第4章微生物的生理

第四章第一节
酶 各 组 分 的 功 能
酶蛋白
加速生化反应
辅酶和辅基
传递电子、原子、化学基团
金属离子
传递电子，激活剂
第四章第一节
几种重要的辅酶（Coenzymes）
转移氢的辅酶 (Hydrogen atoms) （ 1 ） NAD （烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 , 辅酶Ⅰ） 或NADP（辅酶Ⅱ）
2H NAD( p) NAD( P) H H
第四章第二节
二、微生物的营养
水
碳素 营养
氮素 营养
无 机盐
生长 因子
第四章第二节
三、微生物的营养类型
碳素来源
自养型微生物： autotrophs 无机碳(CO2) 异养型微生物： heterotrophs 有机碳(乙酸)
能量来源
光能营养型： phototrophs 光合作用：光能 化能营养型： chemotrophs 物质氧化的化 学能
第四章第一节
(5)Km和Vm的确定
取米—门方程式的倒数形式：
Km 1 1 1 v Vm Vm S
1 v
斜率＝Km/vm
1 vmax
1 Km
1 [S ]
第四章第一节
3.温度对反应速度的影响 Effect of temperature on rate
双重影响： 酶反应速度在一定范 围（0℃-40℃）内，随 着温度升高而加快； 酶是蛋白质，随着温 度升高，酶变性速度加 快。
非竞争性抑制
反竞争性抑制
第四章第一节
竞争性抑制
(competitive inhibition)
有些抑制剂结构与底物结构类似，它可与底物竞争与酶的活 性中心结合，从而影响底物与酶的结合，使反应速率下降。
第四章第一节
非竞争性抑制 noncompetitive inhibition
底物和抑制剂与酶的结合没有竞争性，底物和酶结合后还可以 与抑制剂结合；同样抑制剂与酶结合后还可以与底物结合。但 酶不显示活性，不能转变为产物。
[S]
第四章第一节
(1)米—门方程式(Michaelis-Menten kinetics)
Vm S v Km S
v ——酶促反应的初速度； Vm——最大反应速度； S ——底物浓度； Km——米氏常数。
第四章第一节
(2)米—门方程式的推导
中间产物学说：
S [ B] P
ES形成的速度=k1[E][S] ES分解的速度=（k2+k3）[ES]
A A'
5.裂解酶类
AB A B
三、酶的分类与命名
6.合成酶类
A B ATP AB ADP Pi
按酶在细胞的不同部位：胞外酶、胞内酶、表面酶。 按酶作用底物的不同：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、 纤维素酶、核糖核酸酶。
第四章第一节
四、酶的催化特性
Catalyzing characteristics
1.酶浓度对反应速度的影响
Effect of enzyme concentration on rate
v
[E]
第四章第一节
2.底物浓度对反应速度的影响
Effect of substrate concentration on rate
v
[E]=0.004单位 [E]=0.002单位 [E]=0.001单位
第四章第一节
反竞争性抑制
酶只有与底物结合后才能与抑制剂结合。 ES+I→ESI 6.激活剂对反应速度的影响 Effect of activation on rate 激活剂包括： 无机阳离子:Na+,K+,Zn2+,Cu2+,Mn2+,Fe2+等 无机阴离子：Cl-, Br-, I-, NO3-, SO42-等 有机化合物：如维生素C、巯基乙酸等 （NaCl是唾液淀粉酶的激活剂）
AH 2 O 2 A H 2 O 2
2.氧化还原酶类 （1）氧化酶类
（FAD或FMN）
1 AH2 O2 A H 2O 2
三、酶的分类与命名
（2）脱氢酶类
CH3 CH2 OH NAD CH3 CHO NADH 2 3.转移酶类
AR B A BR
4.异构酶类
第四章第二节
