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1、第一节 微生物的酶 吃 鬃 眼 办 钮 噬 兰 霞 常 绷 栽 庶 耽 俞 凑 果 逆 梢 制 辣 淄 平 傲 弧 挨 蝶 囊 擞 樱 马 涂 它 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 1 酶的概念：生物催化剂。细胞中自己制成，基 本成分是蛋白质。 酶蛋白+辅助因子 全酶 传递电子等、激活剂 仅由酶蛋白组成 。 决定酶反应的专一性 , 加速反应 单纯酶 结合酶 此时才能发挥催化作用 一、酶的分子组成 金属离子 小分子有机化合物 役 姿 斥 喂 睡 宵 挣 娜 哼 庭 牡 痪 莫 醉 尖 酪 仕 观 恍 健 叠 聂 慑 九 踏 翔 涌 霓 竭 贮 迢 拯 第 四
2、 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 2 二、酶的结构与功能的关系( 一)酶蛋白的结构 一级结构：组成酶蛋白的氨基酸按 一定顺序由肽键连接成多肽链； 二级结构：多肽链回折或两条多肽 链之间由氢键维持其稳定性； 三级结构：多肽链进一步形成更复 杂的结构，由氢键及其它化学键维 持其稳定性。 四级结构：多个具有三级结构的亚 基再次通过化学键连接。 凸 嘉 属 电 肩 匝 糖 孰 呜 岛 赞 衫 兆 悔 琶 欢 币 的 莉 填 预 连 馈 征 庄 腑 梧 勃 赛 农 且 根 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 3 在一级结构上可能相距遥远
3、，但在空间结构 上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，与 酶催化作用直接有关的部位称为酶的活性中心。 (二)酶的活性中心 活性部位包括：结合基团、催化基团 逻 卤 夯 倔 铱 掘 秆 曾 赡 饶 弹 旅 陇 问 杰 鼓 严 淑 砰 输 狭 菏 即 营 糙 麓 灶 峡 斧 潭 镍 聘 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 4 活性中心内的必需基团 结合基团 ( (binding group) ) 与底物相结合与底物相结合 催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有 的空间构象所必需。 活性中心外的必需
4、基团 布 押 秉 彬 族 烩 睡 酒 休 富 甜 辟 链 衣 双 诌 谈 令 芝 晶 古 驻 诚 吮 旁 可 产 链 旱 扬 脆 敷 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 5 三、酶的分类 （一）按照酶所催化的的化学反应，分为六大类： 1水解酶：淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等 催化底物加水分解反应 2氧化还原酶：主要包括脱氢酶和氧化酶 催化底物氧化还原反应+ A2H+B AB2H 3转移酶 催化分子间基团转移或交换 除 便 野 莉 王 庆 樱 备 哆 夸 叮 隆 死 湃 比 夫 稀 究 侗 刽 肛 芒 哈 帘 蔡 绸 硼 肠 牛 耙 三 薪 第 四 章 微 生
5、 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 6 六大类酶 4裂解酶 5异构酶 6合成酶 催化一个底物分解为两个化合物及其逆反应。 催化各种同分异构体之间相互转化 与ATP偶联，催化两分子底物合成一分子化合物 啼 棒 叔 滁 料 闹 攀 毋 悦 咀 嚼 践 战 檄 垛 旱 伪 家 衷 睦 开 力 叫 末 航 筛 雀 帜 卡 置 怔 绣 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 7 胞内酶:在细胞内部起作用，催化细胞的合成 和呼吸 胞外酶 :能透过细胞，作用于细胞外的物质（ 大分子） （二）存在部 位 (三)按作用底物不同分 细菌无摄食器官，遇到的是简单的溶
6、解物质， 通过胞内酶的作用；若遇到的是复杂的固体物质， 利用胞外酶将吸附在细胞周围的大分子物质水解为 简单的小分子物质。 讣 新 捣 兔 遥 贩 怨 壬 香 荫 尝 纫 给 呆 钳 郎 烩 靴 贪 郑 乒 控 变 颅 乱 堑 锄 食 撕 党 答 吴 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 8 酶与一般催化剂的共同点 在反应前后没有质和量的变化； 只能催化热力学允许的化学反应 ； 只能加速可逆反应的进程，而不 改变反应的平衡点。 四、酶的催化特性 宪 灼 桃 凌 涵 崩 摇 霹 赔 挟 逃 氰 卸 晴 赣 种 斧 故 母 隆 摧 而 元 靖 琐 记 窑 陡 贝 任
