4微生物的生理

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和CO2,则分解葡萄糖时只产酸不产气; 影响细胞分裂。此时大肠杆菌细胞核物质只增长、延
长而不分裂,整个细胞呈丝状生长。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。
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元素
微 量 Mn
元 素
Cu
Co
人为提供形式
MnSO4 CuSO4 CoSO4
Zn ZnSO4
磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺:前者是氨基酸的转氨酶、消 旋酶、脱羧酶的辅酶;后者与转氨有关。
生物素(维生素H):是羧化酶的辅基,催化CO2固定和转 移及脂肪合成反应。
四氢叶酸(辅酶F,THFA):传递甲酰基及羟甲基。 金属离子:是酶的辅基和激活剂。如Fe2+是铁卟啉环的
辅基,Mg2+是叶绿素的辅基。
1 v
1 vmax
1 Km
斜率=K m vmax
1 [S]
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3. 酶促反应速率的影响因素
(1) 酶浓度的影响: 理论:酶促反应速度与[E]成正比,即当[S]足够大时
,[E]越大,酶促反应速度越快。
实际:当[E]达到一定浓度时,酶促反应速度就趋于 平缓。
v
[E]
酶浓度与v的关系
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3. 酶促反应速率的影响因素
MPT:作用与叶酸相似,参与C1还原反应。 MFR:在甲烷和乙酸形成过程中起甲基载体作用,产
甲烷菌独有。
☆ NAD/NADP、FMN/FAD和辅酶Q是电子传递体系的组成成分。
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4.1.2 酶蛋白的结构
一级结构:多肽链本身结构; 二级结构:多肽链形成的初级结构,由氢键连接; 三级结构:在二级结构基础上进一步扭曲形成的更复
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3. 酶促反应速率的影响因素
(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
杂的结构,有氢键、盐键、疏水键等; 四级结构:由多个亚基形成。 亚 基:由一个或多条多肽链在三级结构的基础上
形成的小单位。
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酶蛋白的结构
20 种 肽键 氨 基 酸
一 级
氢键


