第四章 微生物的生理 (1) 0708

14、蓝细菌有什么特点？蓝细菌在生产实际中有什 么意义？ 15、原生动物在废水生物处理中如何起指示作用？ 16、细菌、放线菌、酵母菌和霉菌的菌落有什么区 别？ 17、霉菌在我们的生产和生活中有什么实际意义？ 举例说明。
第一节 酶及其作用
1、酶的概念
酶（enzyme）是生物体内产生的一类具有催化 enzyme） 作用和高度专一性的特殊蛋白质，能加速化学反应速度， 并使反应以一定的顺序转换。
新陈代谢
合成代谢 (anabolism) ：同化作用－吸收能量
分解代谢
复杂分子
（有机物）
合成代谢
简单小分子
ATP
[H]
一、微生物的化学组成 化学（物质） 化学（物质）组成： 微生物体内，70-90%为水分，10-30%为干物质。 微生物体内，70-90%为水分，10-30%为干物质。 水：各类微生物细胞内均含有大量的水分。 水：各类微生物细胞内均含有大量的水分 。 水是生命活 动不可缺少的重要物质， 它是多种物质的良好溶剂， 动不可缺少的重要物质 ， 它是多种物质的良好溶剂 ， 各种生理活动都离不开水。 各种生理活动都离不开水。 干物质：其中有机物占干重的90-97%，无机物占3 干物质：其中有机物占干重的90-97%，无机物占310%；有机物主要是蛋白质、糖类（碳水化合物）、 10%；有机物主要是蛋白质、糖类（碳水化合物）、 核酸、脂类等，无机物则是各类元素。
酶及其作用
5、酶的命名与分类
氧化还原酶类（主要包括脱氢酶和氧化酶） AH2 + B 转移酶类 A-R+B A + BH2 A+B-R
水解酶类（如淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等） A-B+H2O AOH + BH 裂解酶类（主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等） AB A+B 异构酶类 A B 合成酶类 A + B + ATP
4、酶的活性中心
锁钥学说
认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的， 认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的， 酶表面具有特定的形状。 酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥 匙对一把锁一样。 匙对一把锁一样。
酶及其作用
4、酶的活性中心
诱导契合学说
该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固 定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状.
4.无机盐 4.无机盐
无机盐的生理功能包括 （1）构成细胞组分； （2）构成酶的组分和维持酶的活性； （3）调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等； （4）供给自养微生物能源。
学习教材 P 91
5. 生长因子（因素） 指一些微生物维持正常生活所必需而需要量又 不大的特殊营养物。 不大的特殊营养物。 包括：维生素，氨基酸，嘌呤、嘧啶等类物质。 包括：维生素，氨基酸，嘌呤、嘧啶等类物质。 各种微生物对生长因素的要求不同。 各种微生物对生长因素的要求不同。
二、微生物的营养及营养类型． 微生物的营养及营养类型． 1. 水 一是有助于营养物质的吸收利用（先溶解于水）； 二是保证各种生化反应的进行（须在水溶液中进行） 2. 碳源和能源 凡能供给微生物碳素营养的物质，称为碳源。 碳源的主要作用: 碳源的主要作用: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。 碳架) 充当碳源的物质，往往同时又是能量的提供者 （自然界中含碳的有机物，一般都含有较高的能量， 在被分解时能释放出来，为微生物所利用）。 （营养类型）
80 Rate of Reaction(v)
60
40
20
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 C n tratio o S b o cen n f u strate(u o ) m l/L
酶及其作用
７、影响酶活力的因素
底物浓度
当反应速度等于 最大速度一半时, 最大速度一半时, 即V = 1/2 Vmax, Km = [S] 上式表示, 上式表示,米氏常 数是反应速度为最 大值的一半时的底 物浓度。 物浓度。 因此, 因此,米氏常数的 单位为mol/L mol/L。 单位为mol/L。
