基于pH的砷对磷酸酶活性抑制及机理的研究

发布时间：2018-03-28 00:35

本文选题：pH　切入点：As(Ⅴ)　出处：《西北农林科技大学》2017年硕士论文

【摘要】：砷是土壤主要污染元素之一,其生物毒性受其存在形态及环境pH、Eh等影响。磷酸酶是催化土壤磷素循环的重要酶类。本论文通过室内模拟方法,研究了不同pH(7.0、8.0、9.0、10.0)下不同状态(游离态、蒙脱石固定态、土壤)碱性磷酸酶活性与砷污染之间的关系,并借助动力学、热力学手段讨论以碱性磷酸酶作为碱性土壤中砷污染的监测指标的可行性;同时研究了砷污染的不同土壤样品(湖南红壤、吉林黑土、重庆紫色土)中、在不同pH(4.0、5.0、6.0、7.0)下酸性磷酸酶活性的变化情况,并通过动力学手段探讨pH对砷抑制酸性磷酸酶活性机理的影响。获得如下结论:(1)砷在供试pH范围内抑制碱性磷酸酶活性,表现为抑制强度随砷浓度的增大、pH的升高而加强。抑制强度在三种状态酶中遵循:游离态酶固定态酶土壤酶的规律。完全抑制模型y=c/(1+b×i)可以表征不同状态碱性磷酸酶酶活性与砷浓度之间的关系。计算所得生态剂量ED10的值均低于我国国家《土壤环境质量标准(1995)》中砷的三级污染临界值:40 mg·kg-1,表明在pH 7.0~10.0范围内,碱性磷酸酶活性可以作为一种更为灵敏的砷污染监测指标。(2)随砷浓度增加,游离态酶的Km增大、Vmax、Vmax/Km减小,固定态酶、土壤酶的Km增大、Vmax/Km减小、Vmax基本不变。砷抑制碱性磷酸酶的机理与酶存在状态有关,游离态酶表现为以竞争性抑制为主的线性混合型抑制,固定态酶与土壤酶表现为竞争性抑制。pH 7.0~10.0范围内,pH没有改变砷对碱性磷酸酶的抑制机理,但影响了砷对碱性磷酸酶动力学参数的抑制强度。p H增加,砷与酶亲和力增加,砷对碱性磷酸酶Km、Vmax以及Vmax/Km抑制增强,生态剂量降低,砷的毒性增强。(3)碱性磷酸酶平均温度系数Q10变化范围为0.709~4.396,其值随砷浓度增大而增大,指前因子A与活化能Ea随砷浓度增大而增大,随pH升高而降低。三种状态碱性磷酸酶的A与Ea均基本遵循以下规律:土壤酶游离态酶固定态酶。供试pH范围内,三种状态碱性磷酸酶的热力学参数均表现为:(35)G*0,(35)H*0,(35)S*0,表明砷污染下的碱性磷酸酶酶促反应过程属于非自发的吸热反应,且反应过程中体系的有序性提高。砷的加入,增大了(35)G*、(35)H*、(35)S*及反应所需能量,但降低了体系的有序性。但随着pH升高,(35)G*、(35)H*、(35)S*及反应所需能量减少,体系有序性升高。结合表观酶活性,砷污染增大了Ea和(35)H*,表明砷对碱性磷酸酶活性的影响属于焓控过程。(4)砷在供试pH范围内抑制土壤酸性磷酸酶活性,表现为随砷浓度的增大、pH的降低而增强。部分抑制模型y=c(1+ai)/(1+bi)可以表征砷浓度与不同土壤样品中酸性磷酸酶活性的关系,且计算获得的生态剂量ED10的值均远低于国家《土壤环境质量标准(1995)》中砷的一级污染临界值15 mg·kg-1,揭示在pH 4.0~7.0范围内,酸性磷酸酶可灵敏反映砷污染的程度。(5)砷对酸性磷酸酶的抑制机理受pH、土壤类型影响。随砷浓度增加,湖南红壤、重庆紫色土酸性磷酸酶的Km增大、Vmax、Vmax/Km减小。湖南红壤,砷在供试pH范围内均表现为以竞争性抑制为主的线性混合型抑制。重庆紫色土在pH 4.0、5.0时,抑制机理为竞争性抑制;其他pH下则为以竞争性抑制为主的线性混合型抑制。吉林黑土酸性磷酸酶的Km在砷浓度变化时并未呈现明显规律、但是Vmax与Vmax/Km均减小。在pH 4.0、6.0时,抑制机理为非竞争性抑制;pH 5.0时为线性混合型抑制,且其中竞争性与非竞争性抑制所占比重相当;pH 7.0时,抑制机理则为竞争性抑制。综上所述,本文获得以下结论:砷抑制酸性、碱性磷酸酶活性,并且砷对碱性磷酸酶的抑制作用属于焓控过程。pH影响砷对酸性磷酸酶的抑制机理,但没有改变砷对碱性磷酸酶的抑制机理。酸性、碱性磷酸酶活性分别可以作为酸性、碱性土壤中砷污染的监测指标。
[Abstract]:In this paper , the relationship between the activity of alkaline phosphatase and arsenic in alkaline phosphatase was studied by means of kinetic and thermodynamic methods . ( 3 ) The average temperature coefficient of alkaline phosphatase was 0 . 709 - 4 . 396 . As the concentration of arsenic increased , the activity of alkaline phosphatase was increased with the increase of the concentration of arsenic . In conclusion , the inhibition mechanism is competitive inhibition . At pH 4.0 and 5.0 , the inhibition mechanism is competitive inhibition . At pH 4.0 and 6.0 , the inhibition mechanism is competitive inhibition . At pH 7.0 , the inhibition mechanism is competitive inhibition . At pH 7.0 , the inhibition mechanism is competitive inhibition . At pH 7.0 , the inhibition mechanism is competitive inhibition .

【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X53;S154.2

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