環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理課件

1、環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理第四章 微生物的生理環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 1、微生物的酶、微生物的酶 2、微生物的營養(yǎng)、微生物的營養(yǎng) 3、微生物的產(chǎn)能代謝、微生物的產(chǎn)能代謝 4、微生物的合成代謝、微生物的合成代謝 代謝：是生命細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱；代謝：是生命細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱； 產(chǎn)能代謝：也稱異化作用，物質(zhì)分解反應(yīng)，放出能量；產(chǎn)能代謝：也稱異化作用，物質(zhì)分解反應(yīng)，放出能量； 合成代謝：也稱同化作用，物質(zhì)合成反應(yīng)，消耗能量。合成代謝：也稱同化作用，物質(zhì)合成反應(yīng)，消耗能量。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理第一節(jié)第一節(jié) 微生物的酶微生物的酶

2、酶的概念酶的概念酶是動植物、微生物等生物合成的，催化生物化學(xué)反應(yīng)酶是動植物、微生物等生物合成的，催化生物化學(xué)反應(yīng)的、并傳遞電子、原子和化學(xué)集團(tuán)的生物催化劑。的、并傳遞電子、原子和化學(xué)集團(tuán)的生物催化劑。 微生物的所有營養(yǎng)和代謝活動必須在酶的參與微生物的所有營養(yǎng)和代謝活動必須在酶的參與下才能正常進(jìn)行。下才能正常進(jìn)行。產(chǎn)地功用環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理 1. 酶的組成有兩類：酶的組成有兩類：單成分酶，只含蛋白質(zhì)；單成分酶，只含蛋白質(zhì)；全酶，除了蛋白質(zhì)，還含有輔助因子，如：小分子全酶，除了蛋白質(zhì)，還含有輔助因子，如：小分子有機(jī)物（不含氮）、金屬離子等。有機(jī)物（不含氮）、金屬離子等。全酶的所有組分

3、必須齊全，缺一不可，否則就會失去全酶的所有組分必須齊全，缺一不可，否則就會失去本有活性。本有活性。一、酶的組成一、酶的組成環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理微生物的酶微生物的酶單成分酶單成分酶全酶全酶酶蛋白酶蛋白+有機(jī)物有機(jī)物 脫氫酶脫氫酶酶蛋白酶蛋白+金屬離子金屬離子 細(xì)胞色素氧化酶細(xì)胞色素氧化酶 酶蛋白酶蛋白+有機(jī)物有機(jī)物+金屬離子金屬離子 丙酮酸脫丙酮酸脫氫酶氫酶水解酶水解酶環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理2.酶的各組分的功能：酶的各組分的功能：酶蛋白起加速反應(yīng)作用；酶蛋白起加速反應(yīng)作用；其他輔酶、輔基傳遞電子、原子和化學(xué)集團(tuán)；其他輔酶、輔基傳遞電子、原子和化學(xué)集團(tuán)；金屬離子除傳遞電子，還

4、起激活劑作用。金屬離子除傳遞電子，還起激活劑作用。輔酶輔基：輔酶輔基：FeFe2+2+、NADNAD、NADPNADP、FADFAD、FMNFMN等。等。 輔酶與輔基的區(qū)別只在于它們與酶蛋白結(jié)合的輔酶與輔基的區(qū)別只在于它們與酶蛋白結(jié)合的牢固程度不同，并無嚴(yán)格的界限。前者與蛋白質(zhì)結(jié)牢固程度不同，并無嚴(yán)格的界限。前者與蛋白質(zhì)結(jié)合的較松弛，后者則結(jié)合較緊。合的較松弛，后者則結(jié)合較緊。 環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理 二、酶蛋白的結(jié)構(gòu)二、酶蛋白的結(jié)構(gòu) 酶蛋白也是蛋白質(zhì)，由酶蛋白也是蛋白質(zhì)，由20種氨基酸組成。種氨基酸組成。排列順序不同，蛋白質(zhì)不同。排列順序不同，蛋白質(zhì)不同。 氨基酸由肽鍵（氨基酸由肽