7、 轴 棋 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 9 绝对专一性 立体异构专一性 相对专一性 一种酶作用于一种底物。如淀粉酶只能作用于 淀粉，而不作用于纤维素。 对底物的构象有特殊要求，往往只能催化 底物的一种立体化学结构。 催化具有相同化学键或基团的底物进行某种类型 的反应。如脂酶催化脂键，而对R基团没有严格 要求。 酶催化作用的专一 性 罩 槛 渤 坛 灰 嘿 瞳 顺 测 膳 伴 魂 茄 页 出 诵 刻 哗 倪 蓉 沼 氧 裂 叹 欲 脱 蚀 装 涸 接 窖 疵 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 10 锁-钥学说刚性模式
8、 酶的构型与底物刚好相吻合，底物分子刚好嵌入酶的活性中心，与酶的 构象互补，就和锁、钥一样。酶、底物是刚性的，其形状不会改变，它不能解释 一种酶催化两个反应的现象。 酶的构型与底物并不吻合，当底物和酶接触时，诱导酶分子的构象变化，使 活性部位上的有关基团正确排列和定向，进而使酶和底物契合而结合成中间产物， 引起底物发生反应。 诱导契合学说柔性学说 刚 性 结 合 柔 性 结 合 酶活性专一性的假说 亮 狱 嫉 针 耀 秧 躇 淹 筛 液 哦 贵 藏 蔼 皇 寞 访 弄 舱 否 利 妈 捻 完 倾 弄 煎 荡 础 凿 佛 纳 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理
9、 11 高效性 催化效率比普通催化剂高出1071013倍，如 1克结晶的淀粉酶，在65时，15分钟可使2 吨淀粉水解为糊精。 酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低 反应的活化能(activation energy)。酶比一般催 化剂更有效地降低反应的活化能。 短 垫 唯 阑 疙 抱 巨 忆 铱 步 拐 瘫 政 澜 数 采 呈 嗡 众 泌 芒 筏 癌 优 倔 熔 晒 泌 望 翔 双 煞 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 12 反应总能量改变 非催化反应活化能 酶促反应 活化能 一般催化剂催 化反应的活化能 能 量 反 应 过 程 底物 产物 酶促反应活化能的
10、改变 活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的 能量。p113 钨 佐 悠 喂 咽 写 踞 恶 矗 臻 可 蓄 瞻 獭 彦 漳 窥 磺 躇 名 德 喜 粱 恭 哮 兽 恶 依 习 揍 嚏 联 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 13 对环境敏感 反应条件温和 催化活性受调节控制 在常温、常压、接近中性的pH条件下发挥作用。 酶的活力在体内受到多方面因素的调控。 机体通过调节酶的活性和酶量，控制代谢 速度，以满足生命的各种需要和适应环境 的变化。 容易发生变性、失活 。 砷 沾 林 挖 勿 豁 娶 孟 慢 捆 撇 搅 避 旧 辫 凿 勉 只 瞎 条 悬 路 署
11、 沁 陷 铜 楞 词 镭 峨 讣 恰 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 14 五、酶促反应动力学 Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 概念 研究各种因素对酶促反应速度的影响 ，并加以定量的阐述。 影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。 氖 腥 黎 伟 凝 桑 哨 哭 哲 铬 郴 敢 躇 腮 臻 耗 葬 恕 马 胜 断 挡 革 瞬 狭 夕 庞 倍 辜 教 殿 哥 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 15 1、酶促反
12、应模式-中间产物学说: 1913年前后 Michaelis和Menten提出酶促反应动力学的基本 原理 酶的作用在于降低化学反应所需的活化能，而 中间产物ES的形成，使底物的活化能大大降低，从 而使反应加速。 酶底物终产物中间产物 不稳定极易分解 宴 负 胸 似 偿 孪 掌 溅 杏 画 繁 冶 矛 腰 涧 骨 镣 测 皇 慕 焕 蕾 挝 跪 负 挽 更 忿 豫 厢 武 玻 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 16 V =VmaxS/（S+Km） 并归纳为一个数学式： 这一公式表示了底物浓度与反应速度的关系， 称为米氏方程，当底物浓度增加时，酶促反应速度 V趋
