水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件

第第6章章 水环境中的微生物化学过程水环境中的微生物化学过程第6章 水环境中的微生物化学过程18物物质质在在生生物物作作用用下下经经受受的的化化学学变变化化，称称为为生生物转化或代谢物转化或代谢。8生生物物转转化化、化化学学转转化化和和光光化化学学转转化化构构成成了了污污染物质在环境中的三大主要转化类型。染物质在环境中的三大主要转化类型。8物物质质在在环环境境中中的的生生物物转转化化，微微生生物物起起着着关关键键作作用用。由由于于微微生生物物大大量量存存在在于于自自然然界界，生生物物转转化化呈呈多多样样性性，又又具具有有大大的的表表面面/体体积积值值，繁繁殖非常迅速，对环境条件适应性强等特点。殖非常迅速，对环境条件适应性强等特点。物质在生物作用下经受的化学变化，称为生物转化或代谢。2微生物一词并非生物分类学微生物一词并非生物分类学(种、属、科、目、种、属、科、目、纲、门、界纲、门、界)的专门名词。的专门名词。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，它包括构造简单的低等生物的统称，它包括原核生物原核生物（细菌、古细菌、放线菌、立克次氏体、支原（细菌、古细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体）、体、衣原体）、真核生物真核生物（原生动物、真菌、（原生动物、真菌、藻类）、藻类）、非细胞生物非细胞生物（噬菌体、病毒）等个体（噬菌体、病毒）等个体微小，必须借助光学显微镜或电子显微镜才能微小，必须借助光学显微镜或电子显微镜才能看清其形态构造及测量其大小的生物。看清其形态构造及测量其大小的生物。微生物一词并非生物分类学(种、属、科、目、纲、门、界)的专门3水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件4水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件5水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件6湿地湿地大自然的大自然的“肾肾”u湿地是地球生态环境的重要组成部分，与森林、海洋并湿地是地球生态环境的重要组成部分，与森林、海洋并称为全球三大生态系统。称为全球三大生态系统。u湿地公约对湿地的定义为湿地公约对湿地的定义为“湿地是指天然或人工、湿地是指天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地、静止或流动的淡水、半长久或暂时的沼泽地、泥炭地、静止或流动的淡水、半咸水、咸水水域，包括低潮时水深不超过咸水、咸水水域，包括低潮时水深不超过6 6米的海水区。米的海水区。”湿地大自然的“肾”湿地是地球生态环境的重要组成部分，与森7u人工湿地：指用人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏人工湿地：指用人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基质层，种植水生植物，利用隔水层，充填一定深度的基质层，种植水生植物，利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用基质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用使污水得到净化。按照污水流动方式，分为表面流人工使污水得到净化。按照污水流动方式，分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。u中华人民共和国国家环境保护标准人工湿地污水处理中华人民共和国国家环境保护标准人工湿地污水处理工程技术规范工程技术规范 HJ2005-2010 HJ2005-2010，环境保护部发布。，环境保护部发布。人工湿地：指用人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填8活性污泥法生化处理池活性污泥法生化处理池活性污泥法生化处理池9u活性污泥法处理污水，是利用活性污泥在废水中的凝聚、吸附、氧化、活性污泥法处理污水，是利用活性污泥在废水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用，去除废水中有机污染物的一种废水处理方法。分解和沉淀等作用，去除废水中有机污染物的一种废水处理方法。u活性污泥基本概念是由活性污泥基本概念是由19121912年英国人年英国人Clark and CageClark and Cage发现对废水进行发现对废水进行长时间曝气会产生污泥并使水质明显改善，其后长时间曝气会产生污泥并使水质明显改善，其后Arden and LackettArden and Lackett进一步研究，发现由于实验容器洗不干净，瓶壁留下残渣反而使处理进一步研究，发现由于实验容器洗不干净，瓶壁留下残渣反而使处理效果提高，从而发现活性微生物菌胶团，定名为活性污泥而来。效果提高，从而发现活性微生物菌胶团，定名为活性污泥而来。u活性污泥法处理污水的原理形象说法：微生物活性污泥法处理污水的原理形象说法：微生物“吃掉吃掉”了污水中的有了污水中的有机物，这样污水变成了干净的水。它本质上与自然界水体自净过程相机物，这样污水变成了干净的水。它本质上与自然界水体自净过程相似，只是经过人工强化，污水净化的效果更好。似，只是经过人工强化，污水净化的效果更好。