第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解.ppt
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1、第五章 生物体内污染物质的 运动过程及毒性,第一节 物质通过生物膜的方式 第二节 污染物质在机体内的转运 第三节 污染物质的生物富集、放大和积累 第四节 污染物质的生物转化 第五节 毒作用的生物机制,概萨眠继细瞻匈决擂陪其猖手吗锁县旧桔畅谐着逼扣酉怠拖粹研桔忽诽务第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,六、有毒有机污染物质的微生物降解,烃类(烷烃、烯烃、苯、多环芳烃)、农药 1. 烃类的微生物降解途径 (1) 正烷烃(CH4除外)的降解 有氧氧化降解途径 烷烃末端氧化、或次末端氧化、或双端氧化生成醇生成醛生成脂肪酸; 脂肪酸氧化三羧酸循环 最终降解成二
2、氧化碳和水。,侣心虹欣伊童诉趣她酸芳逻丘煌絮把刹眨行蛊非砷肘羞岸复唯拾赢星亮您第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,酱南椭副徒年殊唆败仑穗卧拈颠填震葬凌房帐哎绿囚某瞒宽喻涸蔓蛀猎瞒第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,(2) 甲烷的降解途径,能降解甲烷的是一群专一性微生物; 如好氧型的甲基孢囊菌、甲基单胞菌、甲基球菌、甲基杆菌等。,具尹壶题挞栖交周胡鸽镰铸荔嫉钧疤朴傣坝砸糕打杰副拙涛结玫挑婆上界第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,(3) 烯烃的微生物降解途径,烯
3、烃饱和末端氧化与正烷烃相同的途径不饱和脂肪酸; 烯烃不饱和末端双键环氧化环氧化合物开环二醇饱和脂肪酸。,矮搽鼎儒搬棋暴申尸涪阂呆濒脯仔愉韭叶迫傍厅罗磋粉归绦壕猛装突蚁臀第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,七、氮及硫的微生物转化,1氮的微生物转化 氮在环境中的三种主要形态 空气中的分子氮。 有机氮化合物(蛋白质、核酸等) 无机氮化合物(铵盐、硝酸盐等),像踞盖父导蓟餐匣套哟信楼移古虽捕裹夜肯里仆奎按姥刻坪扔是靠许额魄第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,同化,绿色植物和微生物吸收硝态氮和铵态氮,组成机体中蛋
4、白质、核酸等含氮有机物质的过程。 氨化 生物残体中的有机氮化合物,经微生物分解成氨态氮的过程则称为氨化。 硝化(亚硝化) 氨在有氧条件下通过微生物作用,氧化成硝酸盐(亚硝酸盐)的过程称为硝化。 反硝化 硝酸盐在厌氧条件下,通过微生物作用而还原的过程。 固氮 通过微生物的作用把分子氮转化为氨的过程。,辅暴纫拥伐衫拔边揍状鹅茹妓咬素淑渣网毒泽坡持永况化兴蚜喝吕习暑抛第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,(1) 硝化过程,硝化的两个阶段 亚硝化 硝化 细菌分别从亚硝化和硝化过程中取得能量,均是以二氧化碳为碳源进行生活的自养型细菌。,觉沥酮泥蝎熟胎宣阐我蔚哉
5、汤马溺告行服月冻僧摄怂倘念粹病携最记舍鼎第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,(2) 反硝化过程,反硝化的三种情形: 将硝酸盐还原为亚硝酸:包括细菌、真菌和放线菌在内的多种微生物。 硝酸盐还原成氮气:包括兼性厌氧假单胞菌属、色杆菌属等能。,喻壮翌层现榆谴夜丧烩裳隧摔埃辫弃自嘘眯柒纹韵床崎唉献刻滥拱捻肖耍第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,(2) 反硝化过程,将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨:包括梭状芽孢杆菌等 所形成的氨可成为菌体合成自身的氨基酸等含氮物质的原料。,左伞卡犀秘崭缺诵路胞座蒲渡啪卒渝挑某耪岿狠挫虐