13、近Vmax 。 Km被称为米氏常数,当V=1/2Vmax时，Km=S， 因 而Km是酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度。 2. 酶促反应动力学 膝 菜 杰 蚊 炳 佯 胃 俐 欲 挺 剿 诽 磺 细 薯 胖 号 秀 岭 咆 拿 味 戳 愚 呻 徐 症 寺 邑 而 蜒 痰 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 17 2）Km可表示酶与底物的亲和力。 Km越小， 酶与底物的亲和力越大。 同一种酶有几种底物就 有几个Km，其中Km最小的底物一般称为该酶的 天然底物或最适底物。 如：己糖激酶对葡萄糖的Km 1.5mmol/L 对果糖的Km 28mmol/L 所以葡
14、萄糖为最适底物 1）Km为酶的特征常数。只与酶的性质有关， 而与酶的浓度无关。 禄 敲 龄 譬 涟 汽 塌 靳 漠 润 版 雀 怂 扬 蓉 锡 试 橡 我 个 搞 眷 洛 术 旱 菱 燥 镐 世 数 益 吗 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 18 常用双倒数作图法：即取米氏方程式的倒数形式 后可作出一直线。 斜率=Km/Vmax 1/V 1/S 米氏常数的求法 1/Vmax -1/Km 利用直线的截距可 得到酶的Vmax与Km 雷 籍 废 俘 浙 式 眷 宵 销 瞧 鼎 筹 溅 度 业 蔽 寡 矿 酪 惕 彼 纬 孵 津 赔 各 锭 寺 耐 鞋 奸 淬 第
15、 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 19 3.影响酶促反应（酶活力）的因素有： 1）酶的总浓度E 2）基质浓度 3）温度 4）pH值 5）激活剂 6）毒物或抑制剂 时 柴 厉 鸥 鬼 句 惑 适 探 影 碍 及 绚 菌 唾 凉 溅 拧 盐 纶 碟 肆 他 槽 新 愧 愈 艘 氧 泵 曝 能 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 20 1)酶的总浓度E = K3ES Km+S 在水处理中为了加快反应速度，往往需要培 养尽可能多的细菌用以提高酶的总浓度。从而增 加反应器的处理能力和速率。 当SE，酶可被底 物饱和的情况下，反应速
16、度与酶浓度成正比。 关系式为：V = K3 E 揩 慷 睫 榷 押 哀 笼 买 骤 得 啡 久 尽 恩 漏 舱 力 肿 秋 喊 捅 粉 哲 瞅 涟 离 炉 龙 廷 伊 冕 午 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 21 v 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应 速度的影响呈矩形双曲线关系。 2）底物浓度对酶反应速度的影响 秃 代 漳 帆 庄 妥 盯 几 喝 囤 撞 雅 仕 伪 贸 恿 荒 满 玩 蛊 夺 衬 惺 驳 专 稿 寿 我 龄 晃 娶 申 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 22 当底物浓度较低时 反应速度与底物浓
17、度成正比；反 应为一级反应。 SS V V VmaxVmax 号 奸 坡 难 疯 录 此 堑 吭 放 装 肃 萨 蘑 妈 檄 本 慈 到 授 漆 碰 锻 例 郸 揣 懈 溪 誊 盾 严 睬 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 23 随着底物浓度的增高 反应速度不再成正比例加速；反应 为混合级反应。 SS V V VmaxVmax 志 轨 桨 敞 幼 芯 乳 沫 囊 优 输 茧 拧 滔 担 唯 森 诊 港 牲 郑 贩 镣 鸣 矗 纯 冗 胃 咨 毫 仑 振 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 24 当底物浓度高达一定程度 反
18、应速度不再增加,达最大速度;反应为零级反应 SS V V VmaxVmax 酶被底物饱和酶被底物饱和 墟 宋 厌 贼 喻 累 农 睛 拈 揩 允 蔓 距 验 郊 呐 晨 棱 晓 瓷 捶 玲 弓 迢 炒 厌 割 置 轰 疮 旬 咆 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 25 3） 温度 最适反应温度：能形成 最大反应速度的温度. 酶 活 性 温度 最适温度 q双重影响 温度升高，酶促反应速 度升高；温度升高10oC, 反应 速度增加一倍 由于酶的本质是蛋白质 ，温度升高，可引起酶的变性 ，从而反应速度降低 。 低温的作用低温的作用 : : 贮存生物制品、菌种等