三、微生物的营养类型 1.光能自养型 2.化能自养型
autotrophs or chemolithotrophs photoautotrophy光作为能源，CO2作为碳源 能源来自于无机物氧化产生的化学能， CO2作为碳源，无机物作为供氢体。
3.光能异养型
photoheterotrophy光作为能源，有机物 作为供氢体
第四章第一节
二、酶的活性中心
酶的活性中心是酶蛋 白分子中，由必需基 团组成，能与底物结 合，并起催化作用的 活性区域。 结合基团、催化基团
酶的活性中心示意图
三、酶的分类与命名 按照酶所催化的化学反应类型，分为6种。
1.水解酶类
AB H 2 O AOH BH
AH 2 B A BH2
（2）磷酸腺苷：AMP（一磷酸腺苷） ADP（二磷酸腺苷） ATP（三磷酸腺苷） 转磷酸基酶的辅酶，作为磷酸基载体，参与能量转移。
第四章第一节
二、酶的活性中心
锁匙定理（lock-key model）
酶担当 锁 催化底物担当 . （锁/匙） 匙 . （锁/匙）
诱导契合学说（Induced fit model）
最适
v
T
第四章第一节
4.pH值对反应速度的影响 Effect of pH on rate
改变底物分子和酶分子 v 的带电状态，影响酶和 底物的结合；（胃蛋白 酶） 过高、过低的 pH 都影响 酶的稳定性，使酶遭到 不可逆的破坏。
a乙酸盐 b柠檬酸盐 c磷酸盐
第四章第一节
5.抑制剂对反应速度的影响 Effect of inhibitor on rate
v Vm [ S ] K m [S ]
第四章第一节
(3)米—门方程式的讨论 当底物浓度较低时，Km>>S，则
Vm v S Km
v
Vm [ S ] K m [S ]
即反应速度与底物浓度成正比，符合一级反应。 当底物浓度很高时，S>>Km，则 [E]=0.004单位 v=Vm v [E]=0.002单位 即反应速度与底物浓度无关， [E]=0.001单位 符合零级反应。
加快反应速度; 酶本身是蛋白质，对环境条件极为敏感; 催化效率高; 酶的催化作用条件温和; 酶具有高度的专一性(specificity)：绝对专一性、相 对专一性、立体异构专一性。
第四章第一节
五、影响酶促反应速率的因素
kinetics of an enzyme-catalyzed reaction
当反应达到平衡时，可得
[ E ][S ] k2 k3 [ ES] k1
(2)
(3)
设， k2 k3 K m 则
k1
[ E ][S ] Km [ ES ]
设酶的总浓度为[E0]，则 [E]=[E0]-[ES] 将（4）代入（3），得
[ E0 ][S ] [ ES ] K m [S ]
光 CH3COONa H 2O CO2 2[CH2O] NaHCO 3
第四章第二节
heterotrophs or chemoorganotrophs 以有机化合物作为碳源和能源。
4.化能异养型
腐生性
化能异养微生物 寄生性 专性
兼性
5.混合营养型
Mixotrophy 无机碳和有机碳都能利用 （兼性自养）
(4)
(5)
酶促反应速度由有效的酶浓度，即中间产物 ES 的 浓度决定，所以 v=k3[ES] (6) 将（6）式代入（5）式，得 （ 7） k3[ E0 ][S ]
v K m [S ]
若反应体系中的底物浓度极大而使酶完全饱和时， 即[E0]=[ES]，此时即达到最大反应速度Vm，所以 Vm=k3[E0] (8) 将（8）代入（7），得 （ 9）
4.基团转位
Group translocation
Simple comparison of transport systems
Items carrier proteins transport speed against gradient transport molecules Passive diffusion Non Slow Non No specificity Facilitated diffusion Yes Rapid Non Specificity Active transport Yes Rapid Yes Specificity Group translocation Yes Rapid Yes Specificity
