生物浓缩系数资料讲解

1、生物浓缩系数 一、生物富集一、生物富集 生物浓缩系数可以是个位到万位级，甚至更高。生物浓缩系数可以是个位到万位级，甚至更高。 其大小与下列三个方面的影响因素有关其大小与下列三个方面的影响因素有关: : 在物质性质方面在物质性质方面: : 降解性、脂溶性和水溶性。降解性、脂溶性和水溶性。一般，降解一般，降解性小、脂溶性高、水溶性低的物质，生物浓缩系数高；反之，性小、脂溶性高、水溶性低的物质，生物浓缩系数高；反之，则低。则低。 在生物特征方面在生物特征方面: : 生物种类、大小、性别、器官、生物生物种类、大小、性别、器官、生物发育阶段等。发育阶段等。 在环境条件方面在环境条件方面: : 温度、盐度

2、、水硬度、温度、盐度、水硬度、pHpH值、氧含量值、氧含量和光照状况等。和光照状况等。 一般，重金属元素和许多氯化碳氢化合物、稠环、杂环等一般，重金属元素和许多氯化碳氢化合物、稠环、杂环等有机化合物具有很高的生物浓缩系数。有机化合物具有很高的生物浓缩系数。一、生物富集一、生物富集 从动力学观点来看，水生生物对水中难降解物质的从动力学观点来看，水生生物对水中难降解物质的富集富集速率速率，是生物对其吸收速率、消除速率及由生物机体质量，是生物对其吸收速率、消除速率及由生物机体质量增长引起的物质稀释速率的代数和。增长引起的物质稀释速率的代数和。 吸收速率吸收速率( (R Ra a) )、消除速率、消除

3、速率( (R Re e) )及稀释速率及稀释速率( (R Rg g) )的表示式为：的表示式为： Ra=kacw Re=-kecf Rg=-kgcf式中：式中： k ka a、 k ke e、 k kg g水生生物吸收、消除、生长的速率常数；水生生物吸收、消除、生长的速率常数； c cw w、c cf f水及生物体内的瞬时物质浓度。水及生物体内的瞬时物质浓度。一、生物富集一、生物富集 水生生物富集速率微分方程为水生生物富集速率微分方程为： 一、生物富集一、生物富集 则水生生物富集速率方程为：则水生生物富集速率方程为： 说明在一定条件下生物浓缩系数有一闽值。此时，水生生物说明在一定条件下生物浓缩

4、系数有一闽值。此时，水生生物富集达到动态平衡。生物浓缩系数常指生物富集到达平衡时的富集达到动态平衡。生物浓缩系数常指生物富集到达平衡时的BCFBCF值，并可由实验得到。值，并可由实验得到。 一、生物富集一、生物富集 水生生物对水中物质的富集是一个复杂过程。但是对于有较高脂水生生物对水中物质的富集是一个复杂过程。但是对于有较高脂溶性和较低水溶性的、以被动扩散通过生物膜的难降解有机物质，这溶性和较低水溶性的、以被动扩散通过生物膜的难降解有机物质，这一过程的机理可简示为该类物质在一过程的机理可简示为该类物质在水和生物脂肪组织两相间的分配作水和生物脂肪组织两相间的分配作用。用。 人们以正辛醇作为水生生

5、物脂肪组织代用品，发现这些有机物质人们以正辛醇作为水生生物脂肪组织代用品，发现这些有机物质在辛酪在辛酪水两相分配系数的对数水两相分配系数的对数(lgK(lgKowow) )与其在水生生物体中浓缩系数与其在水生生物体中浓缩系数的对数的对数(lgBCF)(lgBCF)之间有良好的线性正相关关系。之间有良好的线性正相关关系。其通式为：其通式为： 二、生物放大二、生物放大 生物放大生物放大是指在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低是指在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养营养级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养级数提高

