微生物对污染物的降解转化

第一节微生物的酶

一、基本概念：

酶催化进行的反应称为酶促反应(Enzymatic reaction)，发生化学反应的物质称为底物(Substrate)反应生成的物质称为产物(Product)。

酶(Enzyme)---在活

细胞内合成的具有高

度专一性和催化效率

的蛋白质，具有催化

生物化学反应的功

能，并传递电子、原

子和化学基团，又称

为生物催化剂

(Biological catalyst)。

酶特性

2.系统命名法

酶分类编号，每种酶都有一个四位数字的编号，其中第一位数字代表大类；第二、三位数字代表亚类和亚亚类，由前三位数字就可确定反应的性质；第四位数字则是酶在亚亚类中的顺序

酶的组成

酶蛋白的结构：a)一级结构b)二级结构c)三级结构d)四级结构

图4-1 酶蛋白的结构图

氨基酸的排列

顺序空间结构多肽链弯曲

几个或几

十个亚基

酶活性中心示意图酶活性中心与底物作用

示意图

酶浓度对反应初速度的影响底物浓度对反应初速度的影

响

pH值对酶促反应速度的影

温度对酶促反应速度的影响响

固相酶是将水溶性的酶利用物理或化学方法处理，使之变成不溶于水但仍具有酶活性的物质。

酶的固定化：指将酶从液相变成固相的过程。

保证酶的高度专一性及温和条件下高效催化特点的关键：载体的选择、酶与载体结合的方法。酶经固定化后，稳定性大大提高。目前的热点

第二节营养物质进入微生物细胞的过程 细胞表面进行物质交换，渗透营养型。

一、影响进入细胞的因素

1.营养物质本身的性质；包括相对分子质量、溶

解性、电负性、极性

2.微生物所处的环境条件；温度(营养物质的溶解

度、细胞膜的流动性及运输系统的活性)、pH和离子强度（营养物质的电离程度）、结构类似物

3.微生物细胞的透过屏障(permeability barrier)；

细胞表面的细胞壁、原生质膜、荚膜和粘液层组成

二、简单扩散、促进扩散

被动扩散：营养物质顺浓度梯度，以扩散方式进入细胞的过程。

特点：1）微生物的细胞膜不是半透膜，是差异膜，影响物质进出细胞的速度；2）微生物中的部分细胞具有将营养物质转移功能或及时在酶系统作用下转化功能，避免积累，保持内外的物质浓度梯度，保证了物质运输的不断进行。

被动扩散分类：包括简单扩散（不需要载体）和促进扩散（需要载体）。

简单扩散的特点

简单扩散的特点

）非特异性扩散，不是细胞吸收营养的主要方式）纯粹的物理学过程，过程不消耗能量

）扩散的动力来自物质在膜内外的浓度差

）营养物质不能逆浓度运输

）扩散的速率与膜内外营养物质浓度差成正比

）营养物质在扩散过程中，既不与膜上的各类分发生反应，自身分子结构也不发生变化

）相对分子质量小，脂溶性强、极性弱的物质易通过简单扩散进入细胞（脂肪酸、甘油）

促进扩散

●特点：有载体蛋白质参与

●载体蛋白＝渡船＝透过（诱导）酶

●发生促进扩散的物质：氨基酸、单糖、维生素及无机盐

氨基酸、单糖、维生素及无机盐

●发生促进扩散的微生物：真核微生物（用于运输糖

份），原核微生物少见。

三、主动运输(active transport)

●主动运输：将营养物质在能量、透过酶作用下逆自身浓度梯度由稀处向浓处移动，并在细胞内富

耦联主动运输

图4-8 主动运输示意图

基团位移(Group translocation)

概念：若营养物质在膜内受到了共价修饰，以被修饰的形式进入细胞质的输送机制。通过磷酸基团发生位移，即从磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)转移到被输送的基质分子上而实现的。

运送步骤：

①热稳载体蛋白HPr的激活：PEP+HPr丙酮酸＋P-HPr（酶1）；

②糖被磷酸化后运入膜内。糖＋P-HPr糖-P+ HPr （酶2）

代谢（metabolism）：

细胞内发生的各种化学反应的总称代谢

分解代谢(catabolism)

合成代谢(anabolism)

复杂分子（有机物）分解代谢

合成代谢

简单小分子ATP[H]

微生物从外界吸收营养物质，在体内经过一系列反应，转变为自身细胞物质，以维持其正常生长繁殖，该过程第三节微生物的能量代谢

一、生物氧化的类型

发酵

生物氧化反应

有氧呼吸

呼吸

厌氧呼吸

（1）发酵(fermentation)

以有机物氧化分解的中间代谢产物为最终电子受

体的氧化还原过程；其最终产物为有机酸、醇、

CO2、H2以及能量。

它是某些厌氧微生物在生长过程中获得能量的一种方式

EMP途径（Embden-Meyerhof pathway）产物：丙酮酸

+ATP

主要发酵类型

碳水化合物发酵的主要类型

2、无氧呼吸

无氧呼吸（anaerobic respiration)子氧以外的物质作为最终

以硝酸盐为最终电子受体

用；以二氧化碳为最终电子受体发酵

厌氧菌、兼性厌氧菌

进行无氧呼吸的微生物以NO

3-、SO

4

2-、CO

3

2-为最终电子受

体，一般生活在河流、湖泊和池塘的底部淤泥等缺氧的环境中