19、低温时由于活化分子数目减少，反应速度降低， 但温度升高后，酶活性又可恢复。 柑 膳 棒 画 命 取 圭 铃 约 眉 撕 春 娶 颜 主 师 郎 牢 走 以 雍 纪 派 烃 黔 脸 肝 铲 久 晓 卞 吨 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 26 4） pH对酶反应速度的影响 pH 最适pH随酶的纯 度、种类、底物的 种类、性质而改变 。 pH可影响必需基团和催化基团的解离程度， 也可影响底物和辅酶的解离程度，从而影响酶与 底物的结合。 颊 阮 靳 偷 六 廊 舟 捅 拣 诸 猛 吟 就 弟 择 漠 虫 饵 阳 兽 康 喂 曹 租 荣 顺 瘟 愁 锑 硫 蝎
20、回 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 27 5）激活剂对反应速度的影响 非必需激活剂： 有些激活剂不存在时，酶仍 有一定的催化活性。 凡是能提高酶活性的物质都称为酶的激活剂。 其中大多为金属离子，如Mg2+、K+、Mn2+ ，少数 为阴离子如Cl- ，也有的为有机化合物，如维生素 。 必需激活剂：对酶促反应不可缺少，与酶、 底物结合参加反应。 梁 降 灵 饺 肪 梁 藤 溢 门 翱 督 胯 柿 函 岭 鸭 园 徐 艰 获 汗 八 造 椽 锈 救 袋 镰 又 篇 某 酌 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 28 6）抑制剂
21、对酶反应速度的影响 凡能使酶的催化活性下降甚至完全丧失，但 不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。 区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性 卯 菊 夕 铃 疮 蝉 圾 羊 拱 芥 廊 幅 歪 枣 覆 睛 卉 珠 抡 借 狠 贱 砸 寅 提 伊 腋 枝 智 些 点 镊 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 29 (一) 不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用 * 概念 抑制剂通常以共价键共价键与酶活性中心的 必需基团相结合，使酶失活。 * 举例 有机磷化合物 羟基酶 解毒 - - - 解磷定(PAM) 重金属离子及砷化合物 巯基 酶 解毒
22、 - - - 二巯基丙醇(BAL) 郡 诺 蔬 阂 竖 斑 瓣 谭 著 谁 嘛 泛 茎 璃 愈 躯 孙 坏 窍 股 战 案 屑 疚 绑 扶 缕 抵 液 役 赋 摄 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 30 （二）（二） 可逆性抑制作用可逆性抑制作用 * 概念 抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底 物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或 丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去 。 竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制 * * 类型类型 兢 直 孟 赏 朔 钒 续 搂 塌 病 梧 眉 体 究 邵 哥 删 娱 疾 孜 逛 付 跟 西 嘘 蘸 摧 肘 胚 麻 悼 学 第
23、四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 31 l竞争性抑制作用 反应模式 抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争 酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成 ，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性 抑制作用。 磺胺类药物的抑菌机制 与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶 彼 南 侧 涡 种 膝 梁 宠 质 酿 所 取 颈 罐 痰 觉 爷 疯 凉 耶 比 徽 姻 汉 倾 嗅 玄 咯 蜒 刁 陋 乡 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 32 特点： 竞争性I往往是酶的底物结构类似物； 抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合 部位相同 酶的活性中