活性污泥法处理污水，是利用活性污泥在废水中的凝聚、吸附、氧化106.1 天然水体中的微生物环境天然水体中的微生物环境6.2 有机污染物在水体中的生物降解过程有机污染物在水体中的生物降解过程6.3 水体中金属的微生物转化水体中金属的微生物转化6.1 天然水体中的微生物环境111、浮游微生物群落、浮游微生物群落6.1 6.1 天然水体中的微生物环境天然水体中的微生物环境2、底栖微生物群落、底栖微生物群落1、浮游微生物群落6.1 天然水体中的微生物环境2、底栖微生12 浮浮游游植植物物：包包括括真真核核生生物物（藻藻类类）和和原原核核生生物物（蓝蓝细菌（蓝藻）两类生物在内的光自养生物。细菌（蓝藻）两类生物在内的光自养生物。浮游细菌浮游细菌原生动物原生动物1、浮游微生物群落、浮游微生物群落 浮游植物：包括真核生物（藻类）和原核生物（蓝细菌（蓝藻）13 14 15水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件16 17 18 19 20 212.底栖微生物群落底栖微生物群落1海海（河河、湖湖）底底是是水水体体与与地地表表之之间间的的一一个个过过渡渡区区，是是含含有有有有机机物物、矿矿物物颗颗粒粒物物质质以以及及水水的的一一个个扩扩散散和和松散型的复合体。松散型的复合体。1在在沉沉积积物物的的下下部部，微微生生物物数数量量由由于于氧氧的的消消耗耗而而下下降降，利利用用硝硝酸酸盐盐、硫硫酸酸盐盐和和铁铁作作为为末末端端电电子子受受体体的的厌厌氧氧微生物过程显示了较深的沉积物层特征。微生物过程显示了较深的沉积物层特征。2.底栖微生物群落海（河、湖）底是水体与地表之间的一个过渡22活性污泥微生物的分类活性污泥微生物的分类 1）细菌细菌：异养型原核细菌（异养型原核细菌（107108个个/mL）动胶杆菌属动胶杆菌属 假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势）假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势）产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势）产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势）黄杆菌属黄杆菌属 大肠埃希式杆菌大肠埃希式杆菌 2）真菌真菌：微小的腐生或寄生丝状菌：微小的腐生或寄生丝状菌 3）原生动物原生动物：鞭毛虫，纤毛虫等。通过辨认原生物的种类，能够判断：鞭毛虫，纤毛虫等。通过辨认原生物的种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生物。原生物摄食水中的游离细菌，是处理水质的优劣，它是一种指示性生物。原生物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕食者。细菌的首次捕食者。4）后生动物后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中的不经常出现，轮虫的出：主要是轮虫，它在活性污泥中的不经常出现，轮虫的出现是水性稳定的标志。后生动物是细菌的第二捕食者。现是水性稳定的标志。后生动物是细菌的第二捕食者。活性污泥微生物的分类23&由由于于温温度度、pH值值、氧氧气气浓浓度度等等因因素素影影响响微微生生物物群群落落的的组组成成、生生长长速速率率和和酶酶含含量量，这这些些环环境境条条件件不不仅仅能能影影响响微微生生物物参参与与的的转转化化速速率率，有有时时还还能能成成为为这这些些反反应能否进行的控制因素。应能否进行的控制因素。&许多烃类在许多烃类在好氧条件好氧条件下可生物降解，但在缺氧条件下可生物降解，但在缺氧条件下的存在要持久得多。下的存在要持久得多。&在高度在高度还原条件还原条件下可观察到某些有机氯溶剂（如下可观察到某些有机氯溶剂（如CCl4）的生物转化，而在有氧条件下，这些化合物）的生物转化，而在有氧条件下，这些化合物却是持久性的。却是持久性的。由于温度、pH值、氧气浓度等因素影响微生物群落的组成、生长速24 6.2 6.2 有机污染物在水体中的有机污染物在水体中的生物降解过程生物降解过程 6.2 有机污染物在水体中的25p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酶催化反应分解有机物，其本质是过酶催化反应分解有机物，其本质是酶促反酶促反应应。p微生物能否利用环境中的污染物，取决于其微生物能否利用环境中的污染物，取决于其能否合成降解污染物的酶。能否合成降解污染物的酶。6.2.1 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过酶催化反应分解有机物268细菌细菌对有机物的氧化分解作用往往超过一般对有机物的氧化分解作用往往超过一般的化学氧化作用，在反应进行的速度和深度的化学氧化作用，在反应进行的速度和深度方面胜过强的化学氧化剂。方面胜过强的化学氧化剂。8细菌细菌对有机物新陈代谢过程的各种反应都是对有机物新陈代谢过程的各种反应都是依靠称为依靠称为酶酶的一种生物催化剂来完成的。的一种生物催化剂来完成的。细菌对有机物的氧化分解作用往往超过一般的化学氧化作用，在反应27 酶是一类由细胞制酶是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、具有催为主要成分的、具有催化活性的化活性的生物催化剂生物催化剂。u8080年代初发现了具有催化功能的年代初发现了具有催化功能的RNARNA核酶核酶(ribozyme)(ribozyme)，这一发现打破了酶是蛋白质的传统观，这一发现打破了酶是蛋白质的传统观念，开辟了酶学研究的新领域。念，开辟了酶学研究的新领域。1、酶、酶(Enzyme)酶是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成28 酶与一般催化剂的共同点酶与一般催化剂的共同点:在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。