废水生物处理》(第三章_微生物生物化学
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§3.1 细菌的成分
➢ 1 细菌的元素组成 细菌本身约含水分80%，干物质约占20%（有机物约占90%，无机物约
占10%）。 微生物细胞的化学组成随种类、培养条件和生长阶段的不同而有明显差
异。通常细菌的元素组成有：生物元素C、O、N、H、P、S、Fe等元素约 占90%～97%，另有次要生物元素Zn、Mn等在细菌代谢过程中仍然不可或 缺。
表3-3 光能营养细菌类型
电子供体 电子受体
代表细菌
H2O
CO2
H2S，S，H2
CO2
蓝细菌（含叶绿素） 着色细菌 绿细菌
各种有机物 有机物
红螺菌科 （Rhodospirillum）
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02.01.2021
第三章 微生物生物化学
光能营养菌（photoautotrophic bacteria），在利用CO2进行生长时，它们 需要电子供体，以便将CO2还原为细胞物质。光能自养菌通常用的电子供体 是各种无机化合物，有些是分子氢或还原性硫化物。
有些光能营养菌能利用有机物在光照条件下生长，这时还原反应的电子 供体是有机物，这类细菌称为光能有机营养菌，它们要求的碳源是有机化 合物而不是CO2，因而又叫光能异养菌。
光合细菌（photosynthetic bacteria 简称 PSB）能利用各种有机碳化物和 氧化物，因而这几年利用光合细菌净化有机废水取得较好效果，例如可以 使洗毛废水BOD的去除率达98%。
各种蛋白质的元素组成很近似，都含有C、H、O、N等元素，大部分蛋 白质还含有S。一般蛋白质的平均组成见表3-2。
表3-2 蛋白质的元素组成
组成元素
C
H
O
N
S
含量/%
53
7
23
16
1
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第三章 微生物生物化学
蛋白质的重要性质：蛋白质是大分子物质，在水中形成胶体溶液，不能 透过半透膜，能与水结合，在分子周围形成一层水膜。蛋白质的分子结构 和组成它们的氨基酸的性质是分不开的。
化能营养细菌的类型见表3-4。
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第三章 微生物生物化学
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第三章 微生物生物化学
Hale Waihona Puke §3.2 细菌的营养与生长环境
➢ 1 细菌营养类型 营养物质的作用不仅仅在于为细菌提供生物元素，而且还为细菌生命活
动提供能源。可分为光能和化能两种营养类型。 1）光能营养：利用光和作用机构，将光能转化为ATP的高能磷酸键，
分为光能自养型、光能异养型。
类型 光能自养型 光能异养型
引起蛋白质变性的因素很多，热（60～70℃）、酸、碱、有机溶剂（如 乙醇、丙醇）、光（X射线、紫外线）、尿素、高压等均可引起蛋白质的变 性。
因此，当清洗带有血渍的衣服时，不宜用热水清洗。
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第三章 微生物生物化学
2）核酸和核苷酸（约占20%）：是构成微生物细胞核中染色体及细胞 质内核糖体和质粒的主要成分，在微生物遗传变异和蛋白质生物合成中具 有特殊重要功能。
第三章 微生物生物化学
§3.1 细菌的成分 §3.2 细菌的营养与生长环境 §3.3 细菌的生物催化剂—酶 §3.4 分批培养物的生长规律 §3.5 细菌的呼吸与生物氧化 §3.6 微生物的需氧代谢 §3.7 微生物的厌氧代谢 §3.8 微生物的生物合成
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第三章 微生物生物化学
首先，蛋白质与氨基酸类似，也是一种两性电解质。组成蛋白质的天然 氨基酸主要有20种，所以蛋白质中所含氨基酸种类和数目众多，且有支链， 分子中离解基很多，是多价电解质。因此蛋白质在不同pH溶液中可为正离 子、负离子或两性离子。
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第三章 微生物生物化学
其次，蛋白质存在变性现象。当蛋白质受物理或化学因素的影响，其分 子内部原有的高度规则性的空间排列发生变化，以致其原有性质发生部分 或者全部丧失的现象，称为蛋白质的变性。变性的蛋白质分子相互凝聚为 固体的现象称为凝固。
Hoover提出废水处理中，通常用实验式C5H7O2N来代表细菌的有机组成 部分。如果考虑磷，则通常为C60H87O23N12P。