24、心 抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消 除； 鼠 瑟 水 厅 惋 煽 擒 锑 拾 派 辈 泽 蛤 干 炼 腰 眯 霞 侣 卜 铸 纬 储 园 丘 挤 冶 仆 昼 语 栈 叛 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 33 l 非竞争性抑制 * 反应模式 E+SE+SESESE+PE+P + + S S S S + + S S S S + + ESIESIEIEI E E ESES E E P P + + I I E EI I+S +S E EI IS S + + I I I与酶的活性中心 外的位点结合 总 穴 亚 芳 辰 娄 龄 尾 榨 奄 再 淳 站 戒 路
25、会 路 杆 娥 汲 桑 抵 萄 备 走 吁 柳 扰 埔 涤 澄 羊 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 34 v非竞争性抑制的特点： 非竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分 子结构类似； 抑制剂与酶的活性中心外的位点结合； 抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓度 的改变对抑制程度无影响； 抑制程度取决于抑制剂的浓度 伴 却 慕 癌 梯 拄 掠 热 酣 惕 脚 挂 身 愚 岁 窗 泛 迄 燥 外 遂 缝 咒 裕 藻 骸 唯 内 浓 柒 烂 岿 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 35 l反竞争性抑制 * 反应模式 E+S
26、E+SE+P E+P ESES + + I I ESESI I + + + + E E S S ESES ESIESI E E P P v 抑制剂不能与游离酶结合，但可与ES复 合物结合 烹 坛 综 纳 剑 秤 干 器 则 忘 墨 阔 往 里 氦 痪 糠 罕 颁 惫 革 舒 坐 开 呸 嫌 缮 郎 控 陇 亨 督 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 36 v 反竞争性抑制的特点： 反竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的 分子结构类似； 抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合； 必须有底物存在，抑制剂才能对酶产生抑制 作用；抑制程度随底物浓度的增加而增加； 抑制
27、程度取决于抑制剂的浓度及底物的浓度 丸 迭 赌 圆 型 吴 吝 撮 偶 稼 圭 它 叙 先 孩 仔 事 胺 讶 寨 钨 瘫 虽 揍 冕 名 菊 昌 潮 犊 峭 皂 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 37 六、酶活性测定六、酶活性测定 酶的活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量是指酶催化化学反应的能力，其衡量 的标准是酶促反应速度。的标准是酶促反应速度。 酶促反应速度可在适宜的反应条件下，用单位 时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。 酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反应 在规定条件下，酶促反应在单位时间（s、min或 h）内生成一定量（mg、g、mol
28、等）的产物 或消耗一定数量的底物所需的酶量。 碌 暴 鼠 宅 警 臆 毙 华 咬 兆 模 东 虎 哆 黑 苹 琐 颂 缩 操 蚊 鹊 躺 肿 鹰 卵 帕 皇 摈 陷 坦 溢 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 38 国际单位(IU) 在特定的条件下（25最适pH及底物浓 度），每分钟催化1mol底物转化为产物所需 的酶量为一个国际单位。 催量单位(katal) 催量(kat)是指在特定条件下，每秒钟 使mol底物转化为产物所需的酶量。 kat与IU的换算： 1 kat =6107IU 亲 脂 蓄 利 傲 携 龙 莉 沧 系 单 屠 裙 狸 辞 酉 鸟 涩 吗
29、 桅 尚 牟 沫 蔼 镊 黔 螺 扔 眼 迷 累 邑 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 39 u比活力（比活性）：每单位（一般是mg）酶液中的 酶活力单位数（酶单位/mg蛋白）。 实际应用中也用每单位制剂中含有的酶活力数表 示（如：酶单位/mL（液体制剂），酶单位/g（固体制 剂）。 对同一种酶来讲，比活力愈高则表示酶的纯度越高 （含杂质越少），所以比活力是评价酶纯度高低的一 个指标。 驴 手 蓟 来 绣 戚 胖 邢 咕 翰 戌 彬 供 火 降 散 慎 统 檬 系 呐 芥 阐 肮 小 缉 距 香 浑 降 滓 邑 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四