6、而增大的现象。级数提高而增大的现象。v 生物放大的程度也用生物浓缩系数表示。生物放大的结果，生物放大的程度也用生物浓缩系数表示。生物放大的结果，可使可使食物链上的高营养级生物体内这种元素或物质的浓度超过周围环境中食物链上的高营养级生物体内这种元素或物质的浓度超过周围环境中的浓度。的浓度。v 生物放大并不是在所有条件下都能发生生物放大并不是在所有条件下都能发生。据文献报道，有些物质。据文献报道，有些物质只能沿食物链传递，不能沿食物链放大；有些物质既不能沿食物链传只能沿食物链传递，不能沿食物链放大；有些物质既不能沿食物链传递，也不能沿食物链放大。递，也不能沿食物链放大。 三、生物积累三、生物积累

7、生物放大或生物富集是属于生物积累的一种情况。生物放大或生物富集是属于生物积累的一种情况。 所谓生物积累所谓生物积累，就是生物从周围环境就是生物从周围环境( (水、土壤、水、土壤、大气大气) )和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。中的浓度超过周围环境中浓度的现象。 生物积累也用生物浓缩系数表示。生物积累也用生物浓缩系数表示。 三、生物积累三、生物积累 以水生生物对某物质的生物积累而论其微分速率方以水生生物对某物质的生物积累而论其微分速率方程可以表示为：程可以表示为：此式表明，食物链上水生生物对某物质的积累速率此

8、式表明，食物链上水生生物对某物质的积累速率等于从水中的吸收速率，从食物链上的吸收速率及其本身消除、稀释速等于从水中的吸收速率，从食物链上的吸收速率及其本身消除、稀释速率的代数和。率的代数和。 三、生物积累三、生物积累 上列式子表明，生物积累的物质浓度中，上列式子表明，生物积累的物质浓度中，一项是从水中摄得的浓度，一项是从水中摄得的浓度，另一项是从食物链传递得到的浓度。另一项是从食物链传递得到的浓度。这二项的对比，反映出相应的生物官这二项的对比，反映出相应的生物官集和生物放大在生物积累达到平衡时的贡献大小。集和生物放大在生物积累达到平衡时的贡献大小。另外，可知另外，可知 的关系为的关系为 当上式

9、右端项大于当上式右端项大于1 1时，食物链上从饵料生物至捕食时，食物链上从饵料生物至捕食生物才会呈现生物放大。通常生物才会呈现生物放大。通常WWi,i-1i,i-1k kgi gi，因而对于同种，因而对于同种生物来说，生物来说， 小和小和越大的物质，生物放大也越显著。越大的物质，生物放大也越显著。 第四节第四节 污染物质的生物转化污染物质的生物转化一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解五、有毒有机污染物质生物转化类型五、有毒有机污染物质生

10、物转化类型六、有毒有机污染物质的微生物降解六、有毒有机污染物质的微生物降解 七、氮及硫的微生物转化七、氮及硫的微生物转化八、重金属元素的微生物转化八、重金属元素的微生物转化九、污染物质的生物转化速率九、污染物质的生物转化速率 物质在生物作用下经受的化学变化，称为物质在生物作用下经受的化学变化，称为生生物转化物转化或代谢或代谢( (转化转化) )。 生物转化、化学转化和光化学转化生物转化、化学转化和光化学转化构成了污构成了污染物质在环境中的三大主要转化类型。染物质在环境中的三大主要转化类型。一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶 酶是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、酶是一类由细胞制造

11、和分泌的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。具有催化活性的生物催化剂。 其中，在酶催化下发生转化的物质称为其中，在酶催化下发生转化的物质称为底物或基质底物或基质；底物所发生的转化称为底物所发生的转化称为酶促反应酶促反应。一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶 酶催化作用的特点在于：酶催化作用的特点在于： 第一，催化专一性高。第一，催化专一性高。 一种酶只能对一种底物或一类底物起催化作用，而促一种酶只能对一种底物或一类底物起催化作用，而促进一定的反应，生成一定的代谢产物。如脲酶仅能催化尿进一定的反应，生成一定的代谢产物。如脲酶仅能催化尿素水解：素水解：第二，酶催化效率高。第二，酶催化

