微生物學(xué)第五章第六章

微生物學(xué)第五章第六章第一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日一、微生物的化學(xué)組成二、微生物的營(yíng)養(yǎng)物及營(yíng)養(yǎng)類型三、微生物的培養(yǎng)基四、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入微生物細(xì)胞的方式第二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)微生物的化學(xué)組成（P59)2.干物質(zhì)（10%-30%）有機(jī)物（占干物質(zhì)的90%-97%)：

包括蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類。無(wú)機(jī)物：包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl

微量元素Cu、Mn、Zn、B、Mo、Co、Ni等。微生物細(xì)胞中主要元素組成實(shí)驗(yàn)式：細(xì)菌C5H7NO2

真菌C10H17NO6藻類C5H8NO2

原生動(dòng)物C7H14NO3

1.水分（70%-90%）第三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)物(P60)水2.碳素營(yíng)養(yǎng)源：能供給微生物碳素營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)，包括無(wú)機(jī)含碳化合物和有機(jī)含碳化合物。3.氮素營(yíng)養(yǎng)源：能供給微生物氮素營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)；無(wú)機(jī)氮源有機(jī)氮源4.無(wú)機(jī)鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽等；5.生長(zhǎng)因子：VB族、VC、氨基酸、嘌呤、嘧啶、生物素、煙堿等。微生物的營(yíng)養(yǎng)物：凡能滿足機(jī)體生長(zhǎng)、繁殖和完成各種生理活動(dòng)所需的物質(zhì)。微生物獲得與利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程稱為營(yíng)養(yǎng)。第四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日水是微生物生長(zhǎng)所必不可少的。水在細(xì)胞中的生理功能主要有：起到溶劑與運(yùn)輸介質(zhì)的作用，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌必須以水為介質(zhì)才能完成；參與細(xì)胞內(nèi)一系列化學(xué)反應(yīng)；維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象；因?yàn)樗谋葻岣?，是熱的良好?dǎo)體，能有效地吸收代謝過(guò)程中產(chǎn)生的熱并及時(shí)地將熱迅速散發(fā)出體外，從而有效地控制細(xì)胞內(nèi)溫度的變化；保持充足的水分是細(xì)胞維持自身正常形態(tài)的重要因素。1.水

第五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日在微生物生長(zhǎng)過(guò)程中為微生物提供碳素來(lái)源的物質(zhì)稱為碳源(sourceofcarbon)。從簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)含碳化合物如CO2和碳酸鹽到各種各樣的天然有機(jī)化合物都可以作為微生物的碳源，但不同的微生物利用含碳物質(zhì)具有選擇性，利用能力有差異。2.碳源第六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日碳源的生理作用碳源物質(zhì)通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)變化來(lái)構(gòu)成微生物自身的細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物—構(gòu)成細(xì)胞的物質(zhì)；多數(shù)碳源物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)過(guò)程中還能為機(jī)體提供維持生命活動(dòng)的能量;但有些以CO2為唯一或主要碳源的微生物生長(zhǎng)所需的能源則不是來(lái)自CO2。第七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日微生物的營(yíng)養(yǎng)和代謝微生物利用的碳源物質(zhì)種類碳源物質(zhì)備注糖葡萄糖、果糖、麥芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纖維二糖、纖維素、半纖維素、甲殼素、木質(zhì)素等單糖優(yōu)于雙糖，己糖優(yōu)于戊糖，淀粉優(yōu)于纖維素，純多糖優(yōu)于雜多糖。有機(jī)酸糖酸、乳酸、檸檬酸、延胡索酸、低級(jí)脂肪酸、高級(jí)脂肪酸、氨基酸等與糖類比效果較差，有機(jī)酸較難進(jìn)入細(xì)胞，進(jìn)入細(xì)胞后會(huì)導(dǎo)致pH下降。當(dāng)環(huán)境中缺乏碳源物質(zhì)時(shí)，氨基酸可被微生物作為碳源利用。醇乙醇在低濃度條件下被某些酵母菌和醋酸菌利用。脂脂肪、磷脂主要利用脂肪，在特定條件下將磷脂分解為甘油和脂肪酸而加以利用。烴天然氣、石油、石油餾分、石蠟油等利用烴的微生物細(xì)胞表面有一種由糖脂組成的特殊吸收系統(tǒng)，可將難溶的烴充分乳化后吸收利用。CO2CO2為自養(yǎng)微生物所利用。碳酸鹽NaHCO3、CaCO3、白堊等為自養(yǎng)微生物所利用。其他芳香族化合物、氰化物蛋白質(zhì)、肋、核酸等利用這些物質(zhì)的微生物在環(huán)境保護(hù)方面有重要作用。當(dāng)環(huán)境中缺乏碳源物質(zhì)時(shí)，可被微生物作為碳源而降解利用。第八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日3.氮源氮源物質(zhì)常被微生物用來(lái)合成細(xì)胞中含氮物質(zhì)，少數(shù)情況下可作能源物質(zhì)，如某些厭氧微生物在厭氧條件下可利用某些氨基酸作為能源。能被微生物所利用的氮源物質(zhì)有蛋白質(zhì)及其各類降解產(chǎn)物、銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、分子態(tài)氮、嘌呤、嘧啶、脲、酰胺、氰化物。

