微生物的生理1

1、第一節(jié)第一節(jié) 微生物的酶微生物的酶第二節(jié)第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)微生物的營養(yǎng)第三節(jié)第三節(jié) 微生物的產(chǎn)能代謝微生物的產(chǎn)能代謝第四節(jié)第四節(jié) 微生物的合成代謝微生物的合成代謝第一節(jié)第一節(jié) 微生物的酶微生物的酶微生物的營養(yǎng)和代謝需在酶的參與下才能正常進(jìn)微生物的營養(yǎng)和代謝需在酶的參與下才能正常進(jìn)行。酶是動物、植物及微生物等生物體內(nèi)合成的，行。酶是動物、植物及微生物等生物體內(nèi)合成的，催化生物化學(xué)反應(yīng)的，并傳遞電子、原子和化學(xué)催化生物化學(xué)反應(yīng)的，并傳遞電子、原子和化學(xué)基團(tuán)的生物催化劑?；鶊F(tuán)的生物催化劑。酶蛋白（單一蛋白質(zhì)）酶蛋白（單一蛋白質(zhì)） 全酶全酶 單成分酶單成分酶簡單酶簡單酶(單一蛋白質(zhì)）單一蛋白質(zhì)）結(jié)合

2、酶結(jié)合酶金屬離子金屬離子輔酶（有機(jī)物）、輔基（小分輔酶（有機(jī)物）、輔基（小分子化合物）子化合物）加速生物化學(xué)反應(yīng)的作用加速生物化學(xué)反應(yīng)的作用傳遞電子、原子、傳遞電子、原子、化學(xué)基團(tuán)的作用化學(xué)基團(tuán)的作用除傳遞電子、原子、除傳遞電子、原子、化學(xué)基團(tuán)的作用；還化學(xué)基團(tuán)的作用；還起激活劑的作用起激活劑的作用1、鐵卟啉，細(xì)胞色素氧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶等、鐵卟啉，細(xì)胞色素氧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶等的輔基。的輔基。2、coa，輔酶，輔酶a分子結(jié)構(gòu)含嘌呤核苷酸、泛酸和巰基乙胺等分子結(jié)構(gòu)含嘌呤核苷酸、泛酸和巰基乙胺等部分，在糖代謝和脂肪代謝中起重要作用。部分，在糖代謝和脂肪代謝中起重要作用。3、n

3、ad和和nadp，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和煙酰胺腺嘌呤，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。脫氫輔酶。二核苷酸磷酸。脫氫輔酶。4、fmn和和fad，黃素酶，傳遞氫。，黃素酶，傳遞氫。5、coq，泛醌，傳遞電子和氫。，泛醌，傳遞電子和氫。6、l&tpp，傳遞氫和?；?，傳遞氫和酰基。7、atp、amp8、磷酸吡哆，和轉(zhuǎn)氨有關(guān)。、磷酸吡哆，和轉(zhuǎn)氨有關(guān)。9、生物素，羧化酶的輔基，微生物的生長因子。、生物素，羧化酶的輔基，微生物的生長因子。10、輔酶、輔酶f，傳遞甲?；土u甲基。，傳遞甲?；土u甲基。11、金屬離子，激活劑。、金屬離子，激活劑。12、輔酶、輔酶m，是專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌

4、特有的輔酶，甲基轉(zhuǎn)移酶。，是專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌特有的輔酶，甲基轉(zhuǎn)移酶。13、f420，產(chǎn)甲烷菌的輔酶。，產(chǎn)甲烷菌的輔酶。14、f430，參與甲烷形成的末端反應(yīng)。，參與甲烷形成的末端反應(yīng)。15、mpt，參與，參與c1還原反應(yīng)。還原反應(yīng)。16、mfr在甲烷和乙酸形成過程中起甲基載體作用在甲烷和乙酸形成過程中起甲基載體作用酶的活性中心是指酶蛋白分子中與底物結(jié)合，并起酶的活性中心是指酶蛋白分子中與底物結(jié)合，并起催化作用的小部分氨基酸微區(qū)。催化作用的小部分氨基酸微區(qū)。四、酶的分類四、酶的分類（1 1）水解酶）水解酶 hydrolasehydrolaseh2ocooch2ch3rrcoohch3ch2oh

5、（2） 氧化氧化-還原酶還原酶 oxidoreductasech3chcoohohnad+h+ch3ccoohonadh（3）轉(zhuǎn)移酶）轉(zhuǎn)移酶 transferasech3chcoohnh2hoocch2ch2ccoohohoocch2ch2chcoohnh2ch3ccooho（4）裂合酶）裂合酶 lyasehoocch=chcoohh2ohoocch2chcoohoh（5）異構(gòu)酶）異構(gòu)酶 isomeraseoch2ohohohohohoch2ohch2ohohohoh（6）合成酶）合成酶 ligase or synthetase酶促反應(yīng)的基本概念底 物產(chǎn) 物酶促反應(yīng)酶促反應(yīng)hcnh2ch3co