降低酶活性甚至使酶完全丧失活性的物质称为 酶的抑制剂。抑制剂具有选择性。包括不可逆 性抑制和可逆性抑制。 不可逆性抑制：抑制剂与酶分子上的某些基团
以共价键方式结合，导致酶活性下降或丧失，
Biblioteka Baidu且不能用透析等方法除去抑制剂而使酶的活性 恢复。 如重金属盐类和氰化物
5.抑制剂对反应速度的影响 Effect of inhibitor on rate 可逆的抑制作用：抑制剂与酶以非共价键方式结合 而引起酶活性下降或丧失，用透析、超滤等方法可 除去抑制剂而使酶的活性恢复。 竞争性抑制
物质分解反应 放出能量
物质合成反应 吸收能量
第四章第二节
一、微生物的化学组成 水分（70％－90％） 有机物(90％－97％)：蛋白质,核酸,糖类,脂类 干物质
无机物(3％－10％)：K,Na,Mg,Ca和微量元素
化学组成实验式 细菌 C5H7O2N, 原生动物 C7H14O3N, 霉菌 C10H17O6N
酶：是活细胞的成分，在生物体内合成， 能在细胞内（外）起催化作用的一种生 物催化剂。
酶的组成 酶的活性中心 酶的分类 酶的催化特性 影响酶活力的因素
第四章第一节
一、酶的组成
单成分酶：由蛋白质组成（胞外酶，催化水解 作用） 结合酶（全酶）：由酶蛋白和非蛋白（辅因子、 辅酶或辅基）两部分组成 辅因子：对热稳定的金属离子；不含氮的有 机小分子。
第一节小结 微生物的酶(Enzyme)
酶：是活细胞的成分，在生物体内合成， 能在细胞内（外）起催化作用的一种生 物催化剂。
酶的组成 酶的活性中心 酶的分类 酶的催化特性 影响酶活力的因素
第四章
第二节
微生物的营养
新陈代谢的概念 Metabolism
异化作用 catabolism
同化作用 anabolism
第四章
微生物的生理
Microbial Metabolism
重点掌握：酶的组成、催化特性、影响酶活 力的因素；营养物质进入微生物细胞的方式； 微生物营养类型。 理解：酶的活性中心；微生物的化学组成。 一般了解：酶蛋白结构、酶的分类与命名； 微生物的营养物；微生物的培养基及类别。
第一节 微生物的酶(Enzyme)
[S]
第四章第一节
(4)米氏常数（Km）的意义
Km是反应速度为最大反应速度一半时的底物浓 度，当 v 1 v 时，Km=S。
2
m
Km是特征性物理常数，只与酶的性质和它所催
化的底物种类有关，而与酶浓度无关；
1/Km 可近似表示酶对底物亲和力的大小， 1/Km 愈大，表明亲和力愈大，反应速度愈快。
第四章第二节
四、营养物质进入微生物细胞的方式
1.单纯扩散
Passive diffusion
一种物理扩散作用，以被输送物质在细 胞内外的浓度梯度为动力。非特异性、 速度慢、不耗能、溶于水的小分子物质
以物质的浓度梯度为动力，不耗能，但 Facilitated diffusion 必须有载体蛋白参加，速度快。 单糖、氨基酸、维生素的运输
（2） FAD或FMN：琥珀酸脱氢酶的辅基 氨基酸氧化酶的辅基
2H FAD FADH2
第四章第一节
转移基团的辅酶(group-transferring) （ 1）辅酶 A （CoA或CoA-SH ）：在糖代谢和脂肪代谢 中起重要作用，通过其巯基（-SH）的受酰与脱酰参与 转酰基反应
CH3 CO OH CoA SH 能量 CH3 CO ~ SCoA H2O
2.促进扩散
第四章第二节
3.主动运输
Active transport
物质的运输不受浓度梯度的制约，必须有载体蛋白 参加，耗能。 氨基酸、糖、无机离子、磷酸盐及有机酸等
第四章第二节
4.基团转位
Group translocation
在运输中需要能量参与，并且被 运输的物质发生了化学变化。
磷酸转移酶系统输送糖类：非特异性酶Ⅰ、与糖特异 性结合的酶Ⅱ、高能磷酸的载体—热稳定蛋白（HPr）