微生物降解危险性化合物的基本概况微生物降解危险性化合物的基本概况一、危险性化合物微生物降解的发展过程一、危险性化合物微生物降解的发展过程危险性化合物危险性化合物其危险性表现在：致畸、致突变、致癌其危险性表现在：致畸、致突变、致癌解毒微生物的获取途径：解毒微生物的获取途径： 驯化驯化 从特定的环境中分离纯化从特定的环境中分离纯化 通过基因工程手段改造通过基因工程手段改造混合培养比纯培养具有更好的解毒能力。混合培养比纯培养具有更好的解毒能力。二、微生物菌群的生态学地位二、微生物菌群的生态学地位（一）微生物群落种类（一）微生物群落种类 依据不同的代谢作用，可将微生物群落分为依据不同的代谢作用，可将微生物群落分为7 7种：种： 提供特殊营养物提供特殊营养物 去除生长抑制产物去除生长抑制产物 改善单个微生物的基本生长参数（条件）改善单个微生物的基本生长参数（条件） 对底物协调利用对底物协调利用 共代谢共代谢 氢（电子）转移氢（电子）转移 提供一种以上初级底物利用者提供一种以上初级底物利用者卤代有机化合物的微生物降解卤代有机化合物的微生物降解 卤代有机化合物被大量应用于各类工农卤代有机化合物被大量应用于各类工农业生产中。由于卤原子的引入，相对于碳氢业生产中。由于卤原子的引入，相对于碳氢化合物，其生物降解性大大降低。化合物，其生物降解性大大降低。一、卤代有机化合物在好氧混合培养条件下的微生物降解一、卤代有机化合物在好氧混合培养条件下的微生物降解 微生物在降解卤代有机化合物时利用氧：微生物在降解卤代有机化合物时利用氧：1 1、氧在有机底物氧化释放出电子和能量产生时用、氧在有机底物氧化释放出电子和能量产生时用作最终电子受体；作最终电子受体；2 2、氧作为生化反应的底物并在进一步的代谢中被、氧作为生化反应的底物并在进一步的代谢中被化合到有机产物中。化合到有机产物中。卤代芳香化合物的生物降解：卤代芳香化合物的生物降解： 其环被开裂为中间代谢物并且其有机卤素被矿化。其环被开裂为中间代谢物并且其有机卤素被矿化。限速步骤限速步骤： 卤素取代基从有机化合物中的脱除。卤素取代基从有机化合物中的脱除。卤素脱除的卤素脱除的两种途径两种途径： 在降解初期，通过在降解初期，通过还原还原、水解水解或或氧化氧化分解去除机理消分解去除机理消除卤素。除卤素。 生成非芳香结构产物后通过自发水解脱卤或生成非芳香结构产物后通过自发水解脱卤或- -消去消去卤化氢。卤化氢。（一）卤代芳烃（一）卤代芳烃（1 1）脱卤优先于开环）脱卤优先于开环COOHCOOHClClCOOHCOOHOHOHH H2 2O OClCl- -COOHCOOHOHOH环降解环降解HOHOCOOHCOOHClClCOOHCOOH* *OHOHH H2 2O O* *ClCl- -COOHCOOHOHOH环降解环降解OHOH图图6-2-1 3-6-2-1 3-和和4-4-氯苯甲酸的水解脱氯氯苯甲酸的水解脱氯（2 2）开环后脱卤）开环后脱卤R=H,OH,NHR=H,OH,NH2 2,COOH,COOH3-氯邻苯二酚氯邻苯二酚O O2 2R RR RClClO O2 2R ROHOHOHOHH HClClOHOHOHOHClClCOOHCOOHCOOHCOOHClClCOOHCOOHOHOHClClO O间位间位邻位邻位TCATCA循环循环Cl Cl 酰基卤化物酰基卤化物（致死代谢物）（致死代谢物）图图6-2-2 6-2-2 开环后消除卤素开环后消除卤素氧化模式：氧化模式：（1 1）利用烷烃的细菌通过）利用烷烃的细菌通过加氧酶加氧酶将分子将分子O O2 2引入到有机引入到有机分子中。分子中。（2 2）一些能以卤代脂肪烃为唯一碳源和能源的微生物）一些能以卤代脂肪烃为唯一碳源和能源的微生物以其为初始底物代谢。以其为初始底物代谢。