6、oh+ch2ch2c=ocoohcooh丙丙氨氨酸酸氨氨基基轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)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酶促反應(yīng)的特點 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 高度專一性高度專一性 反應(yīng)條件溫和反應(yīng)條件溫和 對環(huán)境條件的高度敏感性對環(huán)境條件的高度敏感性 酶催化是可調(diào)控的酶催化是可調(diào)控的酶催化特性酶催化特性 絕對專一性絕對專一性一種酶只能作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，只催化一種專一反應(yīng)，生成特定結(jié)構(gòu)產(chǎn)一種酶只能作用于特定結(jié)構(gòu)的底物

7、，只催化一種專一反應(yīng)，生成特定結(jié)構(gòu)產(chǎn)物。物。例如，脲酶只催化尿素水解。例如，脲酶只催化尿素水解。 相對專一性相對專一性一種酶只能作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，催化一類化學(xué)反應(yīng)。一種酶只能作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，催化一類化學(xué)反應(yīng)。例如，胰蛋白酶催化由堿性氨基酸的羧基形成的肽鍵。例如，胰蛋白酶催化由堿性氨基酸的羧基形成的肽鍵。 立體異構(gòu)專一性立體異構(gòu)專一性一種酶只能作用于某個化合物立體異構(gòu)體的一種，稱為立體異構(gòu)特異性。一種酶只能作用于某個化合物立體異構(gòu)體的一種，稱為立體異構(gòu)特異性。例如，乳酸脫氫酶僅催化例如，乳酸脫氫酶僅催化l-乳酸，不催化乳酸，不催化d-乳酸。乳酸。km 即為米氏常數(shù)，即為

8、米氏常數(shù)，vmax為最大反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度一半時底物的濃度，即一半時底物的濃度，即v = 1/2 vmax，km = s 上式表示，米氏常數(shù)是反上式表示，米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大值的一半時的應(yīng)速度為最大值的一半時的底物濃度。底物濃度。因此，米氏常數(shù)的單位為因此，米氏常數(shù)的單位為mol/l。影響酶活力的因素影響酶活力的因素e + sk1k2esk1e + pmmaxkssvv求倒數(shù)求倒數(shù)-4-202468100.00.20.40.60.81.01/s(1/mmol.l-1)1/v斜率斜率=km/vmax-1/km1/vmax雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法

9、 maxmax111vsvkvmmmaxkssvv1.底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響02468101214161820020406080100c oncentration of substrate(um ol/l)rate of reaction(v)2 酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響02468101214161820020406080100c oncentration of s ubstrate(um ol/l)rate of reaction(v)concentration of enzyme (mol/l)10203040506070809

10、0020406080100temperature ocrelative activity (%)激活劑的種類：激活劑的種類：a.無機(jī)陽離子無機(jī)陽離子b.無機(jī)陰離子無機(jī)陰離子c.有機(jī)化合物有機(jī)化合物有些酶被合成后呈現(xiàn)無活性狀態(tài)，這種酶成為酶原。經(jīng)激有些酶被合成后呈現(xiàn)無活性狀態(tài)，這種酶成為酶原。經(jīng)激活劑激活后才具有活性。活劑激活后才具有活性。 b. 可逆抑制可逆抑制 抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過透析等方法被除去，并且能部分通過透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。或全部恢復(fù)酶的活性。（

11、2）抑制劑）抑制劑-結(jié)構(gòu)相似結(jié)構(gòu)相似mksvsv微生物比增長速度微生物比增長速度最大比增長速度最大比增長速度反映微生物與底物親和的大小。反映微生物與底物親和的大小。sksvsvxkxvxv微生物從外界環(huán)境中不斷地攝取營養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過一微生物從外界環(huán)境中不斷地攝取營養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成細(xì)胞的組分，同時產(chǎn)系列的生物化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成細(xì)胞的組分，同時產(chǎn)生廢物并排泄到體外，這個過程稱新陳代謝。生廢物并排泄到體外，這個過程稱新陳代謝。新陳新陳代謝代謝異化作用：物質(zhì)分解反應(yīng)異化作用：物質(zhì)分解反應(yīng)將一樣物質(zhì)和細(xì)胞將一樣物質(zhì)和細(xì)胞物質(zhì)分解的過程，放出能量。物質(zhì)分解的過程，放出能量。同化作用：物

12、質(zhì)合成反應(yīng)同化作用：物質(zhì)合成反應(yīng)將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閷I養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)體組分的成果吸收能量。機(jī)體組分的成果吸收能量。7090水水1020干干物物質(zhì)質(zhì) 90%有有機(jī)機(jī)物物10%無無機(jī)機(jī)鹽鹽細(xì)細(xì)菌菌化化學(xué)學(xué)成成分分示示意意圖圖微生物機(jī)體質(zhì)量的微生物機(jī)體質(zhì)量的70%90%為水分，其余為水分，其余10%30%為干物質(zhì)。為干物質(zhì)。陰離子鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、陰離子鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽。碳酸氫鹽。陽離子鹽：氨、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵的鹽陽離子鹽：氨、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵的鹽p和和s、fe、mg的需求量較大的需求量較大同時還需要鋅、錳、鈷、鋁、銅、硼、釩、鎳等同時還需要鋅、錳、鈷

