典型有機(jī)物的生物降解

典型有機(jī)物的生物降解第一頁，共八十五頁，2022年，8月28日■鏈烴比環(huán)烴容易降解，直鏈烷烴比支鏈烷烴容易降解?！龇种Ы档土藷N類的降解速率，一個(gè)碳原子上同時(shí)連接兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)碳原子會降低降解速率，甚至完全阻礙降解(Atlas&Bartha，1998)；■飽和脂肪烴比不飽和脂肪烴容易降解；■水分低于50％，pH高于8.5時(shí)會抑制生物降解作用。第二頁，共八十五頁，2022年，8月28日二、鏈烴的降解1.鏈烴生物氧化的方式

鏈烴的最初降解作用有四種氧化方式：

單末端氧化雙末端氧化次末端氧化直接脫氫

第三頁，共八十五頁，2022年，8月28日①單末端氧化(terminaloxidation)■在加氧酶的作用下，氧直接結(jié)合到碳鏈末端的碳上，形成對應(yīng)的伯醇；■伯醇再依次進(jìn)一步氧化成為對應(yīng)的醛和脂肪酸；■脂肪酸再按β-氧化方式氧化分解，即形成乙酰CoA后進(jìn)人中央代謝途徑?！鎏兼湹拈L度由Cn變?yōu)镃n-2。反應(yīng)重復(fù)進(jìn)行，直至烴類完全氧化。

第四頁，共八十五頁，2022年，8月28日■氧化作用需要分子氧存在■加氧酶有兩種類型

單加氧酶雙加氧酶反應(yīng)步驟如下：

第五頁，共八十五頁，2022年，8月28日②雙末端氧化(diterminaloxidation)■雙末端氧化經(jīng)常會在支鏈烷烴中出現(xiàn)■當(dāng)一端的β-氧化受阻時(shí)另一端氧化(ω-氧化)還可以進(jìn)行■鏈烷烴氧化可以在兩端同時(shí)發(fā)生氧化的產(chǎn)物為二羧酸。第六頁，共八十五頁，2022年，8月28日③次末端氧化(subtermninaloxidation)■微生物氧化烷烴末端的第二個(gè)碳原子，形成仲醇；■再依次氧化成酮和酯；■酯被水解為伯醇和乙酸，然后進(jìn)一步分解。■現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)甲烷假單胞菌(Ps．methanica)的甲烷單加氧酶有這種作用。第七頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-1鏈烷烴的次末端氧化反應(yīng)歷程第八頁，共八十五頁，2022年，8月28日④直接脫氫■脂肪族烷烴在厭氧條件下可以直接脫氫■以NO3-作為受氫體，由烷烴變?yōu)橄N；■進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橹俅?、醛和酸。主要反?yīng)歷程如下：

第九頁，共八十五頁，2022年，8月28日2.各類鏈烴的微生物降解（1）短鏈烷烴比長鏈烷烴難降解■小于C10的短鏈烷烴由于有較強(qiáng)的溶解性，毒性較強(qiáng)?！鲂∮贑10的烷烴由于揮發(fā)性強(qiáng)在多數(shù)污染環(huán)境中很少發(fā)現(xiàn)?！龆替湡N類降解需要有特殊的微生物?！龀淄榭梢宰鳛槲ㄒ惶荚垂┙o特有微生物生長外，其他烷類如乙烷、丙烷和丁烷需要共代謝。第十頁，共八十五頁，2022年，8月28日■甲基營養(yǎng)菌能夠利用甲烷作為唯一碳源和能源供給的細(xì)菌?！霭谆鶈伟鷮?Methylomonas)

