第2章 生物及其代谢

现代环境生物工程2016.11.12《环境生物技术》课件

第2章生物及其代谢第2章生物及其代谢本章内容2.1生物2.2新陈代谢2.3与环境生物技术密切

相关的代谢途径2.4主要元素循环《环境生物技术》课件2.1生物

自然界是由生物和非生物的物质和能量组成的。有生命特征的有机体叫做生物，无生命的包括物质和能量叫做非生物。生物是生物技术的主角，包括微生物、植物和动物，多种多样的生物不仅维持了自然界的持续发展，而且构成了人类赖以生存和发展的基本条件。新陈代谢及遗传性是生物最重要和基本的特征，也是生命现象的基础。《环境生物技术》课件2.1.1微生物微生物主要包括无细胞结构且不能独立生活的病毒，属原核细胞的细菌(真细菌和古细菌)、放线菌、蓝细菌(蓝藻)、支原体、衣原体及立克次体，属真核细胞的真菌、单细胞藻类及原生动物等。生物膜是指包覆在某个物体表面上的微生物群落集合，是微生物群落的一个典型例子，它可能由好几百个物种组成。环境生物技术对生物膜特别感兴趣，因为它们是很多污染治理设施中常见的关键组成部分。《环境生物技术》课件2.1.2植物

目前，人们已知的植物约有30万种，常见的如乔木、灌木、藤类、青草、蕨类、地衣及绿藻等。绿色植物的光合作用是地球上最为普遍、规模最大的反应过程，是农业生产的基础，在理论和实践上都具有重大意义。植物在环境污染治理上的主要作用有两类：植物修复和植物监测。《环境生物技术》课件植物修复是利用植物来转移、容纳或转化污染物使其对环境无害，修复对象主要是重金属、有机物或放射性元素污染的土壤、水体和空气。植物能够给予人类视觉的享受，利用植物进行污染处理的地方看上去更有生机，因而得到了公众的普遍接受。植物作为大气污染的指示生物，能对短期污染和长期污染作出急性和累积反应，既灵敏可靠，又简单易行。实践证明，草本植物、木本植物及地衣、苔藓等受到污染物的作用后能较灵敏和快速地产生明显反应。《环境生物技术》课件2.1.2动物动物(animal)是多细胞真核生命体中的一大类群。动物在环境污染治理中的作用主要有：监测、富集和净化。利用动物指示环境污染，早在我国古代就已有应用，如隋代巢元方著《诸病源候论》(公兀610年)就记载了以鸡或鸭试古井有无毒气的方法。《环境生物技术》课件水污染指示生物一般采用底栖生物中的环节动物、软体动物、甲壳动物以及水生昆虫等。它们个体大，在水中相对位移小、生命周期较长，能够反映环境污染特点，已经成为水体污染指示生物的重要研究对象。例如，颤蚓类为耐有机污染种类，普遍出现于污染水体中，特别是在严重有机污染水体中数量多、种类单纯，可以用单位面积颤蚓数量作为水体污染程度的指标(表2—2)。《环境生物技术》课件多数软体动物对重金属有明显的富集作用。螺蛳对水体中的重金属有很强的富集能力，体内的重金属含量是水体的800~200000倍。对Cu和Zn的富集程度最高，对Pb的富集较弱，对Cr和Cd的富集较差。造成这种现象的主要原因可能是水体中重金属是以不同的结合态存在的，对水生生物的可给性不同。螺蛳为底栖刮食的生物，以残渣形态沉淀在水底的重金属最容易被螺蛳摄入体内。一些研究指出，螺类不但从溶液中而且也从沉积物中吸收重金属，对溶解态、离子交换态、碳酸盐结合态的重金属积累能力强，对结晶态的重金属积累能力最弱。《环境生物技术》课件水生动物还可以对污染环境起到净化的作用。研究螺对太湖五里湖湾水体透明度、总磷、氨氮、溶解氧等作用发现，它能使水体透明度从0.5m左右提高到1.3m，使湖内水体浊度迅速降低，降解总磷的幅度能达到50％，经分析为一种铜锈环棱螺的絮凝作用所致。由于水生动物在整个生态系统中处于重要的位置，它的数量和组成将较大影响生物净化效果。从生态位和食物链角度，选择对生态系统不会造成大破坏的水生动物进行放养，探讨对水生生态系统的影响，有助于建立更加完善的水体生物净化体系。《环境生物技术》课件2．2新陈代谢＆一切生命现象的基本特征是新陈代谢(metabolism)，简称代谢，它包括生物体内进行的所有化学反应。＆新陈代谢分为合成代谢和分解代谢两大类。＆分解代谢与合成代谢包括物质代谢和能量代谢。＆尽管分解代谢不断为合成代谢提供小分子物质和能量，但分解与合成却常常在细胞或组织的不同部位进行，分解与合成的很多具体反应是不可逆的，由不同的酶担负催化作用。《环境生物技术》课件图2-1物质代谢过程简图《环境生物技术》课件2.3与环境生物技术密切相关的代谢途径

