微生物的生理1

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1、p第一节第一节 微生物的酶微生物的酶p第二节第二节 微生物的营养微生物的营养p第三节第三节 微生物的产能代谢微生物的产能代谢p第四节第四节 微生物的合成代谢微生物的合成代谢第一节第一节 微生物的酶微生物的酶微生物的营养和代谢需在酶的参与下才能正常进微生物的营养和代谢需在酶的参与下才能正常进行。酶是动物、植物及微生物等生物体内合成的，行。酶是动物、植物及微生物等生物体内合成的，催化生物化学反应的，并传递电子、原子和化学催化生物化学反应的，并传递电子、原子和化学基团的生物催化剂。基团的生物催化剂。酶蛋白（单一蛋白质）酶蛋白（单一蛋白质）全酶全酶 单成分酶单成分酶简单酶简单酶(单一蛋白质）单一蛋白质

2、）结合酶结合酶金属离子金属离子辅酶（有机物）、辅基（小分辅酶（有机物）、辅基（小分子化合物）子化合物）加速生物化学反应的作用加速生物化学反应的作用传递电子、原子、传递电子、原子、化学基团的作用化学基团的作用除传递电子、原子、除传递电子、原子、化学基团的作用；还化学基团的作用；还起激活剂的作用起激活剂的作用1、铁卟啉，细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等、铁卟啉，细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等的辅基。的辅基。2、CoA，辅酶，辅酶A分子结构含嘌呤核苷酸、泛酸和巯基乙胺等分子结构含嘌呤核苷酸、泛酸和巯基乙胺等部分，在糖代谢和脂肪代谢中起重要作用。部分，在糖代谢和脂肪代谢中起重要作用。

3、3、NAD和和NADP，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。脱氢辅酶。二核苷酸磷酸。脱氢辅酶。4、FMN和和FAD，黄素酶，传递氢。，黄素酶，传递氢。5、CoQ，泛醌，传递电子和氢。，泛醌，传递电子和氢。6、L&TPP，传递氢和酰基。，传递氢和酰基。7、ATP、AMP8、磷酸吡哆，和转氨有关。、磷酸吡哆，和转氨有关。9、生物素，羧化酶的辅基，微生物的生长因子。、生物素，羧化酶的辅基，微生物的生长因子。10、辅酶、辅酶F，传递甲酰基和羟甲基。，传递甲酰基和羟甲基。11、金属离子，激活剂。、金属离子，激活剂。12、辅酶、辅酶M，是专性厌氧的产甲烷菌特

4、有的辅酶，甲基转移酶。，是专性厌氧的产甲烷菌特有的辅酶，甲基转移酶。13、F420，产甲烷菌的辅酶。，产甲烷菌的辅酶。14、F430，参与甲烷形成的末端反应。，参与甲烷形成的末端反应。15、MPT，参与，参与C1还原反应。还原反应。16、MFR在甲烷和乙酸形成过程中起甲基载体作用在甲烷和乙酸形成过程中起甲基载体作用酶的活性中心是指酶蛋白分子中与底物结合，并起酶的活性中心是指酶蛋白分子中与底物结合，并起催化作用的小部分氨基酸微区。催化作用的小部分氨基酸微区。四、酶的分类四、酶的分类（1 1）水解酶）水解酶 hydrolasehydrolaseH2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH（

5、2）氧化氧化-还原酶还原酶 OxidoreductaseCH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH（3）转移酶）转移酶 TransferaseCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO（4）裂合酶）裂合酶 LyaseHOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOH（5）异构酶）异构酶 IsomeraseOCH2OHOHOHOHOHOCH2OHCH2OHOHOHOH（6）合成酶）合成酶 Ligase or Synthetase底 物产 物酶促反应酶促反应HCNH2CH3COOH+CH2CH2C=

6、OCOOHCOOH丙丙氨氨酸酸氨氨基基转转移移酶酶C=OCH3COOH+CH2CH2HCCOOHCOOHNH2丙丙氨氨酸酸-酮酮戊戊二二酸酸丙丙酮酮酸酸谷谷氨氨酸酸E+Sk1k2ESk1E+P 高效性高效性比非催化高比非催化高1081020倍倍比非酶催化高比非酶催化高1071013倍倍 高度专一性高度专一性 反应条件温和反应条件温和 对环境条件的高度敏感性对环境条件的高度敏感性 酶催化是可调控的酶催化是可调控的酶催化特性酶催化特性v 绝对专一性绝对专一性一种酶只能作用于特定结构的底物，只催化一种专一反应，生成特定结构产一种酶只能作用于特定结构的底物，只催化一种专一反应，生成特定结构产物。物。例