应的平衡点。酶与一般催化剂的共同点:29酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率:酶酶的的催催化化效效率率通通常常比比非非催催化化反反应应高高1081020倍，比一般催化剂高倍，比一般催化剂高1071013倍倍;酶酶加加速速反反应应的的机机理理是是降降低低反反应应的的活活化化能能(activation energy)。活化能活化能:又被称为阈能又被称为阈能,用来定义一个化学反应的发生所需要克服用来定义一个化学反应的发生所需要克服的能量障碍的能量障碍,表示一个化学反应发生所需要的最小能量。表示一个化学反应发生所需要的最小能量。酶促反应具有极高的效率:酶的催化效率通常比非催化反应高1030反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 活化能活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。反应总能量改变 非催化反应活化能 酶促反应 一般催化剂催能31生物技术生物技术的四大支柱四大支柱生物技术的四大支柱32 根据根据催化反应类型催化反应类型，酶可分成六大类：，酶可分成六大类：氧化还原酶氧化还原酶（催化氧化还原反应）转移酶转移酶（催化化学基团转移反应）水解酶水解酶（催化水解反应）裂解酶裂解酶（催化底物分子某些键非水解性断裂反应）异构酶异构酶（催化异构反应）合成酶合成酶（与高能磷酸化合物分解相耦联，催化两种底物结合的反应）根据催化反应类型，酶可分成六大类：33根据根据催化反应类型催化反应类型，酶可分成六大类：，酶可分成六大类：氧化还原酶氧化还原酶（催化氧化还原反应）过氧化氢酶：过氧化氢酶：是一种广泛存在于各类生物体中的酶，它是一类抗氧化剂，其作用是催化过氧化氢转化为水和氧气的反应。2H2O22H2O+O2根据催化反应类型，酶可分成六大类：过氧化氢酶：是一种广泛存在34 根据根据催化反应类型催化反应类型，酶可分成六大类：，酶可分成六大类：转移酶转移酶（催化化学基团转移反应）谷丙转氨酶谷丙转氨酶：是一种转氨酶，存在于血浆及多种身体组织中，但最常见与肝脏关联。也叫血清谷氨酸丙酮酸转氨酶（serumglutamatepyruvatetransaminase，简称SGPT）或丙氨酸转氨酶（alanineaminotransferase，简称ALAT）。-酮戊二酸+丙氨酸 谷氨酸+丙酮酸 根据催化反应类型，酶可分成六大类：谷丙转氨酶：是一种转氨酶35 根据根据催化反应类型催化反应类型，酶可分成六大类：，酶可分成六大类：水解酶水解酶（催化水解反应）酯酶酯酶：是一种水解酶，可在水分子的参与下，经由水解作用，将酯类切割成酸类与醇类。此类酶参与多种生物化学反应，依其专属受质、蛋白质结构，以及功能而有所不同。根据催化反应类型，酶可分成六大类：酯酶：是一种水解酶，可在36根据根据催化反应类型催化反应类型，酶可分成六大类：，酶可分成六大类：裂解酶裂解酶（催化底物分子某些键非水解性断裂反应）谷氨酸脱羧酶(GAD)：是一个催化谷氨酸脱羧为-氨基丁酸并释放CO2的酶。此反应以如下方式进行：HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOHCO2+HOOC-CH2-CH2-CH2NH2根据催化反应类型，酶可分成六大类：谷氨酸脱羧酶(GAD)：是37根据根据催化反应类型催化反应类型，酶可分成六大类：，酶可分成六大类：异构酶异构酶（催化异构反应）异构酶异构酶：是一种催化同分异构体转换的酶。葡萄糖葡萄糖-6-磷酸异构酶：磷酸异构酶：D-葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸D-果糖果糖-6-磷酸磷酸根据催化反应类型，酶可分成六大类：异构酶：是一种催化同分异构38根据根据催化反应类型催化反应类型，酶可分成六大类：，酶可分成六大类：合成酶合成酶（与高能磷酸化合物分解相耦联，催化两种底物结合的反应）谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶：是一种控制氮代谢的酶，催化铵离子和谷氨酸合成谷氨酰胺，同时消耗ATP(三磷酸腺苷)。这个反应分成两步进行：酶先让ATP和谷氨酸反应，生成-谷氨酰磷酸；接着铵离子上来，替换掉磷酸。谷氨酸谷氨酸+NH3 谷氨酰胺谷氨酰胺根据催化反应类型，酶可分成六大类：谷氨酰胺合成酶：是一种控制39 酶按照成分，分为酶按照成分，分为单成分酶单成分酶和和双成分酶双成分酶两大类。两大类。&单成分酶单成分酶只含有蛋白质，如脲酶、蛋白酶。只含有蛋白质，如脲酶、蛋白酶。&双成分酶双成分酶除含蛋白质外，还含有非蛋白质部分，除含蛋白质外，还含有非蛋白质部分，前者称前者称酶蛋白酶蛋白，后者称，后者称辅基辅基、辅酶辅酶。&辅基同酶蛋白的结合比较牢固，不易分离。辅辅基同酶蛋白的结合比较牢固，不易分离。辅酶与酶蛋白结合松弛，易于分离。两者区别仅酶与酶蛋白结合松弛，易于分离。两者区别仅在于同酶蛋白结合的牢固程度不同，而无严格在于同酶蛋白结合的牢固程度不同，而无严格的界线。为了简便，均称为的界线。为了简便，均称为辅酶辅酶。酶按照成分，分为单成分酶和双成分酶两大类。40 在在双成分酶双成分酶催化反应时，一般是催化反应时，一般是辅酶辅酶起着传起着传递电子、原子或某些化学基团的功能，递电子、原子或某些化学基团的功能，酶蛋酶蛋白白起着决定催化专一性和催化高效率的功能。起着决定催化专一性和催化高效率的功能。只有双成分酶的整体才具有酶的催化活性，只有双成分酶的整体才具有酶的催化活性，而当酶蛋白与辅酶经分离后各自单独存在时而当酶蛋白与辅酶经分离后各自单独存在时则均失去相应作用。则均失去相应作用。