共代謝

只有在初級能源物質存在時，才能進行的有機化合物的生物降解過程。所謂共代謝，一般是指原本不能被代謝的物質在外界提供碳源和能源的情況下被代謝的現象。

其中外界提供的碳源稱為一級基質，用於微生物細胞增長並為微生物細胞活動提供能量。被共代謝的物質稱為二級基質，不用於微生物細胞增長，也不能為微生物細胞活動提供能量。

共代謝降解是在廢水中加入新基質或者多菌群，通過微生物種群的協同作用，提高其對廢水中難降解物質的降解率和降解性能的機制。共代謝作用處理難降解廢水是一種新興水處理技術，處理效果顯著，在國內外研究案例較多，並將被越來越多地應用於實踐。

解釋一：必須在生長基質和其他可轉化化合物存在下，微生物對非生長基質的轉化。

解釋二：只有在初級能源物質存在時才能進行的有機化合物的生物降解過程。

共代謝過程不但提出了一種新的代謝現象 ,而且已被作為一種生化技術在芳香族化合物生物解研究中得到應用。G ihon等以共代謝為手段 ,分離和確定了鹵代苯和對氯甲苯的假單胞菌的氧化產物 ,這有助於研究氧進入芳香環的機制。F ocht和Alexander等應用共代謝技術建立了 DDT的環斷裂機制。

Horvath利用共代謝反應步驟少的優點 ,分別確定了 2 ,3 ,6 — 三氯苯甲酸降解過程中所含的氧化、脫氫和脫鹵反應 ,從而發現了無色桿菌(achromobacter)代謝2 ,3 ,6 — 三氯苯甲酸的途徑。Hanne、 Jaakko、 Woods、 Mary 等利用厭氧反應器中存在共代謝的原理 ,通過添加初級基質來處理含氯酚的廢水 ,使氯酚這種有毒的“難降解物質”得到生物凈化。

現代的環境污染迫切需要人們更充分地利用微生物的降解活性 ,不幸的是有些化合物含有高度抗酶分解的結構元素或取代基。儘管環境微生物具有逐漸進化、適應的功能 ,但酶催化途徑的自然進化需要多種基因成分的改變 ,速度很慢 ,不能適應現代環境保護的要求。通過共代謝等各種生物技術的應用 ,在搞清微生物降解環境污染物的能力和途徑的基礎上 ,應用現代基因工程技術 ,擴展微生物酶對基質的專一性和代謝途徑 ,更有效地處理和降解各種污染物 ,更好地保護環境。

隨著化學工業的發展，生活污水和某些生產廢水中出現了一類污染面廣、毒性大、難降解的化合物，這些化合物被廣泛應用於人們生產和生活，它們在生產、運輸和使用過程中經過各種途徑進入自然環境，並長期存留和富集，對生態環境和人體健康構成嚴重威脅。難降解性有機物具有4個基本特性，即：

（1）長期殘留性。一旦排放到環境中，它們難於被分解，因此可以在水體、土壤和底泥等環境介質中存留數年或更長的時間；

（2）生物蓄積性。難降解性有機物一般具有低水溶性、高脂溶性的特徵，能夠在多數生物脂肪中發生生物蓄積；

（3）半揮發性；

（4）高毒性。有的難降解性有機物具有半揮發性，可以在大氣環境中遠距離遷移，它們對人和動物一般具有毒性作用，有的可以導致生物體內分泌紊亂、生殖及免疫機能失調，有的甚至引起癌症等嚴重疾病。

共代謝過程不僅要選擇合適的一級基質，而且要求一級基質與難降解物質保持合適的濃度比，此外，營養物質的加入對提高共代謝率也是很重要的，不僅要注意常用營養氮、磷等的加入及其配比，還要注意微量營養元素的加入。共代謝是一綜合性過程，需考慮各方面因素並加以有效控制才能達到較高的難降解物質共代謝率。由於共基質代謝生物過程的引入，可通過選擇添加合適的一級基質得以降解，並通過維持適當一級基質濃度使難降解物質利用速率達到最優化。

從環境因素來看，難降解並不是化合物所固有的，而是環境狀況表現的結果，改變環境狀況，本來難降解的化合物就變得易降解了，所以，選擇合適的生物降解環境、開發新的生物降解技術、培養和馴化適宜的生物種群和生物酶、分析化合物的降解途徑和生物降解規律，是研究有機物生物降解的必然選擇。

共代謝作為一種代謝機制廣泛存在於共基質的生物降解過程中，深入研究共代謝不僅有助於我們更加準確地認識環境中存在共代謝情況下物質的生物降解，而且為我們尋求難降解有機物生物降解技術提供了新的思路。隨著人們對共代謝的認識進一步提高，它作為一種處理難降解有機物的有效方式將得到廣泛深入的應用。