13、、鋁、銅、硼、釩、鎳等微量元素。微量元素。許多微量元素是酶的組分，或是酶的激活劑。許多微量元素是酶的組分，或是酶的激活劑。一般培養(yǎng)基中微量元素的質(zhì)量濃度為一般培養(yǎng)基中微量元素的質(zhì)量濃度為0.1mg/l左右。左右。過量的微量元素會引起微生物中毒。單獨一種微量過量的微量元素會引起微生物中毒。單獨一種微量元素過量其毒性更大。元素過量其毒性更大。 。細(xì)菌對碳素的需求量最大。細(xì)菌對碳素的需求量最大。 凡是能供給微生物碳素凡是能供給微生物碳素營養(yǎng)的物質(zhì)，稱為碳源。營養(yǎng)的物質(zhì)，稱為碳源。碳源的主要作用是構(gòu)成碳源的主要作用是構(gòu)成微生物細(xì)胞的含碳物質(zhì)微生物細(xì)胞的含碳物質(zhì)（碳架）和供給微生物（碳架）和供給微生物生

14、長、繁殖及運動所需生長、繁殖及運動所需要的能量。要的能量。微生物最好的碳源是微生物最好的碳源是糖糖。23co2co；又分為又分為細(xì)菌和細(xì)菌和細(xì)菌。細(xì)菌。（h2s類似類似中的中的h2o） co2+ h2sch2o糖糖+ h2o + 2s光光能能硫化物硫化物硫細(xì)菌硫細(xì)菌亞）硝亞）硝化細(xì)菌化細(xì)菌鐵細(xì)菌、氫細(xì)菌鐵細(xì)菌、氫細(xì)菌23co細(xì)菌能用于污水處理嗎？為什么？細(xì)菌能用于污水處理嗎？為什么？2nh3+ 2o2hno3+ 4h619千千焦焦耳耳+ 4hch2o +co2h2oatp。不受氧氣限制，尤其不受氧氣限制，尤其（食品（食品行業(yè)）的高效處理行業(yè)）的高效處理問題：與水分離困難，光照問題問題：與水分離

15、困難，光照問題有有機(jī)機(jī)物物 +co2光光能能+ +色色素素菌菌體體 ch2o 迅速轉(zhuǎn)化毒物（迅速轉(zhuǎn)化毒物（）為高）為高蛋白的菌體，作為魚蛋白的菌體，作為魚的飼料，且的飼料，且 ； 優(yōu)勢生長時能優(yōu)勢生長時能的生長的生長 以腐生為主兼營寄生的兼性寄生細(xì)菌，因而可以通過水源、食物傳播，是水處理中需要監(jiān)控和殺滅的對象。磷源比較單一，主要是磷源比較單一，主要是無機(jī)磷酸鹽或偏磷酸鹽無機(jī)磷酸鹽或偏磷酸鹽。硫源硫源從還原性的從還原性的s2-化合物化合物、元元素硫素硫一直到最高氧化態(tài)的一直到最高氧化態(tài)的s042-化化合物合物，都可以作為硫源。，都可以作為硫源。通常不缺通常不缺工業(yè)污水常補(bǔ)加工業(yè)污水常補(bǔ)加磷酸三鈉

16、磷酸三鈉等。等。1. 營養(yǎng)要求小范圍可改變營養(yǎng)要求小范圍可改變指細(xì)菌對碳源等的種類、數(shù)量指細(xì)菌對碳源等的種類、數(shù)量一定程度上可一定程度上可馴化馴化適應(yīng)（酶的誘導(dǎo)、易變異）適應(yīng)（酶的誘導(dǎo)、易變異）2. “營養(yǎng)要平衡營養(yǎng)要平衡”，存在一定比例搭配的現(xiàn)象，存在一定比例搭配的現(xiàn)象主要是指碳氮磷的比例關(guān)系，通常稱主要是指碳氮磷的比例關(guān)系，通常稱碳氮磷碳氮磷比比。l根瘤菌要求碳氮比為根瘤菌要求碳氮比為11.5：1l土壤中微生物混合群體要求碳氮比為土壤中微生物混合群體要求碳氮比為25：1l污污(廢廢)水生物處理中水生物處理中好氧微生物群體好氧微生物群體(活性污泥活性污泥)要求為要求為bod5：n：p100：5：1bod5l 為了保證污為了保證污(廢廢)水水(有機(jī)固體廢物）生物處理要有機(jī)固體廢物）生物處理要按碳氮磷比配給營養(yǎng)按碳氮磷比配給營養(yǎng) 。u但如果工業(yè)廢水不缺營養(yǎng)，就切