5、鍵（-CO-NH-CO-NH-）連接形成多肽）連接形成多肽鏈，兩條連或單鏈在卷曲時相鄰的基團(tuán)可以由鏈，兩條連或單鏈在卷曲時相鄰的基團(tuán)可以由氫鍵、鹽鍵、脂鍵、范德華力及金屬鍵相連接。氫鍵、鹽鍵、脂鍵、范德華力及金屬鍵相連接。 這樣，便使酶蛋白呈現(xiàn)以下四種結(jié)構(gòu)。這樣，便使酶蛋白呈現(xiàn)以下四種結(jié)構(gòu)。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理1.1.一級結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)：多肽鏈本身結(jié)構(gòu)；多肽鏈本身結(jié)構(gòu)；2.2.二級結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)：多肽鏈形成的初級結(jié)構(gòu)，由氫鍵連接；多肽鏈形成的初級結(jié)構(gòu)，由氫鍵連接；3.3.三級結(jié)構(gòu)：三級結(jié)構(gòu)：在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭曲形成的更在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭曲形成的更 復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，有氫鍵、鹽

6、鍵、脂鍵等；復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，有氫鍵、鹽鍵、脂鍵等；4.4.四級結(jié)構(gòu)：四級結(jié)構(gòu)：由多個亞基形成。由多個亞基形成。亞基：由一個或多個多肽鏈在三級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成亞基：由一個或多個多肽鏈在三級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的小單位。的小單位。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理三、酶的活性中心三、酶的活性中心 酶的活性中心指的是酶蛋白分子能與底酶的活性中心指的是酶蛋白分子能與底物結(jié)合，并發(fā)揮催化作用的小部分氨基酸區(qū)。物結(jié)合，并發(fā)揮催化作用的小部分氨基酸區(qū)。分有結(jié)合部位和催化部位。分有結(jié)合部位和催化部位。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理四、酶的分類和命名四、酶的分類和命名 1.1.按照催化反

7、應(yīng)的類型：按照催化反應(yīng)的類型：水解酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、異構(gòu)酶、裂解酶、合水解酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、異構(gòu)酶、裂解酶、合成酶。成酶。a.a.水解酶：催化大分子有機(jī)物水解成小分子。水解酶：催化大分子有機(jī)物水解成小分子。AB+HAB+H2 2O AOH+BHO AOH+BHb.b.氧化還原酶：催化物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)。氧化還原酶：催化物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)。AHAH2 2+B A+BH+B A+BH2 2環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理乳酸乳酸 環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理 1.1.按照催化反應(yīng)的類型：按照催化反應(yīng)的類型： c.c.轉(zhuǎn)移酶：催化底物基團(tuán)轉(zhuǎn)移到另一個有機(jī)物上。轉(zhuǎn)移酶：催化底物基團(tuán)轉(zhuǎn)移

8、到另一個有機(jī)物上。AR+B A+BRAR+B A+BRR:R:氨基、醛基、酮基、磷酸基氨基、醛基、酮基、磷酸基 d.d.異構(gòu)酶：催化同分異構(gòu)體的基團(tuán)重新排列。異構(gòu)酶：催化同分異構(gòu)體的基團(tuán)重新排列。A AA A如：葡萄糖形成為果糖。如：葡萄糖形成為果糖。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理 1. 1.按照催化反應(yīng)的類型：按照催化反應(yīng)的類型：e.e.裂解酶：催化底物裂解為小分子有機(jī)物。裂解酶：催化底物裂解為小分子有機(jī)物。A C+BA C+Bf.f.合成酶：催化底物的合成反應(yīng)。合成酶：催化底物的合成反應(yīng)。A+B+ATP AB+ADP+PiA+B+ATP AB+ADP+Pi

9、環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理2.2.按照酶在細(xì)胞的位置：按照酶在細(xì)胞的位置：胞內(nèi)酶（大部分）、胞外酶、表面酶胞內(nèi)酶（大部分）、胞外酶、表面酶3.3.按照催化的底物：按照催化的底物：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理五、酶的催化特性五、酶的催化特性 1.1.酶和一般催化劑的比較酶和一般催化劑的比較共性：共性：(1).(1).用量少而催化效率高。用量少而催化效率高。(2).(2).僅能改變化學(xué)反應(yīng)的速度，并不能改變化學(xué)僅能改變化學(xué)反應(yīng)的速度，并不能改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點。反應(yīng)的平衡點。(3).(3).可降低反應(yīng)的活化能可降低反應(yīng)的活化