微生物對(duì)氮源的利用具有選擇性，如玉米漿相對(duì)于豆餅粉，NH4+相對(duì)于NO3-為速效氮源。銨鹽作為氮源時(shí)會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)基pH值下降，稱為生理酸性鹽，而以硝酸鹽作為氮源時(shí)培養(yǎng)基pH值會(huì)升高，稱為生理堿性鹽。第九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日微生物的營(yíng)養(yǎng)和代謝微生物利用的氮源物質(zhì)種類氮源物質(zhì)備注蛋白質(zhì)類蛋白質(zhì)及其不同程度降解產(chǎn)物(胨、肽、氨基酸等)大分子蛋白質(zhì)難進(jìn)入細(xì)胞，一些真菌和少數(shù)細(xì)菌能分泌胞外蛋白酶，將大分子蛋白質(zhì)降解利用，而多數(shù)細(xì)菌只能利用相對(duì)分子質(zhì)量較小其降解產(chǎn)物氨及銨鹽NH3、(NH4)2SO4等容易被微生物吸收利用硝酸鹽KNO3等容易被微生物吸收利用分子氮N2固氮微生物可利用，但當(dāng)環(huán)境中有化合態(tài)氮源時(shí)，固氮微生物就失去固氮能力其他嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化物大腸桿菌不能以嘧啶作為唯一氮源，在氮限量的葡萄糖培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，可通過(guò)誘導(dǎo)作用先合成分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可不同程度地被微生物作為氮源加以利用第十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日在機(jī)體中的生理功能主要是：構(gòu)成細(xì)胞組分（大量元素和微量元素）；是微生物生長(zhǎng)必不可少的一類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是構(gòu)成酶活性中心的組成部分、維持酶的活性；調(diào)節(jié)并維持細(xì)胞的滲透壓平衡、控制細(xì)胞的氧化還原電位；供給自養(yǎng)微生物生長(zhǎng)的能源物質(zhì)。4.無(wú)機(jī)鹽第十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日微量元素

