酶在環(huán)境保護方面的應(yīng)用

1、酶在環(huán)境保護方面的應(yīng)用page2我國環(huán)境現(xiàn)狀 人類賴以生存的環(huán)境質(zhì)量,是目前舉世矚目的重大問題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人類開發(fā)利用自然資源的能力和范圍不斷擴大,隨之而來的環(huán)境污染問題也越來越嚴重。環(huán)境污染已成為制約人類社會發(fā)展的重要因素,我國每年排放大量廢水(416億t)、廢氣和煙塵(2000萬t)以及固體廢棄物(1000億t),污染達到相當(dāng)嚴重的地步。因此環(huán)境保護問題越來越受到人們的重視。 20世紀以來,在化學(xué)和生物學(xué)之間的交叉地帶形成的生物技術(shù)占據(jù)了重要的地位,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品等方面得到了廣泛的應(yīng)用,并對解決當(dāng)代資源、能源、環(huán)保等多方面問題起著舉足輕重的作用。而作為生物工程的重要

2、組成部分,酶和酶工程受到生物化學(xué)工作者的重視,幾種新興的技術(shù)產(chǎn)業(yè)已成為優(yōu)先發(fā)展的高科技領(lǐng)域。page3page4page5n 酶傳感器在環(huán)境監(jiān)測中已取得誘人的成就,并將繼續(xù)擴大其應(yīng)用范圍。目前發(fā)現(xiàn)的酶傳感器已有多種。20世紀80年代末gray等首次用丁酰硫代膽堿酯酶檢測有機磷農(nóng)藥;研制出一種簡易快速測定有機磷農(nóng)藥的酶片和生色基片。用乙酰膽堿酯酶電極和單片機結(jié)合研制的掌上型有機磷農(nóng)藥現(xiàn)場檢測儀可測定敵敵畏、對硫磷。marty等將含有亞硫酸鹽氧化酶的肝微粒體固定在醋酸纖維膜上和氧電極制成安培型生物傳感器,可對so2形成的酸雨酸霧樣品溶液進行檢測。酶學(xué)和免疫學(xué)測定法也常用于環(huán)境監(jiān)測。利用酶聯(lián)免疫分析

3、法原理,采用雙抗體夾心法,研制出的微生物快速檢驗盒,2h即可檢測出沙門菌、李斯特菌等。還有應(yīng)用酶聯(lián)免疫技術(shù)研制的minividas全自動免疫分析儀可快速靈敏地鑒定空腸彎曲桿菌和葡萄球菌腸毒素等。日本、美國、英國等都在研究-2葡聚糖苷酶活性法測定飲用水和食品中的大腸桿菌。page6n酶在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用n酶在廢水處理方面的應(yīng)用n酶在可生物降解材料開發(fā)方面的應(yīng)用page7n 利用膽堿酯酶檢測有機磷農(nóng)藥污染n 利用乳酸脫氫酶的同工酶監(jiān)測重金屬污染n 通過-葡聚糖甘酸酶監(jiān)測大腸桿菌污染n 利用亞硝酸還原酶檢測水中亞硝酸鹽濃度page8n 最近幾十年來，為了防治農(nóng)作物的病蟲害，大量使用各種農(nóng)藥。農(nóng)藥的

4、大量使用，對農(nóng)作物產(chǎn)量的提高起了一定的作用，然而由于農(nóng)藥，特別是有機磷農(nóng)藥的濫用，造成了嚴重的環(huán)境污染，破壞了生態(tài)環(huán)境。為了監(jiān)測農(nóng)藥的污染，人們研究了多種方法，其中采用膽堿酯酶監(jiān)測有機磷農(nóng)藥的污染就是一種具有良好前景的檢測方法。膽堿酯酶page9n 膽堿酯酶可以催化膽堿酯水解生成膽堿和有機酸：n 有機磷農(nóng)藥是膽堿酯酶的一種抑制劑，可以通過檢測膽堿酯酶的活性變化，來判定是否受到有機磷農(nóng)藥的污染。20世紀50年代，就有人通過檢測魚腦中乙酰膽堿酯酶活力受抑制的程度，來檢測水中存在的極低濃度的有機磷農(nóng)藥?，F(xiàn)在可以通過固定膽堿酯酶的受抑制情況，檢測空氣或水中微量的酶抑制劑（有機磷等），靈敏度可達0.1m

