与氢原子结合，使之氧化，而使另一个氧原子与氢原子结合成水结合成水。两个电子是由两个电子是由NADPHNADPHH H传递来的传递来的第三十九张，PPT共七十七页，创作于2022年6月NADPH+H+第四十张，PPT共七十七页，创作于2022年6月混合功能氧化酶的专一性较差，能催化很多底物混合功能氧化酶的专一性较差，能催化很多底物碳双键环氧化碳双键环氧化第四十一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月碳羟基化碳羟基化第四十二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月硫脱烃、硫氧化及脱硫硫脱烃、硫氧化及脱硫硫脱烃脱硫硫氧化亚砜砜第四十三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月氮脱烃、氮氧化及脱氮氮脱烃、氮氧化及脱氮氧脱烃第四十四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月脱氮氮氧化羟胺第四十五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月B.B.脱氢酶脱氢氧化脱氢酶脱氢氧化脱氢酶是伴随有脱氢酶是伴随有氢原子或电子转移氢原子或电子转移，以非分子氧化合，以非分子氧化合物为受体的酶类。脱氢酶能使相应的底物脱氢氧化。物为受体的酶类。脱氢酶能使相应的底物脱氢氧化。醇氧化成醛醇氧化成醛RCH2OH RCHO+2H醇氧化成酮醇氧化成酮R1CH(OH)R2 R1COR2+2H醛氧化成羧酸醛氧化成羧酸RCHO H2O RCOOH 2H第四十六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月C.C.氧化酶氧化氧化酶氧化氧化酶是伴随有氢原子或电子转移，以分子氧为氧化酶是伴随有氢原子或电子转移，以分子氧为直接受氢体的酶类。氧化酶能使相应的底物氧化。直接受氢体的酶类。氧化酶能使相应的底物氧化。RCH2NH2H2O RCHO NH32H第四十七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月2.2.还原反应类型还原反应类型A.A.可逆脱氢酶可逆脱氢酶加氢还原：可逆脱氢酶是指起加氢还原：可逆脱氢酶是指起逆相作用的脱氢酶类，能使相应的底物加氢还逆相作用的脱氢酶类，能使相应的底物加氢还原。原。B.硝基还原酶还原：硝基还原酶能使硝基化合物还原，生成相应的胺。C=O+2HCHOHR1R2R1R2NO22H-H2ONO2HNHOH2H-H2ONH2第四十八张，PPT共七十七页，创作于2022年6月C.C.偶氮还原酶还原偶氮还原酶还原：偶氮还原酶能使偶氮化合物还原，：偶氮还原酶能使偶氮化合物还原，生成相应的胺。（增毒反应）生成相应的胺。（增毒反应）D.还原脱氯酶还原：还原脱氯酶能使含氯化合物脱氯（用氢置换氯）或脱氯化氢而被还原。N=N2HNH2NH-NH2H2第四十九张，PPT共七十七页，创作于2022年6月3.3.水解反应类型水解反应类型A.A.羧酸酯酶使酯水解羧酸酯酶使酯水解RCOOR+H2O RCOOH+ROHB.磷脂酯酶使磷脂水解C.酰胺酶使酰胺水解第五十张，PPT共七十七页，创作于2022年6月4.4.结合反应结合反应A.A.葡萄糖醛酸结合：在葡萄糖醛酸基转移酶的作用葡萄糖醛酸结合：在葡萄糖醛酸基转移酶的作用下，在生物体内尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖醛酸中，葡下，在生物体内尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖醛酸中，葡萄糖醛酸基可转移至含羟基的化合物上，形成萄糖醛酸基可转移至含羟基的化合物上，形成O-O-葡萄葡萄糖苷酸结合物。糖苷酸结合物。所涉及的羟基化合物有醇、酚、烯醇、羟酰胺、胺所涉及的羟基化合物有醇、酚、烯醇、羟酰胺、胺等。芳香及脂肪酸中羧基上的羟基，也可与葡萄糖等。芳香及脂肪酸中羧基上的羟基，也可与葡萄糖醛酸结合成醛酸结合成O O葡萄糖苷酸。葡萄糖苷酸。此外，伯胺、酰胺、磺胺等中的氮原子和大部分含巯此外，伯胺、酰胺、磺胺等中的氮原子和大部分含巯基化合物中硫原子，也都能与葡萄糖醛酸分别形成基化合物中硫原子，也都能与葡萄糖醛酸分别形成N N和和S S葡萄糖苷酸结合物葡萄糖苷酸结合物第五十一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月对氯苯酚葡萄糖苷酸UDP尿嘧啶核苷二磷酸UDPGA尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖醛酸第五十二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月苯胺葡萄糖苷酸葡萄糖醛酸具有1个羧基及3个羟基，（pKa=3.2）第五十三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月B.B.