甲基球菌屬(Methylococcus)等?！黾谆鶢I養(yǎng)菌還可以利用甲醇、甲基胺和甲酸鹽等?！黾淄榻到獾倪^程第十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日（2）長鏈脂肪烴在好氧條件下易被多種微生物降解■土壤中含有大量的以烴類作為唯一碳源和能源的微生物?！鐾寥乐杏懈哌_(dá)20％的微生物群體能夠降解烴類?！鲇?60個(gè)屬的真菌可在烴類中生長?！鼋z狀真菌比酵母降解短鏈烷烴更具多樣性，但仍服從長鏈比短鏈更容易降解的規(guī)律?！瞿軌蜓趸療N類的微生物也廣泛分布于水環(huán)境中，包括海水。第十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日表7-1氧化脂肪烴的部分細(xì)菌和酵母第十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日（3）烯烴降解■微生物攻擊甲基端，或攻擊雙鍵?！霾伙柡椭辨湡N一般沒有飽和直鏈烴容易降解?！鲋虚g代謝物不飽和醇和不飽和脂肪酸，伯醇或仲醇，甲基酮類，1，2-環(huán)氧化物，1，2-二醇?！龅湫偷南N代謝途徑甲基氧化是主要的降解途徑(Britton，1984)。

第十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-21-烯烴生物降解的可能代謝途徑第十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日（4）支鏈烷烴降解■具有支鏈的烷烴（如季碳和?-烷基分支化合物）很難降解，并在生物圈中積累。■只有很少的微生物可以利用這類烷基分支的化合物作為唯一碳源和能源?！隼?/p>

2,2-二甲基庚烷在不受阻礙端降解，產(chǎn)生2,2-二甲基丙酸，但尚未發(fā)現(xiàn)有微生物可以再降解后者。■這類化合物在環(huán)境中只能和化學(xué)方法結(jié)合使用進(jìn)行生物修復(fù)。第十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日三、環(huán)烷烴的降解1.一般環(huán)烷烴的降解■環(huán)烷烴的降解和鏈烷烴的次末端降解途徑相似?！鲈S多能氧化非環(huán)烷烴的微生物由于專一性較寬，也可以水解環(huán)烷烴。■羥基化是降解的關(guān)鍵步驟■環(huán)己烷的代謝降解，經(jīng)歷環(huán)己醇、環(huán)己酮和ε-己酸內(nèi)酯后，開環(huán)形成羥基羧酸。第十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-3環(huán)己烷的生物降解過程第十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日2.取代環(huán)烷烴的降解■各類取代環(huán)烷烴微生物降解的規(guī)律：①帶羧基的容易降解；②而帶氯原子的抗降解；③帶有長碳側(cè)鏈的環(huán)烷烴抗微生物降解；④有偶數(shù)碳原子正烷基側(cè)鏈的環(huán)烷烴，其側(cè)鏈容易戶氧化；⑤有奇數(shù)碳原子正烷基側(cè)鏈的環(huán)烷烴，其側(cè)鏈甲基容易羥化，然后被氧化為對應(yīng)的酸，再行β-氧化。第十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-4惡臭假單孢菌對樟腦的降解第二十頁，共八十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)苯系物的降解■苯系物（BTEX）包括：苯甲苯乙苯同分異構(gòu)體的二甲苯■苯系物的衍生物：芳香醇、芳香醛、芳香酮、芳香酸類■苯系物的衍生物的化學(xué)性質(zhì)和降解過程與苯系物相似。第二十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日■苯系物在土壤和地下水體系中容易進(jìn)行降解反應(yīng)。■鄰二甲苯以共代謝方式降解，還沒有證據(jù)表明它可作為惟一碳源。■很多真菌可以氧化芳香烴類化合物■各種厭氧代謝方式，如硝酸鹽呼吸、硫酸鹽還原、Fe（III）還原以及甲烷發(fā)酵都可以降解苯系物。第二十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日一、苯的好氧降解1.苯環(huán)的氧化過程■苯環(huán)上引入兩個(gè)羥基，形成一種順式二氫二羥化合物?！鐾ㄟ^脫氫-氧化反應(yīng)形成兒茶酚?！鰞翰璺恿呀夥绞?/p>

正位裂解：在兩個(gè)羥基之間裂解，形成順，順-粘康酸；

偏位裂解：在羥基化碳原子與非羥基化碳原子之間裂解，形成2-羥基粘康酸半醛。

第二十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-5苯的兩種生物降解途徑第二十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日2.涉及苯分子氧化的組成酶■在正位裂解過程中

雙加氧酶：由雙加氧酶催化，有分子氧摻入。

環(huán)化異構(gòu)酶：形成的粘康酸在環(huán)化異構(gòu)酶的作用下形成粘康內(nèi)酯，再進(jìn)一步異構(gòu)為烯醇化內(nèi)酯。