12、效率高。 例如，蔗糖酶催化蔗糖水解的速率较强酸催化速率高例如，蔗糖酶催化蔗糖水解的速率较强酸催化速率高2X102X101212倍。倍。00时过氧化氢酶催化过氧化氢分解的速率高于时过氧化氢酶催化过氧化氢分解的速率高于铁离子催化速率铁离子催化速率1X101X101010倍。一般，酶催化反应的速率比化倍。一般，酶催化反应的速率比化学催化剂高学催化剂高10107 7一一10101313倍。倍。第三，酶催化需要温和的外界条件。第三，酶催化需要温和的外界条件。 酶催化作用一般要求温和的外界条件，如常温、常压、酶催化作用一般要求温和的外界条件，如常温、常压、接近中性的酸碱度等。接近中性的酸碱度等。一、生物转

13、化中的酶一、生物转化中的酶 酶的种类很多，已知的酶有酶的种类很多，已知的酶有2X102X103 3多种。多种。 酶按照成分酶按照成分：分为：分为单成分酶和双成分酶单成分酶和双成分酶两大类。两大类。 单成分酶：单成分酶：只含有蛋白质，如脲酶、蛋白酶。只含有蛋白质，如脲酶、蛋白酶。 双成分酶：双成分酶：除含蛋白质外，还含有非蛋白质部分，前除含蛋白质外，还含有非蛋白质部分，前 者称酶蛋白，后者称辅基或辅酶。者称酶蛋白，后者称辅基或辅酶。 在双成分酶催化反应时，一般是在双成分酶催化反应时，一般是辅酶辅酶起着传递电子、原子起着传递电子、原子或某些化学基团的功能，或某些化学基团的功能，酶蛋白酶蛋白起着决定

14、催化专一性和催化高起着决定催化专一性和催化高效率的功能。因此，只有双成分酶的整体才具有酶的催化活性，效率的功能。因此，只有双成分酶的整体才具有酶的催化活性，而当酶蛋白与辅酶经分离后各自单独存在时则均失去相应作用。而当酶蛋白与辅酶经分离后各自单独存在时则均失去相应作用。二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 1 1FMNFMN和和FADFAD 辅酶辅酶FMNFMN和和FADFAD分别是黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸的缩写，结分别是黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸的缩写，结构式如图构式如图5252二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 1 1FMNFMN和和FADFAD 二、若干重要

15、辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 2 2NADNAD+ +和和NADPNADP+ + 辅酶辅酶NADNAD+ +和和DADPDADP+ +又分别称为辅酶又分别称为辅酶I I和辅酶和辅酶，依次是烟酰胺腺嘌，依次是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的缩写，结构式如图呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的缩写，结构式如图5353所所示。示。二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 2 2NADNAD+ +和和NADPNADP+ +二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 3 3辅酶辅酶QQ 辅酶辅酶Q Q又称泛醌，简写又称泛醌，简写CoQCoQ，是某些氧化还原酶的辅酶，是某些氧化

16、还原酶的辅酶，在酶促反应中担任递氢任务。在酶促反应中担任递氢任务。二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 4 4细胞色素酶系的辅酶细胞色素酶系的辅酶 细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，主要有细细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，主要有细胞色素胞色素b b、c c1 1、c c、a a和和a a3 3等几种。它们的酶蛋白部分各不相等几种。它们的酶蛋白部分各不相同，但是辅酶都是铁卟啉。同，但是辅酶都是铁卟啉。二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 5 5辅酶辅酶A A 辅酶辅酶A A是泛酸的一个衍生物，简写为是泛酸的一个衍生物，简写为CoASHCoASH，结构式如下：，结构式如下

17、： 二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 5 5辅酶辅酶A A 传递酰基的功能传递酰基的功能三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程 生物氧化生物氧化是指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随是指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有能量释放。放出的能量主要通过二磷酸腺苷与正磷酸合有能量释放。放出的能量主要通过二磷酸腺苷与正磷酸合成三磷酸腺苷而被暂时存放。成三磷酸腺苷而被暂时存放。三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程1 1有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程有氧氧化中以分子氧为直接受氢体的递氢过程 这类氢传递过程中这类氢传递过程中只有一种酶只有一种酶作用于有机