硫酸结合硫酸结合在硫酸基转移酶的催化下，可将在硫酸基转移酶的催化下，可将33磷酸磷酸55磷硫酸腺苷中硫酸基转移到酚或醇的羟基上，磷硫酸腺苷中硫酸基转移到酚或醇的羟基上，形成硫酸酯结合物。形成硫酸酯结合物。可结合到氮、硫上。可结合到氮、硫上。第五十四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月+PAPS3磷酸5磷硫酸腺苷对硝基苯基硫酸脂PAP3磷酸5磷酸腺苷第五十五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月C.C.谷胱甘肽结合谷胱甘肽结合在相应转移酶催化下谷胱甘肽中的半胱氨酸及乙在相应转移酶催化下谷胱甘肽中的半胱氨酸及乙酰辅酶酰辅酶A A的乙酰基，将以的乙酰基，将以N-N-乙酰半胱氨酸基形式加乙酰半胱氨酸基形式加到到有机卤化物（氟除外）、环氧化合物、强酸酯、有机卤化物（氟除外）、环氧化合物、强酸酯、芳香烃、烯等亲电化合物芳香烃、烯等亲电化合物的碳原子上，形成巯基尿的碳原子上，形成巯基尿酸结合物。酸结合物。亲电子化合物如果与细胞蛋白或核酸上亲核基团亲电子化合物如果与细胞蛋白或核酸上亲核基团结合，常可引起细胞坏死、肿瘤、血液功能紊乱结合，常可引起细胞坏死、肿瘤、血液功能紊乱和过敏现象。谷胱甘肽的结合，有力地解除了对和过敏现象。谷胱甘肽的结合，有力地解除了对机体有害亲电化合物的毒性。机体有害亲电化合物的毒性。第五十六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月C4H9Br+HOOC-CH-CH2-CH2-C-NH-CH-C-NH-CH2-COOHNH2=OHS-CH2=O谷胱甘肽S-转移酶HBr酶H2OHOOC-(CH2)2-CHCOOHNH2GSH-谷胱甘肽H2ONH2-CH2-COOH谷氨酸甘氨酸CH3COSCoACoASHS(丁基)巯基脲酸谷胱甘肽结合反应第五十七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月有毒有机污染物质的微生物降解有毒有机污染物质的微生物降解碳原子数1的正烷烃烷烃末端氧化次末端氧化双端氧化生成醇、醛及脂肪酸，最终降解成二氧化碳和水不饱和末端双键环氧化环氧化合物二醇饱和脂肪烃饱和末端氧化最常见的开环烃类烃类第五十八张，PPT共七十七页，创作于2022年6月上节课内容上节课内容有机污染物质的微生物降解有机污染物质的微生物降解糖类、脂肪、蛋白质糖类、脂肪、蛋白质6.2 6.2 有毒有机污染物质生物转化类型有毒有机污染物质生物转化类型氧化、还原、水解、结合氧化、还原、水解、结合6.3 6.3 水体中金属的微生物转化水体中金属的微生物转化6.4 6.4 污染物质的生物转化速率污染物质的生物转化速率第五十九张，PPT共七十七页，创作于2022年6月6.3 6.3 水体中金属的微生物转化水体中金属的微生物转化（汞的氧化、还原和甲基化（汞的氧化、还原和甲基化P182P182）第六十张，PPT共七十七页，创作于2022年6月汞汞汞存在形态汞存在形态汞在环境中的存在形态有三种金属汞无机汞化合物有机汞化合物汞的毒性大小有机汞金属汞无机汞化合物第六十一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月汞汞汞的环境化学行为汞的环境化学行为汞及其化合物有较大挥发性汞及其化合物有较大挥发性有机汞有机汞无机汞无机汞汞的氧化还原电位较高汞的氧化还原电位较高胶体对汞有强烈的吸附作用胶体对汞有强烈的吸附作用汞的甲基化汞的甲基化第六十二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 环境中的汞与甲基汞和二甲基汞的生化循环 P185图第六十三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月汞甲基化汞甲基化甲基化过程：在好氧或厌氧条件下，水体底质中甲基化过程：在好氧或厌氧条件下，水体底质中某些微生物能使某些微生物能使二价二价无机汞转变为甲基汞和二无机汞转变为甲基汞和二甲基汞的过程，称为汞的甲基化。甲基汞的过程，称为汞的甲基化。甲基钴氨蛋氨酸转移酶，辅酶为甲基钴氨素：甲基钴氨蛋氨酸转移酶，辅酶为甲基钴氨素：含钴的一种咕啉衍生物。含钴的一种咕啉衍生物。第六十四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 甲基汞和二甲基汞之间可以相互转化。它主甲基汞和二甲基汞之间可以相互转化。它主要决定于反应的条件。要决定于反应的条件。