5、g/l。page10n 乳酸脫氫酶（lactatedehydrogenase,ec1.1.1.27）有5種同工酶。它們具有不同的結(jié)構(gòu)和特性。通過檢測家魚血清乳酸同工酶（sldh）的活性變化，可以檢測水中重金屬污染的情況及其危害程度。鎘和鉛的存在可以使sldh4活性升高；汞污染使sldh1活性升高；銅的存在則引起sldh4的活性降低。乳酸脫氫酶page11n 將4甲基香豆素基葡聚糖苷酸摻入選擇性培養(yǎng)基，樣品中如果有大腸桿菌存在，大腸桿菌中的葡聚糖苷酸酶就會將其水解，生成甲基香豆素。甲基香豆素在紫外光的照射下發(fā)出熒光。由此可以檢測水或者食品中是否有大腸桿菌污染。-葡聚糖甘酸page12n 亞硝酸還

6、原酶（nitritereductase,ec1.6.6.4）是催化亞硝酸還原生成一氧化氮的氧化還原酶。n 利用固定化亞硝酸還原酶，制成電極，可以檢測水中亞硝酸鹽的濃度。亞硝酸還原酶page13n 水凈化早在20世紀70年代,固定化酶已被用于水和空氣的凈化。法國工業(yè)研究所積極開展利用固定化酶處理工業(yè)廢水的研究,將能處理廢水的酶制成固定化酶。處理靜止廢水時直接用酶布或酶片;處理流動廢水時根據(jù)廢水所含污物的種類和數(shù)量,確定玻璃酶柱或塑料酶柱的高度和直徑,采用多酶酶柱或單一酶柱。水凈化page14含酚廢水n 芳香族化合物,包括酚和芳香胺,屬于優(yōu)先控制的污染物,塑料廠、樹脂廠、染料廠等企業(yè)的廢水中都含有

7、這類污染物,很多酶已用于這類廢水處理。辣根過氧化物酶(hrp)的應(yīng)用集中在含酚污染物的處理方面,使用hrp處理的污染物包括苯胺、羥基喹啉、致癌芳香族化合物等。hrp可以與一些難以去除的污染物一起沉淀,形成多聚物而使難處理物質(zhì)的去除率增大。page15食品工業(yè)廢水n 將固定化蛋白酶應(yīng)用于糧食加工廢水的預(yù)處理,其后續(xù)工藝可以采用任何一種生物處理法。因為固定化蛋白酶已將廢水中不易生化降解的大分子轉(zhuǎn)化為易于生物降解的小分子,大大提高了廢水的可生化性。固定化蛋白酶穩(wěn)定、可重復(fù)使用的特點,使得將酶應(yīng)用于廢水處理成為一種經(jīng)濟可行的方法,具有良好的發(fā)展前景。淀粉酶是一類多糖水解酶,多糖轉(zhuǎn)變?yōu)閱翁呛桶l(fā)酵能同時進

8、行,淀粉酶用于含淀粉廢水處理,可使大米加工產(chǎn)生的廢水中的有機物轉(zhuǎn)化為酒精。淀粉酶還可縮短活性污泥法處理廢水的時間。page16n 每克rhizopusorrhizus菌絲(干重)去除銅高達180mg以上,真菌表面的連接酶將溶于水中的重金屬吸附在微生物表面,在能出入細胞壁傳輸營養(yǎng)物的酶的作用下,將重金屬離子帶入細胞內(nèi),細胞內(nèi)重金屬酶將其進行生物合成。重金屬廢水page17n 石油和工業(yè)廢油的處理每年由于各種原因排入海中的石油達200萬t,如不及時處理,不僅會造成魚類的大量死亡,而且石油中的有害物質(zhì)也會通過食物鏈進入人體。人們用含有酶及其它成分的復(fù)合制劑處理海中的石油,可以將石油降解成適合微生物的營養(yǎng)成分,為浮在油表面的細菌提供優(yōu)良的養(yǎng)料,使得分解石油的細菌迅速繁殖,以達到快速降解石油的目的。脂酶生物技術(shù)應(yīng)用于被污染環(huán)境的修復(fù)以及廢物處理是一個新興的領(lǐng)域。石油開采和煉制過程中產(chǎn)生的油泄漏、脂加工過程中產(chǎn)生的含脂廢物以及飲食業(yè)產(chǎn)生的廢物,都可以用不同來源的脂酶進行有效的處理。酶法生產(chǎn)生物柴油日益受到人們的青睞,可利用餐飲業(yè)廢油脂和工業(yè)廢油脂為原料,變廢為寶的同時降低了生物柴油的生產(chǎn)成本。石油和工業(yè)廢油page18n 目前應(yīng)用于各個領(lǐng)域的高分子材料，大多數(shù)是生物不可降解或不可完全降解的材料。這些高分子材料使用以后，成為固體