10、能 2.2.酶作為生物催化劑的特性酶作為生物催化劑的特性環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理2.酶作為生物催化劑的特性酶作為生物催化劑的特性 (1).(1).催化效率高：反應(yīng)速度是無酶催化或普通人造催化效率高：反應(yīng)速度是無酶催化或普通人造催化劑催化反應(yīng)速度的催化劑催化反應(yīng)速度的10103 3次方至次方至10101010次方倍。次方倍。如：在同樣條件下，只是催化劑不同，催化如：在同樣條件下，只是催化劑不同，催化H H2 2O O2 2分解分解, ,用用H H2 2O O2 2酶酶1 1秒可催化秒可催化10105 5molmol，用，用FeClFeCl3 3，1 1秒只催化秒只催化1010-5-5 m

11、ol mol。 (2).(2).酶的作用具有高度的專一性酶的作用具有高度的專一性 一種酶只能催化一種或一類反應(yīng)。一種酶只能催化一種或一類反應(yīng)。 絕對專一性絕對專一性 酶的專一性酶的專一性 相對專一性相對專一性 立體異構(gòu)專一性立體異構(gòu)專一性環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理 2.酶作為生物催化劑的特性酶作為生物催化劑的特性(3).(3).反應(yīng)條件溫和：常溫、常壓、中性。反應(yīng)條件溫和：常溫、常壓、中性。(4).(4).敏感性：對環(huán)境條件極為敏感，酶容易失活敏感性：對環(huán)境條件極為敏感，酶容易失活 。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理六.影響酶活力的因素影響酶活力的因素通過下列反應(yīng)：通過下列反應(yīng)： k1

12、k3E + SE + S ES E + PE + P k2酶酶 底物底物 中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物 酶酶 最終產(chǎn)物最終產(chǎn)物 得出米門公式得出米門公式（酶促反應(yīng)方程式）（酶促反應(yīng)方程式）3SKSEkvm132kkkKm其中其中K Km m米氏常數(shù)，表示反應(yīng)速度為最大速度一半時米氏常數(shù)，表示反應(yīng)速度為最大速度一半時的底物濃度。的底物濃度。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理 從米門公式可知，酶促反應(yīng)速度與從米門公式可知，酶促反應(yīng)速度與EE和和SS有關(guān)。實有關(guān)。實際上，也要受到溫度、際上，也要受到溫度、pHpH、激活劑、抑制劑的影響。、激活劑、抑制劑的影響。 1.E1.E對酶促反應(yīng)的影響對酶促反應(yīng)的影響理論：當(dāng)

13、底物分子濃度足夠時理論：當(dāng)?shù)孜锓肿訚舛茸銐驎r，酶促反應(yīng)速度與，酶促反應(yīng)速度與EE成正比，成正比，即當(dāng)即當(dāng)SS足夠大時，足夠大時，EE越大，越大，酶促反應(yīng)速度越快。酶促反應(yīng)速度越快。實際：當(dāng)實際：當(dāng)EE達(dá)到一定濃度時，達(dá)到一定濃度時，酶促反應(yīng)速度就趨于平緩。酶促反應(yīng)速度就趨于平緩。Ev酶濃度與酶濃度與v的關(guān)系的關(guān)系3SKSEkvm環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理Sv2.S.S對酶促反應(yīng)的影響對酶促反應(yīng)的影響當(dāng)當(dāng)EE為定值，且為定值，且SS從零逐漸從零逐漸增大時，酶促反應(yīng)與增大時，酶促反應(yīng)與SS成正成正比。但當(dāng)所有的比。但當(dāng)所有的E E變成了變成了ESES后后，即使再增加，即使再增加SS，酶促反應(yīng)

