第4章合成有机物生物降解中的生物化学
第4章 合成有机物生物降解中的 生物化学 2
第4章4.1生物降解概述4.2碳氢化合物的生物降解4.3难降解物质的生物降解4.4化学结构对生物降解的影响
第4章 • 4.1 生物降解概述 • 4.2 碳氢化合物的生物降解 • 4.3 难降解物质的生物降解 • 4.4 化学结构对生物降解的影响 3
4.1生物降解概述一、有机污染物的降解途径一1.光降解（光解作用）（具有紫外吸收峰的化合物吸收阳光短波而分解）-2.化学降解(在适当温度、氧气、pH、金属离子等条件下发生化学降解或转化）-3.生物降解（通过动物、植物和微生物的代谢活动来分解各种有机物）>自然界化学物质的降解主要通过上述三种途径交叉进行，其中微生物降解作用占重要地位
一、有机污染物的降解途径 – 1.光降解（光解作用） （具有紫外吸收峰的化合物吸收阳光短波而分解） – 2.化学降解 （在适当温度、氧气、pH、金属离子等条件下， 发生化学降解或转化） – 3.生物降解 （通过动物、植物和微生物的代谢活动来分解 各种有机物） 自然界化学物质的降解主要通过上述三种途径 交叉进行，其中微生物降解作用占重要地位。 4 4.1 生物降解概述
光降解作用光解过程可分为三类：第一类称为直接光解，这是化合物本身直接吸收了太阳能而进行分解反应：第二类称为敏化光解，水体中存在的天然物质（如腐殖质等）被阳光激发，又将其激发态的能量转移给化合物而导致的分解反应；第三类称为氧化反应，天然物质被辐照而产生自由基或纯态氧（又称单一氧）等中间体，这些中间体又与化合物作用而生成转化的产物
光降解作用 光解过程可分为三类： 第一类称为直接光解，这是化合物本身直接吸收了太阳能 而进行分解反应； 第二类称为敏化光解，水体中存在的天然物质(如腐殖质等) 被阳光激发，又将其激发态的能量转移给化合物而导致的分 解反应； 第三类称为氧化反应，天然物质被辐照而产生自由基或纯 态氧(又称单一氧)等中间体，这些中间体又与化合物作用而 生成转化的产物。 5
1、直接光解光化学反应的先决条件应该是污染物的吸收光谱要与太阳发射光谱在水环境中可利用的部分相适应。水环境中污染物光吸收作用仅来自太阳辐射可利用的能量太阳发射几乎恒定强度的辐射和光谱分布，但是在地球表面上的气体和颗粒物通过散射和吸收作用，改变了太阳的辐射强度。阳光与大气相互作用改变了太阳辐射的谱线分布。太阳辐射到水体表面的光强随波长而变化，特别是近紫外（290一320nm）区，光强变化很大，而这部分紫外光往往使许多有机物发生光解作用。其次，光强随太阳射角高度的降低而降低
1、直接光解 光化学反应的先决条件应该是污染物的吸收光谱要与太阳发 射光谱在水环境中可利用的部分相适应。 水环境中污染物光吸收作用仅来自太阳辐射可利用的能量， 太阳发射几乎恒定强度的辐射和光谱分布，但是在地球表面 上的气体和颗粒物通过散射和吸收作用，改变了太阳的辐射 强度。阳光与大气相互作用改变了太阳辐射的谱线分布。 太阳辐射到水体表面的光强随波长而变化，特别是近紫外 (290—320nm)区，光强变化很大，而这部分紫外光往往使许 多有机物发生光解作用。其次，光强随太阳射角高度的降低 而降低。 6
2、敏化光解（间接光解）除了直接光解外，光还可以用其他方法使水中有机污染物降解。一个光吸收分子可能将它的过剩能量转移到一个接受体分子，导致接受体反应，这种反应就是光敏化作用。2，5一二甲基呋喃就是可被光敏化作用降解的一个化合物，在蒸馏水中将其暴露于阳光中没有反应，但是它在含有天然腐殖质的水中降解很快，这是由于腐殖质可以强烈地吸收波长小于500nm的光，并将部分能量转移给它，从而导致它的降解反应
2、敏化光解(间接光解) 除了直接光解外，光还可以用其他方法使水中有机污 染物降解。一个光吸收分子可能将它的过剩能量转移到一 个接受体分子，导致接受体反应，这种反应就是光敏化作 用。 2，5—二甲基呋喃就是可被光敏化作用降解的一个化 合物，在蒸馏水中将其暴露于阳光中没有反应，但是它在 含有天然腐殖质的水中降解很快，这是由于腐殖质可以强 烈地吸收波长小于500nm的光，并将部分能量转移给它， 从而导致它的降解反应。 7
3、氧化反应天然物质被辐照而产生自由基等中间体，有机毒物在水环境中所常遇见的氧化剂有单重态氧（10，，指氧分子吸收光子后，使处于基态分子中的一个电子跃迁到较高能量状态的空轨道上去，而形成的电子激发态的氧原子），烷基过氧自由基（RO,），烷氧自由基（RO)或羟自由基（OH）。这些中间体又与有机化合物作用从而产生降解作用
3、氧化反应 天然物质被辐照而产生自由基等中间体，有机毒物 在水环境中所常遇见的氧化剂有单重态氧( 1O2，指氧分 子吸收光子后，使处于基态分子中的一个电子跃迁到较 高能量状态的空轨道上去，而形成的电子激发态的氧原 子），烷基过氧自由基(RO2 ·)，烷氧自由基(RO·)或羟自 由基(OH·)。这些中间体又与有机化合物作用从而产生 降解作用。 8
生物降解·生物降解（biodegradation）：复杂有机化合物在生物作用下转变成结构较简单化合物或被完全分解的过程。·生物转化（biotransformation或bioconversion）：通过生物代谢导致有机或无机化合物的分子结构发生某种改变、生成新化合物的过程
生物降解 • 生物降解（biodegradation）：复杂有机化合 物在生物作用下转变成结构较简单化合物或 被完全分解的过程。 • 生物转化（biotransformation或 bioconversion）：通过生物代谢导致有机或 无机化合物的分子结构发生某种改变、生成 新化合物的过程。 9
自然界物质循环中的有机物合成与降解有机质CO天然合成的有机物，几乎都能被微生物所降解，只是降解速度有所差异，可维持正常的物质循环过程人类制造的复杂污染物，造成环境污染问题10
自然界物质循环中的有机物合成与降解 CO2 有机质 10 天然合成的有机物，几乎都能被微生物所降解，只 是降解速度有所差异，可维持正常的物质循环过程。 人类制造的复杂污染物，造成环境污染问题
微生物对污染物的降解能力二、微生物降解转化污染物的潜力巨大·生态系统中所有的自然物质，特别是有机物，均可找到使之降解的微生物当环境条件发生改变，微生物能逐步改变自身条件以适应变化的环境，它们可能通过自然突变形成新的突变种，也可能通过形成诱导酶以适应新的环境，产生了新酶系的微生物具备了新的代谢功能·微生物的种类不同，适应能力各异迎
二、 微生物对污染物的降解能力 • 微生物降解转化污染物的潜力巨大 • 生态系统中所有的自然物质，特别是有机物，均可 找到使之降解的微生物 • 当环境条件发生改变，微生物能逐步改变自身条件 以适应变化的环境 • 它们可能通过自然突变形成新的突变种，也可能通 过形成诱导酶以适应新的环境，产生了新酶系的微 生物具备了新的代谢功能 • 微生物的种类不同，适应能力各异 11