水解酶：在水解酶作用下形成3-氧己二酸。

CoA轉(zhuǎn)移酶：在CoA轉(zhuǎn)移酶作用下，3-氧已二酸被激活分裂為琥珀酸和乙酰CoA。第二十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日■在偏位裂解過程中

雙加氧酶：在雙加氧酶催化下，形成的2-羥基粘康酸。

脫氫酶：在脫氫酶的催化下，氧化為2-羥基粘康酸，然后再脫羧形成2-羥基-2,4-戊二烯酸。

水解酶：在水解酶作用下，去除甲酸直接形成2-羥基-2,4-戊二烯酸。

水合酶：在水合酶作用下，形成4-羥基2-氧戊酸。

醛縮酶：在醛縮酶作用下，形成丙酮酸和乙醛。第二十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日二、甲苯、乙苯和二甲苯的好氧降解1.甲苯、乙苯和二甲苯的降解途徑■苯環(huán)上的甲基或乙基氧化形成羧基，然后去除羧基，在雙加氧酶作用下同時(shí)引入兩個(gè)羥基形成兒茶酚?！霰江h(huán)直接加氧連接兩個(gè)羥基，再進(jìn)一步氧化。第二十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-6甲苯細(xì)菌降解兩條途徑的最初幾步第二十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日2.對二甲苯和間二甲苯■可以作為細(xì)菌的唯一碳源被微生物降解。3.鄰二甲苯■只有通過共代謝方式氧化降解。烷基取代芳烴降解菌：幾種不同的諾卡氏菌通過共代謝方式氧化烷基取代芳烴(Cookson，1995)。第二十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日三、苯系物的厭氧降解■近十幾年來大量的研究表明厭氧菌對苯系物降解具有重要作用?！鲋饕捎酶患囵B(yǎng)混合菌群的研究方法，而很少采用像好氧菌那樣的純培養(yǎng)研究以精確了解代謝途徑。第三十頁，共八十五頁，2022年，8月28日表7-2芳香化合物的厭氧降解化合物微生物培養(yǎng)條件苯甲酸施氏假單孢菌巨大脫硫線菌未鑒定菌反硝化硫酸鹽還原產(chǎn)甲烷兒茶酚兒茶酚脫硫桿菌未鑒定菌硫酸鹽還原產(chǎn)甲烷對甲酚混合培養(yǎng)物未鑒定菌未鑒定菌反硝化硫酸鹽還原產(chǎn)甲烷苯酚未鑒定菌未鑒定菌酚脫硫桿菌未鑒定菌反硝化硫酸鹽還原硫酸鹽還原產(chǎn)甲烷甲苯混合培養(yǎng)物,未鑒定菌混合培養(yǎng)物反硝化產(chǎn)甲烷鄰二甲苯混合培養(yǎng)物反硝化第三十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日芳香化合物的厭氧降解過程■反硝化、硫酸鹽還原、產(chǎn)甲烷?！鲨F氧化物Fe(III)和氧化錳Mn(IV)也可以作為有效的電子受體。■厭氧降解的最初幾步與好氧降解完全不同?！鰠捬踅到膺^程包括：

苯環(huán)的加氫：加氫改變了苯環(huán)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

苯環(huán)開裂：形成脂肪烴

β-氧化：通過β-氧化進(jìn)入三羧酸循環(huán)第三十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-7苯甲酸厭氧降解的最初幾步(a)苯甲酸在厭氧條件下還原形成對應(yīng)的環(huán)烷烴(b)苯甲酸在莫拉氏菌作用下的還原作用,過程中有水中的氧參與氧化作用第三十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-8甲苯的幾條厭氧代謝途徑第三十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)多環(huán)芳烴的降解一、多環(huán)芳烴(PAHs)

指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)的烴類?！霭凑毡江h(huán)之間的連接方式分為兩類

苯環(huán)間沒有共用的環(huán)內(nèi)碳原子(如聯(lián)苯)。苯環(huán)之間發(fā)生稠合(如萘、蒽、菲等)?！鲆话鉖AHs多指稠環(huán)芳烴，其化合物中至少有2個(gè)環(huán)，多則3環(huán)、4環(huán)、5環(huán)，甚至6環(huán)?！鲈S多PAHs是具有毒性的致瘤、致突變環(huán)境污染物。第三十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-9典型的多環(huán)芳烴第三十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日

