有機(jī)物的微生物降解原理.pdf

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1、有機(jī)物的生物化學(xué)降解有機(jī)物在微生物的催化作用下發(fā)生降解的反應(yīng)稱有機(jī)物的生化降解反應(yīng)。水體中的生物，特別是微生物能使許多物質(zhì)進(jìn)行生化反應(yīng)，絕大多數(shù)有機(jī)物因此而降解成為更簡單的化合物。如石油中烷烴，一般經(jīng)過醇、醛、酮、脂肪酸等生化氧化階段，最后降解為二氧化碳和水。其中甲烷降解的主要途徑為：CH4→CH3OH→HCHO→HCOOH→CO2+H2O較高級烷烴降解的主要途徑有三種，通過單端氧化，或雙端氧化，或次末端氧化變成脂肪酸；脂肪酸再經(jīng)過其他有關(guān)生化反應(yīng)，最后分解為二氧化碳和水。能引起烷烴降解的微生物有解油極毛桿菌(ps

2、eudomonasoleovorans)、脈狀菌狀桿菌(mycobacteriumphlei)、奇異菌狀桿菌(mycobacteriumrhodochrous)。解皂菌狀桿菌(mycobacteriumsmegmatis)、不透明諾卡氏菌(nocardiaopaca)、紅色諾卡氏菌(ncadiarubra)等。有機(jī)物生化降解的基本反應(yīng)可分為兩大類，即水解反應(yīng)和氧化反應(yīng)。對于有機(jī)農(nóng)藥等，在降解過程中除了上述兩種基本反應(yīng)外，還可以發(fā)生脫氯、脫烷基等反應(yīng)。●生化水解反應(yīng)生化水解反應(yīng)是指有機(jī)物在水解酶的作用下與水發(fā)生的反應(yīng)

3、。例如，多糖在水解酶的作用下逐漸水解成二糖、單糖、丙酮酸。在有氧條件下，丙酮酸能被乙酰輔酶A進(jìn)一步氧化為CO2和H2O；在無氧條件下，丙酮酸往往不能氧化到底，只氧化成各種酸、醇、酮等，這一過程稱為發(fā)酵。烯烴的水解反應(yīng)可表示如下：蛋白質(zhì)在水中的降解分兩步進(jìn)行；第一步蛋白質(zhì)先在肽鍵上斷裂、脫羧、脫氨并逐步氧化，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮；第二步是氮的亞硝化、硝化等使無機(jī)氮逐漸轉(zhuǎn)化?？墒疽馊缦拢浩渲邪被岬乃饷摪狈磻?yīng)如下：許多酰胺類農(nóng)藥和無機(jī)酸酯農(nóng)藥如對硫磷、馬拉硫磷等，在微生物的作用下，其分子中的酰胺和酯鍵也容易發(fā)生水解?！?/p>

4、生化氧化反應(yīng)在微生物作用下，發(fā)生有機(jī)物的氧化反應(yīng)稱為生化氧化反應(yīng)。有機(jī)物在水環(huán)境中的生物氧化降解，一部分是被生物同化，給生物提供碳源和能量，轉(zhuǎn)化成生物代謝物質(zhì)；另一部分則被生物活動所產(chǎn)生的酶催化分解。自然水體中能分解有機(jī)物的微生物菌種很多。對特定的有機(jī)物有特定的優(yōu)勢菌種，這類微生物可分為兩組，一組是能在缺氧條件下分解有機(jī)物的，稱為厭氧微生物；另一組是能在氧氣存在下分解有機(jī)物的，稱為好氧微生物。受有機(jī)物嚴(yán)重污染的水體往往缺氧，在這種情況下有機(jī)物的分解主要靠厭氧微生物進(jìn)行。有機(jī)物生物降解過程研究得較多，許多研究成果已用

5、于廢水處理技術(shù)的開發(fā)。有機(jī)物的生化氧化大多數(shù)是脫氫氧化。脫氫氧化時可從-CHOH-或-CH2-CH2-基團(tuán)上脫氫：脫去的氫轉(zhuǎn)給受氫體，若氧分子作為受氫體，則該脫氫氧化稱有氧氧化過程；若以化合氧(如--CO2、SO2、NO3等)作為受氫體，即為無氧氧化過程。在微生物作用下脫氫氧化時，從有機(jī)物分子上脫落下來的氫原子往往不是直接把氫交給受氫體，而是首先將氫原子傳遞給氫載體NAD：有機(jī)物+NAD→有機(jī)氧化物+NADH2然后在有氧氧化時，氫原子經(jīng)過一系列載氫體的傳遞，最后與受氫體氧分子結(jié)合形成水分子。無氧氧化的大多數(shù)情況是，

6、NADH2直接把氫傳遞給含氧的有機(jī)物或其他受氫體。如在甲烷細(xì)菌作用下，CO2作為受氫體接受氫原子形成甲烷。CO2+4NADH2→CH4+2H2O+4NAD2-硫酸鹽還原菌對有機(jī)物實(shí)行無氧氧化時，可以把SO4作為受氫體，接受氫原子最終形成硫化氫：2-SO4+10H→H2S+4H2O水體中各類有機(jī)物氧化時按照一定的程序演變，形成某種固定的格式。下面以飽和烴、苯、有機(jī)酸的氧化為例，作一簡單的介紹。飽和烴的氧化按醇、醛、酸的程序進(jìn)行：苯環(huán)的分裂，芳香族化合物的氧化按酚、二酚、醌、環(huán)分裂的程序進(jìn)行：有機(jī)酸的β-氧化：有機(jī)酸在

7、含有巰基(-SH)的輔酶A(以HSCoA表示)作用下發(fā)生β-氧化：RCOSCoA可進(jìn)一步發(fā)生β-氧化使碳鏈不斷縮短。若有機(jī)酸的碳原子總數(shù)為偶數(shù)，則最終產(chǎn)物為醋酸，若碳原子總數(shù)為奇數(shù)，則最終脫去醋酸后，同時生成甲酰輔酶A(HCOSCoA)。甲酰輔酶A立即水解成甲酸，并進(jìn)一步脫氫氧化生成二氧化碳：HCOSCoA+H2O==HCOOH+HSCoAHCOOHCO2酶催化劑HSCoA繼續(xù)起催化作用。同樣，反應(yīng)中生成的乙酰輔酶A也可水解生成醋酸，最后氧化為二氧化碳和水?！衩撀确磻?yīng)脫氯反應(yīng)是指有機(jī)氯農(nóng)藥脫去氯原子的反應(yīng)。六六六、

8、DDT、2，4-D、多氯聯(lián)苯等在微生物的作用下均能發(fā)生脫氯反應(yīng)?！衩撏榛磻?yīng)脫烷基反應(yīng)指有機(jī)物分子中脫去烷基的反應(yīng)。例如，氟樂靈等農(nóng)藥在微生物作用下均能發(fā)生脫烷基反應(yīng)。二烷基胺三氮苯在微生物作用下脫去烷基的過程如下：連接在氮、氧或硫原了上的烷基，在微生物作用下能發(fā)生脫烷基反應(yīng)，連在碳原子上的烷基一般容易被降解?！裆€原反應(yīng)生化還原反應(yīng)是在厭氧條件下，由于微