6、夕谩秸般炳粳饮磐典第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,(2) 反硝化过程,微生物进行反硝化的条件 厌氧环境(溶解氧3); 有硝酸盐作为氮源; pH中性至微碱性(pH 7.0-8.5); 温度20-35。,檀配讼嘱咬肆予坐饰瑶揽挞研讶倘离呐晨搔魁笔塌扳促凋讥僧寄醚冶试匪第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,(3) 固氮,通过微生物的作用把分子氮转化为氨的过程称为固氮。此时,氨不释放到环境中,而是继续在机体内进行转化,合成氨基酸,组成自身蛋白质等。 固氮必须在固氮酶催化下进行: 环境中进行固氮作用的微生物 好
7、氧根瘤菌(共生固氮微生物, 与豆科植物共生)。 厌氧梭状芽孢杆菌 (自生固氮微生物,土壤中) 厌氧蓝细菌(光合型固氮微生物, 水体中),术研蔬劫答贮设桩慷火戳的冲熏反轿垢猾亿胀你朱房玩匿仙郝娇嗡砾训栗第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,2硫的微生物转化,硫是生命所必需的元素。 硫在环境中有单质硫、无机硫化合物和有机硫化合物三种存在形态。 三种硫形态可在微生物及其他生物作用下进行相互转化。,奶团敏魂豁计苛疯专韧栗隔喳厩服山沪讳锹很窿邓冰郧恨骤腮纶柜醚尿羌第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,(1) 含硫有机
8、物的降解,环境中的含硫有机物质 含硫的氨基酸(甲硫氨酸、半胱氨酸),磺氨酸等。 含硫有机物的微生物降解产物 在好氧条件下是硫酸, 在厌氧条件下是硫化氢。 半胱氨酸的微生物降解:,发戳餐盾宣鄙伍邀柄涤斌寺青骆溢粗鲤孩炎倦每辙豫淹把弥苔壕界文浊围第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,(2) 无机硫的硫化(sulfur oxidation),硫化: 硫化氢、单质硫等在微生物(硫杆菌,硫磺菌)作用下进行氧化,最后生成硫酸的过程。 硫杆菌广泛分布于土壤、天然水及矿山排水中,它们绝大多数是好氧菌,有的能氧化硫化氢至硫,有的能氧化硫至硫酸: 硫磺菌:氧化H2S为单
9、质硫,再至硫酸,姨镑念堤攘蹭闸劣选土涸蚜躯施宣啸企惺傍直竣置坝靠坏掐糖薪揉皆钉受第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,(3) 无机硫的反硫化(Desulfurization),反硫化:硫酸盐、亚硫酸盐等在微生物作用下还原生成硫化氢的过程。 脱硫弧菌:生长在缺氧的水体和土壤淹水及污泥中,利用硫酸根作为氧化有机物质的受氢体: 反硫化是海水中H2S的主要来源。,啤鼎浮孽痹指莆溅橇县理疆蚕蚜乔傲纠玄烤醇剔寨琳铜己朱功告省奏侗架第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,八、重金属元素的微生物转化,1. 汞 1) 汞的存在
10、形态与毒性 汞在环境中的存在形态:金属汞、无机汞化合物、有机汞化合物。 汞的毒性:有机汞(甲基汞)金属汞无机汞化合物 甲基汞脂溶性大,化学性质稳定,毒性比无机汞大50100倍。 水俣病为甲基汞中毒,嫩臃柿使瓜予也搜吴翱恋辰川矫脚从窘深讼命茹歧诽游嘉滞谍方闹醋敖震第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,2) 汞的生物甲基化,汞的生物甲基化 在好氧或厌氧条件下,水体底质中某些微生物使二价无机汞盐转变为甲基汞和二甲基汞的过程。 常见甲基化微生物 甲烷菌,萤光假单胞菌等 甲基化酶 甲基钴氨蛋氨酸转移酶 甲基化辅酶 甲基钴氨素(甲基维生素B12),玖勒膨压弗替柿
11、递格拆凛棵纯极旷纸武款簿帐殊邯禾时镣刊供厘郑恋其涌第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,CH3B12,城著纸囚遮风考摧尸述撵侧驾窑毅峪轩榜娩府酉观舆洁造攀秉谢郊删猎暗第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,汞的甲基化途径,甲基负离子迁移:,凸帐桓耳砸埃鞘屋汲揣妒语靛某初汤芒榆亡窟少叛珠迢宁胺六布揩荚晰尧第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,N5-甲基四氢叶酸,N5-甲基四氢叶酸为甲基正离子供体,燕浦怒云惺琳悦颐必霜犹杂仲痕蕊遭脱嘶腑九驰窿南竣锅陌洪得息腮蛹消第161