14、，酶促反應(yīng)速度也不會增加。速度也不會增加。當(dāng)當(dāng)SS為定值時，酶促反應(yīng)速為定值時，酶促反應(yīng)速度與初始度與初始EE0 0 成正比。成正比。底物濃度與底物濃度與v的關(guān)系的關(guān)系酶酶0.004酶酶0.003酶酶0.002酶酶0.001環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理3.溫度對酶促反應(yīng)的影響溫度對酶促反應(yīng)的影響酶在最佳適應(yīng)范圍內(nèi)，它的活性酶在最佳適應(yīng)范圍內(nèi)，它的活性最高，酶促反應(yīng)速度最大。最高，酶促反應(yīng)速度最大。溫度每升高溫度每升高1010，酶促反應(yīng)速度，酶促反應(yīng)速度提高提高1 12 2倍。用倍。用Q Q1010表示，通常在表示，通常在1.41.42.02.0之間。之間。過高過低的溫度都會影響酶促反過高過

15、低的溫度都會影響酶促反應(yīng)。但也有很大不同：應(yīng)。但也有很大不同：高溫時，酶會受到破壞，發(fā)生不高溫時，酶會受到破壞，發(fā)生不可逆變性，甚至完全失去活性?？赡孀冃裕踔镣耆セ钚?。低溫時，可降低酶的活性，但不低溫時，可降低酶的活性，但不會失去活性，當(dāng)溫度恢復(fù)時，活會失去活性，當(dāng)溫度恢復(fù)時，活性即恢復(fù)。性即恢復(fù)。Tv溫度與溫度與v的關(guān)系的關(guān)系環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理4.pHpH對酶促反應(yīng)的影響對酶促反應(yīng)的影響酶在最適酶在最適pHpH值范圍內(nèi)才表現(xiàn)出正?；钚裕^高過值范圍內(nèi)才表現(xiàn)出正?；钚?，過高過低的低的pHpH值都會降低酶的活性。值都會降低酶的活性。pHpH對酶活性的影響：對酶活性的影響：a.

16、a.改變底物與酶的帶電狀態(tài)，影響二者結(jié)合；改變底物與酶的帶電狀態(tài)，影響二者結(jié)合；b.b.過高、過低過高、過低pHpH值都會影響酶的穩(wěn)定性，使酶受值都會影響酶的穩(wěn)定性，使酶受到不可逆破壞。到不可逆破壞。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理5.激活劑對酶促反應(yīng)的影響激活劑對酶促反應(yīng)的影響能夠?qū)γ钙鸺せ钭饔玫奈镔|(zhì)稱為激活劑。如：能夠?qū)γ钙鸺せ钭饔玫奈镔|(zhì)稱為激活劑。如：FeFe2+2+、CuCu2+2+、BrBr、SOSO4 42-2-、維生素等。、維生素等。某些酶必須在加入激活劑后才會真正表現(xiàn)出催化性能某些酶必須在加入激活劑后才會真正表現(xiàn)出催化性能或增強(qiáng)催化性能?；蛟鰪?qiáng)催化性能。微生物體內(nèi)有的酶雖然形成

17、了，但并不起催化作用，微生物體內(nèi)有的酶雖然形成了，但并不起催化作用，稱為酶原。當(dāng)加入了催化劑后才會表現(xiàn)為催化作用。稱為酶原。當(dāng)加入了催化劑后才會表現(xiàn)為催化作用。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理6.抑制劑對酶促反應(yīng)的影響抑制劑對酶促反應(yīng)的影響有些物質(zhì)可減弱、抑制、破壞酶活性，稱為抑制劑。有些物質(zhì)可減弱、抑制、破壞酶活性，稱為抑制劑。如：重金屬離子（如：重金屬離子（AgAg+ +、HgHg2+2+）、）、COCO、H H2 2S S等。等。抑制劑作用機(jī)理：抑制劑作用機(jī)理：a.a.競爭性抑制競爭性抑制b.b.非競爭性抑制非競爭性抑制環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理 補充：酶的應(yīng)用補充：酶的應(yīng)用1.1

18、.皮革脫毛皮革脫毛傳統(tǒng)方式：灰堿法（生石灰和硫化鈉）傳統(tǒng)方式：灰堿法（生石灰和硫化鈉）缺點：污染、勞動強(qiáng)度大、效率低。缺點：污染、勞動強(qiáng)度大、效率低。蛋白酶法：蛋白酶分解蛋白酶法：蛋白酶分解優(yōu)點：效率高、勞動條件好；無污染。優(yōu)點：效率高、勞動條件好；無污染。2.2.生物制漿生物制漿利用微生物的酶分解原料中的木質(zhì)素，形成纖維素利用微生物的酶分解原料中的木質(zhì)素，形成纖維素用于造紙。用于造紙。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理營養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，而營養(yǎng)是微生物營養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，而營養(yǎng)是微生物維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過程。維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過程。營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物

