页数：73页文件大小：409.3 KB来源： 环境工程微生物学ppt课件
本课件可查阅酶的组成与四级结构、六大酶类划分与米-门公式，温度pH等对酶促反应的影响，微生物的化学组成、碳氮磷比与培养基配方，以及EMP途径、三羧酸循环与三种呼吸类型的能量比较。
第4章 微生物的生理
学习目标
4.1 微生物的酶
4.1.1 酶的组成
1. 酶的组成
2. 酶的功能
辅基和辅酶的区别：辅基与酶蛋白结合较紧，用透析法不能使两者分开；辅酶与酶蛋白结合较松，用透析法可使两者分开。
3. 几种重要的辅基和辅酶
NAD／NADP、FMN／FAD和辅酶Q是电子传递体系的组成成分。
4.1.2 酶蛋白的结构
酶蛋白的结构：20种氨基酸 → 一级结构（肽键）→ 二级结构（氢键）→ 三级结构（氢键、盐键、疏水键）→ 四级结构（氢键、盐键、疏水键、范德华力）
酶蛋白的结构：一级结构、二级结构、三级结构、四级结构
4.1.3 酶的活性中心
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（活性部位）。
4.1.4 酶的分类与命名
一、按酶催化的化学反应类型，可分6类
二、按酶在细胞的不同部位：胞外酶、胞内酶、表面酶
三、按酶所作用的底物的不同：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、核糖核酸酶
4.1.5 酶的催化特性
1. 酶和一般催化剂的比较共性
2. 酶作为生物催化剂的特性
4.1.6 影响酶活力的因素
1. 酶促反应速率方程式（米－门公式）
通过下列反应：E＋S ⇌ ES → E＋P（k1、k2、k3），得出米－门公式。
其中Km——米氏常数，表示反应速度为最大速度一半时的底物浓度（当v＝Vmax／2时，Km＝[S]）。
2. 图解法求Km、Vmax
以1／V对1／[S]作图（Y＝aX＋b）：
3. 酶促反应速率的影响因素
（1）酶浓度的影响：
（2）底物浓度的影响：米氏关系
（3）温度的影响：各种酶在最适温度范围内酶活性最强，在适宜温度范围内，温度每升高10℃，酶促反应速率可提高1～2倍。
（4）pH的影响：酶在最适pH值范围内才表现出正常活性，过高过低的pH值都会降低酶的活性。
pH对酶活性的影响：
（5）激活剂的影响：能够对酶起激活作用的物质称为激活剂。如Fe2+、Cu2+、Br－、SO42-、维生素等。
（6）抑制剂的影响：有些物质可减弱、抑制、破坏酶活性，称为抑制剂。如重金属离子Ag+、Hg2+、CO、H2S等。
抑制剂作用机理：a. 竞争性抑制；b. 非竞争性抑制
4.2 微生物的营养
4.2 微生物的营养
4.2.1 微生物的化学组成
水分（每100g）：细菌75～85、酵母菌70～85、霉菌85～90、芽孢40
4.2.2 微生物的营养物 五大营养物质：水、碳源、氮源、生长因子、无机盐。
3. 氮源：提供微生物合成蛋白质的原料。根据对氮源要求不同，微生物可分4类：
4. 无机盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。
功能：
| 元素 | 主要生理功能 | 人为提供形式 |
|---|---|---|
| P | 核酸、磷脂和辅酶的组成成分；糖代谢磷酸化过程中起重要作用；高能磷酸键能贮存和传递能量；缓冲剂 | K2HPO4、KH2PO4 |
| S | 某些氨基酸的组成成分；某些辅酶的组成成分；某些硫化细菌的能源物质 | MgSO4 |
| Mg | 某些酶的激活剂；叶绿素的组成元素；稳定核糖体、细胞膜和核酸 | MgSO4 |
| Fe | 某些酶的组成成分；铁细菌的能源；细胞色素和铁氧化还原蛋白的氧化还原反应中不可少的电子载体 | FeSO4 |