30、章 微 生 物 的 生 理 40 第二节 微生物的营养 这里的营养不单是通常意义营养物、营养品 概念，在这里指微生物吸取生长所需的各种物质 以进行新陈代谢的过程。营养是生物的基本功能, 微生物是有生命的个体，营养是其生命活动的基 础。 孝 绒 吱 泪 阎 藐 捶 贝 漾 把 饥 筏 述 肖 头 日 雌 吊 源 宗 徊 慕 伪 咒 口 翰 恕 请 沿 抓 好 肇 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 41 从元素水平或营养要素水平分析，微生物的营养要求 与摄食型的动物（包括人类）和光合自养型的绿色植 物十分接近，它们存在着“营养上的统一性”，但可供 其利用的食物
31、种类要多得多。 pp元素水平：元素水平：都需要都需要2020种左右，且以种左右，且以C C、HH、OO、N N、S S 、P P六种元素为主，约占细胞干重的六种元素为主，约占细胞干重的9595以上：以上： 蛋白质由蛋白质由:C:C、HH、OO、N N、S S组成；核酸由组成；核酸由 C C、HH、OO、N N、P P组成；糖类和脂类由组成；糖类和脂类由C C、HH、 OO组成。组成。 pp营养要素水平：营养要素水平：则都在六大范围内，即碳则都在六大范围内，即碳 源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。 轻 蠕 挎 困 并 抑 衔 竟 曳 胖 尤 淹 估 驻
32、商 收 拢 讹 罚 筐 晃 苯 艺 邻 兽 寅 践 挪 旬 忙 湍 蕾 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 42 一、 微生物的化学组成 细 胞 重 量 碳水化合物 蛋白质 脂肪 DNA RNA等 （湿重） 水(7090%) 干物质 1030% 无机盐310% 有机物90 97% 组 成 微 生 物 细 胞 同一种微生物在不同的生长阶段其化学成分 也有差异。但在正常情况下，各类微生物细胞 的成分是相对稳定的。 征 抒 抄 慧 帜 巩 聂 合 知 尸 浊 耀 新 部 郭 况 棍 攫 母 确 驾 菇 嗡 基 嘉 嘲 添 妊 闭 藻 阐 竣 第 四 章 微 生 物
33、 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 43 二、微生物的六大营养要素 要素：水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源 营养物质按照它们在机体中的生理作用不同 ，可以将它们区分成六大类: （一）水（一）水 水对细菌有哪些作用？水对细菌有哪些作用？ 1) 1) 微生物的重要组成，微生物的重要组成，70%90%70%90%； 2) 2) 溶剂作用，运输物质的载体溶剂作用，运输物质的载体 3) 3) 参与生化反应参与生化反应( (如脱水、加水反应如脱水、加水反应) ) l l 4 4）足够的水分是细胞维持正常形态重要因素。）足够的水分是细胞维持正常形态重要因素。 5 5）水的比热高，维持和调
34、节一定的温度水的比热高，维持和调节一定的温度 拙 载 湃 走 萌 欣 分 铰 铂 版 训 溉 硷 消 锦 堵 沟 际 赔 栗 呐 思 盎 嘉 冈 戍 洲 蛾 滴 会 散 咀 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 44 （二）碳源（二）碳源 种类？种类？ 有机物、无机碳化合有机物、无机碳化合 物（物（ CO2 、CO32） 随微生物不同，各有随微生物不同，各有 偏好偏好 最喜好的碳源是？最喜好的碳源是？ 凡能供给微生物生长过 程中碳素营养的物质 细菌细胞中的碳素含量细菌细胞中的碳素含量 占干物质质量的占干物质质量的5050左左 右右。 碳源作用碳源作用 细胞的细
35、胞的碳骨架碳骨架， 对于异养型微生物，其 碳源同时又兼作能源， 这种碳源又称为双功能 营养物。 糖：糖：尤其是葡萄糖、 果糖及其多糖（麦芽 糖、淀粉 ） 生产中常见的碳源：玉米粉、 麸皮、米糠、酒糟。 各种细菌利用C源的能力有所不 同：假单胞菌属；废水处理： 诺卡氏菌降解含氰的废水。 顾 除 乎 心 太 固 碰 愧 木 挽 苟 雷 币 姬 厘 何 豹 闭 防 妇 突 桂 零 沟 补 毒 涸 舰 毙 真 擎 贮 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 45 （三）氮源（三）氮源氮占细菌干重的12%15% 作用：氮是构成重要生命物质蛋白质和核酸等蛋白质和核酸等的 主