1.PAHs的來源、分布與性質(zhì)■廣泛分布于空氣、土壤、水體中。■PAHs的來源(1)有機(jī)質(zhì)的不完全燃燒，汽油不完全燃燒產(chǎn)生的尾氣。(2)煉油和煉焦過程：70％的PAHs污染來自于采油、煉油和石油運(yùn)輸過程。(3)溶劑、殺蟲劑、塑料、涂料、樹脂和染料生產(chǎn)等也會造成PAHs污染。(4)PAHs還可由二萜、三萜、甾族化合物以及植物色素形成。第三十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日■自然界中的PAHs可以被化學(xué)氧化、光解和揮發(fā)?！鑫⑸锟梢越到舛喾NPAHs。盡管已經(jīng)分離到可以利用PAHs為惟一碳源的微生物，但是能夠降解4環(huán)和4環(huán)以上PAHs的微生物不多，這與其溶解性有關(guān)?！鯬AHs的降解取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和降解酶的適應(yīng)程度?！霈F(xiàn)在還很難總結(jié)出PAHs生物降解性的一般規(guī)律，但是可以歸納出一些適用于大多數(shù)情況的降解特點(diǎn)。第三十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日2.PAHs的降解特點(diǎn)(1)降解的難易與PAHs的溶解度、環(huán)的數(shù)目、取代基種類、取代基的位置、取代基的數(shù)目以及雜環(huán)原子的性質(zhì)有關(guān)；(2)不同種類的微生物對各類PAHs的降解有顯著差異；(3)通常2環(huán)、3環(huán)PAHs容易被土壤細(xì)菌和真菌降解；(4)4環(huán)以上PAHs很難降解，及抗生物降解；(5)在苯環(huán)結(jié)構(gòu)中增加了3個(gè)甲基后，嚴(yán)重地降低了其生物降解性；第三十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日(6)增加PAHs的飽和程度會顯著地降低降解程度；(7)4環(huán)、5環(huán)以上的PAHs降解要依賴共代謝和類似物；(8)微生物種群的協(xié)同作用和多樣性對生物降解和生物修復(fù)有利；(9)初始的環(huán)氧化是限速步驟，其后步驟在3環(huán)和3環(huán)以下進(jìn)行很迅速；(10)將PAHs氧化菌接種到污染區(qū)會加速降解速率，有利于生物修復(fù)；(11)PAHs在厭氧條件下的降解尚未廣泛地進(jìn)行研究，并未在現(xiàn)場使用；(12)2環(huán)、3環(huán)PAHs在反硝化、硫酸鹽還原、甲烷和發(fā)酵條件下轉(zhuǎn)化。第四十頁，共八十五頁，2022年，8月28日二、多環(huán)芳烴的降解途徑1.萘（最簡單的PAHs）的降解過程■由雙加氧酶催化降解，生成順-萘二氫二醇?！雒摎湫纬?,2-二羥基萘■環(huán)氧化裂解,去除側(cè)鏈，形成水楊酸?！鲞M(jìn)一步轉(zhuǎn)化成兒茶酚或龍膽酸后開環(huán)。2.三環(huán)的PAHs的降解過程■雙加氧酶催化產(chǎn)生順-二氫二醇■脫氫形成對應(yīng)的二醇■環(huán)氧化裂解，去除側(cè)鏈，形成少一個(gè)環(huán)的二醇。■進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為兒茶酚或龍膽酸，徹底降解第四十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-10萘的細(xì)菌生物降解第四十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-11菲的細(xì)菌生物降解過程第四十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-12蒽的細(xì)菌生物降解過程第四十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日三、多環(huán)芳烴的好氧微生物代謝很多土壤微生物可以好氧氧化2環(huán)和3環(huán)化合物。利用惡臭假單胞菌和黃桿菌對不同結(jié)構(gòu)的PAHs的降解程度研究發(fā)現(xiàn)：①兩種不同的微生物對不同的PAHs有不同的反應(yīng)。②隨著環(huán)數(shù)目的增加，降解程度下降。③增加一個(gè)甲基可以明顯降低降解程度，其效果因位置而異。增加三個(gè)甲基會嚴(yán)重阻礙降解作用。④增加PAHs的飽和程度(即在雙鍵之間加氫)會顯著降低降解程度。如菲在加兩個(gè)氫以后這兩種微生物的降解性分別降低了82％和77％。第四十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日表7-3PAHs的結(jié)構(gòu)對其氧化作用的影響(以相對降解程度表示)第四十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-13節(jié)桿菌對芴可能的降解途徑第四十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日◣環(huán)境中微生物種群的多樣性有利于3環(huán)以上PAHs的降解。◣協(xié)同有利于PAHs的降解。例如:

惡臭假單胞菌不能降解芘，但是有黃桿菌及其生長基質(zhì)菲的情況下則能夠降解。從污染河流分離到的混合菌株在有生長基質(zhì)萘或菲存在的情況下，芘和1,2-苯蒽均可降解。

第四十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日真菌也可以氧化PAHs85％的試驗(yàn)真菌種可以氧化萘。雅致小克銀漢霉屬◣氧化蒽為反-1,2-羥-1,2-二氫蒽和1-蒽基硫酸鹽◣在1,2-位和3,4-位上氧化菲分別形成反-1,2-二氫二醇和反-3,4-二氫二醇。第四十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-14拜葉林克氏菌B-1降解苯并蒽的代謝途徑左側(cè):主要代謝途徑，第一步在第1,2位上氧化第五十頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-15雅致小克銀漢霉屬對萘的降解代謝第五十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日四、多環(huán)芳烴的厭氧微生物代謝

PAHs可以在反硝化、硫酸鹽還原、產(chǎn)甲烷發(fā)酵等厭氧條件下轉(zhuǎn)化。已經(jīng)證實(shí)萘在反硝化條件下可以降解。萘在甲烷發(fā)酵條件下的降解見圖7-16。其降解途徑與單環(huán)烴的代謝途徑相似，在甲烷發(fā)酵中苯的主要中間代謝物是酚(Grbic-Gallo，1990)。

第五十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-16萘降解的產(chǎn)甲烷代謝途徑第五十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日在PAHs環(huán)中間含有氮和硫的雜環(huán)化合物在厭氧條件下比較容易降解。這類化合物有吲哚、喹啉、異喹啉、4-甲基喹啉、苯并噻吩、二苯并噻吩和吡啶。

圖7-17喹啉降解的產(chǎn)甲烷途徑第五十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日第四節(jié)鹵代脂肪烴的降解一、鹵代脂肪烴作為生長基質(zhì)利用一些純培養(yǎng)菌可以利用氯代脂肪烴作為生長基質(zhì)。表5-4中列舉了一些可以利用氯代脂肪烴化合物作為惟一碳源的微生物(Janssen，1989)。第五十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日表7-4利用氯代脂肪烴化合物生長的純培養(yǎng)菌菌株基質(zhì)生長率/h-1生絲微菌屬假單孢菌DM1生絲微菌DM2甲基桿菌DM4黃色桿菌GJ10假單孢菌CE1J節(jié)桿菌HA1分枝桿菌ml5-3假單孢菌屬分枝桿菌L1一氯甲烷二氯甲烷二氯甲烷二氯甲烷1,2-二氯甲烷2-氯乙醇1-氯己烷1-氯丁烷1,6-二氯己烷氯乙烯0.090.110.070.220.120.090.14--0.05第五十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日二、鹵代脂肪烴的好氧和厭氧降解

1、好氧降解

好氧降解研究最多的是TCE。甲基營養(yǎng)菌在有甲烷和天然氣存在的情況下可以降解TCE，國內(nèi)也有此方面的研究(沈潤南和李樹本，1998)；一株假單胞菌(G-4)在有苯酚等化合物存在時(shí)可降解TCE。氨氧化菌歐洲亞硝化單胞菌可降解鹵代脂肪烴(Baker，1994)。甲烷營養(yǎng)菌對污染的蓄水層是很有前途的生物修復(fù)菌(Atlas，1998)。第五十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日2、厭氧降解——