在双成分酶催化反应时，一般是辅酶起着传递电子、原子或某些化41 u辅酶的成分是辅酶的成分是金属离子、含金属的有机化合金属离子、含金属的有机化合物或小分子的复杂有机化合物物或小分子的复杂有机化合物。已经发现的。已经发现的辅酶有辅酶有3030余种。余种。u同一辅酶可以结合不同的酶蛋白，构成许多同一辅酶可以结合不同的酶蛋白，构成许多种双成分酶，可对不同底物进行相同反应。种双成分酶，可对不同底物进行相同反应。辅酶的成分是金属离子、含金属的有机化合物或小分子的复杂有机42FMN 和和 FADNAD+和和NADP+辅酶辅酶Q细胞色素酶系的辅酶细胞色素酶系的辅酶辅酶辅酶A若干重要辅酶的功能黄素单核苷酸黄素单核苷酸 黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷FMN 和 FAD若干重要辅酶的功能黄素单核苷酸 烟酰胺43 FMN 和和FAD 辅酶辅酶FMN和和 FAD分别是黄素单核苷酸和黄素腺分别是黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸的缩写，是一些氧化还原酶的辅嘌呤二核苷酸的缩写，是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有酶，在酶促反应中具有传递氢原子传递氢原子的功能。的功能。腺嘌呤腺嘌呤异咯嗪基异咯嗪基异咯嗪基异咯嗪基黄素单核苷酸黄素单核苷酸(FMN)黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)FMN 和FAD腺嘌呤异咯嗪基异咯嗪基黄素单核苷酸(FMN44腺嘌呤腺嘌呤异咯嗪基异咯嗪基异咯嗪基异咯嗪基黄素单核苷酸黄素单核苷酸(FMN)黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)腺嘌呤异咯嗪基异咯嗪基黄素单核苷酸(FMN)黄素腺嘌呤二核苷45NAD+和和NADP+辅酶辅酶NAD+和和NADP+分别称为辅酶分别称为辅酶和辅酶和辅酶，依，依次是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二次是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷的缩写，是一些氧化还原酶的辅酶，核苷酸磷的缩写，是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有在酶促反应中具有传递氢原子传递氢原子的功能。的功能。辅酶辅酶辅酶辅酶烟酰胺烟酰胺腺嘌呤腺嘌呤NAD+和NADP+辅酶辅酶烟酰胺腺嘌呤46水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件47 辅酶辅酶Q 辅酶辅酶Q又称泛醌，简写又称泛醌，简写CoQ,是一些氧化还原酶是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有的辅酶，在酶促反应中具有传递氢原子传递氢原子的功能。的功能。共轭环己二烯二酮共轭环己二烯二酮 辅酶Q共轭环己二烯二酮48 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,c1,c,a 和和a3等几种。它们的酶蛋等几种。它们的酶蛋白部分各不相同，但是辅酶都是白部分各不相同，但是辅酶都是铁卟啉铁卟啉。在酶在酶促反应时辅酶铁卟啉中的铁不断地进行氧化还促反应时辅酶铁卟啉中的铁不断地进行氧化还原，起到原，起到传递电子传递电子的作用。的作用。铁卟啉铁卟啉 细胞色素酶系的辅酶铁卟啉49 辅酶辅酶A 辅酶辅酶A是泛酸的一个衍生物，简写为是泛酸的一个衍生物，简写为CoASH,是是一种转移酶的辅酶，所含的巯基与酰基形成硫一种转移酶的辅酶，所含的巯基与酰基形成硫酯，在酶促反应中起着酯，在酶促反应中起着传递酰基传递酰基的功能的功能。巯基巯基乙酰基乙酰基酰基酰基硫脂硫脂 辅酶A巯基乙酰基酰基硫脂50 2、有机物的生物降解性、有机物的生物降解性易生物降解的有机物易生物降解的有机物 来源于动、植物残体及生物代谢过程中产生的来源于动、植物残体及生物代谢过程中产生的物质和排泄物。如碳水化合物、蛋白质、脂肪、核物质和排泄物。如碳水化合物、蛋白质、脂肪、核酸等。这些物质，通过微生物所产生的酶，很容易酸等。这些物质，通过微生物所产生的酶，很容易被分解成糖、氨基酸、甘油、脂肪酸等简单的有机被分解成糖、氨基酸、甘油、脂肪酸等简单的有机物，并最终分解为物，并最终分解为CO2、H2O、NH3等。等。难生物降解的有机物难生物降解的有机物 主要是工农业生产中排出的有机污染物，如主要是工农业生产中排出的有机污染物，如农药、烃类等。农药、烃类等。2、有机物的生物降解性易生物降解的有机物51DDTDDT杀虫剂杀虫剂DDT能让人产生心醉神迷似的感受。能让人产生心醉神迷似的感受。20世纪世纪50年代一年代一种流行的鸡尾酒种流行的鸡尾酒名叫名叫“Mickey Slim”，据悉是将少量的，据悉是将少量的DDT加入杜公子酒中制成的。此图为二名女士在飘飘欲仙地加入杜公子酒中制成的。此图为二名女士在飘飘欲仙地“喝喝”DDT。DDT杀虫剂DDT能让人产生心醉神迷似的感受。20世纪50年52DDT在自然环境中可通过生物过程转化为在自然环境中可通过生物过程转化为DDD和和DDE，两种产物更难于进一步被生物降解。，两种产物更难于进一步被生物降解。DDT的微生物分解主要是在厌氧条件下通过脱的微生物分解主要是在厌氧条件下通过脱氯作用形成氯作用形成DDD的过程中而发生的。的过程中而发生的。