微生物的生理1課件

第四章微生物的生理第一節(jié)微生物的酶第二節(jié)微生物的營養(yǎng)第三節(jié)微生物的產(chǎn)能代謝第四節(jié)微生物的合成代謝第一節(jié)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，催化生物化學反應的，并傳遞電子、原子和化學基團的生物催化劑。一、酶的組成酶

酶蛋白（單一蛋白質(zhì)）

全酶

單成分酶簡單酶(單一蛋白質(zhì)）結(jié)合酶金屬離子輔酶（有機物）、輔基（小分子化合物）加速生物化學反應的作用傳遞電子、原子、化學基團的作用除傳遞電子、原子、化學基團的作用；還起激活劑的作用8、磷酸吡哆，和轉(zhuǎn)氨有關。9、生物素，羧化酶的輔基，微生物的生長因子。10、輔酶F，傳遞甲?；土u甲基。11、金屬離子，激活劑。12、輔酶M，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。14、F430，參與甲烷形成的末端反應。15、MPT，參與C1還原反應。16、MFR在甲烷和乙酸形成過程中起甲基載體作用三、酶的活性中心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)。絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)；化學組成：簡單酶、結(jié)合酶；結(jié)構(gòu)的不同：單體酶、聚合酶；存在位置的不同：胞內(nèi)酶、胞外酶；催化反應性質(zhì)的不同：水解酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、聚合酶、異構(gòu)化酶、合成酶、裂解酶、激酶等。四、酶的分類氧化-還原酶催化氧化-還原反應。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應。（2）氧化-還原酶Oxidoreductase轉(zhuǎn)移酶催化基團轉(zhuǎn)移反應，即將一個底物分子的基團或原子轉(zhuǎn)移到另一個底物的分子上。

例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應。（3）轉(zhuǎn)移酶Transferase裂合酶催化從底物分子中移去一個基團或原子形成雙鍵的反應及其逆反應。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反應。（4）裂合酶Lyase合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵的形成反應。這類反應必須與ATP分解反應相互偶聯(lián)。A+B+ATP+H-O-H===AB+ADP+Pi

例如，丙酮酸羧化酶催化的反應。丙酮酸+CO2

草酰乙酸（6）合成酶LigaseorSynthetase酶促反應的基本概念底物產(chǎn)物酶促反應酶促反應的特點

與一般催化劑的共同點：自身質(zhì)量不變，少量即可發(fā)揮作用只催化熱力學允許的反應不改變反應的平衡常數(shù)，只加快反應速度催化反應的機理相同，都是降低反應活化能

高效性 比非催化高108－1020倍 比非酶催化高107－1013倍高度專一性反應條件溫和對環(huán)境條件的高度敏感性酶催化是可調(diào)控的酶的高效性是底物與酶之間的極性引力、電子云張力、酸堿催化、共價催化等的共同合力的結(jié)果。酶催化特性米-門方程Km即為米氏常數(shù)，Vmax為最大反應速度當反應速度等于最大速度一半時底物的濃度，即V=1/2Vmax，Km=[S]上式表示，米氏常數(shù)是反應速度為最大值的一半時的底物濃度。因此，米氏常數(shù)的單位為mol/L。影響酶活力的因素酶的活力大小用酶所催化反應的反應速度來表示米氏常數(shù)Km的意義不同的酶具有不同Km值，它是酶的一個重要的特征物理常數(shù)。Km值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩沖體系中測定的，不同條件下具有不同的Km值。Km值表示酶與底物之間的親和程度：Km值大表示親和程度小，酶的催化活性低；

Km值小表示親和程度大，酶的催化活性高。米氏常數(shù)的求法求倒數(shù)斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax雙倒數(shù)作圖法在底物濃度足夠時,酶濃度越高，酶促反應越快。當酶濃度很高時，酶促反應速度趨于平緩，表現(xiàn)為零級反應。2酶濃度對酶促反應速度的影響ConcentrationofEnzyme(mol/L)3.pH的影響在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常稱此pH為最適pH。4.溫度的影響一方面是溫度升高,酶促反應速度加快。另一方面,溫度升高,酶的高級結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導致酶活性降低甚至喪失。因此大多數(shù)酶都有一個最適溫度。在最適溫度條件下,反應速度最大。Q10=1.4-2.0Q10=2-3（化學催化）6.抑制劑對酶活性的影響使酶的活性降低或喪失的現(xiàn)象，稱為酶的抑制作用。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑。酶的抑制劑一般具備兩個方面的特點：1.能夠與酶的活性中心以非共價或共價的方式形成比較穩(wěn)定的復合體或結(jié)合物。2.在化學結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態(tài)相似。（1）抑制劑-形成復合體或結(jié)合物a.不可逆抑制抑制劑與酶反應中心的活性基團以共價形式結(jié)合，引起酶的永久性失活。如有機磷毒劑二異丙基氟磷酸酯。b.可逆抑制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。抑制劑可以通過透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復酶的活性。底物影響酶反應速度的方程表達式——米氏方程

v——反應速度；

V——最大反應速度；

S——底物濃度；

Km——米氏常數(shù)