還原性脫鹵

在產(chǎn)甲烷的條件下，以乙酸作為碳源富集微生物同生菌，可以生物轉(zhuǎn)化C1和C2鹵代烴(TCE、四氯化碳和1,1,1-TCA即三氯乙酸)為二氧化碳和甲烷。第五十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日表7-5某些鹵代脂肪烴的厭氧生物降解第五十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日涉及鹵代脂肪烴的降解規(guī)律及生物修復(fù)的要點(diǎn)：●微生物脫鹵方式有好氧產(chǎn)能脫鹵、好氧共代謝脫鹵和厭氧還原性脫鹵。鹵代脂肪烴不會對所有代謝方式作出反應(yīng)，這取決于化合物的骨架、鹵代程度、氧還電位、土水條件和有效電子受體?！衲承u代脂肪烴在好氧條件下作為惟一碳源和能源?！衲承u代脂肪烴在好氧條件下以共代謝方式轉(zhuǎn)化。甲烷營養(yǎng)菌已經(jīng)在現(xiàn)場示范中，共代謝轉(zhuǎn)化某些鹵代脂肪烴。第六十頁，共八十五頁，2022年，8月28日●許多鹵代脂肪烴可在厭氧條件下還原性脫鹵。電子受體(硝酸鹽、硫酸鹽和CO2)顯著地影響著還原性脫鹵的程度。硝酸鹽可以阻斷某些鹵代脂肪烴的厭氧脫鹵，硫酸鹽也會影響脫鹵的程度?！癯渥銓β返碾娮庸w對成功地進(jìn)行還原性脫鹵是必需的條件，如在產(chǎn)甲烷條件下產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸可以做電子供體。第六十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日三、脫鹵反應(yīng)機(jī)制目前在好氧細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)5種脫鹵機(jī)制

圖7-18細(xì)菌培養(yǎng)物對鹵代烴的脫氯機(jī)制第六十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日1、親核置換有谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GST)參與，形成谷胱甘肽和鹵代脂肪烴共價(jià)結(jié)合的中間物，最后脫鹵。例如:

生絲微菌(Hyphomicrobium)在二氯甲烷基質(zhì)中脫氯就是這種方式，脫氯的產(chǎn)物是甲醛。

第六十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日2、水解

水解脫鹵酶參與氯代脂肪烷烴的脫鹵反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物是對應(yīng)的醇。這類氯代脂肪烷烴有2-氯代羧酸、1-氯代正烷烴、a,w-二氯正烷烴、a,w-氯代醇以及其他相關(guān)化合物。例如：自養(yǎng)黃色桿菌以1,2-二氯乙烷為惟一碳源，在兩種不同的水解脫鹵酶作用下經(jīng)過兩次水解脫氯作用，生成產(chǎn)物乙醇酸，然后進(jìn)入中央代謝途徑。第六十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-19自養(yǎng)黃桿菌對1,2-二氯乙烷的脫鹵代謝途徑第六十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日3、氧化

由單加氧酶催化，需要還原性輔助因子或細(xì)胞色素，分子氧中的一個(gè)氧原子與基質(zhì)結(jié)合，另一個(gè)氧原子形成水。單加氧酶反應(yīng)在性質(zhì)上是親電反應(yīng)而不是親核反應(yīng)，因此這種氧化反應(yīng)為結(jié)構(gòu)上對親核取代反應(yīng)不敏感的化合物的降解提供了另一種途徑。第六十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日4、分子內(nèi)部親核取代由單加氧酶或雙加氧酶催化，形成環(huán)氧化物，然后再脫去氯。如反-1,2-氯乙烯在甲基營養(yǎng)細(xì)菌作用下的降解。圖7-20反-1,2-二氯乙烯在甲基營養(yǎng)細(xì)菌作用下的降解第六十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日5、水合