19、質(zhì):能夠滿足機(jī)體生長、繁殖和完成各種生理能夠滿足機(jī)體生長、繁殖和完成各種生理活動所需要的物質(zhì)?；顒铀枰奈镔|(zhì)。第二節(jié)第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)微生物的營養(yǎng)微生物不斷獲得營養(yǎng)物質(zhì)，將其變成細(xì)胞組分，并將微生物不斷獲得營養(yǎng)物質(zhì)，將其變成細(xì)胞組分，并將廢棄物排出體外的過程稱為新陳代謝。廢棄物排出體外的過程稱為新陳代謝。營養(yǎng)營養(yǎng):微生物獲得和利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程。微生物獲得和利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理一、微生物的化學(xué)組成一、微生物的化學(xué)組成主要元素主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵、氯等碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵、氯等微量元素微量元素：銅、鋅、錳、鉬、硒、

20、鈷等銅、鋅、錳、鉬、硒、鈷等微生物體內(nèi)的微生物體內(nèi)的7090為水，剩下的為干物質(zhì)。干物為水，剩下的為干物質(zhì)。干物質(zhì)，則主要為有機(jī)物和無機(jī)物組成。其中，有機(jī)物約質(zhì)，則主要為有機(jī)物和無機(jī)物組成。其中，有機(jī)物約占干重的占干重的90%97,主要為蛋白質(zhì)、核酸、糖和脂肪。主要為蛋白質(zhì)、核酸、糖和脂肪。其中，其中，C、H、O、N是所有生物的有機(jī)元素。是所有生物的有機(jī)元素。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理 二、微生物的營養(yǎng)物及營養(yǎng)類型二、微生物的營養(yǎng)物及營養(yǎng)類型五大要素五大要素：水、碳源、氮源、生長因子、無機(jī)鹽。水、碳源、氮源、生長因子、無機(jī)鹽。 1.1.水水水是微生物本身組分；溶劑；有利于對營養(yǎng)的吸收；水

21、是微生物本身組分；溶劑；有利于對營養(yǎng)的吸收；生化反應(yīng)在溶液中進(jìn)行。生化反應(yīng)在溶液中進(jìn)行。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理2.2.碳源碳源在微生物生長過程中能為微生物提供碳素來源的物質(zhì)。在微生物生長過程中能為微生物提供碳素來源的物質(zhì)。碳源碳源有機(jī)碳有機(jī)碳無機(jī)碳無機(jī)碳異養(yǎng)微生物異養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物光能異養(yǎng)光能異養(yǎng)化能異養(yǎng)化能異養(yǎng)光能自養(yǎng)光能自養(yǎng)化能自養(yǎng)化能自養(yǎng)環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理微生物利用的碳源物質(zhì)主要有糖類、有機(jī)酸、醇、微生物利用的碳源物質(zhì)主要有糖類、有機(jī)酸、醇、脂類、烴、脂類、烴、COCO2 2及碳酸鹽等。及碳酸鹽等。微生物最好的碳源是糖尤其是葡萄糖、蔗糖。微生物最好的碳

22、源是糖尤其是葡萄糖、蔗糖。對于為數(shù)眾多的化能異養(yǎng)微生物來說，碳源是兼對于為數(shù)眾多的化能異養(yǎng)微生物來說，碳源是兼有能源功能營養(yǎng)物有能源功能營養(yǎng)物。 環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理凡是能夠供給微生物氮素營養(yǎng)的物質(zhì)稱為氮源。氮源凡是能夠供給微生物氮素營養(yǎng)的物質(zhì)稱為氮源。氮源的作用是為蛋白質(zhì)的合成提供原料。的作用是為蛋白質(zhì)的合成提供原料。3.氮源氮源氮源氮源氨基酸氨基酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)核核 酸酸尿尿 素素有機(jī)氮有機(jī)氮無機(jī)氮無機(jī)氮硝酸鹽硝酸鹽銨銨 鹽鹽NH3N2環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理按對氮源的要求不同，微生物可分為：按對氮源的要求不同，微生物可分為：1.固氮微生物固氮微生物利用空氣中的利用空氣中