7、如，脲酶只催化尿素水解。例如，脲酶只催化尿素水解。v 相对专一性相对专一性一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键，催化一类化学反应。一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键，催化一类化学反应。例如，胰蛋白酶催化由碱性氨基酸的羧基形成的肽键。例如，胰蛋白酶催化由碱性氨基酸的羧基形成的肽键。v 立体异构专一性立体异构专一性一种酶只能作用于某个化合物立体异构体的一种，称为立体异构特异性。一种酶只能作用于某个化合物立体异构体的一种，称为立体异构特异性。例如，乳酸脱氢酶仅催化例如，乳酸脱氢酶仅催化L-乳酸，不催化乳酸，不催化D-乳酸。乳酸。nKm 即为米氏常数，即为米氏常数，nVmax为最大反应速度为最大

8、反应速度l当反应速度等于最大速度当反应速度等于最大速度一半时底物的浓度，即一半时底物的浓度，即V=1/2 Vmax，Km=S l上式表示，米氏常数是反上式表示，米氏常数是反应速度为最大值的一半时的应速度为最大值的一半时的底物浓度。底物浓度。l因此，米氏常数的单位为因此，米氏常数的单位为mol/L。影响酶活力的因素影响酶活力的因素E+Sk1k2ESk1E+PmmaxKSSVv求倒数求倒数-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v斜率斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax双倒数作图法双倒数作图法 maxmax111VSVKVmmmaxKSSV

9、v1.底物浓度对酶促反应速度的影响底物浓度对酶促反应速度的影响02468101214161820020406080100C oncentration of Substrate(um ol/L)Rate of Reaction(v)2 酶浓度对酶促反应速度的影响酶浓度对酶促反应速度的影响02468101214161820020406080100C oncentration of S ubstrate(um ol/L)Rate of Reaction(v)Concentration of Enzyme(mol/L)102030405060708090020406080100Temperature

10、OCRelative Activity(%)激活剂的种类：激活剂的种类：a.无机阳离子无机阳离子b.无机阴离子无机阴离子C.有机化合物有机化合物有些酶被合成后呈现无活性状态，这种酶成为酶原。经激有些酶被合成后呈现无活性状态，这种酶成为酶原。经激活剂激活后才具有活性。活剂激活后才具有活性。b.可逆抑制可逆抑制 抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分通过透析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。或全部恢复酶的活性。（2）抑制剂）抑制剂-结构相似结构相似mKSVSv微生物比

11、增长速度微生物比增长速度最大比增长速度最大比增长速度反映微生物与底物亲和的大小。反映微生物与底物亲和的大小。sKSVSvxKXVXv微生物从外界环境中不断地摄取营养物质，经过一微生物从外界环境中不断地摄取营养物质，经过一系列的生物化学反应，转变成细胞的组分，同时产系列的生物化学反应，转变成细胞的组分，同时产生废物并排泄到体外，这个过程称新陈代谢。生废物并排泄到体外，这个过程称新陈代谢。新陈新陈代谢代谢异化作用：物质分解反应异化作用：物质分解反应将一样物质和细胞将一样物质和细胞物质分解的过程，放出能量。物质分解的过程，放出能量。同化作用：物质合成反应同化作用：物质合成反应将营养物质转变为将营养物

12、质转变为机体组分的成果吸收能量。机体组分的成果吸收能量。7090水水1020干干物物质质 90%有有机机物物10%无无机机盐盐细细菌菌化化学学成成分分示示意意图图微生物机体质量的微生物机体质量的70%90%为水分，其余为水分，其余10%30%为干物质。为干物质。阴离子盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、阴离子盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。碳酸氢盐。阳离子盐：氨、钾、钠、钙、镁、铁的盐阳离子盐：氨、钾、钠、钙、镁、铁的盐P和和S、Fe、Mg的需求量较大的需求量较大同时还需要锌、锰、钴、铝、铜、硼、钒、镍等同时还需要锌、锰、钴、铝、铜、硼、钒、镍等微量元素。微量元素。许多微量元素是

