第五章 化学物质的生物效应(2).ppt

5.4 污染物质的生物转化 生物转化或代谢：指物质在生物作用下经受的化学变化（转化）。 污染物质在环境中有三大主要转化类型：生物转化、化学转化和光化学转化。 微生物可以催化转化或降解有机污染物；对于污染物质在环境中的生物转化微生物起着关键作用。 在生物化学反应中，氧化反应是重要的一类。其次是催化还原反应和酶催化水解反应。 5.4 污染物质的生物转化 一、生物转化中的酶 酶是一类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。 酶的种类有2?103多种。 酶分为胞外酶和胞内酶两大类。 根据催化反应类型：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶、合成酶。 5.4 污染物质的生物转化 酶催化作用的特点： 催化专一性高 催化的效率高 需要温和的外界条件。 按照成分分为：单成分酶和双成分酶两大类 单成分酶只含有蛋白质；双成分酶含蛋白质和非蛋白质部分，前者称酶蛋白，后者称辅基或辅酶。 5.4 污染物质的生物转化 双成分酶催化反应特征： 辅酶起传递电子、原子或某些化学基团的功能 酶蛋白决定催化专一性和催化高效率的功能 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。 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化合物。 二、若干重要辅酶的功能 1．FMN和FND：分别是黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸的缩写，氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传递氢原子的功能。 FMN? FMNH2 FND ? FNDH2 2．NAD+和NADP+ NAD+→辅酶Ⅰ→烟酰胺腺嘌呤二核苷酸； NADP+ →辅酶Ⅱ→烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。 氧化还原酶的辅酶，传递氢原子的功能。 NAD+? NADH +H+, NADP+ ? NADPH +H+ 3.辅酶Q 又称泛醌，简写CoQ，是某些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中担任递氢任务。 CoQ? CoQH2 4．细胞色素酶系的辅酶 是催化底物氧化的一类酶系，主要有细胞色素b、c1、c、a和a3等几种。辅酶都是铁卟啉。 起传递电子作用。 5. 辅酶A 辅酶A是泛酸的一个衍生物，简写为CoASH，辅酶A是一种转移酶的辅酶，所含的巯基与酰基形成硫酯，而在酶促反应中起着传递酰基的功能。 三、生物氧化中的氢传递过程 生物氧化是指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有能量释放。能量主要通过二磷酸腺苷与正磷酸合成三磷酸腺苷而被暂时存放。 生物氧化中的氢传递过程 在生物氧化中有机物质的氧化多为去氢氧化。所脱落的氢(H++e)以原子或电子形式，由相应氧化还原酶按一定顺序传递至受体。这一氢原子或电子的传递过程称为氢传递或电子传递过程，其受体称为受氢体或电子受体。 受氢体为细胞内的分子氧－－有氧氧化， 受氢体为非分子氧的化合物－－无氧氧化。 就微生物来说，好氧微生物进行有氧氧化，厌氧微生物进行无氧氧化，兼性厌氧微生物视生存环境中氧含量的多少而可进行有氧或无氧氧化。 1. 有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程 只有一种酶作用于有机底物，脱落底物的氢(H++e)，其中的电子由该酶辅酶直接传递给分子氧，形成激活态O2-，与脱落氢剩下的H+化合成水。 2. 有氧氧化中分子氧为间接受氢体的递氢过程 几种酶共同作用； 第一种酶从有机底物脱落氢(H++e)，由其余的酶顺序传递，最后把其中的电子传给分子氧形成激活态O2-，并与脱氢中剩下的H+结合为水。 辅酶顺序传递氢的反应式： 无氧氧化中有机底物转化中间产物受氢体的递氢过程 有一种或一种以上的酶参与，最后常由脱氢酶辅酶NADH+H+将所含来源于有机底物的氢 ，传给该底物生物转化的相应中间产物。例如： 兼性厌氧的酵母菌在无分子氧存在下以葡萄糖为生长底物时，用转化中间产物乙醛作受氢体，乙醛被还原成乙醇； 厌氧的乳酸菌以葡萄糖作为生长底物时，转化中间产物丙酮酸是受氢体，丙酮酸被还原为乳酸 4. 无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的递氢过程 最常见的受氢体是硝酸根、硫酸根和二氧化碳。它们接受来源于有机底物由酶传递来的氢，而被分别还原为分子氮(或一氧化二氮)、硫化氢和甲烷。 四、耗氧有机污染物质的微生物降解 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。这一过程称为有机物质的生物降解。 彻底降解、不彻底降解。 耗氧有机污染物质是生物残体、排放废水和废弃物中的糖类、脂肪和蛋白质等较易生物阵解的有机物质。耗氧有机污染物质的微生物降解，广泛地发生于土壤和水体之中。 1. 糖类的微生物降解 微生物降解糖类的基本途径： 多糖水解成单糖：多糖在胞外水解酶催化下水解成二糖和单糖，而后被微生物摄