（二）卤代脂肪烃（二）卤代脂肪烃(1)CH(1)CH2 2ClCl2 2GSGSCHCH2 2ClClGSGSCHCH2 2OHOHCHCH2 2O+O+谷胱甘肽谷胱甘肽H H2 2O OHClHClGSHGSH HClHClH H2 2O ONADNAD NADHNADH2 2ClClCHCH2 2COOHCOOHClClCHCH2 2CHCHClCl1/2O1/2O2 2(2)Cl(2)ClCHCH2 2CHCH2 2ClClOHOHClClCHCH2 2CHCH2 2OHOH(3)Cl(3)ClCHCH2 2CHCH2 2ClClH H2 2O OHClHClX X XHXH2 2HClHClClClCHCH2 2CHOCHOH H2 2O OHClHClHOHOCHCH2 2COOHCOOH图图6-2-3 6-2-3 氯代脂肪化合物的微生物降解氯代脂肪化合物的微生物降解（1 1）还原谷胱甘肽；（）还原谷胱甘肽；（2 2）氧化；（）氧化；（3 3）水解）水解（一）卤代芳烃（一）卤代芳烃1 1、氯代苯甲酸、氯代苯甲酸（脱卤、矿化）（脱卤、矿化）2 2、氯酚类、氯酚类（脱卤、开环、矿化）（脱卤、开环、矿化）3 3、氯苯类、氯苯类（二）卤代脂肪烃（二）卤代脂肪烃卤代脂肪族化合物降解的起始步骤是还原脱卤。卤代脂肪族化合物降解的起始步骤是还原脱卤。二、卤代有机化合物在厌氧混合培养条件下的微生物降解二、卤代有机化合物在厌氧混合培养条件下的微生物降解烃类化合物的微生物降解烃类化合物的微生物降解一、烃类化合物在好氧混合培养条件下的微生物降解一、烃类化合物在好氧混合培养条件下的微生物降解（一）芳香化合物（一）芳香化合物1 1、苯及烷基苯类、苯及烷基苯类2 2、芳香酸及其脂类化合物、芳香酸及其脂类化合物3 3、酚类化合物、酚类化合物4 4、含氮芳香化合物、含氮芳香化合物 芳香烃由芳香烃由加氧酶加氧酶氧化为儿茶酚，二羟氧化为儿茶酚，二羟基化的芳香环再基化的芳香环再氧化氧化，邻位或间位，邻位或间位开环开环。邻位开环生成已二烯二酸，再氧化为邻位开环生成已二烯二酸，再氧化为-酮酮已二酸，后者再氧化为三羧酸循环的中已二酸，后者再氧化为三羧酸循环的中间产物琥珀酸和乙酰辅酶间产物琥珀酸和乙酰辅酶A。间位开环生。间位开环生成成2-羟已二烯半醛酸，进一步代谢生成甲羟已二烯半醛酸，进一步代谢生成甲酸、乙醛和丙酮酸。酸、乙醛和丙酮酸。已已二烯二酸二烯二酸-酮已二酸酮已二酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A琥珀酸琥珀酸2-2-羟已二烯半醛酸羟已二烯半醛酸乙醛乙醛丙酮酸丙酮酸甲酸甲酸HCOOH1 1、降解机理、降解机理（1 1）末端氧化：烷烃降解主要途径。）末端氧化：烷烃降解主要途径。 微生物攻击链烷烃的末端甲基，由混合功能氧化微生物攻击链烷烃的末端甲基，由混合功能氧化酶催化，生成伯醇，再进一步氧化为醛和脂肪酸，脂酶催化，生成伯醇，再进一步氧化为醛和脂肪酸，脂肪酸接着通过肪酸接着通过-氧化进一步代谢。氧化进一步代谢。（二）脂肪烃（二）脂肪烃（2 2）次末端氧化）次末端氧化 有些微生物攻击链烷的次末端，在链内的碳原子上插有些微生物攻击链烷的次末端，在链内的碳原子上插入氧。这样，首先生成仲醇，再进一步氧化，生成酮，酮入氧。这样，首先生成仲醇，再进一步氧化，生成酮，酮再代谢为酯，酯键裂解生成伯醇和脂肪酸。醇接着继续氧再代谢为酯，酯键裂解生成伯醇和脂肪酸。醇接着继续氧化成醛、羧酸，羧酸则通过化成醛、羧酸，羧酸则通过-氧化进一步代谢。氧化进一步代谢。（一）芳烃（一）芳烃1 1、单环芳烃、单环芳烃2 2、多环芳烃、多环芳烃3 3、杂环芳烃、杂环芳烃（二）脂肪烃（二）脂肪烃二、烃类化合物在厌氧混合培养条件下的微生物降解二、烃类化合物在厌氧混合培养条件下的微生物降解降解在无氧条件下进行降解在无氧条件下进行