23、的N2合成自身所需的氨基酸及蛋白質(zhì)。合成自身所需的氨基酸及蛋白質(zhì)。代表：根瘤菌、固氮藍(lán)菌、固氮菌。代表：根瘤菌、固氮藍(lán)菌、固氮菌。2.以無機(jī)氮化物為氮源的微生物以無機(jī)氮化物為氮源的微生物利用利用NH3、銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽為氮源。、銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽為氮源。代表：亞硝化菌、硝化菌、放線菌、霉菌等。代表：亞硝化菌、硝化菌、放線菌、霉菌等。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理按對氮源的要求不同，微生物可分為：按對氮源的要求不同，微生物可分為：3.以某種氨基酸為氮源的微生物以某種氨基酸為氮源的微生物也為異養(yǎng)微生物，不能利用無機(jī)氮合成蛋白質(zhì)，只會利也為異養(yǎng)微生物，不能利用無機(jī)氮合成蛋白質(zhì)，只會利用現(xiàn)

24、成的氨基酸合成。用現(xiàn)成的氨基酸合成。代表：乳酸菌、丙酸細(xì)菌等。代表：乳酸菌、丙酸細(xì)菌等。4.以分解蛋白質(zhì)而獲得氮源的微生物以分解蛋白質(zhì)而獲得氮源的微生物把蛋白質(zhì)分解后，形成把蛋白質(zhì)分解后，形成NH3、氨基酸和肽，然后根據(jù)、氨基酸和肽，然后根據(jù)自己所需再次形成蛋白質(zhì)。自己所需再次形成蛋白質(zhì)。代表：氨化細(xì)菌、霉菌、酵母菌等。代表：氨化細(xì)菌、霉菌、酵母菌等。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理4.無機(jī)鹽無機(jī)鹽作用作用1.細(xì)胞組成部分；細(xì)胞組成部分；2.構(gòu)成酶的組分和維持酶的活性；構(gòu)成酶的組分和維持酶的活性；3.調(diào)節(jié)滲透壓、調(diào)節(jié)滲透壓、pH、氧化還原電位；、氧化還原電位；4.能源；能源；5.酶的激活劑；酶

25、的激活劑；微量元素微量元素:是指那些在微生物生長過程中起重要作用，而機(jī)體對是指那些在微生物生長過程中起重要作用，而機(jī)體對這些元素的需要量極其微小的元素。這些元素的需要量極其微小的元素。通常需要量在通常需要量在106108mol/L。如：鋅、錳、鉬、硒、鈷、銅。如：鋅、錳、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。、鎢、鎳、硼等。 根據(jù)微生物對礦質(zhì)元素需要量大小可以把它分成根據(jù)微生物對礦質(zhì)元素需要量大小可以把它分成:大量元素：大量元素： P 、S、 K、 Na、Mg、Ca、Fe等。等。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理1 1）P PP P對于微生物的作用很重要，所有的微生物都需要磷源。對于微生物的作用很重要，

26、所有的微生物都需要磷源。a.a.合成核酸、核蛋白、磷脂及其他含磷物質(zhì)的重要元素。合成核酸、核蛋白、磷脂及其他含磷物質(zhì)的重要元素。b.b.是一些輔酶的組成部分。如：是一些輔酶的組成部分。如：NADNAD、ATPATP、ADPADP等。等。c.c.在磷酸化中起作用。在磷酸化中起作用。d.d.高能磷酸鍵。高能磷酸鍵。e.e.緩沖劑。緩沖劑。2 2）S SS S是一些氨基酸的組分，一般為硫氫基（是一些氨基酸的組分，一般為硫氫基（SHSH）的形式。）的形式。S S及硫化物是好氧微生物的能源。及硫化物是好氧微生物的能源。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理5.生長因子生長因子生長因子：那些微生物生長所必需而且