18、底物，脱落作用于有机底物，脱落底物的氢底物的氢(H(H+ +e)+e)，其中的电子由该酶辅酶直接传递给分子，其中的电子由该酶辅酶直接传递给分子氧，形成激活态氧，形成激活态0 02-2-，与脱落氢剩下的，与脱落氢剩下的H H+ +化合成水。化合成水。三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程 2 2有氧氧化中分子氧为间接受氢体的递氢过程有氧氧化中分子氧为间接受氢体的递氢过程 这类氢传递过程中有几种酶共同发挥作用，第一种酶这类氢传递过程中有几种酶共同发挥作用，第一种酶从有机底物脱落氢从有机底物脱落氢(H(H+ +e)+e)，由其余的酶顺序传递，最后把，由其余的酶顺序传递，最后把其中的电子

19、传给分子氧形成激活态其中的电子传给分子氧形成激活态0 02-2-，并与脱落氢中剩下，并与脱落氢中剩下的的H H+ +结合为水。结合为水。三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程 3 3无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的递氢过程递氢过程三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中的氢传递过程4 4无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的 递氢过程递氢过程四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 有机物质通过生物氧化以及其他的生物转化，可以变成更小更简有机物质通过生物氧化以及其他的生物

20、转化，可以变成更小更简单的分子。这一过程称为有机物质的单的分子。这一过程称为有机物质的 生物降解生物降解。如果有机如果有机物质降解成二氧化碳、水等简单无机化合物，则为彻底降解；否则，物质降解成二氧化碳、水等简单无机化合物，则为彻底降解；否则，为不彻底降解。为不彻底降解。1 1糖类的微生物降解糖类的微生物降解 微生物降解糖类的基本途径是：微生物降解糖类的基本途径是： (1)(1)多糖水解成单糖：多糖在胞外水解酶催化下水多糖水解成单糖：多糖在胞外水解酶催化下水解成二糖和单糖，而后才能被微生物摄取进入细解成二糖和单糖，而后才能被微生物摄取进入细胞内。二糖在细胞内经胞内水解酶催化，继续水胞内。二糖在细

21、胞内经胞内水解酶催化，继续水解成为单糖。多糖水解成的单糖产物以葡萄糖为解成为单糖。多糖水解成的单糖产物以葡萄糖为主主( (图图56)56)。微生物降解糖类的基本途径是：微生物降解糖类的基本途径是： (2)(2)单糖酵解成丙酮酸：单糖酵解成丙酮酸：细胞内单糖不论在有氧氧化或在细胞内单糖不论在有氧氧化或在无氧氧化条件下，都可经过相应的一系列酶促反应形成丙无氧氧化条件下，都可经过相应的一系列酶促反应形成丙酮酸。这一过程称为单糖酵解。酮酸。这一过程称为单糖酵解。微生物降解糖类的基本途径是：微生物降解糖类的基本途径是： (3)(3)丙酮酸的转化：丙酮酸的转化：在有氧氧化条件下在有氧氧化条件下，丙酮酸通，

22、丙酮酸通过酶促反应转化成乙酰辅酶过酶促反应转化成乙酰辅酶A A乙酰辅酶乙酰辅酶A A与草酰乙酸经下式酶促反应转成柠檬酸。与草酰乙酸经下式酶促反应转成柠檬酸。 柠檬酸通过图柠檬酸通过图5757所示酶促反应途径，最后形成草酰所示酶促反应途径，最后形成草酰乙酸，又与上述丙酮酸持续转变成的乙酰辅酶乙酸，又与上述丙酮酸持续转变成的乙酰辅酶A A生成柠檬生成柠檬酸，再进行新一轮的转化。这种生物转化的循环途径称为酸，再进行新一轮的转化。这种生物转化的循环途径称为三羧酸循环或柠檬酸循环，简称三羧酸循环或柠檬酸循环，简称TCATCA循环循环。 微生物降解糖类的基本途径是：微生物降解糖类的基本途径是： (3) (