微量元素是指那些在微生物生長(zhǎng)過(guò)程中起重要作用，而機(jī)體對(duì)這些元素的需要量極其微小的元素，通常需要量在10-6-10-8mol/L(培養(yǎng)基中含量)。微量元素一般參與酶的組成或使酶活化。第十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)鹽及其生理功能元素化合物形式(常用)生理功能磷KH2PO4，K2HPO4核酸、核蛋白、磷脂、輔酶及ATP等高能分子的成分，作為緩沖系統(tǒng)調(diào)節(jié)培養(yǎng)基pH硫(NH4)2SO4，MgSO4含硫氨基酸(半胱氨酸、甲硫氨酸等)、維生素的成分，谷胱甘肽可調(diào)節(jié)胞內(nèi)氧化還原電位鎂MgSO4己糖磷酸化酶、異檸檬酸脫氫酶、核酸聚合酶等活性中心組分，葉綠素和細(xì)菌葉綠素成分鈣CaCl2，Ca(NO3)2某些酶的輔因子，維持酶(如蛋白酶)的穩(wěn)定性，芽孢和某些孢子形成所需，建立細(xì)菌感受態(tài)所需鈉NaCl細(xì)胞運(yùn)輸系統(tǒng)組分，維持細(xì)胞滲透壓，維持某些酶的穩(wěn)定性鉀KH2PO4，K2HPO4某些酶的輔因子，維持細(xì)胞滲透壓，某些嗜鹽細(xì)菌核糖體的穩(wěn)定因子鐵FeSO4細(xì)胞色素及某些酶的組分，某些鐵細(xì)菌的能源物質(zhì)，合成葉綠素、白喉毒素所需第十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日微量元素與生理功能元素生理功能鋅存在于乙醇脫氫酶、乳酸脫氫酶、堿性磷酸酶、醛縮酶、RNA與DNA聚合酶中錳存在于過(guò)氧化物歧化酶、檸檬酸合成酶中鉬存在于硝酸鹽還原酶、固氮酶、甲酸脫氫酶中硒存在于甘氨酸還原酶、甲酸脫氫酶中鈷存在于谷氨酸變位酶中銅存在于細(xì)胞色素氧化酶中鎢存在于甲酸脫氫酶中鎳存在于脲酶中，為氫細(xì)菌生長(zhǎng)所必需第十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日生長(zhǎng)因子(growthfactor)通常指那些微生物生長(zhǎng)所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要的有機(jī)化合物。根據(jù)生長(zhǎng)因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和它們?cè)跈C(jī)體中的生理功能的不同，可將生長(zhǎng)因子分為維生素(vitamin)、氨基酸、嘌呤與嘧啶三大類。5.生長(zhǎng)因子第十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日維生素：在機(jī)體中所起的作用主要是作為酶的輔基或輔酶參與新陳代謝；氨基酸：有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸的能力，因此必須在培養(yǎng)基中補(bǔ)充這些氨基酸或含有這些氨基酸的小肽類物質(zhì)，微生物才能正常生長(zhǎng)；嘌呤與嘧啶：在微生物機(jī)體內(nèi)的作用主要是作為酶的輔酶或輔基，以及用來(lái)合成核苷、核苷酸和核酸。第十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日碳氮磷比由于不同的微生物細(xì)胞的元素組成比例不同，對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)元素的比例要求也不同。通常用碳氮比（或碳氮磷比）來(lái)衡量。在污生物水處理中，為保證污水生物處理的效果，需按碳氮磷比配給營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。廢水生物處理中好氧微生物群體為BON5:N:P=100:5:1厭氧消化污泥中對(duì)碳氮磷比要求為BON5:N:P=100:6:1第十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型(photolithoautotrophy)、光能有機(jī)異養(yǎng)型(photoorganoheterophy)、化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型(chemolithoautotrophy)化能有機(jī)異養(yǎng)型(chemoorganoheterotrophy)第三節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)類型第十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型也稱光能自養(yǎng)型，這是一類以CO2為唯一碳源或主要碳源并利用光能進(jìn)行生長(zhǎng)的微生物，它們能以無(wú)機(jī)物如水、硫化氫、硫代硫酸鈉或其他無(wú)機(jī)化合物為電子供體（供氫體），使CO2固定還原成細(xì)胞物質(zhì)，并且伴隨元素氧（硫）的釋放。光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型第十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日藻類、藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌屬于這一類營(yíng)養(yǎng)類型。藻類和藍(lán)細(xì)菌——產(chǎn)氧：這與高等植物光合作用是一致的。這與藻類、藍(lán)細(xì)菌和高等植物是不同的。光合細(xì)菌——不產(chǎn)氧：