酶及其作用
７、影响酶活力的因素
米氏常数Km的意义：
不同的酶具有不同Km值，它是酶的一个重要的特征 物理常数。 物理常数。 Km值只是在固定的底物 一定的温度和pH条件下， 值只是在固定的底物， pH条件下 Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下， 一定的缓冲体系中测定的， 一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的 Km值 Km值。 值表示酶与底物之间的亲和程度： Km值表示酶与底物之间的亲和程度：Km值大表示亲 和程度小，酶的催化活性低; 和程度小，酶的催化活性低; Km值小表示亲和程度 大,酶的催化活性高。
3. 氮源 凡是能够供给微生物氮素营养的物质称为 氮源。氮源有N 氮源。氮源有N2、NH3、尿素、硫酸铵、 硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠、氨基酸和蛋 白质等。 氮源的作用是提供微生物合成蛋白质的原 料（一般不充当能源）。
根据对氮源要求的不同，将微生物分为4 根据对氮源要求的不同，将微生物分为4类： （1）固氮微生物 （2）利用无机氮作为氮源的微生物 （3）需要某种氨基酸作为氮源的微生物 （4）从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸的 微生物
米氏常数的求法：
Km 1 1 1 = × + V Vmax [S] Vmax
酶及其作用
７、影响酶活力的因素
斜率=Km/Vmax 斜率
1.0 0.8
0.6 1/v 0.4
-1/Km
0.2
1/Vmax
0.0 -4 -2 0 2 4
-1
6
8
10
1/[S](1/m ol.L ) m
很多异养微生物及自养微生物具有合成生长因子 的能力，所以，它们可以不必从外界环境中获 取现成的生长因子。若微生物自己不能合成时， 则必需供给生长因子。
双倒数作图法
酶及其作用
７、影响酶活力的因素
pH
唾液淀粉酶
胃蛋白酶
精氨酸酶
酶及其作用
７、影响酶活力的因素
温度 一方面是温度升高,酶促反 应速度加快。 另一方面,温度升高,酶的高 级结构将发生变化或变性， 导致酶活性降低甚至丧失。 因此大多数酶都有一个最适 温度。 在最适温度条件下, 反应速度最大。
6、破坏病毒的物理和化学因素有哪些？如何利用 这些因素来杀灭病毒？ 7、细菌的个体形态有哪几种？各举一种细菌为代 表。 8、细菌有哪些一般结构和特殊结构？它们各自有 什么生理功能？
9．革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的细胞壁组成上 有什么差异？为什么它们会在革兰氏染色中表现 出不同的结果？ 10．革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的细胞壁组成 上有什么差异？为什么它们会在革兰氏染色中表 现出不同的结果？ 11．细胞膜的组成和特点是什么？它与细胞膜的 功能有什么联系？ 12．在什么情况下能形成细菌的菌落？它具有哪 些特征？ 13．放线菌的菌丝体有什么特点？分哪几类？
酶及其作用
７、影响酶活力的因素
底物浓度
在低底物浓度时, 在低底物浓度时, 反应速 度与底物浓度成正比，表 现为一级反应特征。 当底物浓度达到一定值， 几乎所有的酶都与底物结 合后，反应速度达到最大 max），此时再增加 值（Vmax），此时再增加 底物浓度，反应速度不再 增加，表现为零级反应。
100
酶分子结构与 蛋白质一样，具 有一级、二级、 三级结构，有的 具有四级结构。 但大多数酶是只 有一条肽链组成 的一级结构。 酶的分子质量 范围从几千到几 百万Da。
酶及其作用
3、酶蛋白的结构
酶及其作用
4、酶的活性中心
酶的活性中心（active site）是指酶蛋白分子中与 底物（substrate）作用或结合形成酶－底络合物 （enzyme－substrate complex），并与催化性能直接有 关的小部分区域（氨基酸序列）。
酶及其作用
2、酶的组成
经过热烈的争论，从对一百多种结晶酶的分 析证明酶的化学本质是蛋白质。
单成分酶：蛋白质分子 酶的组成 双成分酶：酶蛋白＋辅酶（或辅基） 在双成分酶中与酶蛋白结合的比较牢固的非蛋白部分 （不易用透析法把它们分离）
在双成分酶中与酶蛋白结合的不牢固的非蛋白部分 （容易用透析法把它们分开）
细菌细胞的组分由水、无机离子和生物分子三类物质组成