好氧条件下，产物主要是甲基汞好氧条件下，产物主要是甲基汞厌氧条件下，尤其是厌氧条件下，尤其是H H2 2S S存在时，则更多地转化为存在时，则更多地转化为二甲基汞，是重金属完全甲基化的一个重要途径二甲基汞，是重金属完全甲基化的一个重要途径第六十五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月汞的甲基化产物与汞的甲基化产物与pHpH的关系的关系pHpH较低时，甲基化产物以较低时，甲基化产物以CHCH3 3HgHg+为主；为主；pHpH升高到升高到8 8以上时，则以以上时，则以(CH(CH3 3)2 2HgHg占优势；占优势；水中甲基汞和二甲基汞是两种主要形态水中甲基汞和二甲基汞是两种主要形态(CH3)2Hg+H+=CH3Hg+CH4第六十六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月甲基汞在水中的实际存在形态取决于甲基汞在水中的实际存在形态取决于ClCl-难度难度和和pHpH，一般有，一般有CHCH3 3HgClHgCl、CH CH3 3HgOHHgOH、CH CH3 3HgHg+三种三种形式。正常水体中，主要以形式。正常水体中，主要以CHCH3 3HgClHgCl、CH CH3 3HgOHHgOH形态存在。形态存在。二甲基汞是二甲基汞是挥发性挥发性的，可由水体挥发至大气中。的，可由水体挥发至大气中。在大气中由于紫外线的照射，二甲基汞可光解在大气中由于紫外线的照射，二甲基汞可光解为为HgHg0 0及及CHCH3 3，并可进一步放出氢和偶合成甲，并可进一步放出氢和偶合成甲烷和乙烷。烷和乙烷。第六十七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月甲基钴氨素简式六个配体四个咕啉环上四个氮咕啉D环支链上二甲基苯并咪唑的一个氮原子一个甲基负离子第六十八张，PPT共七十七页，创作于2022年6月汞的生物甲基化途径第六十九张，PPT共七十七页，创作于2022年6月汞的生物去甲基化汞的生物去甲基化汞的生物去甲基化（还原作用）：在水体底质中还存在汞的生物去甲基化（还原作用）：在水体底质中还存在一类抗汞微生物，能使甲基汞或无机汞化合物变成金属一类抗汞微生物，能使甲基汞或无机汞化合物变成金属汞，这是微生物以还原作用转化汞的途径。汞，这是微生物以还原作用转化汞的途径。CH3HgCl+2H Hg+2CH4+HCl(CH3)2Hg+2H Hg+2CH4HgCl2+2H Hg+2HCl第七十张，PPT共七十七页，创作于2022年6月6.4 6.4 污染物质的生物转化速率污染物质的生物转化速率第七十一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月酶促反应的速率酶促反应的速率米氏方程米氏方程 式中：S底物；E酶；ES复合物；P产物；k1、k2、k3相应单元反应速率常数。k2则ES形成与分解的速率微分方程为：如果酶促反应体系处于动态平衡，则：令Km=(k2+k3)/k1，得ES=E0S/Km+S第七十二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月如果酶促反应的速率(v)为：v=k3ES=k3E0S/Km+S当ES=E0时，酶促反应达到最大速率(vmax)，vmax=k3ES=k3E0,米氏方程：v=vmaxS/Km+SKm为米氏系数SKm时，v=vmax，呈现零级动力学反应特征，这是米氏方程的第三阶段情况S与Km差不多时，酶促反应处于零级和一级反应之间，这是米氏方程的第二阶段情况。vmaxvS0第七十三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月将米氏方程转化为线性方程：时，KmSKm值是在酶促反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度，其单位与底物浓度的单位相同；米氏方程：v=vmaxS/Km+SKm为米氏系数第七十四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月只要用这些只要用这些有毒物质作为微生物培养的唯一碳源有毒物质作为微生物培养的唯一碳源便可判定是否属便可判定是否属生长代谢。在这种代谢过程中微生物可以进行较彻底的降解生长代谢。在这种代谢过程中微生物可以进行较彻底的降解或矿化，因而是解毒生长基质。或矿化，因而是解毒生长基质。动力学表达式为：动力学表达式为：式中：C污染物浓度；B细菌浓度；Y 消耗一个单位碳所产生的生物量；max最大的比生长素率;Ks半饱和常数，即在max一半时的基质浓度生长代谢生长代谢第七十五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源与能某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源与能源，必须源，必须与另外的化合物存在提供微生物碳源与另外的化合物存在提供微生物碳源或能源时或能源时，有机物才能被降解，这种现象称为，有机物才能被降解，这种现象称为共代谢。共代谢。动力学表达式为：动力学表达式为：共代谢共代谢第七十六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月感谢大家观看第七十七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月