第二十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型或稱光能異養(yǎng)型，這類微生物不能以CO2作為唯一碳源或主要碳源，需以有機(jī)物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)。光能有機(jī)異養(yǎng)型第二十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日紅螺屬的一些細(xì)菌就是這一營(yíng)養(yǎng)類型的代表：光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌在生長(zhǎng)時(shí)通常需要外源的生長(zhǎng)因子。第二十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型或稱化能自養(yǎng)型，這類微生物不進(jìn)行光合作用，而是利用無(wú)機(jī)物氧化過(guò)程中放出的化學(xué)能作為它們生長(zhǎng)所需的能量，以CO2或碳酸鹽作為的唯一或主要碳源合成有機(jī)物。如利用電子供體如氫氣、硫化氫、二價(jià)鐵離子或亞硝酸鹽等使CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)。絕大多數(shù)化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)菌是好氧菌。如硫化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、氫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等?；軣o(wú)機(jī)自養(yǎng)型第二十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日例如氫細(xì)菌：第二十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型或稱化能異養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)型，這類微生物生長(zhǎng)所需的能量來(lái)自有機(jī)物氧化過(guò)程放出的化學(xué)能，生長(zhǎng)所需要的碳源主要是一些有機(jī)化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機(jī)酸等，也即化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物里的有機(jī)物通常既是它們生長(zhǎng)的碳源物質(zhì)又是能源物質(zhì)?；苡袡C(jī)異養(yǎng)型大多數(shù)微生物屬于化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型：絕大多數(shù)的細(xì)菌、全部真菌、原生動(dòng)物以及病毒。第二十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日微生物營(yíng)養(yǎng)類型(Ⅰ)劃分依據(jù)營(yíng)養(yǎng)類型特點(diǎn)碳源自養(yǎng)型(autotrophs)以CO2為唯一或主要碳源異養(yǎng)型(heterotrophs)以有機(jī)物為碳源能源光能營(yíng)養(yǎng)型(phototrophs)以光為能源化能營(yíng)養(yǎng)型(chemotrophs)以有機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能為能源電子供體無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(lithotrophs)以還原性無(wú)機(jī)物為電子供體有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(organotrophs)以有機(jī)物為電子供體第二十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

微生物的營(yíng)養(yǎng)類型(Ⅱ)營(yíng)養(yǎng)類型電子供體碳源能源代表類群光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型H2、H2S、S、或H2OCO2光能著色細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、藻類光能有機(jī)異養(yǎng)型有機(jī)物有機(jī)物光能紅螺細(xì)菌化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型H2、H2S、Fe2+、NH3、或NO-2CO2化學(xué)能(無(wú)機(jī)物氧化)氫細(xì)菌、硫桿菌、亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)、硝化桿菌屬(Nitrobacter)、甲烷桿菌屬(Methanobacterium)、醋酸桿菌屬(Acetobacter)化能有機(jī)異養(yǎng)型有機(jī)物有機(jī)物化學(xué)能(有機(jī)物氧化)假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、乳酸菌屬、真菌、原生動(dòng)物第二十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日培養(yǎng)基(culturemedium)是人工配制的，適合微生物生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。