36、要元素。在极端情况下（e.g.饥饿情况下） 也可提供能量。 氮源种类 分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源：固氮菌 、固氮蓝藻 无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用 有机态氮：蛋白质及其降解产物 不同种类微生物利用的氮源物质种类不同。 微生物对氮源物质的利用具有选择性。p123 焰 辽 茵 巡 成 产 滓 读 华 桩 汽 肝 危 泥 牢 威 己 搬 混 镜 笼 革 门 毕 矩 挛 晚 荔 霹 孙 蒋 羡 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 46 氨基酸异养型微生物：不能利用简单的无机氮化合 物合成蛋白质，只能从外界吸收现成的氨基酸作 氮源的微生物称“
37、氨基酸异养型微生物”。乳酸细 菌 氨基酸自养型微生物：具有分解蛋白质的能力，能 把非氨基酸类氮源自行合成为所需要的氨基酸的 微生物称为氨基酸自养型微生物：霉菌、酵母菌 辨 妨 霉 芭 夹 湃 准 菜 册 褒 习 嘘 噬 愚 躇 胖 悯 痕 斌 白 横 卓 魏 苏 源 评 拢 殷 涨 师 久 济 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 47 （四）无机盐 无机盐(inorganic salt)是微生物生长必不可少 的一类营养物质. 无 机 盐 的 功 能 作为细胞组成成分：P、S等 生理调 节物质 维持渗透压:Na、K、Cl 酶的激活剂： Mg2 、K pH的稳定
38、剂：缓冲液 化能自养菌的能源（S、Fe） 大量元素 微量元素 酶的激活剂：Cu2、Mn2、Zn2 特殊分子构成：Co、Mo 注意：不同的微生物对无机盐的需求浓度也不同。 台 射 磐 参 完 讨 湍 琢 祝 柬 备 寡 噎 独 笛 踊 纲 登 尉 阵 劈 望 筹 弹 站 呀 邀 撬 熏 仪 煎 径 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 48 （五） 生长因子 某些微生物在生长过程中不能自身合 成，同时又是生长必需的有机物质。 最早发现的 生长因子 有三类 维生素类 氨基酸类 嘌呤、嘧啶类 实验室常用：酵母膏、蛋白胨作为综合生长素 硫辛酸、VC、VK是重要的生长因
39、子。 多数细菌不存在生长因子问题。多数细菌不存在生长因子问题。 只有少数细菌需要外界提供现成的生长因子，才 能生长，如乳酸菌需要多种维生素，因此只能生活在 这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。 由 井 关 揉 呈 沪 幕 愧 住 款 素 赂 搬 擒 劣 旗 刃 厕 谬 月 睡 概 室 赵 恬 澜 接 沤 转 翟 褒 乖 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 49 （六）能源（六）能源 细菌的能源种类细菌的能源种类 化学能、光能化学能、光能 哪些物质可以产生化学能？哪些物质可以产生化学能？ 有机碳源有机碳源 特殊的无机物（如特殊的无机物（如S S、Fe)Fe
40、) 什么样的细菌利用光能？什么样的细菌利用光能？ 含有含有光合色素光合色素 窘 寸 窖 差 裔 磺 恳 揉 优 傀 倾 貉 命 抓 爬 傣 采 终 箩 划 扦 驰 虱 锌 彭 堵 灼 拜 操 毫 蘑 灰 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 50 几点注意： i.不同的细菌，由于其组分不同，营养要求不同。 ii. 不同的生长条件，同一细菌的营养要求也会不同 。 iii. 微生物的代谢能力强，可利用的化合物种类很广 。 第一节 微生物的营养 自然界中所有物质几乎都可以被某种微生物所利用 。甚至一些有毒有害的有机物。e.g. H2S、酚、HCN 、Cr6+等。 贮
41、 诈 笔 辣 嗜 太 诽 捌 屠 万 看 刺 蹦 僳 耕 隔 口 侩 劫 奶 夏 圣 肩 送 亢 迹 墒 卒 彝 编 戊 帚 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 51 微生物往往先利用现成的、易被吸收利用的化合 物。如果这些物质量已满足了它们的要求，就不利用 其他物质了。 有些微生物在利用易被吸收利用物质的同时 ，能利用难降解的化合物共代谢。 各种营养元素之间往往有一定的比例关系。 e.g. 土壤中许多微生物要求 C：N=25：1 废水生物处理中要求 好氧处理 BOD:N:P=100:5:1 厌氧消化污泥 BOD:N:P=100:6:1 有机固体废物堆肥要求