Km大小反映了酶與底物親合力的大小。底物影響微生物生長速度的方程——莫氏方程

v——微生物比增長速度；

V——最大比增長速度；

S——底物濃度；

Ks——莫氏常數(shù)

Ks反映微生物與底物親和的大小。底物影響污染物生物降解速度方程——勞倫斯方程

v——總污染物微生物降解速度；

V——最大反應速度；

X——微生物濃度第二節(jié)微生物的營養(yǎng)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反應，轉(zhuǎn)變成細胞的組分，同時產(chǎn)生廢物并排泄到體外，這個過程稱新陳代謝。新陳代謝異化作用：物質(zhì)分解反應——將一樣物質(zhì)和細胞物質(zhì)分解的過程，放出能量。同化作用：物質(zhì)合成反應——將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C體組分的成果吸收能量。一、微生物的化學組成微生物機體質(zhì)量的70%~90%為水分，其余10%~30%為干物質(zhì)。二、微生物的營養(yǎng)物及營養(yǎng)類型（一）水水對細菌有哪些作用？溶劑作用運輸物質(zhì)的載體參與生化反應（如脫水、加水反應）（二）無機鹽陰離子鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽。陽離子鹽：氨、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵的鹽P和S、Fe、Mg的需求量較大同時還需要鋅、錳、鈷、鋁、銅、硼、釩、鎳等微量元素。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0.1mg/L左右。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。（1）構(gòu)成細胞組成；（2）酶的輔基和激活劑；（3）特殊細菌的能源，鐵細菌、硫細菌分別以鐵和硫為產(chǎn)能物質(zhì)；（4）維持一定的滲透壓、氫離子濃度、氧化還原電位等。

高濃度鹽抑制微生物生長。無機鹽的功能（三）碳源和能源1）碳源

供碳元素來源的物質(zhì)細菌細胞中的碳素含量占干物質(zhì)質(zhì)量的50％左右。細菌對碳素的需求量最大。碳源作用—細胞的碳骨架、大多還是能源物質(zhì)。凡是能供給微生物碳素營養(yǎng)的物質(zhì)，稱為碳源。碳源的主要作用是構(gòu)成微生物細胞的含碳物質(zhì)（碳架）和供給微生物生長、繁殖及運動所需要的能量。微生物最好的碳源是糖。2）能源細菌的能源種類分為化學能、光能哪些物質(zhì)可以產(chǎn)生化學能？1、有機碳源2、特殊的無機物（如S、Fe）什么樣的細菌利用光能？含有光合色素所有細菌細胞內(nèi)能量傳遞體都是ATP營養(yǎng)型細菌分類根據(jù)碳源不同分為無機營養(yǎng)和有機營養(yǎng)（自養(yǎng)和異養(yǎng)）①無機營養(yǎng)細菌（自養(yǎng)菌）無機（自養(yǎng)）—、CO和提問：能否也利用有機物呢？絕大多數(shù)能，“能吃苦也能享?！?，優(yōu)先利用；又根據(jù)能源不同又分為光能自養(yǎng)型細菌和化能自養(yǎng)型細菌。（1）光能自養(yǎng)細菌（無氧有光）只有紫硫細菌和綠硫細菌在自然界的作用是什么呢？早期無氧地球，清除H2S毒物（H2S類似植物光合作用中的H2O）較潔凈的光照池塘無氧臭（H2S)區(qū)