無(wú)論是以微生物為材料的研究，還是利用微生物生產(chǎn)生物制品，都必須進(jìn)行培養(yǎng)基的配制，它是微生物學(xué)研究和微生物發(fā)酵生產(chǎn)的基礎(chǔ)。培養(yǎng)基中應(yīng)含滿足微生物生長(zhǎng)發(fā)育的：水分、碳源、氮源、生長(zhǎng)因子以及基本的離子，磷、硫、鈉、鈣、鎂、鉀和鐵及各種微量元素。此外，培養(yǎng)基還應(yīng)具有適宜的酸堿度(pH值)和一定緩沖能力及一定的氧化還原電位和合適的滲透壓。第三節(jié)微生物的培養(yǎng)基第二十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日培養(yǎng)基的類別1.按培養(yǎng)基的成份可分為：合成培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基復(fù)合培養(yǎng)基2.按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)可分為：液體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基3.按實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮陀猛究煞譃椋夯A(chǔ)培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基加富培養(yǎng)基和富集培養(yǎng)第二十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日理想的凝固劑應(yīng)具備以下條件：①不被所培養(yǎng)的微生物分解利用；②在微生物生長(zhǎng)的溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)，在培養(yǎng)嗜熱細(xì)菌時(shí)，由于高溫容易引起培養(yǎng)基液化，通常在培養(yǎng)基中適當(dāng)增加凝固劑來(lái)解決這一問(wèn)題；③凝固劑凝固點(diǎn)溫度不能太低，否則將不利于微生物的生長(zhǎng)；④凝固劑對(duì)所培養(yǎng)的微生物無(wú)毒害作用；⑤凝固劑在滅菌過(guò)程中不會(huì)被破壞；⑥透明度好，粘著力強(qiáng)；⑦配制方便且價(jià)格低廉。常用的凝固劑有瓊脂(agar)、明膠(gelatain)和硅膠(silicagel)。第三十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日第三十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入微生物細(xì)胞的方式（P65)1、單純擴(kuò)散:2、促進(jìn)（成）擴(kuò)散3、主動(dòng)擴(kuò)散鈉鉀泵主動(dòng)運(yùn)輸離子濃度梯度主動(dòng)運(yùn)輸氫離子濃度梯度主動(dòng)運(yùn)輸4、基團(tuán)轉(zhuǎn)位第三十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日第三十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日四種運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方式的比較比較項(xiàng)目單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)送基團(tuán)轉(zhuǎn)位特異載體蛋白無(wú)有有有運(yùn)送速度慢快快快物質(zhì)運(yùn)送方向由濃到稀由濃到稀由稀到濃由稀到濃平衡時(shí)內(nèi)外濃度內(nèi)外相等內(nèi)外相等內(nèi)部高得多內(nèi)部高得多運(yùn)送分子無(wú)特異性特異性特異性特異性能量消耗不需要不需要需要需要運(yùn)送前后物質(zhì)分子不變不變不變改變載體飽和效應(yīng)無(wú)有有有與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)類似物無(wú)競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性運(yùn)送抑制劑無(wú)有有有運(yùn)送對(duì)象舉例H20、O2、CO2、甘油、乙醇、少數(shù)氨基酸、鹽類等SO42-、PO43-、糖（真核生物）等氨基酸、乳糖、Na+、Ca2+等葡萄糖、果糖、甘露糖嘌呤、核苷、脂肪酸等第三十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日第六章微生物的酶和酶促反應(yīng)一、酶（Enzyme）的概念酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的蛋白質(zhì)，亦稱為生物催化劑Biocatalysts。絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)(Enzyme和Ribozyme)。酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)，稱為酶促反應(yīng)Enzymaticreaction。在酶的催化下發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)，稱為底物substrate。第三十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日二、酶的組成輔酶或輔基C、H、O、N、S、P、Cu、Fe、I、Zn、Mo單成分酶=酶蛋白雙成份酶（全酶）全酶=酶蛋白+全酶=酶蛋白+全酶=酶蛋白+輔酶：指與酶蛋白結(jié)合比較松散的小分子有機(jī)物。輔基：指與酶蛋白結(jié)合緊密的小分子有機(jī)物酶各組分的作用：鐵卟啉、輔酶A、NAD（輔酶I）和NADP（輔酶Ⅱ）、ATP等有機(jī)物（不含氮）有機(jī)物+金屬離子金屬離子酶蛋白：加速生物化學(xué)反應(yīng)輔基和輔酶：傳遞電子、原子和化學(xué)基團(tuán)金屬離子：傳遞電子、起激活劑作用。第三十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日三、酶的分類單成分酶、全酶（雙成份酶）——按成分分類；胞內(nèi)酶，胞外酶，表面酶——酶在細(xì)胞內(nèi)外的部位；水解酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、異構(gòu)酶、裂解酶、合成酶——按酶促反應(yīng)性質(zhì)。第三十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日四、酶的作用原理—酶蛋白的活性中心（一）基本概念：酶的活性中心是指結(jié)合底物和將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的區(qū)域，通常由少數(shù)幾個(gè)氨基酸殘基組成。