13、酶的组分，或是酶的激活剂。许多微量元素是酶的组分，或是酶的激活剂。一般培养基中微量元素的质量浓度为一般培养基中微量元素的质量浓度为0.1mg/L左右。左右。过量的微量元素会引起微生物中毒。单独一种微量过量的微量元素会引起微生物中毒。单独一种微量元素过量其毒性更大。元素过量其毒性更大。细菌对碳素的需求量最大。细菌对碳素的需求量最大。凡是能供给微生物碳素凡是能供给微生物碳素营养的物质，称为碳源。营养的物质，称为碳源。碳源的主要作用是构成碳源的主要作用是构成微生物细胞的含碳物质微生物细胞的含碳物质（碳架）和供给微生物（碳架）和供给微生物生长、繁殖及运动所需生长、繁殖及运动所需要的能量。要的能量。微生

14、物最好的碳源是微生物最好的碳源是糖糖。23CO2CO；又分为又分为细菌和细菌和细菌。细菌。（H2S类似类似中的中的H2O）CO2+H2SCH2O糖糖+H2O+2S光光能能硫化物硫化物硫细菌硫细菌亚）硝亚）硝化细菌化细菌铁细菌、氢细菌铁细菌、氢细菌23CO细菌能用于污水处理吗？为什么？细菌能用于污水处理吗？为什么？2NH3+2O2HNO3+4H619千千焦焦耳耳+4HCH2O+CO2H2OATP。不受氧气限制，尤其不受氧气限制，尤其（食品（食品行业）的高效处理行业）的高效处理问题：与水分离困难，光照问题问题：与水分离困难，光照问题有有机机物物+CO2光光能能+色色素素菌菌体体 CH2O 迅速转化

15、毒物（迅速转化毒物（）为高）为高蛋白的菌体，作为鱼蛋白的菌体，作为鱼的饲料，且的饲料，且；优势生长时能优势生长时能的生长的生长 以腐生为主兼营寄生的兼性寄生细菌，因而可以通过水源、食物传播，是水处理中需要监控和杀灭的对象。磷源比较单一，主要是磷源比较单一，主要是无机磷酸盐或偏磷酸盐无机磷酸盐或偏磷酸盐。硫源硫源从还原性的从还原性的S2-化合物化合物、元元素硫素硫一直到最高氧化态的一直到最高氧化态的S042-化化合物合物，都可以作为硫源。，都可以作为硫源。通常不缺通常不缺工业污水常补加工业污水常补加磷酸三钠磷酸三钠等。等。1.营养要求小范围可改变营养要求小范围可改变指细菌对碳源等的种类、数量指细

16、菌对碳源等的种类、数量一定程度上可一定程度上可驯化驯化适应（酶的诱导、易变异）适应（酶的诱导、易变异）2.“营养要平衡营养要平衡”，存在一定比例搭配的现象，存在一定比例搭配的现象主要是指碳氮磷的比例关系，通常称主要是指碳氮磷的比例关系，通常称碳氮磷碳氮磷比比。l根瘤菌要求碳氮比为根瘤菌要求碳氮比为11.5：1l土壤中微生物混合群体要求碳氮比为土壤中微生物混合群体要求碳氮比为25：1l污污(废废)水生物处理中水生物处理中好氧微生物群体好氧微生物群体(活性污泥活性污泥)要求为要求为BOD5：N：P100：5：1BOD5l 为了保证污为了保证污(废废)水水(有机固体废物）生物处理要有机固体废物）生物处理要按碳氮磷比配给营养按碳氮磷比配给营养。u但如果工业废水不缺营养，就切勿盲目补充！但如果工业废水不缺营养，就切勿盲目补充！u为什么？为什么？u过犹不及过犹不及“娇惯娇惯”u细菌往往先利用这类现成的容易被吸收、利用的有细菌往往先利用这类现成的容易被吸收、利用的有机物质，而不再利用工业废水中难以吸收、利用的机物质，而不再利用工业废水中难以吸收、利用的有机物，从而导致细菌分解特殊有机物的能力下降有机物，从而导致细菌分解特殊有机物的能力下降u这与细菌驯化正好相反（反驯化）。这与细菌驯化正好相反（反驯化）。细胞膜的选择吸收|内部没有能量消耗内部没有能量消耗酶酶1酶酶2磷酸化磷酸化