DDTDDT在自然环境中可通过生物过程转化为DDD和DDE，两种产536.2.2.1 天然大分子有机物的降解天然大分子有机物的降解6.2.2 主要有机污染物的微生物降解途径主要有机污染物的微生物降解途径 6.2.2.2 有毒有机污染物质的降解有毒有机污染物质的降解6.2.2.1 天然大分子有机物的降解6.2.2 主要有机54 生物氧化是指有机物质在机体细胞内的氧化，生物氧化是指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有能量的释放。并伴随有能量的释放。生物氧化中物质的氧化方式有生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失加氧、脱氢、失电子电子，遵循氧化还原反应的一般规律，遵循氧化还原反应的一般规律。6.2.2.1 天然大分子有机物的生物氧化天然大分子有机物的生物氧化 生物氧化是指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有能量的释放55&在生物氧化中有机物质的氧化在生物氧化中有机物质的氧化大多大多为为去氢氧去氢氧化化，所脱落的氢由相应氧化还原酶按一定顺，所脱落的氢由相应氧化还原酶按一定顺序传递至受氢体。序传递至受氢体。去氢氧化去氢氧化 在生物氧化中有机物质的氧化大多为去氢氧化，所脱落的氢由相应56 生物氧化中的氢传递过程生物氧化中的氢传递过程有氧氧化中以有氧氧化中以分子氧分子氧为直接或间接受氢体的氢传递过程为直接或间接受氢体的氢传递过程无氧氧化中无氧氧化中有机底物转化中间产物有机底物转化中间产物作受氢体的氢传递过作受氢体的氢传递过程程无氧氧化中某些无氧氧化中某些无机含氧化合物无机含氧化合物作受氢体的氢传递过程作受氢体的氢传递过程 这类氢传递过程中最常见的受氢体是这类氢传递过程中最常见的受氢体是硝酸根、硫硝酸根、硫酸根和二氧化碳酸根和二氧化碳。它们接受来源于有机底物由酶传递来。它们接受来源于有机底物由酶传递来的氢，而被分别被还原为分子氮（或一氧化二氮）、硫的氢，而被分别被还原为分子氮（或一氧化二氮）、硫化氢和甲烷。化氢和甲烷。生物氧化中的氢传递过程有氧氧化中以分子氧为直接或间接受氢体57p糖糖(carbohydrates)即即碳碳水水化化合合物物，其其化化学学本本质质为为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。p多多糖糖类类有有机机物物是是异异养养微微生生物物的的主主要要能能源源，也也是是生生物物细细胞胞重重要要的的结结构构物物质质和和储储藏藏物物质质，广广泛泛地地存存在在于于动动植植物物的的尸尸体体及及废废料料中中，如如纤纤维维素素、淀淀粉粉、果果胶质等。胶质等。糖类的微生物降解糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多58 糖类通式为糖类通式为Cx（H2O）y，分成单糖、二糖和多，分成单糖、二糖和多糖类。糖类。单糖单糖包括戊糖如木糖和己糖如葡萄糖、果糖等。包括戊糖如木糖和己糖如葡萄糖、果糖等。二糖二糖如蔗糖、乳糖和麦芽糖。如蔗糖、乳糖和麦芽糖。多糖多糖如淀粉、纤维素等如淀粉、纤维素等。糖类通式为Cx（H2O）y，分成单糖、二糖和多糖59葡萄糖（葡萄糖（glucose）结构）结构葡萄糖（glucose）结构60 多糖水解成单糖多糖水解成单糖单糖酵解成丙酮酸单糖酵解成丙酮酸丙酮酸的转化丙酮酸的转化微生物降解糖类的基本途径：微生物降解糖类的基本途径：多糖水解成单糖微生物降解糖类的基本途径：61 多糖水解成单糖多糖水解成单糖 多糖在胞外水解酶催化下水解成单糖。多糖在胞外水解酶催化下水解成单糖。多糖水解生成的单糖产物以多糖水解生成的单糖产物以葡萄糖葡萄糖为主。为主。多糖水解成单糖62 单糖酵解成丙酮酸单糖酵解成丙酮酸 细胞内单糖不论在有氧氧化或在无氧氧化条细胞内单糖不论在有氧氧化或在无氧氧化条件下，都可经过相应的一系列酶促反应形成件下，都可经过相应的一系列酶促反应形成丙酮酸丙酮酸。这一过程称为。这一过程称为单糖酵解单糖酵解。单糖酵解成丙酮酸63 丙酮酸的转化丙酮酸的转化 有氧条件下有氧条件下的转化的转化 无氧条件下无氧条件下的转化的转化 丙酮酸的转化64 丙酮酸的转化丙酮酸的转化 在在有氧氧化条件有氧氧化条件下，丙酮酸通过酶促反下，丙酮酸通过酶促反应转化成乙酰辅酶应转化成乙酰辅酶A,乙酰辅酶乙酰辅酶A与草酰乙酸与草酰乙酸经酶促反应转成柠檬酸。经酶促反应转成柠檬酸。柠檬酸通过一系列酶促反应又形成草酰柠檬酸通过一系列酶促反应又形成草酰乙酸，可重新进行新一轮的转化。这种生物乙酸，可重新进行新一轮的转化。这种生物转化的循环途径称为转化的循环途径称为三羧酸循环三羧酸循环或柠檬酸循或柠檬酸循环，简称环，简称TCA循环循环。丙酮酸的转化65三羧酸循环的生理意义三羧酸循环的生理意义三大营养物质的三大营养物质的共同氧化途径。共同氧化途径。三羧酸循环的生理意义三大营养物质的共同氧化途径。69 丙酮酸的转化丙酮酸的转化 在在无氧氧化条件无氧氧化条件下丙酮酸通过酶促反应，往下丙酮酸通过酶促反应，往往以其本身作受氢体而被还原为往以其本身作受氢体而被还原为乳酸乳酸，或以，或以其转化的中间产物作受氢体，发生不完全氧其转化的中间产物作受氢体，发生不完全氧化生成低级的化生成低级的有机酸、醇有机酸、醇及及二氧化碳二氧化碳等。等。丙酮酸的转化706.2.2.2 有毒有机污染物质的降解有毒有机污染物质的降解6.2.2.2 有毒有机污染物质的降解72一、反应类型一、反应类型1.氧化反应氧化反应2.还原反应还原反应3.水解反应水解反应4.加成反应加成反应一、反应类型 氧化反应731、氧化反应类型、氧化反应类型（1）加氧氧化）加氧氧化（2）脱氢酶脱氢氧化）脱氢酶脱氢氧化（3）氧化酶脱氢氧化）氧化酶脱氢氧化1、氧化反应类型（1）加氧氧化74（1）加氧氧）加氧氧化化 通通常常，这这涉涉及及带带有有金金属属的的酶酶（如如加加氧氧酶酶）和像和像NAD(P)H这样的辅酶作用。这样的辅酶作用。如如果果O2的的两两个个氧氧原原子子都都被被转转化化，这这种种酶酶被被称称作作双双加加氧氧酶酶；相相反反地地，单单加加氧氧酶酶仅仅能能分分离离出出一一个个氧氧原原子子。