| Ca | 蛋白酶的激活剂；细菌芽孢和真菌孢子的组成元素；稳定细胞壁 | Ca(NO3)2、CaCl2 |
| K | 某些酶的辅助因子；参与细胞内某些物质运输系统的组成；维持电位差和渗透压 | K2HPO4、KH2PO4 |
| Na | 某些酶的辅助因子；调节细胞的渗透压；与嗜盐菌营养物质的吸收有关 | NaCl |
例，大肠杆菌缺Fe的影响表现：
若污水生物处理中出现这种情况，则会引起活性污泥丝状膨胀，造成二沉池的出水水质差。
| 元素 | 主要生理功能 | 人为提供形式 |
|---|---|---|
| Mn | 黄嘌呤氧化酶的组分；一些酶（丙酮酸脱羧酶等）的辅助因子 | MnSO4 |
| Cu | 某些酶（乳糖酶等）的辅助因子 | CuSO4 |
| Co | 参与维生素B12的组成 | CoSO4 |
| Zn | 乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶的活性基，是酶的激活剂 | ZnSO4 |
| Mo | 促进固氮作用 | (NH4)6Mo7O24 |
5. 生长因子：在具有上述各种营养物质后，微生物仍生长不好，就需供给生长因子，如B族维生素、维生素C、氨基酸、嘌呤、嘧啶等。
6. 碳氮磷比
| 微生物／对象 | 碳氮磷比 |
|---|---|
| 根瘤菌 | C:N＝11.5:1 |
| 固氮菌 | C:N＝27.6:1 |
| 霉菌 | C:N＝9:1 |
| 土壤微生物群体 | C:N＝25:1 |
| 活性污泥 | BOD5:N:P＝100:5:1 |
| 厌氧微生物群体 | BOD5:N:P＝100:6:1 |
| 有机固废堆肥发酵 | C:N＝30:1，C:P＝（75～100）:1 |
4.2.3 微生物的营养类型
1. 无机营养微生物（自养微生物）
2. 有机营养微生物（异养微生物）
3. 混合营养微生物（兼性自养微生物）：既可以利用无机碳作为碳素营养，也可以利用有机碳化合物作为碳素营养。
4.2.4 微生物的培养基
培养基是指根据各种微生物的营养要求，将水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等物质按一定的比例配制而成的，用以培养微生物的基质。
用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；鉴定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品。
1. 配制原则
2. 配制顺序
注意：
3. 培养基的种类 （1）按组成物质的性质分
常见的培养四大类微生物的培养基
| 适用微生物 | 培养基 | 配方（每1000mL） |
|---|---|---|
| 细菌 | 牛肉膏蛋白胨培养基 | 牛肉膏3g、蛋白胨10g、NaCl 5g、H2O 1000mL |
| 放线菌 | 高氏1号 | 淀粉20g、K2HPO4 0.5g、NaCl 0.5g、MgSO4·7H2O 0.5g、KNO3 1g、FeSO4 0.01g、H2O 1000mL |
| 酵母菌 | 麦芽汁培养基 | 干麦芽粉加四倍水，在50～60℃保温糖化3～4小时，用碘液试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为10巴林，煮沸后纱布过滤，调pH为6.0 |
| 霉菌 | 查氏合成培养基 | NaNO3 3g、K2HPO4 1g、KCl 0.5g、MgSO4·7H2O 0.5g、FeSO4 0.01g、蔗糖30g、H2O 1000mL |