具有不飽和鍵的鹵代烴水合后脫鹵。例如，3-氯代丙烯酸水合脫氯形成丙醛酸。

第六十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日四、典型鹵代脂肪烴的降解1、氯代烷烴的降解二氯甲烷在好氧條件下可以作為生長基質(zhì)被利用二氯甲烷的脫氯可以由依靠谷胱甘肽的脫氫酶催化，該酶的DNA已被克隆并進(jìn)行了序列分析(LaRoche&Leisinger，1990)。第六十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日三氯甲烷或四氯甲烷是由嚴(yán)格厭氧菌降解厭氧菌降解有兩種方式：取代脫鹵，轉(zhuǎn)化為CO2，是一種由金屬卟啉催化的非酶過程；還原性脫鹵，三氯甲烷依次轉(zhuǎn)化為二氯甲烷、氯甲烷，最后是甲烷。

同一種菌可以有兩種代謝方式。

第七十頁，共八十五頁，2022年，8月28日二氯乙烷在好氧條件下可以被黃桿菌礦化

涉及二次水解脫鹵的酶系的三維結(jié)構(gòu)已經(jīng)清楚，并已對其基因進(jìn)行克隆和序列分析(Janssen，1989；Franken，1991)。三氯乙烷可在厭氧梭菌(Clostridium)的作用下脫鹵轉(zhuǎn)化為二氯乙烷(Galli&McCarty，1989)。

第七十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日2、氯代烯烴的降解

三氯乙烯(TCE)的降解已有很多的研究。甲烷營養(yǎng)菌可以氧化TCE，因?yàn)榧淄閱渭友趺甘且粋€(gè)特異性很低的氧化酶，可以催化多種有機(jī)物的氧化。用甲烷營養(yǎng)菌降解TCE的研究經(jīng)過了小試、中試和現(xiàn)場試驗(yàn)(Anderson，1995)，遇到以下問題：

第七十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日●甲烷單加氧酶對甲烷有比對TCE較高的親和性，甲烷是TCE代謝的競爭性抑制劑。●在TCE氧化過程中，該酶活性有不可逆的損失?！馮CE氧化時(shí)需要外部補(bǔ)充能量。甲烷代謝可提供必要的能量，但是由于和TCE競爭所以不能選作能源。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已成功將甲酸選作能源。第七十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日

除甲烷單加氧酶可以氧化TCE以外，還有氨單加氧酶、異戊二烯氧化酶、丙烷單加氧酶、甲苯-鄰-單加氧酶和甲苯雙加氧酶等。上述酶系都需要有適當(dāng)?shù)恼T導(dǎo)物存在時(shí)才合成，但它們可能是有毒有機(jī)物。現(xiàn)已獲得一株洋蔥假單胞菌(Ps.cepacia)的組成性突變株，含有甲苯-鄰-單加氧酶，這個(gè)菌株的甲苯單加氧酶不需要誘導(dǎo)物存在就可以起作用(Shields，1991)。第七十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日TCE的氧化作用產(chǎn)物取決于最初氧化作用的機(jī)制單加氧酶作用：由甲烷營養(yǎng)菌氧化，產(chǎn)生TCE環(huán)氧化物，然后自發(fā)地水解為二氯乙酸、乙醛酸、甲酸和CO(圖7-21)。最后產(chǎn)物可為其他菌所利用。在這個(gè)過程中，有少量副產(chǎn)物三氯乙醛。雙加氧酶作用：由假單胞菌作用，最初產(chǎn)生TCE一氧雜環(huán)化物和1,2-二羥基-TCE，然后重排形成甲酸和乙醛酸。兩者均不能使四氯乙烯共代謝(Gibsonetsl，1995)。

第七十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日圖7-21甲烷營養(yǎng)菌對三氯乙烯(TCE)的好氧共代謝關(guān)鍵反應(yīng):甲烷單加氧酶作用形成TCE-環(huán)氧化物;甲烷營養(yǎng)菌不利用產(chǎn)物,但其他微生物競爭降解.第七十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日四氯乙烯

在產(chǎn)甲烷條件下經(jīng)過四個(gè)步驟可還原性脫鹵產(chǎn)生乙烯，降解的中間物為三氯乙烯、順／反-二氯乙烯和氯乙烯(圖7-22)。不在產(chǎn)甲烷的條件下，只要有足夠的甲醇存在還原性脫鹵也可以進(jìn)行。從四氯乙烯到氯乙烯的過程中，甲醇和乙酸類溶劑具有生物修復(fù)上的潛力，但在現(xiàn)場這個(gè)過程很少能完成，經(jīng)常會有一些中間物