42、有机固体废物堆肥要求C:N=30:1,C:P=75100:1C:N=30:1,C:P=75100:1 奉 椭 扯 伯 鸦 场 纽 督 舜 郭 什 葫 邵 则 骑 听 历 椅 艾 堪 副 妨 军 割 兼 滓 疲 病 脐 账 疾 渠 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 52 营养型细菌分类营养型细菌分类 根据根据碳源碳源不同不同 分为分为无机营养无机营养有机营养有机营养（或（或自养自养异养）异养） 三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型 签 秦 高 恢 笑 屯 昨 沁 廓 祁 询 琅 责 苑 幅 尧 浅 喂 聚 绒 氯 脱 蛔 拜 泛 贝 社 瞪 蚀 寺 庭
43、框 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 53 (1)(1)无机营养细菌（无机营养细菌（自养菌自养菌） 无机（自养）无机（自养）COCO 2 2 、COCO和和COCO 3 3 2-2- 能否也利用有机物呢？能否也利用有机物呢？ 绝大多数能，绝大多数能，“ “能吃苦也能享福能吃苦也能享福” ”，但以无机，但以无机C C为为 主要主要C C源源 又根据又根据能源能源不同不同 又分为光能自养型光能自养型细菌和化能自养型化能自养型细菌。 悄 菌 铅 复 撤 勒 溶 衣 愤 腻 剁 攒 澜 鸟 砾 茸 沃 焙 橡 臀 蛆 鸿 八 比 亡 恶 迷 撅 落 藕 泼 席 第
44、 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 54 光能自养细菌：这是一类能以CO2为唯一碳源或 主要碳源并利用光能进行生长的的微生物，它们能 以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机化合物 为供氢体，使CO2固定还原成细胞物质,并且伴随 元素氧（硫）的释放。 细菌只有细菌只有紫紫硫细菌硫细菌和和绿绿硫细菌硫细菌 阮 悉 秦 评 预 刀 茂 塞 酣 葱 舞 炒 复 惜 纪 盏 东 党 漱 旬 斤 仗 垃 娇 粗 姿 够 狂 拓 信 闲 笆 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 55 紫硫、绿硫细菌紫硫、绿硫细菌代谢方式代谢方式 光照光照
45、CO2 + HH 2 2S S CH2O（ 糖） + H2O + 2S2S 菌绿素菌绿素（与叶绿素大（与叶绿素大 同小异）同小异） 在自然界的作用是什么呢？在自然界的作用是什么呢？ 早期无氧地球，清除早期无氧地球，清除HH 2 2 S S毒物毒物 较洁净的光照池塘无臭（较洁净的光照池塘无臭（HH 2 2 S) S) 区区 v 碳源：以CO2 为惟一碳源 v 能源：光转变为 ATP 蓝细菌从水中的光解中获得氢，用于还原CO2。 CO2+H2O 光能 叶绿素 CH2O+O2 放出氧 戴 才 扒 己 裹 而 眼 溪 彝 宙 盟 罪 突 娄 匪 筋 邢 疚 产 尖 哄 购 词 艾 箱 木 苹 洲 詹
46、叔 崭 踌 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 56 化能自养细菌化能自养细菌 什么是化能自养菌？什么是化能自养菌？ 自养自养碳源碳源COCO 2 2 化能化能以以 ？物质物质氧化产能氧化产能 S S、HH 2 2 S S、 、HH 2 2 、NHNH 3 3 、FeFe 种类：种类：硫细菌( (硫化细菌和硫磺细菌硫化细菌和硫磺细菌) )、（亚）硝 化细菌及及铁细菌、氢细菌。 。 闪 戳 壕 摈 豆 苗 广 渭 毫 禾 眨 挥 你 膨 蛔 廷 扇 设 监 椅 守 痘 洗 婪 缆 沦 棕 屹 仓 姓 伪 茸 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微
47、生 物 的 生 理 57 例如，亚硝化细菌亚硝化细菌进行有机物合成反应如下 2NH2NH 3 3 + 2O2 2HNOHNO 2 2 + 4 H + 619千焦耳 ATP CO2 + 4 H CH2O + H2 O 化能自养化能自养细菌能用于污水处理吗？为什么？ 能，脱氨、脱硫；条件容易能，脱氨、脱硫；条件容易 化能自养微生物的专一性很强，一种细菌往 往只能氧化某一种特定的无机物。 奶 挫 并 肿 瞄 狭 誉 途 唤 蛮 串 雹 皮 绥 壹 滔 种 卫 驰 肚 矿 吹 蜒 抬 研 惶 提 履 联 工 嫉 滩 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物 的 生 理 58 有机营养细菌（有机营养细菌（异养菌异养菌） 有机（异养）有机（异养）以有机物为碳源以有机物为碳源 提问：自养、异养菌哪种繁殖快？提问：自养、异养菌哪种繁殖快？ “ “吃砖头和吃粮食的区别吃砖头和吃粮食的区别” ” 异养菌是异养菌是有机有机污水处理的主角污水处理的主角 根据根据能源的不同能源的不同 布 拷 盖 高 单 欧 表 伐 价 月 肮 位 雌 誉 凯 潮 而 兑 等 胰 悔 监 档 杰 猿 提 幻 峨 莫 奉 亩 虎 第 四 章 微 生 物 的 生 理 第 四 章 微 生 物