酶的活性中心包括兩個(gè)功能部位：結(jié)合部位和催化部位。1．結(jié)合部位（Bindingsite）酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域。此部位決定酶的專一性。2．催化部位（catalyticsite）酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位稱為催化部位。此部位決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。第三十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日五、酶作為生物催化劑的特性酶的催化作用可使反應(yīng)速度提高10７–101３倍。例如：過(guò)氧化氫分解2H2O2

2H2O+O2用Fe3+

催化，效率為6X10-4mol/mol.S，而用過(guò)氧化氫酶催化，效率為6X106mol/mol.S。1．高效性（酶具有極高的催化效率）第三十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2．專一性（又稱為特異性）酶的專一性是指酶在催化生化反應(yīng)時(shí)對(duì)底物的選擇性，即一種酶只能作用于某一類或某一種特定的物質(zhì)。亦即酶只能催化某一類或某一種化學(xué)反應(yīng)。例如：蛋白酶催化蛋白質(zhì)的水解；淀粉酶催化淀粉的水解；核酸酶催化核酸的水解。第四十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日酶促反應(yīng)一般在pH5-8水溶液中進(jìn)行，反應(yīng)溫度范圍為20-40C。高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，將引起酶的失活。3．反應(yīng)條件溫和第四十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日４．酶易失活凡能使蛋白質(zhì)變性的因素如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿高溫等條件都能使酶破壞而完全失去活性。所以酶作用一般都要求比較溫和的條件如常溫、常壓和接近中性的酸堿度。第四十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日５.酶活力可調(diào)節(jié)控制如抑制劑調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)、酶原激活及激素控制等。６.某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)第四十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日六.酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

酶催化過(guò)程:1913年，Michaelis和Menten在前人工作的基礎(chǔ)上，假定E+SES快速建立平衡，底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度，ES分解產(chǎn)物的逆反應(yīng)忽略不計(jì)，推導(dǎo)出下列方程：

E+SESE+P米-門方程Vmax——最大反應(yīng)速率；[S]——基質(zhì)濃度；

V——反應(yīng)速率Km——米氏常數(shù)。當(dāng)[S]Km時(shí)，v=Vmax[S]/Km當(dāng)[S]Km時(shí),v=Vmax當(dāng)[S]=Km時(shí),v=Vmax/2米-門方程式從酶促反應(yīng)中推導(dǎo)得出的，但也適用于細(xì)菌等微生物的生物反應(yīng)情況。第四十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

降低反應(yīng)的活化能（activationenergy）酶促反應(yīng)：E+S===ES===ES*

EPE+P

非酶促反應(yīng)：SP催化劑的作用是降低反應(yīng)活化能,從而起到提高反應(yīng)速度的作用。酶作用高效率的機(jī)制第四十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日反應(yīng)過(guò)程中能的變化實(shí)例：H2O2的分解無(wú)催化劑時(shí)活化能為75.24KJ/mol;鉑為催化劑時(shí)48.9;H2O2酶為催化劑8.36反應(yīng)進(jìn)程H2O2酶無(wú)催化劑自由能能底物產(chǎn)物ESES*EP鉑催化劑第四十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日七、影響酶活力的因素1.酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響2.底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響3.溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響4.pH對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響5.激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響6.抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響第四十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日1、酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響在酶促反應(yīng)體系中，當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^(guò)酶的濃度，使酶被底物飽和時(shí)，反應(yīng)速度與酶的濃度變化成正比關(guān)系。V=K3[E]。V[E]第四十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日在低底物濃度時(shí),反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng)特征。當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（Vmax），此時(shí)再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級(jí)反應(yīng)。1903年，Henri用蔗糖酶水解蔗糖的實(shí)驗(yàn)2、底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響第四十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日3、溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響一方面是溫度升高,酶促反應(yīng)速度加快(溫度系數(shù)Q10：反應(yīng)溫度提高10C，其反應(yīng)速度與原來(lái)的反應(yīng)速度之比)。另一方面,溫度升高,酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導(dǎo)致酶活性降低甚至喪失。因此大多數(shù)酶都有一個(gè)最適溫度。在最適溫度(optimumtemperature)條件下,反應(yīng)速度最大。不同的酶，其最適溫度不同。第五十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日4、pH對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響pH可影響酶分子尤其是活性中心上必需基團(tuán)和催化基團(tuán)的解離程度，也可影響底物和輔酶的解離程度，從而影響酶與底物的結(jié)合。在特定pH條件下，酶、底物和輔酶的解離情況適宜于相互結(jié)合，使酶反應(yīng)速度達(dá)到最大值，這個(gè)pH稱為最適pH（optimumpH）。酶在最適PH范圍內(nèi)表現(xiàn)出活性，大于或小于最適PH，酶活性都會(huì)降低。不同酶，最適的PH值不同。動(dòng)物體內(nèi)多數(shù)酶的最適pH接近中性。第五十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

