基于pH的砷對磷酸酶活性抑制及機理的研究.pdf

1、砷是土壤主要污染元素之一，其生物毒性受其存在形態(tài)及環(huán)境pH、Eh等影響。磷酸酶是催化土壤磷素循環(huán)的重要酶類。本論文通過室內(nèi)模擬方法，研究了不同pH(7.0、8.0、9.0、10.0)下不同狀態(tài)（游離態(tài)、蒙脫石固定態(tài)、土壤）堿性磷酸酶活性與砷污染之間的關(guān)系，并借助動力學、熱力學手段討論以堿性磷酸酶作為堿性土壤中砷污染的監(jiān)測指標的可行性;同時研究了砷污染的不同土壤樣品（湖南紅壤、吉林黑土、重慶紫色土）中、在不同pH(4.0、5.0、6.0、

2、7.0)下酸性磷酸酶活性的變化情況，并通過動力學手段探討pH對砷抑制酸性磷酸酶活性機理的影響。獲得如下結(jié)論:
　　(1)砷在供試pH范圍內(nèi)抑制堿性磷酸酶活性，表現(xiàn)為抑制強度隨砷濃度的增大、pH的升高而加強。抑制強度在三種狀態(tài)酶中遵循:游離態(tài)酶＞固定態(tài)酶＞土壤酶的規(guī)律。完全抑制模型y=c/(1+b×i)可以表征不同狀態(tài)堿性磷酸酶酶活性與砷濃度之間的關(guān)系。計算所得生態(tài)劑量ED10的值均低于我國國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標準(1995)》中砷的

3、三級污染臨界值:40 mg·kg-1，表明在pH7.0～10.0范圍內(nèi)，堿性磷酸酶活性可以作為一種更為靈敏的砷污染監(jiān)測指標。
　　(2)隨砷濃度增加，游離態(tài)酶的Km增大、Vmax、 Vmax/Km減小，固定態(tài)酶、土壤酶的Km增大、Vmax/Km減小、Vmax基本不變。砷抑制堿性磷酸酶的機理與酶存在狀態(tài)有關(guān)，游離態(tài)酶表現(xiàn)為以競爭性抑制為主的線性混合型抑制，固定態(tài)酶與土壤酶表現(xiàn)為競爭性抑制。pH7.0～10.0范圍內(nèi)，pH沒有改變砷對

4、堿性磷酸酶的抑制機理，但影響了砷對堿性磷酸酶動力學參數(shù)的抑制強度。pH增加，砷與酶親和力增加，砷對堿性磷酸酶Km、Vmax以及Vmax/Km抑制增強，生態(tài)劑量降低，砷的毒性增強。
　　(3)堿性磷酸酶平均溫度系數(shù)Q10變化范圍為0.709～4.396，其值隨砷濃度增大而增大，指前因子A與活化能Ea隨砷濃度增大而增大，隨pH升高而降低。三種狀態(tài)堿性磷酸酶的A與Ea均基本遵循以下規(guī)律:土壤酶＞游離態(tài)酶＞固定態(tài)酶。供試pH范圍內(nèi)，三種狀

5、態(tài)堿性磷酸酶的熱力學參數(shù)均表現(xiàn)為:ΔG*＞0，ΔH*＞0，ΔS*＜0，表明砷污染下的堿性磷酸酶酶促反應過程屬于非自發(fā)的吸熱反應，且反應過程中體系的有序性提高。砷的加入，增大了ΔG*、ΔH*、ΔS*及反應所需能量，但降低了體系的有序性。但隨著pH升高，ΔG*、ΔH*、ΔS*及反應所需能量減少，體系有序性升高。結(jié)合表觀酶活性，砷污染增大了Ea和ΔH*，表明砷對堿性磷酸酶活性的影響屬于焓控過程。
　　(4)砷在供試pH范圍內(nèi)抑制土壤酸性

6、磷酸酶活性，表現(xiàn)為隨砷濃度的增大、pH的降低而增強。部分抑制模型y=c(1+ai)/(1+bi)可以表征砷濃度與不同土壤樣品中酸性磷酸酶活性的關(guān)系，且計算獲得的生態(tài)劑量ED10的值均遠低于國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標準(1995)》中砷的一級污染臨界值15 mg·kg-1，揭示在pH4.0～7.0范圍內(nèi)，酸性磷酸酶可靈敏反映砷污染的程度。
　　(5)砷對酸性磷酸酶的抑制機理受pH、土壤類型影響。隨砷濃度增加，湖南紅壤、重慶紫色土酸性磷酸酶

7、的Km增大、Vmax、 Vmax/Km減小。湖南紅壤，砷在供試pH范圍內(nèi)均表現(xiàn)為以競爭性抑制為主的線性混合型抑制。重慶紫色土在pH4.0、5.0時，抑制機理為競爭性抑制;其他pH下則為以競爭性抑制為主的線性混合型抑制。吉林黑土酸性磷酸酶的Km在砷濃度變化時并未呈現(xiàn)明顯規(guī)律、但是Vmax與Vmax/Km均減小。在pH4.0、6.0時，抑制機理為非競爭性抑制;pH5.0時為線性混合型抑制，且其中競爭性與非競爭性抑制所占比重相當;pH7.0時