这这种种过过程程只只能能在在有有氧氧环环境境中中进进行行反应。反应。（1）加氧氧化 通常，这涉及带有金属的酶（如加75（2）脱氢酶脱氢氧化）脱氢酶脱氢氧化 脱脱氢氢酶酶是是伴伴随随有有氢氢原原子子或或电电子子转转移移，以以非非分分子子氧氧化化合合物物为为受受氢氢体体的的酶酶类类。脱脱氢氢酶酶能能使使相相应应的的底物脱氢氧化。例如：底物脱氢氧化。例如：醇氧化成醛醇氧化成醛RCH2OH RCHO+2H醇氧化成酮醇氧化成酮R1CHOHR2 R1COR2+2H（2）脱氢酶脱氢氧化 脱氢酶是伴随有氢原子或电子转移，78（3）氧化酶脱氢氧化）氧化酶脱氢氧化 氧氧化化酶酶是是伴伴随随有有氢氢原原子子或或电电子子转转移移，以以分分子子氧氧为为直直接接受受氢氢体体的的酶酶类类。氧氧化化酶酶使使相相应应底底物物氧化。例如：氧化。例如：RCH2NH2+H2O RCHO+NH3+2H （3）氧化酶脱氢氧化 氧化酶是伴随有氢原子或电79 还原反应时将电子转移到有机化合物的还原反应时将电子转移到有机化合物的特定部位。特定部位。微生物的还原转化微生物的还原转化涉及的化学结涉及的化学结构和构和非生物还原反应非生物还原反应易受影响的结构相同。易受影响的结构相同。2、还原反应、还原反应 还原反应时将电子转移到有机化合物的特定80对硝基苯甲酸的代谢途径对硝基苯甲酸的代谢途径对硝基苯甲酸的代谢途径82 微生物用来引发外源有机化合物降解的一个微生物用来引发外源有机化合物降解的一个重要途径是水解反应。这种反应可以在重要途径是水解反应。这种反应可以在任何环境任何环境条件条件下进行，而且能够催化这种降解反应的酶都下进行，而且能够催化这种降解反应的酶都是是基本酶基本酶（即总是存在），尽管它们的活性水平（即总是存在），尽管它们的活性水平是可调节的。是可调节的。当以微生物为媒介进行水解反应时，其速率当以微生物为媒介进行水解反应时，其速率要比非生物水解反应要比非生物水解反应快快得多。得多。3、水解反应、水解反应 微生物用来引发外源有机化合物降解的一个重要83（1）羧酸酯酶使脂肪族酯水解）羧酸酯酶使脂肪族酯水解（2）芳香酯酶使芳香族酯水解）芳香酯酶使芳香族酯水解（3）磷酸酯酶使磷酸酯水解）磷酸酯酶使磷酸酯水解（4）酰胺酶使酰胺水解）酰胺酶使酰胺水解水解反应类型水解反应类型（1）羧酸酯酶使脂肪族酯水解（2）芳香酯酶使芳香族酯水解（384 微生物用来引发外源有机化合物降解的最微生物用来引发外源有机化合物降解的最后一种方法是在结构中加入含碳基团或水。后一种方法是在结构中加入含碳基团或水。两种含碳基团是两种含碳基团是延胡羧酸根（反丁烯二酸延胡羧酸根（反丁烯二酸根）根）和和重碳酸根重碳酸根。4、加成反应、加成反应 微生物用来引发外源有机化合物降解的最后一种85 当提供的环境中外源化合物结构中没有可当提供的环境中外源化合物结构中没有可以进攻的官能团时主要发生这种转化，如在缺以进攻的官能团时主要发生这种转化，如在缺氧环境中氧化酶中氧的亲电形式不能起作用时氧环境中氧化酶中氧的亲电形式不能起作用时就可能会发生这种加成。就可能会发生这种加成。通过含碳基团的加成可以使产生的化合物通过含碳基团的加成可以使产生的化合物更容易进一步降解。更容易进一步降解。当提供的环境中外源化合物结构中没有可以进攻的86二、化学结构-生物降解性 为为了了辨辨别别能能够够增增强强或或抑抑制制生生物物降降解解性性的的结结构构特特征征，最最近近开开始始关关注注结结构构-生生物物降降解解性性的的相相关关性性。在在这这些些研研究究中中，已已经经有有了了一一些些数数据据来来判判断断化化合合物物生生物物降降解解的的难难易。易。在在实实验验室室模模拟拟条条件件下下，当当一一种种物物质质在在28天天内内消消耗耗溶溶解解氧氧的的量量超超过过其其完完全全矿矿化化所所需需要要的的理理论论需需氧氧量量的的60%，即可称之为，即可称之为易降解物质易降解物质。二、化学结构-生物降解性 为了辨别能够增强或抑制87 目目前前，在在厌厌氧氧环环境境中中，探探究究结结构构-活活性性趋趋势势所所需要的数据库远少于在好氧环境中相应的数据。需要的数据库远少于在好氧环境中相应的数据。好氧环境好氧环境的结构的结构-生物降解性生物降解性 目前，在厌氧环境中，探究结构-活性趋势所需要的数据库远88l一一些些包包含含可可水水解解基基团团的的化化合合物物，比比如如羧羧酸酸酯酯、氨氨基基化化合合物物、酐酐类类或或磷磷酸酸酯酯都都很很容容易易被被降降解解。这这些些结结构构基基团团在在蛋蛋白质、多聚糖、脂肪等天然化合物中广泛存在。白质、多聚糖、脂肪等天然化合物中广泛存在。l其其次次，羟羟基基、醛醛基基、羰羰基基基基团团的的存存在在表表明明化化合合物物是是易易于于生物降解的。生物降解的。l此外，含氧基团在有机物的降解产物中也是很常见的。此外，含氧基团在有机物的降解产物中也是很常见的。好氧环境的易降解结构特征好氧环境的易降解结构特征一些包含可水解基团的化合物，比如羧酸酯、氨基化合物、酐类或磷89n氯和硝基氯和硝基在芳环上时，都和化学拮抗性有关。在芳环上时，都和化学拮抗性有关。n季季碳碳原原子子（CR1R2R3R4）和和叔叔胺胺化化合合物物（NR1R2R3）这种结构可以阻碍生物降解。这种结构可以阻碍生物降解。某些结构基团可使生物降解性降低或消失某些结构基团可使生物降解性降低或消失氯和硝基在芳环上时，都和化学拮抗性有关。某些结构基团可使生物90碎片片段系数-CHO0.34-C(O)OR0.28-C(O)NR20.22-C(O)OH0.2-OH0.1叔-N-0.03季-C-0.04脂肪-Cl-0.03芳香-Cl-0.1芳香-NO2-0.24给定结构影响生物降解性的片段系数举例给定结构影响生物降解性的片段系数举例易降解难降解碎片片段系数-CHO0.34-C(O)OR0.28-C(O)91三、微生物利用酶的特点三、微生物利用酶的特点（1）环环境境中中结结构构特特殊殊的的化化合合物物对对微微生生物物转转化化来来说说是困难的。