5、激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響激活劑(activator)：使酶由無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)。包括(1)金屬離子，如Mg2+、K+、Mn2+等；(2)陰離子，如Cl-、Br-、I-、CN-、NO3-等；(3)有機(jī)化合物，如膽汁酸鹽、半胱氨酸。必需激活劑（essentialactivator）：對(duì)酶促反應(yīng)不可少。與酶、底物結(jié)合參加反應(yīng)。非必需激活劑（non-essentialactivator）：有些激活劑不存在時(shí)，酶仍有一定的催化活性。第五十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日6、抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶的抑制劑（inhibitor）：凡能減弱、抑制甚至破壞酶活性的物質(zhì)。包括重金屬離子、一氧化碳、硫化氫、氫氰酸、氟化物、生物堿、染料、表面活性劑等。第五十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日(1)不可逆性抑制不可逆性抑制：（irreversibleinhibition）抑制劑與酶的必需基團(tuán)以牢固的共價(jià)鍵結(jié)合，從而使酶活喪失，不能用透析、超濾等去除抑制劑。如低濃度的重金屬離子Hg2+、Ag+、As3+可與酶分子SH結(jié)合，使酶活抑制。第五十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日(2)可逆性抑制抑制劑與酶蛋白以非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活性暫時(shí)性喪失。抑制劑可以通過(guò)透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為：

竟?fàn)幮砸种?competitiveinhibition)非竟?fàn)幮砸种?noncompetitiveinhibition)第五十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日競(jìng)爭(zhēng)性抑制(competitiveinhibition)竟?fàn)幮砸种茷榭赡嫘砸种?，可以通過(guò)增大底物濃度，即提高底物的競(jìng)爭(zhēng)能力來(lái)消除。競(jìng)爭(zhēng)性抑制：與底物結(jié)構(gòu)類似的物質(zhì)爭(zhēng)先與酶的活性中心結(jié)合，從而降低酶促反應(yīng)速率。第五十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日非競(jìng)爭(zhēng)性抑制(noncompetitiveinhibition)抑制劑與酶的活性中心以外的部位結(jié)合后，底物仍可與酶的活性中心結(jié)合，但酶不顯示活性。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制是不可逆的。第五十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日本章授課內(nèi)容到此結(jié)束歡迎大家提出寶貴意見

湖南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系本章授課內(nèi)容到此結(jié)束第五十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日微生物的產(chǎn)能代謝一、產(chǎn)能代謝與呼吸作用的關(guān)系二、產(chǎn)能代謝與呼吸類型三、微生物發(fā)光現(xiàn)象第五十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

1.微生物的呼吸作用本質(zhì)是氧化與還原的統(tǒng)一過(guò)程,一種物質(zhì)失去電子被氧化,另一種物質(zhì)得到電子被還原.此過(guò)程中有能量的產(chǎn)生和能量的轉(zhuǎn)移。2.微生物的三種呼吸類型：發(fā)酵好氧呼吸無(wú)氧呼吸一、產(chǎn)能代謝與呼吸作用的關(guān)系第六十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