（2）按物理状态分
（3）按用途、目的
鉴别培养基（远藤氏培养基）：依据对乳糖分解能力不同加以区别。
| 菌种 | 菌落颜色 |
|---|---|
| 大肠埃希氏菌 | 紫红色带金属光泽 |
| 枸橼酸盐杆菌 | 紫红或深红色 |
| 产气杆菌 | 淡红色 |
| 副大肠杆菌 | 无色透明 |
4.2.5 营养物质进入微生物细胞的方式
1. 单纯扩散（simple diffusion）
是指杂乱运动的、水溶性的溶质分子通过细胞膜中含水的小孔从高浓度区向低浓度区进行物理扩散的进出细胞的过程。脂溶性物质被磷脂层溶解而进入细胞。
营养物质：水、O2、CO2
特点：a 没有载体的协助；b 无需能量；c 沿浓度梯度扩散，扩散速度慢
单纯扩散模式图：细胞膜外（高浓度）→ 细胞膜 → 细胞膜内（低浓度）
本页源文件未提取到文字内容，仅有图片（原文仅存页码47），位于单纯扩散模式图与促进扩散两页之间。建议对照原课件图片补充本页要点说明。
2. 促进扩散（facilitated diffusion）
指利用渗透酶（载体蛋白）将营养物质从细胞膜的外表面运送到内表面并释放的过程。
营养物质：氨基酸、单糖、维生素、无机盐、金属离子等
特点：a 需要渗透酶；b 不消耗代谢能量；c 沿浓度梯度
本页源文件未提取到文字内容，仅有图片（原文仅存页码49），位于促进扩散与主动运输两页之间。建议对照原课件图片补充本页要点说明。
3. 主动运输（active transport）
指营养物质从低浓度向高浓度移动且消耗能量的运输方式。
营养物质：氨基酸、糖、无机离子（K＋、Na＋、H＋）、硫酸盐、磷酸盐、有机酸等
特点：a 需要渗透酶，对底物有特异性；b 消耗能量；c 底物进入细胞时，其化学结构没有发生改变；d 可以进行逆浓度运输
4. 基团转位（group translocation）
是一种主要存在于厌氧菌和兼性厌氧菌的需要代谢能量的运输方式。
营养物质：糖、嘌呤、嘧啶、乙酸等
特点：a 需要消耗能量；b 底物化学结构发生改变（一般呈磷酸化的形式）；c 需载体蛋白，对底物有特异性；d 逆浓度
基团转位模式图：细胞膜外S → 细胞膜（Enz2、Enz1、HPr、P~HPr）→ 细胞膜内S-P；伴随PEP转变为丙酮酸盐。
糖的基团转位过程（HPr——热稳定蛋白）：总过程分为膜外（o）与膜内（i）两个阶段。
| 比较项目 | 单纯扩散 | 促进扩散 | 主动运输 | 基团转位 |
|---|---|---|---|---|
| 特异载体蛋白 | 无 | 有 | 有 | 有 |
| 运输速度 | 慢 | 快 | 快 | 快 |
| 物质运输方向 | 由浓至稀 | 由浓至稀 | 由稀至浓 | 由稀至浓 |
| 胞内外浓度 | 相等 | 相等 | 胞内浓度高 | 胞内浓度高 |
| 被运输的分子 | 无特异性 | 特异性 | 特异性 | 特异性 |
| 能量消耗 | 不需要 | 不需要 | 需要 | 需要 |
| 运输后物质的结构 | 不变 | 不变 | 不变 | 改变 |
4.3 微生物的产能代谢
4.3.1 产能代谢与呼吸作用的关系
1. 产能代谢的实现方式：产能代谢是通过呼吸作用（发酵、好氧呼吸和无氧呼吸）来实现的。呼吸作用的本质：氧化与还原的统一过程，伴随能量的产生和转移。
2. ATP——生物能量的转移中心：底物氧化分解产生能量 → ATP → 用于细胞组分的合成
3. ATP的生成方式
4.3.2 产能代谢与呼吸类型
4.3.2.1 发酵
糖酵解途径中的中间产物缩写：
EMP途径的总反应
耗能阶段：C6 → 2C3（耗2ATP）；产能阶段：2C3 → 2丙酮酸（产4ATP、2NADH2）