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第三章 微生物生物化学
➢ 2 细菌的大分子组成 1）蛋白质（约占52.4%）：分为两种，一种是结合蛋白，如糖蛋白、脂
蛋白、核蛋白等；另一种为溶解性的单纯蛋白质，主要分布于细胞质中。 各种蛋白质的氮含量都接近于16%，所以可以根据样品的总氮量估算蛋白质 含量，1g氮含量相当于6.25g 蛋白质含量。
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第三章 微生物生物化学
能利用有机物作为电子供体的称为化能有机营养菌，或者化能异养菌， 它们包括各种需氧菌和厌氧菌。典型的化能有机营养型有反硝化菌，它在 缺氧时可将硝酸盐还原为亚硝酸盐、氨和氮气，即生物脱氮过程。
化能自养菌能利用无机物、氢、硫化氢、亚硝酸盐或氨等作为电子供体。 主要有需氧的硝化细菌、硫磺细菌、铁细菌和绝对厌氧的产甲烷菌和产乙 酸菌。
核酸分为DNA和RNA，占RNA总量5%的mRNA起着传递遗传信息到蛋 白质合成基地的作用；约占RNA总量10% ～15%的tRNA在蛋白质合成时起 着运转氨基酸到核糖体和翻译的作用；核糖体（简称rRNA）约占80%，与 蛋白质特殊构象的聚合有关。
90%的RNA存在于细胞质内，10%在细胞核内。而DNA主要存在于细胞 核的染色体内。
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第三章 微生物生物化学
细菌和其他微生物细胞物质组成：大分子占95%以上，低分子有机物及 盐分约占3%。其代表组成如下表3-1。
表3-1 微生物大分子组成
大分子 蛋白质
多糖 类脂 RNA DNA 总计
含量所占百分数 52.4% 16.6% 9.4% 15.7% 3.2% 97.3%
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第三章 微生物生物化学
2）化能营养：大多数细菌依靠各种氧化还原反应获得ATP。反应中一 种底物被还原，一种底物被氧化，可表示成下列偶联反应式。
下标red代表还原剂，为电子供体，ox代表氧化剂，为电子受体。Aox可 以是菌体内的氧、硝酸盐、硫酸盐、CO2或有机物；Bred可以是无机物或有 机物。这一氧化还原反应是一个放能反应，它所释放的能量通过某种中间 体的作用传给了ADP+Pi的反应，ADP转化为ATP的反应是一个吸能反应。
➢ 1 细菌的元素组成 细菌本身约含水分80%，干物质约占20%（有机物约占90%，无机物约
占10%）。 微生物细胞的化学组成随种类、培养条件和生长阶段的不同而有明显差
异。通常细菌的元素组成有：生物元素C、O、N、H、P、S、Fe等元素约 占90%～97%，另有次要生物元素Zn、Mn等在细菌代谢过程中仍然不可或 缺。
表3-3 光能营养细菌类型
电子供体 电子受体
代表细菌
H2O
CO2
H2S，S，H2
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蓝细菌（含叶绿素） 着色细菌 绿细菌
各种有机物 有机物
红螺菌科 （Rhodospirillum）
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第三章 微生物生物化学
光能营养菌（photoautotrophic bacteria），在利用CO2进行生长时，它们 需要电子供体，以便将CO2还原为细胞物质。光能自养菌通常用的电子供体 是各种无机化合物，有些是分子氢或还原性硫化物。
有些光能营养菌能利用有机物在光照条件下生长，这时还原反应的电子 供体是有机物，这类细菌称为光能有机营养菌，它们要求的碳源是有机化 合物而不是CO2，因而又叫光能异养菌。
光合细菌（photosynthetic bacteria 简称 PSB）能利用各种有机碳化物和 氧化物，因而这几年利用光合细菌净化有机废水取得较好效果，例如可以 使洗毛废水BOD的去除率达98%。
各种蛋白质的元素组成很近似，都含有C、H、O、N等元素，大部分蛋 白质还含有S。一般蛋白质的平均组成见表3-2。
表3-2 蛋白质的元素组成
组成元素
C
H
O
N
S
含量/%
53
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第三章 微生物生物化学
蛋白质的重要性质：蛋白质是大分子物质，在水中形成胶体溶液，不能 透过半透膜，能与水结合，在分子周围形成一层水膜。蛋白质的分子结构 和组成它们的氨基酸的性质是分不开的。
化能营养细菌的类型见表3-4。