是困难的。当当化化合合物物的的结结构构与与微微生生物物通通常常利利用用的的化化合合物物有有很很大大差差异异，当当微微生生物物初初次次碰碰到到它它们们时时，通通常常没没有适于处理它们的现成的酶系。有适于处理它们的现成的酶系。三、微生物利用酶的特点（1）环境中结构特殊的化合物对微生物转92（2）酶酶并并不不具具备备完完全全的的底底物物（酶酶作作用用的的物物质质）选选择择能力。能力。p酶酶虽虽然然是是用用来来结结合合和和催催化化特特定定化化合合物物的的，但但也也能能够与够与结构相似的化合物结构相似的化合物结合或诱导其反应。结合或诱导其反应。p酶酶对对部部分分结结构构与与常常见见基基质质类类似似的的化化合合物物也也能能发发生生生物转化。生物转化。三、微生物利用酶的特点三、微生物利用酶的特点（2）酶并不具备完全的底物（酶作用的物质）选择能力。酶虽然是93 例例如如，5-苯苯基基戊戊酸酸可可以以被被那那些些用用来来处处理理脂脂肪肪酸酸（硬脂酸）的酶作用。（硬脂酸）的酶作用。与与天天然然存存在在的的有有机机物物有有相相似似性性的的外外源源有有机机物物也也能能发发生生不不同同程程度度的的生生物物降降解解，非非目目标标化化合合物物可可以以被被本来是用来转化其它基质的酶系统所降解本来是用来转化其它基质的酶系统所降解。（2）酶酶并并不不具具备备完完全全的的底底物物（酶酶作作用用的的物物质质）选选择择能力。能力。例如，5-苯基戊酸可以被那些用来处理脂肪酸（硬94（3）微微生生物物似似乎乎总总有有一一些些相相对对非非选选择择性性的的酶酶存存在在，以以便用于进攻和利用未知的和不需要的化合物。便用于进攻和利用未知的和不需要的化合物。p微微生生物物在在消消除除化化学学干干扰扰时时，大大部部分分细细菌菌的的策策略略通通常常是是保保持持一一个个初初始始氧氧化化步步骤骤，将将这这些些有有毒毒的的化化学学信信号号转转化化为为极极性性更更大大的的物物质质，转转化化产产物物或或能能进进入入常常规规的的代代谢谢途途径径，或或因因其其水水溶溶性性增增加加，可可以以返返回回到环境中。到环境中。p即即使使对对相相关关微微生生物物来来说说不不常常见见的的有有机机物物，有有时时也也通过这种相对非选择性酶的作用慢慢降解。通过这种相对非选择性酶的作用慢慢降解。（3）微生物似乎总有一些相对非选择性的酶存在，以便用于进攻和95（3）微微生生物物似似乎乎总总有有一一些些相相对对非非选选择择性性的的酶酶存存在在，以以便用于进攻和利用未知的和不需要的化合物。便用于进攻和利用未知的和不需要的化合物。p例如苯的微生物降解。例如苯的微生物降解。p苯可被苯可被氧化酶氧化酶和和脱氢酶脱氢酶氧化为氧化为邻苯二酚及其衍生邻苯二酚及其衍生物物。p邻苯二酚及其衍生物也可由许多天然芳香化合物邻苯二酚及其衍生物也可由许多天然芳香化合物如水杨酸根和香草酸根代谢产生，而在许多微生如水杨酸根和香草酸根代谢产生，而在许多微生物中都存在将二羟基苯衍生物代谢的途径。物中都存在将二羟基苯衍生物代谢的途径。（3）微生物似乎总有一些相对非选择性的酶存在，以便用于进攻和96四、微生物降解与转化污染物的方式四、微生物降解与转化污染物的方式（P159）1.1.产生诱导酶产生诱导酶2.形成突变菌株形成突变菌株3.利用降解性质粒利用降解性质粒4.组建超级菌组建超级菌5.利用共代谢方式利用共代谢方式四、微生物降解与转化污染物的方式产生诱导酶97 根据酶的合成方式和存在时间，微生物细胞内的根据酶的合成方式和存在时间，微生物细胞内的酶可分为酶可分为组成酶组成酶和和诱导酶诱导酶。组成酶组成酶是细胞内一直存在的酶，它的合成仅受遗是细胞内一直存在的酶，它的合成仅受遗传物质控制即受内因控制。传物质控制即受内因控制。诱导酶诱导酶是在环境中有诱导物（一般是反应的底物）是在环境中有诱导物（一般是反应的底物）存在时，微生物会因诱导物存在而产生一种酶就是存在时，微生物会因诱导物存在而产生一种酶就是诱导酶，诱导酶的合成除取决于环境中诱导物外，诱导酶，诱导酶的合成除取决于环境中诱导物外，还受基因控制即受内因和外因共同控制。还受基因控制即受内因和外因共同控制。1、产生诱导酶、产生诱导酶 根据酶的合成方式和存在时间，微生物细胞内的酶可分为98 例如，催化淀粉分解为糊精、麦芽糖等的例如，催化淀粉分解为糊精、麦芽糖等的-淀粉淀粉酶酶也是一种诱导酶，多种微生物都能产生这种酶。也是一种诱导酶，多种微生物都能产生这种酶。如果将能合成如果将能合成-淀粉酶的菌种培养在不含淀粉的淀粉酶的菌种培养在不含淀粉的葡萄糖溶液中，它就直接利用葡萄糖而不产生葡萄糖溶液中，它就直接利用葡萄糖而不产生-淀粉淀粉酶。酶。如果将它培养在含淀粉的培养基中，它就会产生如果将它培养在含淀粉的培养基中，它就会产生活性很高的活性很高的-淀粉酶。淀粉酶。例如，催化淀粉分解为糊精、麦芽糖等的-淀99 微生物在生长过程中偶尔会发生微生物在生长过程中偶尔会发生遗传物质遗传物质变化，从而引起个体性状的改变，形成了突变变化，从而引起个体性状的改变，形成了突变菌株。可以通过菌株。可以通过定向驯化或诱变技术定向驯化或诱变技术获得具有获得具有高效降解能力的变种，使得难降解的、不可降高效降解能力的变种，使得难降解的、不可降解的有机物得到转化。解的有机物得到转化。2、形成突变菌株、形成突变菌株 微生物在生长过程中偶尔会发生遗传物质变化，从100u在在许许多多微微生生物物中中存存在在由由较较短短的的DNADNA构构成成的的质质粒粒已已被被发发现为多种降解酶提供编码。现为多种降解酶提供编码。u质质粒粒是是指指一一种种独独立立于于染染色色体体外外，能能自自我我复复制制并并稳稳定定遗遗传传的的环环状状DNADNA分分子子。存存在在于于许许多多细细菌菌以以及及酵酵母母菌菌等等生生物物中中，乃乃至至于于植植物物的的线线粒粒体体等等胞胞器器中中。