1．耗氧污染物的微生物降解

耗氧污染物包括糖类、蛋白质、脂肪及其他有机物质（或其降解产物）。在细菌的作用下，耗氧有机物可以在细胞外分解成较简单的化合物。耗氧有机物质通过生物氧化以及其他的生物转化，变成更小、更简单的分子的过程称为耗氧有机物质的生物降解。如果有机物质最终被降解成为二氧化碳、水等无机物质，就称有机物质被完全降解，否则称之为不彻底降解。

(1）糖类的微生物降解 糖类包括单糖、二糖、多糖。单糖如己糖（C6H12O6)——葡萄糖、果糖等和戊糖（C5H10O5)——木糖、阿拉伯糖等，二糖如蔗糖（C12H22O1l)、乳糖及麦芽糖，多糖如淀粉、纤维素[(C6H10O5）n]等。糖类是由C、H、O三种元素构成。

糖是生物活动的能量供应物质。细菌可以利用它作为能量的来源。糖类降解过程如下。

①多糖水解成单糖 多糖在生物酶的催化下，水解成二糖或单糖，而后才能被微生物摄取进入细胞内。其中的二糖在细胞内继续在生物酶的作用下降解成为单糖。降解产物中最重要的单糖是葡萄糖。

②单糖酵解生成丙酮酸 细胞内的单糖无论是有氧氧化还是无氧氧化，都可经过一系列酶促反应生成丙酮酸，这是糖类化合物降解的中心环节，又称糖降过程。其反应如下：

③丙酮酸的转化在有氧氧化的条件下了丙酮酸在乙酰辅酶A作用下转变为乳酸和乙酸等，最终氧化成二氧化碳和水：

在无氧氧化条件下丙酮酸往往不能氧化到底，只氧化成各种酸、醇、酮等，这一过程称为发酵。糖类发酵生成大量有机酸，使pH下降，从而抑制细菌的生命活动，属于酸性发酵，发酵具体产物决定于产酸菌种类和外界条件。

在无氧氧化条件下，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：

从能量角度来看，糖在有氧条件下分解所释放的能量大大超过无氧条件下发酵分解所产生的能量。由此可见，氧对生物体有效地利用能源是十分重要的。

(2）脂肪和油类的微生物降解 脂肪和油类是由脂肪酸和甘油合成的醋，由C、H、O三种元素组成。脂肪多来自动物，常温下皇固态；而油多来自植物，常温下呈液态。脂肪和油类比糖类难降解，其降解途径如下。

①脂肪和油类水解成脂肪酸和甘油 脂肪和油类首先在细胞外经水解酶催化水解成脂肪酸和甘油：

②甘油和脂肪酸转化 甘油的降解与单糖降解类似，在有氧或无氧氧化条件下，均能被一系列的酶促反应转变成丙酮酸。丙酮酸经乙酰辅酶A的酶促反应，在有氧的条件终生成二氧化碳和水，而在无氧的条件下则转变为简单的有机酸、醇和二氧化碳等。

脂肪酸在有氧氧化条件下，经R-氧化途径（淡酸被氧化，使末端第二个碳键断裂）及乙酰辅酶A的酶促作用最后完全氧化成二氧化碳和水。在无氧的条件下，脂肪酸通过酶促反应，其中间产物不被完全氧化，形成低级的有机酸、醇和二氧化碳。

(3）蛋白质的微生物降解 蛋白质的主要组成元素是C、H、O和N，有些还含有S、P等元素。微生物降解蛋白质的途径如下。

①蛋白质水解成氨基酸 蛋白质相对分子质量很大，不能直接进入细胞内。所以，蛋白质由胞外水解酶催化水解成氨基酸，随后再进入细胞内部：

②氨基酸转化成脂肪酸 各种氨基酸在细胞内经酶的作用，通过不同的途径转化成相、应的脂肪酸，随后脂肪酸经前面所讲述的过程转化成二氧化碳和水：

总而言之，蛋白质通过微生物的作用，在有氧的条件下可彻底降解成为二氧化碳、水和氨，而在无氧氧化条件下通常是酸性发酵，生成简单有机酸、醇和二氧化碳等，降解不彻底。

在无氧氧化条件下，糖类、脂肪和蛋白质都可借助产酸菌的作用降解成简单的有机酸、醇等化合物。如果条件允许，这些有机化合物在产氢菌和产乙酸菌的作用下，可被转化成乙酸、甲酸、氢气和二氧化碳，进而经产甲烷菌的作用产生甲烷。复杂的有机物质这一降解过程，称为甲烷发酵或沼气发醉。一在甲烷发酵中一般以糖类的降解率和降解速率最高，其次是脂肪，最低的是蛋白质。

2．有毒有机物的生物转化与微生物降解

（1）石油的微生物降解 石油的微生物降解在消除烃环境污染方面，尤其是从水体和土壤中消除石油污染物方面具有重要的作用。

石油的微生物降解较难，且速率较慢，但比化学氧化作用快10倍左右。其基本规律—直链烃易于降解，支链烃稍难一些，芳烃更难，环烷烃的生物降解最困难。微生物降解石油污染物的化学过程以甲烷为例，反应如下：

碳原子数大于1的正烷烃，其最常见降解途径是：通过烷烃的末端氧化，或次末端氧化，或双端氧化，逐步生成醇、醛及脂肪酸，而后再经相应的酶促反应，最终降解成二氧化碳和水。

烯烃的微生物降解途径主要是烯的饱和末端氧化，再经与正烷烃相同的途径成为不饱和脂肪酸。或者是不饱和末端双键氧化成为环氧化合物，然后形成饱和脂肪酸，经相应的酶促反应，最终降解成二氧化碳和水。

(2)农药的生物降解 进入环境中的农药，首先对环境中的微生物有抑制作用，与此同时，环境中微生物也会利用这些有机农药为能源进行降解作用，使各种有机农药彻底分解为二氧化碳而最后消失。农药的生物降解对环境质量的改善十分重要。用于控制植物的除草剂和用于控制昆虫的杀虫剂，通常对微生物没有任何有害影响。然而有效的杀菌剂则必然具有对微生物的毒害作用。环境中微生物的种类繁多，各种农药在不同的条件下，分解形式多种多样，主要有氧化、还原、水解、脱卤及脱烃等作用。现就这些反应逐一加以举例说明。

①氧化作用氧化是通过氧化酶的作用进行的，例如微生物催化转化艾氏剂为狄氏剂就是生成环氧化物的一个例子。

②还原作用有些农药在嫌气（厌氧）条件下可以发生还原作用，如氟乐灵分子中一的硝基被还原成氨基：

③水解作用这是农药进行生物降解的第三种重要的步骤，醋和酞胺常发生水解反应：

④脱卤作用主要是一些细菌参与的-0H置换卤素原子的反应

⑤脱烃作用脱烃反应可以去除与氧、硫或氮原子连着的烷基：

⑥环的断裂首先是在单加氧酶催化作用下加上一个一OH，再由二加氧酶的催化作用使环打开，其开环过程实质上是苯环及衍生物的开环过程。它是芳香烃农药最后降解的决定性步骤。