2．3．1糖酵解《环境生物技术》课件糖酵解途径在动植物和许多微生物中普遍存在，是摄入生物体内的葡萄糖最初经历的酶促分解过程。2.3.2TCA循环

《环境生物技术》课件真核生物的线粒体和原核生物的细胞质是三羧酸循环的场所。2.3.3乙醛酸循环

＆植物和微生物细胞内脂肪酸氧化分解为乙酰CoA之后，在乙醛酸体(glyoxysome)内生成琥珀酸、乙醛酸和苹果酸，琥珀酸可用于糖的合成，该过程称为乙醛酸循环(glyoxylicacidcycle，GAC)，见图2—4。《环境生物技术》课件2.3.4脂类代谢＆脂类是三脂酰甘油(甘油三酯)和类脂的总称，是一大类不溶于水而易溶于有机溶剂的化合物。

＆甘油三酯在激素敏感脂肪酶的催化下水解生成自由脂肪酸(FFA)和甘油。脂肪酸进入细胞后，首先在线粒体外或胞浆中被活化，形成脂酰CoA，然后进入线粒体进行氧化，经过脱氢、水化、再脱氢和硫解四步反应，变成乙酰CoA，一部分用来合成新的脂肪酸和其他生物分子，大部分则进入三羧酸循环完全氧化。＆

类脂则包括磷脂(甘油磷脂和鞘磷脂)、糖脂(脑苷脂和神经节苷脂)、胆固醇及胆固醇酯。甘油磷脂通过体内各种磷脂酶将其分解为脂肪酸、甘油、磷酸等，然后再进一步降解，胆固醇主要通过转化作用，转变为胆汁酸、类固醇激素、维生素D3等化合物，再进行代谢，或经粪便直接排出体外。《环境生物技术》课件2.3.5蛋白质代谢＆蛋白质代谢以氨基酸为核心，外界蛋白只有降解为氨基酸才能被机体利用，体内蛋白也要先分解为氨基酸才能继续氧化分解或转化。游离氨基酸可合成自身蛋白，可氧化分解放出能量，可转化为糖类或脂类，也可合成其他生物活性物质。

《环境生物技术》课件2.3.6能量代谢＆生物体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用等，称为能量代谢。＆生物体能量来自糖类、脂肪和蛋白质三种营养物质，这些能源物质分子结构中的碳氢键蕴藏着化学能，在氧化过程中碳氢键断裂，生成H2O和CO2，同时释放出蕴藏的能量。这些能量的50％以上迅速转化为热能，用于维持体温稳定，并向体外散发。其余则以高能磷酸键的形式储存于体内，供机体利用。＆高能磷酸键化学物主要是腺苷三磷酸(ATP)和鸟苷三磷酸(GTP)，此外，还可有高能硫酯键等。《环境生物技术》课件2.3.6能量代谢＆

大部分化学能的释放是通过磷酸基团的水解来实现的。形成这些分子的能量来源于食物的分解代谢或光合作用。污染物进入分解代谢途径，也可以成为生物体的“食物"。＆从“食物“分子传递到ATP有两种完全不同的路径：一种是ATP在细胞质内的合成过程，就是磷酸基团直接传递到ADP上，通过化学键储存这一反应的能量；另一种包含一个相当复杂的系统，包括电子和质子(或氢离子)的传递，这些主要来源于分解代谢途径中的一些物质的氧化过程。《环境生物技术》课件2.4主要元素循环

自然界中，生物不断地从地球获得所需要