天天然然质质粒粒的的DNADNA长长度度从从数数千千碱碱基基对对至至数数十十万万碱碱基基对对都都有有。质质粒粒天天然然存存在在于于这这些些生生物物里里面面，有有时时候候一一个个细细胞胞里里面面可可以同时有一种乃至于数种的质粒同时存在。以同时有一种乃至于数种的质粒同时存在。3、利用降解性质粒、利用降解性质粒在许多微生物中存在由较短的DNA构成的质粒已被发现为多种降解101 现代微生物学研究发现，许多有毒化合物，现代微生物学研究发现，许多有毒化合物，尤其是复杂芳烃类化合物的生物降解，往往需要尤其是复杂芳烃类化合物的生物降解，往往需要多种质粒参与。多种质粒参与。将各供体细胞的不同降解性质粒转移到同一将各供体细胞的不同降解性质粒转移到同一个受体细胞中，可构建个受体细胞中，可构建多质粒超级菌株多质粒超级菌株。4、组建超级菌、组建超级菌 现代微生物学研究发现，许多有毒化合物，尤其是103 有机物生物降解存在两种代谢模式：有机物生物降解存在两种代谢模式：生长生长代谢和共代谢代谢和共代谢。共代谢共代谢是指一些难降解的有机物质不能直是指一些难降解的有机物质不能直接作为碳源或能源物质被微生物利用，当环境接作为碳源或能源物质被微生物利用，当环境中存在其它可利用的碳源或能源物质时，此类中存在其它可利用的碳源或能源物质时，此类有机物才可被转化降解的过程。有机物才可被转化降解的过程。5、利用共代谢方式、利用共代谢方式 有机物生物降解存在两种代谢模式：生长代谢和104 共代谢现象首先由福斯特报道，他发现诺共代谢现象首先由福斯特报道，他发现诺卡氏菌以卡氏菌以十六烷十六烷作为唯一碳源和能源时，生长作为唯一碳源和能源时，生长很好，但不能单独降解很好，但不能单独降解甲基萘甲基萘或或1，3，4-三甲三甲基苯基苯。但当把甲基萘或但当把甲基萘或1，3，4-三甲基苯加进含三甲基苯加进含十六烷培养基中时，这种菌在利用十六烷烃的十六烷培养基中时，这种菌在利用十六烷烃的同时，也可将上面两种芳香化合物分别氧化为同时，也可将上面两种芳香化合物分别氧化为羧酸、萘酸和对异苯丙酸羧酸、萘酸和对异苯丙酸。共代谢现象首先由福斯特报道，他发现诺卡氏菌105水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件106 烷烃类、脂环烃类、芳香烃、烯烃类、烷烃类、脂环烃类、芳香烃、烯烃类、农药、多氯联苯、二噁英、酚类化合物、塑农药、多氯联苯、二噁英、酚类化合物、塑料、合成洗涤剂、染料料、合成洗涤剂、染料五、石油及人工合成有机物的微生物降解（P164-178）烷烃类、脂环烃类、芳香烃、烯烃类、农药、多氯联苯、二107 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 P182）6.3 水体中金属的微生物转化108 汞就是我们俗称的汞就是我们俗称的“水银水银”。汞是毒性最。汞是毒性最强的重金属之一。汞和汞化物都有毒，特别是强的重金属之一。汞和汞化物都有毒，特别是汞的有机化合物毒性更大。鱼在含汞量汞的有机化合物毒性更大。鱼在含汞量0.010.02毫克毫克/升的水中生活就会中毒；人若食用升的水中生活就会中毒；人若食用0.1克汞就会中毒致死。克汞就会中毒致死。汞具有神经毒性，汞中毒可伤害大脑和神汞具有神经毒性，汞中毒可伤害大脑和神经系统，此外对内分泌系统、免疫系统等也有经系统，此外对内分泌系统、免疫系统等也有不良影响，并可对心脏造成长久损害。不良影响，并可对心脏造成长久损害。汞就是我们俗称的“水银”。汞是毒性最强的重金109 1、汞的氧化、还原、汞的氧化、还原u环境中的无机汞可以下列三种形式存在环境中的无机汞可以下列三种形式存在Hg22+（亚汞离子）、（亚汞离子）、Hg2+、Hg0。u在有氧条件下，某些细菌可使元素在有氧条件下，某些细菌可使元素Hg氧化氧化。u而某些细菌，可使无机或有机汞化合物中的而某些细菌，可使无机或有机汞化合物中的汞汞还原还原为元素汞，形成汞蒸气挥发至大气从为元素汞，形成汞蒸气挥发至大气从而减轻汞在环境中的毒性。这类微生物统称而减轻汞在环境中的毒性。这类微生物统称为为抗汞微生物抗汞微生物。1、汞的氧化、还原环境中的无机汞可以下列三种形式存在Hg2110 水体中水体中二价汞二价汞，在某些微生物作用下，在某些微生物作用下，转化为甲基汞（转化为甲基汞（CH3Hg+）和二甲基汞）和二甲基汞（CH3-Hg-CH3）的反应。）的反应。2、汞的甲基化反应、汞的甲基化反应 水体中二价汞，在某些微生物作用下，转化为甲111 汞的生物甲基化往往与汞的生物甲基化往往与甲基钴胺素甲基钴胺素有关。有关。甲基钴胺素是维生素甲基钴胺素是维生素B12的甲基衍生物，它是一种辅的甲基衍生物，它是一种辅酶，许多微生物细胞都含有。酶，许多微生物细胞都含有。甲基钴胺素中的甲基甲基钴胺素中的甲基是活性基团，易被亲是活性基团，易被亲电的汞离子夺取而形电的汞离子夺取而形成甲基汞。成甲基汞。甲基钴胺素的结构式及简式甲基钴胺素的结构式及简式 汞的生物甲基化往往与甲基钴胺素有关。甲基钴胺素中的甲基是活112 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，在大气中由于紫外线的照射，二甲基汞可二甲基汞可光解光解为为HgHg0 0及及CHCH3 3，并可进一步放出氢和偶合成，并可进一步放出氢和偶合成甲烷和乙烷甲烷和乙烷。甲基汞和二甲基汞之间可以甲基汞和二甲基汞之间可以相互转化相互转化。它主要决。它主要决定于环境的定于环境的pH。当水体当水体pH较高较高时，汞易生成二甲基汞；时，汞易生成二甲基汞；pH较低较低时，二甲基汞可转化为甲基汞时，二甲基汞可转化为甲基汞：(CH3)2Hg+H+=CH3Hg+CH4 二甲基汞是挥发性的，可由水体挥发至大气中。在大气中113环境中的汞与甲基汞和二甲基汞的生化循环环境中的汞与甲基汞和二甲基汞的生化循环环境中的汞与甲基汞和二甲基汞的生化循环114