C6H12O6＋2NAD+＋2ADP＋2Pi → 2CH3COCOOH＋2NADH2＋2H+＋2ATP＋2H2O
糖酵解步骤：① 预备性反应（非氧化还原反应），中间产物为3-磷酸甘油醛；② 氧化还原反应，生成2mol丙酮酸和2mol ATP（净）。
3. 主要发酵类型 （1）乙醇发酵
（2）混合酸发酵（甲酸发酵）
大肠埃希氏菌和产气肠道杆菌都进行混合酸发酵，可用V.P试验或甲基红试验加以区别。
4. 发酵底物具备的条件
4.3.2.2 好氧呼吸（aerobic respiration）
好氧呼吸是指当存在外在的最终电子受体——分子氧（O2）时，底物全部被彻底氧化成CO2和H2O，并产生ATP的过程。
葡萄糖的好氧呼吸过程：① 葡萄糖经EMP途径酵解，无需耗氧，形成丙酮酸中间产物；② 丙酮酸的有氧分解（三羧酸TCA循环）。
1. 三羧酸（TCA）循环
2. TCA循环中需氧氧化的能量平衡：好氧微生物氧化分解1mol葡萄糖分子总共可生成38mol ATP。
3. 乙醛酸循环：草酰乙酸 → 柠檬酸 → 异柠檬酸 → 琥珀酸 → 延胡索酸 → 苹果酸 → 草酰乙酸；乙酰CoA参与并生成乙醛酸。
4. 电子传递体系：由NAD或NADP、FAD或FMN、辅酶Q、细胞色素b、细胞色素c1和c及细胞色素a和a3等组成。
在细胞中的部位：原核微生物与细胞质膜系统连在一起；真核微生物在线粒体中。
基本功能：① 接受电子，将其传递给最终电子受体——O2；② 合成ATP
5. 好氧呼吸分类
好氧呼吸能否进行，取决于O2的体积分数，若低于0.2％，好氧呼吸不能发生。
4.3.2.3 无氧呼吸（anaerobic respiration）
在电子传递体系中，氧化NADH2时的最终电子受体不是O2，而是O2以外的无机化合物，如NO2－、NO3－、SO42－、CO32－及CO2等。
1. 以NO3－为最终电子受体（反硝化细菌） 供氢体：葡萄糖、乙酸、甲醇、H2和NH3；NO3－→NO2－、N2O和N2
反硝化作用（脱氮作用）：硝酸盐NO3－在接受电子后变成NO2－、N2的过程。
2. 以SO42－为最终电子受体（硫酸盐还原菌） 供氢体：乳酸等有机物；SO42－→H2S
2CH3CHOHCOOH＋H2SO4＝2CH3COOH＋2CO2＋H2S＋2H2O＋1125kJ
3. 以CO2和CO为最终电子受体（产甲烷菌） 供氢体：甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、H2等；CO2和CO→CH4
| 呼吸类型 | 最终电子受体 | 参与反应的酶与电子传递体系 | 最终产物 | 释放总能量（kJ） |
|---|---|---|---|---|
| 乙醇发酵 | 中间代谢产物 | 脱氢酶、脱羧酶、乙醛还原酶；辅酶NAD | 低分子有机物、CO2、ATP | 238.3 |
| 好氧呼吸 | O2 | 脱氢酶、脱羧酶、细胞色素氧化酶；辅酶NAD、FAD、辅酶Q、细胞色素b、c1、c、a、a3 | CO2、H2O、ATP | 2876 |
| 无氧呼吸 | NO2－、NO3－、SO42－、CO32－、CO2 | 脱氢酶、脱羧酶、硝酸还原酶、硫酸还原酶；辅酶NAD、细胞色素b、c | CO2、H2O、H2S、NH3、N2、CH4、ATP | 反硝化作用1756；反硫化作用1125 |
本章小结
下载地址：{{downurl}}
{{{a}}}
{{#b}}{{{b}}}
{{/b}} {{/title}} {{#nolog}}登陆注册
{{/nolog}} {{#djsx}}点我刷新
{{/djsx}} {{#gocz}} {{/gocz}} {{#ffqr}} {{/ffqr}}