27、需要量很小，生長因子：那些微生物生長所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以滿足機(jī)體生但微生物自身不能合成的或合成量不足以滿足機(jī)體生長需要的有機(jī)化合物。長需要的有機(jī)化合物。生長因子主要有：維生素生長因子主要有：維生素C、B維生素、氨基酸、堿維生素、氨基酸、堿基對等?；鶎Φ取?環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理三三 微生物的營養(yǎng)類型微生物的營養(yǎng)類型異養(yǎng)型生物異養(yǎng)型生物自養(yǎng)型生物自養(yǎng)型生物生長所需要的生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)生物生長過程中生物生長過程中能量的來源能量的來源光能營養(yǎng)型光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理1.1.光能無機(jī)自養(yǎng)型光能無機(jī)自養(yǎng)型

28、2.2.光能有機(jī)異養(yǎng)型光能有機(jī)異養(yǎng)型3.3.化能無機(jī)自養(yǎng)型化能無機(jī)自養(yǎng)型4.4.化能有機(jī)自養(yǎng)型化能有機(jī)自養(yǎng)型根據(jù)碳源、能源及電子供體性質(zhì)的不同根據(jù)碳源、能源及電子供體性質(zhì)的不同，可將微生物分為：可將微生物分為：環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型劃分依據(jù)劃分依據(jù)營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型特點特點碳源碳源自養(yǎng)型自養(yǎng)型以以COCO2 2 為唯一或主要碳源為唯一或主要碳源異養(yǎng)型異養(yǎng)型以有機(jī)物為碳源以有機(jī)物為碳源能源能源光能營養(yǎng)型光能營養(yǎng)型以光為能源以光為能源化能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型以有機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能以有機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能為能源為能源電子供體電子供體無機(jī)營養(yǎng)型無機(jī)營養(yǎng)型以還原性無機(jī)物為電子供體以

29、還原性無機(jī)物為電子供體有機(jī)營養(yǎng)型有機(jī)營養(yǎng)型以有機(jī)物為電子供體以有機(jī)物為電子供體環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理1 1光能無機(jī)自養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）光能無機(jī)自養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）能以能以COCO2 2為主要唯一或主要碳源；進(jìn)行光合作用獲取為主要唯一或主要碳源；進(jìn)行光合作用獲取生長所需要的能量；以無機(jī)物如生長所需要的能量；以無機(jī)物如H H2 2、H H2 2S S、S S等作為供等作為供氫體或電子供體，使氫體或電子供體，使COCO2 2還原為細(xì)胞物質(zhì)；還原為細(xì)胞物質(zhì)；例如，藻類及藍(lán)細(xì)菌等和植物一樣，以水為電子供體例如，藻類及藍(lán)細(xì)菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），進(jìn)行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細(xì)胞物

30、質(zhì)。（供氫體），進(jìn)行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細(xì)胞物質(zhì)。而紅硫細(xì)菌，以而紅硫細(xì)菌，以H H2 2S S為電子供體，產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)，并伴隨為電子供體，產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)，并伴隨硫元素的產(chǎn)生。硫元素的產(chǎn)生。CO2+ + 2H2S光能光能光合色素光合色素 CH2O + 2S+ + 2S+ H2O環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理2 2光能有機(jī)異養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）光能有機(jī)異養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）不能以不能以COCO2 2為主要或唯一的碳源；以有機(jī)物作為供為主要或唯一的碳源；以有機(jī)物作為供氫體，利用光能將氫體，利用光能將COCO2 2還原為細(xì)胞物質(zhì)；在生長時還原為細(xì)胞物質(zhì)；在生長時大多數(shù)需要外源的生長因子；大多數(shù)需要外源

31、的生長因子；環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理3 3化能無機(jī)自養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）化能無機(jī)自養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）生長所需要的能量來自無機(jī)物氧化過程中放出的化學(xué)生長所需要的能量來自無機(jī)物氧化過程中放出的化學(xué)能；以能；以COCO2 2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進(jìn)行生長時，或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進(jìn)行生長時，利用利用H H2 2、H H2 2S S、FeFe2+2+ 、NHNH3 3或或NONO2 2- -等作為電子供體使等作為電子供體使COCO2 2還還原成細(xì)胞物質(zhì)。原成細(xì)胞物質(zhì)。化能無機(jī)自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無機(jī)及無化能無機(jī)自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無機(jī)及無光的環(huán)境中生長。它們廣泛分

