水环境中的微生物化学过程..pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 沉积物中：Hg2+与Hg：无机歧化反应 甲基化，鱼体生物富集的主要对象 * * 上节课内容 有机污染物质的微生物降解 糖类、脂肪、蛋白质 6.2 有毒有机污染物质生物转化类型 氧化、还原、水解、结合 6.3 水体中金属的微生物转化 6.4 污染物质的生物转化速率 6.3 水体中金属的微生物转化 （汞的氧化、还原和甲基化P182） 汞 汞存在形态 汞在环境中的存在形态有三种 金属汞 无机汞化合物 有机汞化合物 汞的毒性大小 有机汞〉金属汞〉无机汞化合物 汞 汞的环境化学行为 汞及其化合物有较大挥发性 有机汞〉无机汞 汞的氧化还原电位较高 胶体对汞有强烈的吸附作用 汞的甲基化 环境中的汞与甲基汞和二甲基汞的生化循环 P185图 汞甲基化 甲基化过程：在好氧或厌氧条件下，水体底质中某些微生物能使二价无机汞转变为甲基汞和二甲基汞的过程，称为汞的甲基化。 甲基钴氨蛋氨酸转移酶，辅酶为甲基钴氨素：含钴的一种咕啉衍生物。 甲基汞和二甲基汞之间可以相互转化。它主要决定于反应的条件。 好氧条件下，产物主要是甲基汞 厌氧条件下，尤其是H2S存在时，则更多地转化为二甲基汞，是重金属完全甲基化的一个重要途径 汞的甲基化产物与pH的关系 pH较低时，甲基化产物以CH3Hg+为主； pH升高到8以上时，则以(CH3)2Hg占优势； 水中甲基汞和二甲基汞是两种主要形态 ?(CH3)2Hg + H+===CH3Hg+ + CH4 甲基汞在水中的实际存在形态取决于Cl-难度和pH，一般有CH3HgCl、 CH3HgOH、 CH3Hg+三种形式。正常水体中，主要以CH3HgCl、 CH3HgOH形态存在。 二甲基汞是挥发性的，可由水体挥发至大气中。在大气中由于紫外线的照射，二甲基汞可光解为Hg0及－CH3，并可进一步放出氢和偶合成甲烷和乙烷。 甲 基 钴 氨 素 简 式 六个配体 四个咕啉环上四个氮 咕啉D环支链上二甲基苯并咪唑的一个氮原子 一个甲基负离子 汞的生物甲基化途径 汞的生物去甲基化 汞的生物去甲基化（还原作用）：在水体底质中还存在一类抗汞微生物，能使甲基汞或无机汞化合物变成金属汞，这是微生物以还原作用转化汞的途径。 CH3HgCl + 2H → Hg + 2CH4 + HCl (CH3)2Hg + 2H → Hg + 2CH4 HgCl2 + 2H → Hg + 2HCl 6.4 污染物质的生物转化速率 酶促反应的速率 米氏方程 式中：S——底物；E ——酶；ES ——复合物；P ——产物； k1、k2、k3——相应单元反应速率常数。 k2 则ES形成与分解的速率微分方程为： 如果酶促反应体系处于动态平衡，则： 令Km=(k2 + k3)/k1，得[ES]=[E]0[S]/{Km+[S]} 如果酶促反应的速率(v)为： v = k3[ES] = k3[E]0[S]/{Km+[S]} 当[ES]=[E]0时，酶促反应达到最大速率(vmax)，vmax = k3[ES] = k3[E]0, 米氏方程：v = vmax[S]/{Km+[S]} Km为米氏系数 [S][Km]时，v=vmax[S]/Km，呈现动力学一级反应特征，这是米氏方程的第一阶段情况 [S][Km]时，v=vmax，呈现零级动力学反应特征，这是米氏方程的第三阶段情况 [S]与Km差不多时，酶促反应处于零级和一级反应之间，这是米氏方程的第二阶段情况。 vmax v [S] 0 将米氏方程转化为线性方程： 时， Km＝[S] Km值是在酶促反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度，其单位与底物浓度的单位相同； 米氏方程：v = vmax[S]/{Km+[S]} Km为米氏系数 只要用这些有毒物质作为微生物培养的唯一碳源便可判定是否属生长代谢。在这种代谢过程中微生物可以进行较彻底的降解或矿化，因而是解毒生长基质。 动力学表达式为： 式中： C ——污染物浓度；B ——细菌浓度； Y ——消耗一个单位碳所产生的生物量； μmax——最大的比生长素率; Ks——半饱和常数，即在μmax一半时的基质浓度 生长代谢 某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源与能源，必须与另外的化合物存在提供微生物碳源或能源时，有机物才能被降解，这种现象称为共代谢。 动力学表达式为： 共代谢 链长规律 在一定范围内碳链越长，降解也越快的现象 链分支规律 分支程度越大，降解也越慢的现象 取代规律 羟基、羧基、氨基等取代基的存在会加快其降解，而硝基、磺酸基、氯基等取代基的存在则使降解变慢。 影响微生物反应速率的因素 * *