环境有机污染物的共代谢降解

第六节　环境有机污染物的共代谢降解

共代谢是环境有机污染物生物降解的重要方式。一种情况是共代谢的基质和加入物质在结构上相似，加入物质可以促进基质的降解，而另一种是易于被利用的基质可以促进难降解物质的降解。如缺陷短波单胞菌(Brevundimonas diminuta、Pseudomonas diminata)的一个菌株生长在易于利用碳源(如酵母提取物、肽或蛋白肽)上时能水解杀虫剂对硫磷成为P-硝基酚。

共代谢有多个意义相似，但又不完全一致的解释。①生长在一种可利用基质中的微生物可以同时转化(包括氧化)另一种并存但不能作为唯一碳源和能源的化合物。这种能使一种化合物转化(包括氧化)但不能成为碳源，取得能量和其他营养的现象称为共代谢或协同氧化。②只有在初级能源物质存在时，才能进行的有机化合物的生物降解过程。③微生物在利用生长基质时，可同时转化并存的但不能作为唯一碳源和能源的化合物的现象。④微生物转化一种不能利用作为能源和生长的化合物的现象。这种现象源于微生物酶的广谱专一性(broad-specificity)，这些酶能认识与其酶促作用底物在结构上有相似之处的化合物，但酶促作用的产物一般不能被这种微生物的酶促反应进一步代谢。从某种意义上说共代谢实际上是微生物降解能力的水平延伸。共代谢的概念源于共氧化，研究者发现微生物在利用一种营养物质时能同时利用结构上相似的基质，那时就把这种现象称为共氧化。例如甲烷假单胞菌能利用甲烷，不能利用乙烷、丙烷和丁烷。但如果把甲烷和乙烷、丙烷、丁烷混合在一起时，甲烷假单胞菌在利用甲烷时，乙烷、丙烷、丁烷也同时被氧化(表8-10)。

此后许多科学工作者认为共氧化从本质上说就是一种共代谢过程，而且共代谢的概念范围更广，从此共代谢的概念被普遍接受。

目前共代谢的概念倾向在两种情况下使用，如定义②所说的在存在初级能源物质时，能进行原来所不能进行的有机物的生物降解过程。从这种解释出发，把那些不能为微生物作为能源和碳源的有机物或者那些难以降解的有机物投到一个含有大量易于微生物利用的有机物混合降解系统中，这些难以利用和降解的有机物的生物降解会得到促进，降解速率会得到提高，从而有利于这类有机物的去除，这对处理含难降解有机物的污水有重要的意义。但最普遍使用的共代谢是产生于酶的广谱专一性的代谢反应。研究得最深入、最具代表性的共代谢例证来源于甲烷营养菌(Methanotrophs)和其产生生物溶解性甲烷加单氧酶(soluble methane monooxygenase)。这个过程如图8-15所示。

表8-10　　　　　　　　　　甲烷假单胞菌利用甲烷时对气态烷烃的共氧化

注:a气相组成:乙烷5%，甲烷45%，空气50% b气相组成:丙烷30%，甲烷40%，空气30% c未测定ND:未测定