二 氢键 级 盐键 结 构 疏水键
三 级
氢键 盐键
四 级
结 构
疏水键 范德华力
结 构
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酶蛋白的结构
二级结构
三级结构
四级结构
(2) 底物浓度的影响:
当[E]为定值,且[S]从零逐渐增 大时,酶促反应与[S]成正比。 但当所有的E变成了ES后,即 v 使再增加[S],酶促反应速度也 不会增加。
当[S]为定值时,酶促反应速度与 初始[E0]成正比。
酶0.004 酶0.003 酶0.002 酶0.001
[S]
底物浓度与v的关系
2. 酶的功能 酶蛋白:加速生化反应 辅基和辅酶:传递电子、原子和基团 金属离子:传递电子、作为激活剂 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 铁卟啉:是细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物
☆ 微生物最好的碳源是糖,尤其是葡萄糖、蔗糖。
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3. 氮源 氮源的作用是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 (1) 固氮微生物:能利用空气中的氮气合成自身的氨基酸和蛋
白质,如固氮菌、根瘤菌等; (2) 利用无机N作为N源的微生物:如亚硝化菌、大肠杆菌等,
无机氮源——NH3、NH4+、NO2-、NO3-; (3) 以某种氨基酸为N源的微生物:如乳酸细菌、丙酸细菌等; (4) 从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸的微生物:如氨化细菌、
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4.2 微生物的营养
异化作用
物质
同化作用 能量
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4.2.1 微生物的化学组成
水分(70~90%)+干物质(30~10%)
水分 (每100g)
细菌 75~85
酵母菌 70~85
霉菌 85~90
芽孢 40
有机物(90~97%):蛋白质、核酸、糖类和脂类 干物质
无机物(10~3%):P、S等和Cu、Mn等微量元素 C、H、O、N是所有生物体的有机元素
第四章 微生物的生理
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4.1 微生物的酶
4.1.1 酶的组成
酶(Enzyme):是生物体内合成的,催化生物化学反应
并传递电子、原子和化学基团的生物催化剂。
1. 酶的组成 单成分酶=酶蛋白
全 酶=酶蛋白+有机物(不含N) 全 酶=酶蛋白+有机物(不含N)+金属离子 全 酶=酶蛋白+金属离子
辅因子(辅酶或辅基)
(3).可降低反应的活化能
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2.酶作为生物催化剂的特性
(1).催化效率高 (2).酶的作用具有高度的专一性
绝对专一性 酶的专一性 相对专一性
立体异构专一性 (3).反应条件温和:常温、常压、中性 (4).敏感性:对环境条件极为敏感,酶容易失活
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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):
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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。
活性中心的特点: ① 活性中心是一个空间部位,一般在酶分子表面的一个
空穴或深沟里; ② 活性中心的基团由一些极性氨基酸残基的侧链基团组
成; ③ 微区或处于同一肽链的不同部位,或处于不同的肽链
上,但由于空间盘旋、折叠,使它们在空间结构上彼 此靠近。
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3. 酶促反应速率的影响因素
(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
v
T 温度与v的关系
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3. 酶促反应速率的影响因素
(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: a. 改变底物与酶的带电状态,影响二者结合; b. 过高、过低pH值都会影响酶的稳定性,使酶 受到不可逆破坏。
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6. 碳氮磷比
微生物 根瘤菌 固氮菌
霉菌 土壤微生物群体
活性污泥 厌氧微生物群体
有机固废堆肥发酵
碳氮磷比 C:N=11.5:1 C:N=27.6:1 C:N=9:1 C:N=25:1 BOD5:N:P=100:5:1 BOD5:N:P=100:6:1 C:N=30:1, C:P=(75~100):1
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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。
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辅酶M:具有渗透性和热稳定性,是甲基转移酶的辅 酶,是活性甲基的载体,专性厌氧的产甲烷菌所特有。
F420(辅酶420,Co420):是甲基转移酶的辅酶,是活 性甲基的载体,其功能是作为最初的电子载体。为产 甲烷菌所具有。
F430 (辅酶430) :是甲基辅酶M还原酶组分C的弥补基, 参与甲烷形成的末端发应。
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4.2.3 微生物的营养类型
1. 无机营养微生物(自养微生物) (1) 特点:① 酶系统完备,合成有机物的能力强;②
CO2、CO和CO32-是其唯一的碳源;③ 能利用光能或 化学能在细胞内合成复杂的有机物,以构成自身的细 胞成分。
(2) 分类 ① 光能自养微生物(photoautotroph) —— 利用光作为 能源,依靠体内的光合色素,利用CO2 、 H2O或H2S 合成有机物;
糖类和脂类:水C、H、O 蛋白质:C、H、O、N、S 核酸:C、H、O、N、P
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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。
1. 水 有助于营养物质的溶解和吸收;保证细胞内外各种生化反应在 溶液中正常进行;控制细胞内的温度。
2. 碳源和能源 碳源的作用是构成微生物细胞的含碳物质(碳架)和供给微生物 生长、繁殖及运动所需要的能量。
① 光能异养微生物(photoheterotroph) —— 是指以光 为能源,以有机物为供氢体,还原CO2 ,合成有机物 的一类厌氧微生物; ② 化能异养微生物(chemheterotroph) —— 通过氧化 有机物产生化学能而获得能量。
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。
Ca Ca(NO3)2、CaCl2
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
K
K2HPO4、KH2PO4
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
Na NaCl
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
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大肠杆菌缺Fe的影响表现: 影响甲酸脱氢酶的合成,使得不能催化甲酸分解为H2
Mo (NH4)6Mo7O24
主要生理功能
黄嘌呤氧化酶的组分;一些酶(丙酮酸脱 羧酶等)的辅助因子 某些酶(乳糖酶等)的辅助因子 参与维生素B12的组成 乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶的活性基,是酶 的激活剂
促进固氮作用
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。
霉菌等。
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4. 无机盐 磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐 功能: ① 构成细胞组分; ② 参与酶的组成、维持酶的活性; ③ 调节和维持细胞的渗透压平衡,控制细胞
的pH值、氧化还原电位; ④ 供给自养微生物能源。
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元素
人为提供形式
主要生理功能
核酸、磷脂和辅酶的组成成分;糖代谢磷 P K2HPO4、KH2PO4 酸化过程中起重要作用;高能磷酸键能贮
辅酶Q(CoQ):是电子传递体系的组成部分,其功能为 传递电子和氢。
硫辛酸(L)和焦磷酸硫胺素(TPP):两者结合成LTPP,是 α-酮酸脱羧酶和糖类转酮酶辅酶。参与丙酮酸和α-酮戊 二酸的氧化脱羧反应,起传递酰基和氢的作用。
磷酸腺苷及其他核苷酸类:磷酸腺苷包括AMP,ADP, ATP;其它核苷酸包括GTP,UTP,CTP。
酶等的辅基,通过铁离子的变价传递电子,催化氧化 还原反应。
辅酶A(CoA或CoA SH):通过巯基的受酰和脱酰参与 转酰基反应,在糖代谢和脂肪代谢中起重要作用。
NAD(辅酶Ⅰ)和NADP(辅酶Ⅱ):两者是多种脱氢酶的 辅酶,在反应中起传递氢的作用。
FMN(黄素单核苷酸)和FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸):两 者是氨基酸氧化酶和琥珀酸脱氢酶的辅基,是电子传 递体系的组成部分,其功能是传递氢。
6. 合成酶类:催化底物的合成反应。
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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
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4.1.5 酶的催化特性
1.酶和一般催化剂的比较
共性: (1).用量少而催化效率高。 (2).仅能改变化学反应的速度,并不能改变
化学反应的平衡点。
存和传递能量;缓冲剂
S MgLeabharlann BaiduO4
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
Mg 大 量 元 Fe 素
MgSO4 FeSO4
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
某些酶的的组成成分;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
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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
1. 水解酶类:有机物→小分子物质
2. 氧化还原酶类:引起底物的脱氢或受氢,分氧 化酶和脱氢酶。
3. 转移酶类:催化底物分子的基团转移到另一底 物分子上。
4. 异构酶类:催化同分异构体的相互转化。
5. 裂解酶类:催化有机物裂解为小分子有机物。
② 化能自养微生物(chemautotroph) —— 所需能量来 自于其氧化S、H2S、H2、NH3、Fe等时,通过氧化磷 酸化产生的ATP。 CO2是唯一碳源。
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2. 有机营养微生物(异养微生物) (1) 特点:① 酶系统不完备;② 只能利用有机碳化合物
作为碳素营养和能量来源。 (2) 分类:
通过下列反应:
k1
E+ S
k2

底物
k2 ES
中间产物
E+ P

最终产物
得出米-门公式(酶促反应方程式)
v k3[E][S] Km [S]
其中
Km
k2 k3 k1
Km——米氏常数,表示反应速度为最大速度一半时
的底物浓度。
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2. 图解法求km、vmax
1 1 Km 1 v vmax vmax [S]
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