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    1.耗氧汙染物的微生物降解

    耗氧汙染物包括糖類、蛋白質、脂肪及其他有機物質(或其降解產物)。在細菌的作用下,耗氧有機物可以在細胞外分解成較簡單的化合物。耗氧有機物質透過生物氧化以及其他的生物轉化,變成更小、更簡單的分子的過程稱為耗氧有機物質的生物降解。如果有機物質最終被降解成為二氧化碳、水等無機物質,就稱有機物質被完全降解,否則稱之為不徹底降解。

    (1)糖類的微生物降解 糖類包括單糖、二糖、多糖。單糖如己糖(C6H12O6)——葡萄糖、果糖等和戊糖(C5H10O5)——木糖、阿拉伯糖等,二糖如蔗糖(C12H22O1l)、乳糖及麥芽糖,多糖如澱粉、纖維素[(C6H10O5)n]等。糖類是由C、H、O三種元素構成。

    ①多糖水解成單糖 多糖在生物酶的催化下,水解成二糖或單糖,而後才能被微生物攝取進入細胞內。其中的二糖在細胞內繼續在生物酶的作用下降解成為單糖。降解產物中最重要的單糖是葡萄糖。

    ②單糖酵解生成丙酮酸 細胞內的單糖無論是有氧氧化還是無氧氧化,都可經過一系列酶促反應生成丙酮酸,這是糖類化合物降解的中心環節,又稱糖降過程。其反應如下:

    在無氧氧化條件下丙酮酸往往不能氧化到底,只氧化成各種酸、醇、酮等,這一過程稱為發酵。糖類發酵生成大量有機酸,使pH下降,從而抑制細菌的生命活動,屬於酸性發酵,發酵具體產物決定於產酸菌種類和外界條件。

    在無氧氧化條件下,丙酮酸透過酶促反應往往以其本身作受氫體而被還原為乳酸:

    或以其轉化的中間產物作受氫體,發生不完全氧化生成低階的有機酸、醇及二氧化碳等:

    從能量角度來看,糖在有氧條件下分解所釋放的能量大大超過無氧條件下發酵分解所產生的能量。由此可見,氧對生物體有效地利用能源是十分重要的。

    (2)脂肪和油類的微生物降解 脂肪和油類是由脂肪酸和甘油合成的醋,由C、H、O三種元素組成。脂肪多來自動物,常溫下皇固態;而油多來自植物,常溫下呈液態。脂肪和油類比糖類難降解,其降解途徑如下。

    ①脂肪和油類水解成脂肪酸和甘油 脂肪和油類首先在細胞外經水解酶催化水解成脂肪酸和甘油:

    ②甘油和脂肪酸轉化 甘油的降解與單糖降解類似,在有氧或無氧氧化條件下,均能被一系列的酶促反應轉變成丙酮酸。丙酮酸經乙醯輔酶A的酶促反應,在有氧的條件終生成二氧化碳和水,而在無氧的條件下則轉變為簡單的有機酸、醇和二氧化碳等。

    脂肪酸在有氧氧化條件下,經R-氧化途徑(淡酸被氧化,使末端第二個碳鍵斷裂)及乙醯輔酶A的酶促作用最後完全氧化成二氧化碳和水。在無氧的條件下,脂肪酸透過酶促反應,其中間產物不被完全氧化,形成低階的有機酸、醇和二氧化碳。 (3)蛋白質的微生物降解 蛋白質的主要組成元素是C、H、O和N,有些還含有S、P等元素。微生物降解蛋白質的途徑如下。 ①蛋白質水解成氨基酸 蛋白質相對分子質量很大,不能直接進入細胞內。所以,蛋白質由胞外水解酶催化水解成氨基酸,隨後再進入細胞內部: ②氨基酸轉化成脂肪酸 各種氨基酸在細胞內經酶的作用,透過不同的途徑轉化成相、應的脂肪酸,隨後脂肪酸經前面所講述的過程轉化成二氧化碳和水:總而言之,蛋白質透過微生物的作用,在有氧的條件下可徹底降解成為二氧化碳、水和氨,而在無氧氧化條件下通常是酸性發酵,生成簡單有機酸、醇和二氧化碳等,降解不徹底。在無氧氧化條件下,糖類、脂肪和蛋白質都可藉助產酸菌的作用降解成簡單的有機酸、醇等化合物。如果條件允許,這些有機化合物在產氫菌和產乙酸菌的作用下,可被轉化成乙酸、甲酸、氫氣和二氧化碳,進而經產甲烷菌的作用產生甲烷。複雜的有機物質這一降解過程,稱為甲烷發酵或沼氣發醉。一在甲烷發酵中一般以糖類的降解率和降解速率最高,其次是脂肪,最低的是蛋白質。 2.有毒有機物的生物轉化與微生物降解 (1)石油的微生物降解 石油的微生物降解在消除烴環境汙染方面,尤其是從水體和土壤中消除石油汙染物方面具有重要的作用。 石油的微生物降解較難,且速率較慢,但比化學氧化作用快10倍左右。其基本規律—直鏈烴易於降解,支鏈烴稍難一些,芳烴更難,環烷烴的生物降解最困難。微生物降解石油汙染物的化學過程以甲烷為例,反應如下: 碳原子數大於1的正烷烴,其最常見降解途徑是:透過烷烴的末端氧化,或次末端氧化

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