生物能量的轉(zhuǎn)移中心—ＡＴＰ的生成方式氧化磷酸化：代謝物脫下的氫經(jīng)電子傳遞鏈與氧結(jié)合成水的同時(shí)，逐步釋放出能量，使ADP磷酸化為ATP的過(guò)程?；|(zhì)（底物）水平磷酸化：代謝物脫氫與ADP（或GDP）的磷酸化相偶聯(lián)。光合磷酸化：光引起葉綠素、菌綠素或菌紫素逐出電子，通過(guò)電子傳遞產(chǎn)生ＡＴＰ的過(guò)程。第六十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日ATP與高能磷酸鍵

ADP+H3PO4ATPAMP+2H3PO4ATPATP的生成反應(yīng)式：第六十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

1.發(fā)酵(以糖酵解為例)糖酵解(glycolysis)是指在細(xì)胞內(nèi)所發(fā)生的、將葡萄糖降解為丙酮酸并釋放能量的過(guò)程。研究糖酵解途徑方面有突出貢獻(xiàn)的三位生物化學(xué)家：Embden,Meyerhof和Parnas,又把糖酵解途徑稱為Embden-Meyerhof-Parnas途徑，簡(jiǎn)稱EMP途徑。第六十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日糖酵解途徑分兩個(gè)階段：（1）階段Ⅰ：預(yù)備性反應(yīng)，消耗2分子ATP，生成

3—磷酸甘油醛。（2）階段Ⅱ：產(chǎn)生4分子ATP，生成丙酮酸和

NADH+H+。（3）階段Ⅲ:丙酮酸脫羧生成乙醛，乙醛被NADH+H+

還原成乙醇。

糖酵解的化學(xué)歷程第六十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

6-磷酸果糖6-磷酸葡萄糖1,6-二磷酸果糖磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛磷酸果糖激酶醛縮酶磷酸丙糖異構(gòu)酶磷酸己糖異構(gòu)酶葡萄糖己糖激酶ADPATPADPATP第六十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸變位酶2-磷酸甘油酸烯醇化酶磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸磷酸甘油酸激酶丙酮酸激酶磷酸甘油醛脫氫酶NAD+NADH+H+ATPADPATPADP第六十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日丙酮酸乙醛乙醇CO2丙酮酸脫羧酶乙醇脫氫酶NAD+DADH+H+第六十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日糖酵解總反應(yīng)式：

C6H12O6+2H3PO4+2ADP2CH3CH2OH+2ATP+2H20+2CO2釋放的能量：?G=－238.3kJ/mol反應(yīng)凈產(chǎn)生2molATP，能量利用率為：2x31.4kJ238.3kJx100%=26%第六十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2.好氧呼吸好氧呼吸的過(guò)程包括：第一階段：葡萄糖經(jīng)EMP途徑酵解生成丙酮酸；第二階段：丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)），被徹底氧化生成二氧化碳和水。第六十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle)

指丙酮酸在有外在最終電子受體分子氧（O2）條件下，通過(guò)一個(gè)包括三羧酸和二羧酸的循環(huán)而逐步氧化分解生成CO2的過(guò)程。又稱為檸檬酸環(huán)或Krebs環(huán)，簡(jiǎn)稱TCA循環(huán)。第七十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日三羧酸循環(huán)反應(yīng)的全過(guò)程：NADHNAD+CO2CoASH丙酮酸ADPATP第七十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日三羧酸循環(huán)的特點(diǎn)三羧酸循環(huán)反應(yīng)式：

CH3COCOOH+4NAD++FAD3CO2+3NADH+FADH（1）循環(huán)中有4次脫氫，生成

3

分子NADH，1分子FADH2，另有1次底物水平磷酸化。（2）循環(huán)一周產(chǎn)生2分子CO2；CO2來(lái)自草酰乙酸而不是乙酰