23、3)丙酮酸的转化丙酮酸的转化：无氧氧化条件下无氧氧化条件下丙酮酸通过酶促反丙酮酸通过酶促反应，往往以其本身作受氢体而被还原为乳酸；或以其转化应，往往以其本身作受氢体而被还原为乳酸；或以其转化的中间产物作受氢体，发生不完全氧化生成低级的有机酸、的中间产物作受氢体，发生不完全氧化生成低级的有机酸、醇及二氧化碳等。醇及二氧化碳等。四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 2 2脂肪的微生物降解脂肪的微生物降解 脂肪是由脂肪酸和甘油合成的酯。脂肪是由脂肪酸和甘油合成的酯。 微生物降解脂肪的基本途径如下：微生物降解脂肪的基本途径如下： (1)(1)脂肪水解成脂肪酸和甘油：脂肪水解

24、成脂肪酸和甘油： 微生物降解脂肪的基本途径如下：微生物降解脂肪的基本途径如下： (2) (2)甘油的转化：甘油的转化：微生物降解脂肪的基本途径如下：微生物降解脂肪的基本途径如下： (3)(3)脂肪酸的转化：脂肪酸的转化：在有氧氧化条件下在有氧氧化条件下，饱和脂肪酸饱和脂肪酸通常经过酶促通常经过酶促氧化途径变成脂酰辅酶氧化途径变成脂酰辅酶A A和乙酰辅酶和乙酰辅酶A A。乙酰辅酶乙酰辅酶A A进入三羧酸循环，使其中的乙酰基氧化成二氧进入三羧酸循环，使其中的乙酰基氧化成二氧化碳和水，并将辅酶化碳和水，并将辅酶A A复原。而脂酰辅酶复原。而脂酰辅酶A A又经又经 氧化氧化途径进行转化。途径进行转化。

25、 微生物降解脂肪的基本途径如下：微生物降解脂肪的基本途径如下： (3)(3)脂肪酸的转化：脂肪酸的转化： 在无氧氧化条件下，在无氧氧化条件下，脂肪酸通过酶促反应，往往以脂肪酸通过酶促反应，往往以其转化的中间产物作受氢体而被不完全氧化，形成低级的其转化的中间产物作受氢体而被不完全氧化，形成低级的有机酸、醇和二氧化碳等。有机酸、醇和二氧化碳等。 综上所述，脂肪通过微生物作用，在有氧氧化综上所述，脂肪通过微生物作用，在有氧氧化下能被完全氧化成二氧化碳和水，降解彻底；而在下能被完全氧化成二氧化碳和水，降解彻底；而在无氧氧化下常进行酸性发酵，形成简单有机酸、醇无氧氧化下常进行酸性发酵，形成简单有机酸、醇

26、和二氧化碳等，降解不彻底。和二氧化碳等，降解不彻底。四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解 3 3蛋白质的微生物降解蛋白质的微生物降解 蛋白质是一类由蛋白质是一类由氨基酸通过肽键联结成的大分子氨基酸通过肽键联结成的大分子化合物。在蛋白质中有化合物。在蛋白质中有2020多种多种 氨基酸。由一个氨基氨基酸。由一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基脱水形成的酰胺键就是酸的羧基与另一个氨基酸的氨基脱水形成的酰胺键就是肽键肽键3 3蛋白质的微生物降解蛋白质的微生物降解微生物降解蛋白质的基本途径是：微生物降解蛋白质的基本途径是： (1)(1)蛋白质水解成氨基酸：蛋白质水解成氨基酸：蛋白质由胞外水解酶催化水解，蛋白质由胞外水解酶催化水解，经多肽至二肽或氨基酸而被微生物摄人细胞内。二肽在细胞经多肽至二肽或氨基酸而被微生物摄人细胞内。二肽在细胞内可继续水解形成氨基酸。内可继续水解形成氨基酸。 (2)(2)氨基酸脱氨脱羧成脂肪酸：氨基酸脱氨脱羧成脂肪酸：氨基酸在细胞内的转化氨基酸在细胞内的转化由于不同酶的作用而有多种途径，其中以脱氨脱羧形成脂肪由于不同酶的作用而有多种途径，其中以脱氨脱羧形成脂肪酸为主。酸为主。四、耗氧有机污染物质的微