在地球上存在的92种天然元素中，只有28种元素在生物体 细胞内被发现 第一类元素：包括C、H、O和N四种元素，是组成生命体最 基本的元素。这四种元素约占了细胞总质量的99%以上。 第二类元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。这类元素也 是组成细胞的基本元素。 第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是细胞内存在的 主要少量元素。 第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、 Si等。
酶及其作用
７、影响酶活力的因素
抑制剂(inhibitor)ห้องสมุดไป่ตู้
第二节 微生物的营养
新陈代谢（metabolism）：
微生物从外界不断地摄取营养物质，经过一系列的生物 化学反应，转变成细胞的组分，同时产生废物并排泄到 体外，这个过程称为新陈代谢 新陈代谢（代谢） 新陈代谢 分解代谢 (catabolism) ：异化作用－放出能量
酶及其作用
3、酶蛋白的结构
基本结构是氨基酸（amino adid） 氨基酸结合而形成肽 （ Peptide） 肽链由多个氨基酸以肽键（ Peptide bond）结合组成 氨基酸的数目、排列次序、肽链数目造成 空间结构的不同，所以有无数种酶
第一个氨基酸 第二个氨基酸
肽 肽键
酶及其作用
3、酶蛋白的结构
酶及其作用
4、酶的活性中心
结合位（特异性位）：专一性 活性中心 活性位（催化基团)：催化活性
结合部位（Binding site）
酶分子中与底物结合的部位或区域
酶及其作用
4、酶的活性中心
催化部位（ site） 催化部位（catalytic site）：
酶分子中促使底物发生化学变化的部位
酶及其作用
AB + ADP + 无机磷酸
酶及其作用
６、酶的催化特性
不改变反应的平衡点 专一性 可逆性 反应温和性 反应条件敏感 高度的催化效率
酶及其作用
７、影响酶活力的因素
酶浓度 底物浓度 pH 温度 激活剂 抑制剂
酶及其作用
７、影响酶活力的因素
酶浓度
酶促反应速度与酶分子浓度成正比。当底物分子浓 度足够时，酶分子越多，底物转化的速度越快。
元素组成： （1）C、H、O、N：为所有生物体的有机元素。在生物 ：为所有生物体的有机元素。 体内大量存在， 90-97% 体内大量存在 ， 占 90-97% ， 是组成有机体的主要元 素。 除此之外的元素为矿质元素， 除此之外的元素为矿质元素，又可分为： （2）大量元素：包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Cl等。 大量元素：包括P Na、Ca、Mg、Cl等 它们与细胞结构， 物质组成， 能量转移， 它们与细胞结构 ， 物质组成 ， 能量转移 ， 原生质胶体 状的维持等有关。 状的维持等有关。 （ 3 ） 微量元素：包括Fe 、 Cu、 Mn 、 B 、 Mo 、 Co、 Si 微量元素：包括 Fe、 Cu 、 Mn、 Mo、 Co 、 等 ， 含量极微 ， 但却是不可缺少的 ， 具有一些特殊的 含量极微， 但却是不可缺少的， 功能，如酶的激活等。 功能，如酶的激活等。 当然，微生物的化学组成并不是绝对不变的，它往往会 由于菌龄的不同和培养条件的改变而发生变化。
第四章 微生物的生理
1、真核微生物与原核微生物的差异表现在哪些 方面？它们各自包括哪些主要类群？ 2、微生物有哪些特点？这些特点对于在生产实 际中研究和应用微生物有何意义？ 3、病毒是一类什么样的微生物？它与一般生物 相比有什么特点？ 4、以大肠杆菌T系列噬菌体为例，说明病毒的增 殖过程。 5、毒性噬菌体和溶原性噬菌体有什么区别？以 此为例来说明病毒与寄主之间的关系。
100
80 Relative Activity (%)
60
40
20
0 10 20 30 40 50 60
O
70
80
90
Temperature C
酶及其作用
７、影响酶活力的因素
激活剂 P87
酶及其作用
７、影响酶活力的因素
抑制剂(inhibitor)
使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。 能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。 酶的抑制剂一般具备两个方面的特点： a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状 态相似。 b.能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比 较稳定的复合体或结合物。