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第三章 微生物生物化学
Hale Waihona Puke §3.2 细菌的营养与生长环境
➢ 1 细菌营养类型 营养物质的作用不仅仅在于为细菌提供生物元素，而且还为细菌生命活
动提供能源。可分为光能和化能两种营养类型。 1）光能营养：利用光和作用机构，将光能转化为ATP的高能磷酸键，
分为光能自养型、光能异养型。
类型 光能自养型 光能异养型
引起蛋白质变性的因素很多，热（60～70℃）、酸、碱、有机溶剂（如 乙醇、丙醇）、光（X射线、紫外线）、尿素、高压等均可引起蛋白质的变 性。
因此，当清洗带有血渍的衣服时，不宜用热水清洗。
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2）核酸和核苷酸（约占20%）：是构成微生物细胞核中染色体及细胞 质内核糖体和质粒的主要成分，在微生物遗传变异和蛋白质生物合成中具 有特殊重要功能。
第三章 微生物生物化学
§3.1 细菌的成分 §3.2 细菌的营养与生长环境 §3.3 细菌的生物催化剂—酶 §3.4 分批培养物的生长规律 §3.5 细菌的呼吸与生物氧化 §3.6 微生物的需氧代谢 §3.7 微生物的厌氧代谢 §3.8 微生物的生物合成
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首先，蛋白质与氨基酸类似，也是一种两性电解质。组成蛋白质的天然 氨基酸主要有20种，所以蛋白质中所含氨基酸种类和数目众多，且有支链， 分子中离解基很多，是多价电解质。因此蛋白质在不同pH溶液中可为正离 子、负离子或两性离子。
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第三章 微生物生物化学
其次，蛋白质存在变性现象。当蛋白质受物理或化学因素的影响，其分 子内部原有的高度规则性的空间排列发生变化，以致其原有性质发生部分 或者全部丧失的现象，称为蛋白质的变性。变性的蛋白质分子相互凝聚为 固体的现象称为凝固。
Hoover提出废水处理中，通常用实验式C5H7O2N来代表细菌的有机组成 部分。如果考虑磷，则通常为C60H87O23N12P。
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➢ 2 细菌的大分子组成 1）蛋白质（约占52.4%）：分为两种，一种是结合蛋白，如糖蛋白、脂
蛋白、核蛋白等；另一种为溶解性的单纯蛋白质，主要分布于细胞质中。 各种蛋白质的氮含量都接近于16%，所以可以根据样品的总氮量估算蛋白质 含量，1g氮含量相当于6.25g 蛋白质含量。
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第三章 微生物生物化学
能利用有机物作为电子供体的称为化能有机营养菌，或者化能异养菌， 它们包括各种需氧菌和厌氧菌。典型的化能有机营养型有反硝化菌，它在 缺氧时可将硝酸盐还原为亚硝酸盐、氨和氮气，即生物脱氮过程。
化能自养菌能利用无机物、氢、硫化氢、亚硝酸盐或氨等作为电子供体。 主要有需氧的硝化细菌、硫磺细菌、铁细菌和绝对厌氧的产甲烷菌和产乙 酸菌。
核酸分为DNA和RNA，占RNA总量5%的mRNA起着传递遗传信息到蛋 白质合成基地的作用；约占RNA总量10% ～15%的tRNA在蛋白质合成时起 着运转氨基酸到核糖体和翻译的作用；核糖体（简称rRNA）约占80%，与 蛋白质特殊构象的聚合有关。
90%的RNA存在于细胞质内，10%在细胞核内。而DNA主要存在于细胞 核的染色体内。
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第三章 微生物生物化学
细菌和其他微生物细胞物质组成：大分子占95%以上，低分子有机物及 盐分约占3%。其代表组成如下表3-1。
表3-1 微生物大分子组成
大分子 蛋白质
多糖 类脂 RNA DNA 总计
含量所占百分数 52.4% 16.6% 9.4% 15.7% 3.2% 97.3%
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第三章 微生物生物化学
2）化能营养：大多数细菌依靠各种氧化还原反应获得ATP。反应中一 种底物被还原，一种底物被氧化，可表示成下列偶联反应式。
下标red代表还原剂，为电子供体，ox代表氧化剂，为电子受体。Aox可 以是菌体内的氧、硝酸盐、硫酸盐、CO2或有机物；Bred可以是无机物或有 机物。这一氧化还原反应是一个放能反应，它所释放的能量通过某种中间 体的作用传给了ADP+Pi的反应，ADP转化为ATP的反应是一个吸能反应。