紫硫、綠硫細菌代謝方式菌綠素（與葉綠素大同小異）紫硫細菌湖中4m硫化物*這個深度紫硫細菌多?（2）化能自養(yǎng)細菌（有氧）種類：硫細菌(硫化細菌和硫磺細菌)、（亞）硝化細菌及鐵細菌、氫細菌?；茏责B(yǎng)微生物不具有光合色素，不能進行光合作用。自養(yǎng)——碳源化能——以S、H2S、H2、NH3、Fe物質(zhì)氧化產(chǎn)能eg.亞硝化細菌進行有機物合成反應如下：化能自養(yǎng)細菌能用于污水處理嗎？為什么？能，脫氨、脫硫；條件容易ATP②有機營養(yǎng)細菌（異養(yǎng)菌）有機（異養(yǎng)）——以有機物為碳源自養(yǎng)、異養(yǎng)菌哪種繁殖快？“吃磚頭和吃糧食的區(qū)別”異養(yǎng)菌是有機污水處理的主角根據(jù)能源的不同（1）光能異養(yǎng)與化能異養(yǎng)以有機物作為碳源和能源的的細菌。絕大多數(shù)的細菌都屬于化能異養(yǎng)菌。.Ⅰ化能異養(yǎng)菌不受氧氣限制，尤其適于高濃度有機廢水（食品行業(yè)）的高效處理(*紅螺菌用于污水處理現(xiàn)狀如何?)Ⅱ.光能異養(yǎng)細菌（無氧有光）小分子有機物碳源在污水處理中的優(yōu)勢是什么？問題：與水分離困難，光照問題主要指紅螺菌（有氧無光時可化能異養(yǎng)生存）人工投加光合細菌（PSB,紅螺菌）有利于水產(chǎn)養(yǎng)殖，原因？迅速轉(zhuǎn)化毒物（水族排泄物被細菌分解后的氨、有機酸）為高蛋白的菌體，作為魚的飼料，且不消耗氧；優(yōu)勢生長時能抑制水族病原菌的生長

肺結(jié)核桿菌痢疾志賀氏菌

以腐生為主兼營寄生的兼性寄生細菌，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。各種營養(yǎng)型的比較營養(yǎng)類型能源氫供體基本碳源微生物舉例光能無機營養(yǎng)(光能自養(yǎng)型)光無機物二氧化碳藍細菌

綠色硫細菌

藻類光能有機營養(yǎng)(光能異養(yǎng)型)光有機物二氧化碳及簡單有機物紫色非硫細菌化能無機營養(yǎng)(化能自養(yǎng)型)無機物無機物二氧化碳硝化細菌

氫細菌化能有機營養(yǎng)(化能異養(yǎng)型)有機物有機物有機物大多數(shù)已知細菌和全部真核微生物（四）氮源工業(yè)投加的細菌氮源？——尿素、糞便氮源的作用：提供微生物合成蛋白質(zhì)的原料哪些物質(zhì)可作為細菌的氮源？有機氮（氨基酸和蛋白質(zhì)）、無機氮（N2、NH3、銨鹽、硝酸鹽）等。實驗室中有機氮源——蛋白胨（五）磷源和硫源磷源比較單一，主要是無機磷酸鹽或偏磷酸鹽。硫源—從還原性的S2-化合物、元素硫一直到最高氧化態(tài)的S042-化合物，都可以作為硫源。通常不缺工業(yè)污水常補加磷酸三鈉等。（六）生長因子——必需，但不能自身合成的有機物種類：嘌呤、嘧啶類、維生素類作用：？嘌呤和嘧啶參與合成核酸和輔酶；維生素，重要輔酶多數(shù)細菌不存在生長因子問題。只有少數(shù)細菌需要外界提供現(xiàn)成的生長因子，才能生長，如乳酸菌需要多種維生素，因此只能生活在這些物質(zhì)供應充足的環(huán)境，如牛奶中、腸道。1.營養(yǎng)要求小范圍可改變指細菌對碳源等的種類、數(shù)量一定程度上可馴化適應（酶的誘導、易變異）2.“營養(yǎng)要平衡”，存在一定比例搭配的現(xiàn)象主要是指碳氮磷的比例關系，通常稱碳氮磷比。在實際應用中還應注意（七）碳氮磷比－“營養(yǎng)平衡”根瘤菌要求碳氮比為11.5：1土壤中微生物混合群體要求碳氮比為25：1污(廢)水生物處理中好氧微生物群體(活性污泥)要求為BOD5：N：P＝100：5：1厭氧生物處理中的厭氧微生物群體要求BOD5：N：P＝350～500：5：1為了保證污(廢)水(有機固體廢物）生物處理要按碳氮磷比配給營養(yǎng)。洗滌劑廢水缺N，

P過剩如何知道所處理的廢水中營養(yǎng)物供應是否比例平衡呢？先測、對比、試驗驗證煉油廢水N、Peg.酒精廢水缺N、P城市生活污水不存在營養(yǎng)不足的問題。但