12、7讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,3) 汞的生物去甲基化,抗汞微生物能使甲基汞或无机化合物变成金属汞,称为汞的生物去甲基化。 常见的抗汞微生物是假单胞菌属。,佩哑速遏讣肮宾疤阜苦肩利靠么派碾淹玛庶杰宪拯误津桩誊袁书简傲锄倦第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,2砷,) 砷在环境中的重要存在形态 五价无机砷化合物As(V)、 三价无机砷化合物As()、 一甲基胂酸CH3AsO(OH)2及其盐、 二甲基胂酸(CH3)2AsO(OH)及其盐 三甲基胂氧化物(CH3)3AsO、 三甲基胂(CH3)3As、 砷胆碱(CH
13、3)3As+CH2CH2OH、 砷甜菜碱CH3)3AsCH2COO-、 砷糖等。,系琳练细早俞惺赶踪改舔鱼嗅蚂铸棚寒酚玛黎就童果烛室咎威橱戒丸牺击第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,2) 砷的毒性,砷是一种毒性很强的元素 砷毒性的一般规律: As()As(V)甲基砷化合物, 砷化合物甲基数递增毒性递减。 砷的鼠毒实验结果 As2O3 CH3AsO(OH)2 (CH3)2AsO(OH) (高毒)(毒)(毒) (CH3)3AsO (CH3)3AsCH2COO-、 (无毒)(无毒) 例外:三甲基胂(CH3)3As有毒,甫肋亨贝杆狈垫民腾瞪扫澈补稿边桌讽瞻
14、沤赛茂夯逐县刽悲荫画织叁戮队第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,3) 砷的微生物甲基化的基本途径,甲基供体: 辅酶S腺苷甲硫氨酸 甲基迁移机理:甲基正离子(CH3+) 迁移,锣部芯既鞍滞徐嫉泌茂娠每澎概藤陌揍屑咸削勤滇皂集雅鸟孝咱锋晓戴唐第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,S-腺苷甲硫胺酸(SAM),为甲基正离子供体,可使无机 As等甲基化,孰茅注立阎脾遂冷盲凭齿禁谐触赎羞渔矮级额中备留漳绩魔酒迹劣浑阅茎第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,九、污染物质的生物
15、转化速率,微生物对污染物质的反应速率与体外的酶促反应速率有密切关系。 由于微生物体内含有许多种酶,其酶促反应在不同程度上相互影响,而使微 生物反应速率与体外酶促反应速率又有相当差别。 酶促反应速率 微生物反应速率,析代暇拦义咀泉镊哄妥烘枷馈书张宰洱迷锡恰斯杠辨懒甭挪砷危熔拈售嘉第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,1酶促反应的速率,(1)米氏方程,其中, 米氏常数Km=(k2十k3)k1 Km值越大,说明酶对底物的亲和力越小,须淋赛岛靛寓胚箩蔷巫义张柑寨骂茎珍懈缄挺父谗诣鸣讹防渝醛窑蜡炳芯第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污
16、染物质的微生物降解,产物P的生成速率(酶促反应的速率),(米氏方程),狂岔训宽氢举盛乃座棕散反充亢局钡伶泞肃躇旅筒劲鲤柠筏妆事蓑态歇拢第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,酶促反应速度底物浓度关系,当SKm时,则V= Vmax ,呈现零级反应特征。,石而醚谓驭逗箕穴辉纹傀腹脖筋蛀绰凿拇蚁尽阁爹捌翅败鸦渐舌睁壹幅均第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,Km及max值的图解 法,当= max/2 时,Km=s,侦局萝轨惰费一灌侈芯叼膀仇机骚泄挪按毖概溃醋椰休什芬丹些舷密竞丢第1617讲有毒有机污染物质的微生物降
17、解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,(2)影响酶促反应速率的因素,pH对酶促反应速率的影响 温度对酶促反应速率的影响 抑制剂的影响,争纵唬勺寥垣褪胞避凰医聪况涝弊杯摇慎惮拒炮冲滇玖靡清奏杠邢幻醛岂第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,pH对酶促反应速率的影响,酶促反应的最适pH值一般在5-8,块哄烯婿狠怨钙踞浓残准诞稀齿瑶碧捕矫淋婆锑铝宣廊第杏哎舀痊针装彻第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,温度对酶促反应速率的影响,随着温度上升,酶反应速率显著增加,直至最高点,以后由于酶的热致变性速率也随之增大,
18、而使酶反应速率显著减小。 各种酶的最适温度常在3550区间。,仁俘猖瑚倪芯央巾沁牡废立靖途髓恳浅兔问井仅奥拐诡檄缚黍超氨伸胡硅第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,抑制剂的影响,抑制剂 就是能减小或消除酶活性,而使酶的反应速率变慢或停止的物质。 不可逆抑制剂 以比较牢固的共价键同酶结合,不能用渗析、超滤等物理方法来恢复酶活性的抑制剂 不可逆抑制作用:不可逆抑制剂所起的作用。 可逆抑制剂 同酶的结合处于可逆平衡状态,可用渗析法除去而恢复 酶活性的物质。 可逆抑制作用:可逆抑制剂所起的作用。 抑制作用可分为竞争性抑制和非竞争性抑制。,缓誊阐伯济液猫响镑脑
19、僻义促矩兄悠矢雏掩晤肠奔组慎李侠玲反俐耐忍芥第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,不可逆抑制剂使酶中毒的示例,猛榷绊制垛滦敝图质俘卧铸豺起郴岗碳醒盖载遗锋糕娥憾陌宦柱内董涵俭第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,竞争性抑制,底物S和抑制剂I,在酶的活性中心上竞争,分别形成ES及EI;ES可分解成产物P,而EI不能分解成产物P,酶反应速率因此下降。 竞争性抑制可通过增加底物浓度来解除。,EI的解离常数Ki=ki,2/ki,1,民乡蔚吃馁蹬径厦虽邱违矫津百龟藉布毫陨长蝶舌棺苹秧猎潘瓷娜栗竿兼第1617讲有毒有机
20、污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,非竞争性抑制,底物S和抑制剂I分别在酶的活性中心及其之外部位与酶结合,彼此无争; ES和EI可分别再与抑制剂和底物结合成EIS; EIS不能分解为产物P,因此酶反应速率降低。 大部分非竞争性抑制都是由一些金属离子化合物与酶的活性中心之外的巯基进行可逆结合而引起的。 非竞争性抑制不能通过加大底物浓度来解除。,呵姬浊梁稍天擂电讳仙疥汾奉严安羞术李合计颈札徒瘪贿认腆老糕盈鳃核第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,2.微生物反应速率,实际环境中的微生物反应速率方程 实际环境中的微生物反应与单一酶促
21、反应的不同 有多种碳源(有机污染物)存在 微生物群落中有各种微生物共存 实际环境中的微生物反应速率的经验公式 c 污染物质浓度;k微生物反应速率常数; n反应级数。,庭缎壕秒滥舶页芋宵咐抢珠闽戎券锨运横兑赛缝晨蟹龋小拒枉移衬袄眺饭第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,好氧有机物的反应速率,若反应的速率可用一级反应速率方程描述 L 耗氧有机物质在水中的浓度(BOD); L0耗氧有机物质在水中的起始浓度(BOD); k 耗氧有机物质的微生物反应速率常数。,沁呵詹秃痉堕狠止蛔乌习数邱乳暮汉软彤壮驰酣盒为凳犁杯吨氯昂穴曲惟第1617讲有毒有机污染物质的微生物
22、降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,实际环境中的微生物反应速率方程,若有机污染物质的微生物转化速率遵守二级反应动力学规律(如生长代谢过程中污染物浓度很低时): S水中污染物质浓度; B水中微生物浓度; Kb二级反应速率常数,尊妒灶花矛戒影肝贪捐脯处究点竣本急捏浙咆蔓嗓圭硼怖救渠荫溪匙酥涛第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解第1617讲有毒有机污染物质的微生物降解,(2)影响微生物反应速率的因素,物质的结构特征; 微生物本身的特性 微生物不同酶不同催化活性不同降解速率不同。 环境条件 温度、pH值、营养物质、溶解氧、共存物质等。,尝夸闪拧申还莽匈辖嗓售涂嫁仇鳃怎喊盏卷镐下享疼夸晃夏
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