32、布于土壤及水環(huán)境中光的環(huán)境中生長。它們廣泛分布于土壤及水環(huán)境中, ,參參與地球物質(zhì)循環(huán)；與地球物質(zhì)循環(huán)；環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理4 4化能有機(jī)異養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）化能有機(jī)異養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）生長所需要的能量均來自有機(jī)物氧化過程中放出的化學(xué)生長所需要的能量均來自有機(jī)物氧化過程中放出的化學(xué)能；能；生長所需要的碳源主要是一些有機(jī)化合物，如淀粉、生長所需要的碳源主要是一些有機(jī)化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機(jī)酸等。糖類、纖維素、有機(jī)酸等。大多數(shù)細(xì)菌、真菌、原生動物都是化能有機(jī)異養(yǎng)型微大多數(shù)細(xì)菌、真菌、原生動物都是化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物；生物；所有致病微生物均為化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物；所有致病微生物

33、均為化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物；環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理五、微生物的培養(yǎng)基五、微生物的培養(yǎng)基培養(yǎng)基是人工根據(jù)微生物得營養(yǎng)要求，將培養(yǎng)基是人工根據(jù)微生物得營養(yǎng)要求，將水、碳源、水、碳源、氮源、無機(jī)鹽、生長因子等物質(zhì)按照一定得比例氮源、無機(jī)鹽、生長因子等物質(zhì)按照一定得比例配制配制的，用以培養(yǎng)微生物（生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物）的的，用以培養(yǎng)微生物（生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物）的營養(yǎng)基質(zhì)。營養(yǎng)基質(zhì)。培養(yǎng)基幾乎是一切對微生物進(jìn)行研究和利用工作的基礎(chǔ)培養(yǎng)基幾乎是一切對微生物進(jìn)行研究和利用工作的基礎(chǔ)。任何培養(yǎng)基都應(yīng)該為微生物生長提供五大營養(yǎng)要素。任何培養(yǎng)基都應(yīng)該為微生物生長提供五

34、大營養(yǎng)要素。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理(一一)、配置培養(yǎng)基的順序和原則、配置培養(yǎng)基的順序和原則目的明確目的明確營養(yǎng)協(xié)調(diào)營養(yǎng)協(xié)調(diào)理化條件適宜理化條件適宜經(jīng)濟(jì)節(jié)約經(jīng)濟(jì)節(jié)約2.配置培養(yǎng)基的原則配置培養(yǎng)基的原則1.配置培養(yǎng)基的順序配置培養(yǎng)基的順序燒杯加水燒杯加水 依次加入營養(yǎng)物質(zhì)依次加入營養(yǎng)物質(zhì)各成分的順序：各成分的順序：1).緩沖化合物；緩沖化合物；2).無機(jī)元素；無機(jī)元素；3).微量元素；微量元素；4).生長因子。最后調(diào)節(jié)生長因子。最后調(diào)節(jié)pH。無菌無菌環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理3).3).營養(yǎng)協(xié)調(diào)營養(yǎng)協(xié)調(diào)培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時微生物才能生長良好，營養(yǎng)物質(zhì)濃培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適

35、時微生物才能生長良好，營養(yǎng)物質(zhì)濃度過低時不能度過低時不能滿足滿足微生物正常生長所需，濃度過高時則可能對微生物正常生長所需，濃度過高時則可能對微生物生長起抑制作用。微生物生長起抑制作用。培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比也直接影響微生物培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比也直接影響微生物的生長繁殖和代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中碳氮比的生長繁殖和代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中碳氮比（C/NC/N）的影響較大。）的影響較大。2).2).目的明確目的明確根據(jù)不同的微生物的營養(yǎng)要求配制針對強(qiáng)的培養(yǎng)基。根據(jù)不同的微生物的營養(yǎng)要求配制針對強(qiáng)的培養(yǎng)基。1).1).無菌無菌環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理例如，在利用微生物

36、發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的過程中，例如，在利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的過程中，培養(yǎng)基碳氮比為培養(yǎng)基碳氮比為4/1時，菌體量繁殖，谷氨酸積累時，菌體量繁殖，谷氨酸積累少；當(dāng)培養(yǎng)基碳氮比為少；當(dāng)培養(yǎng)基碳氮比為3/1時，菌體繁殖受到抑制，時，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量則大量增加。谷氨酸產(chǎn)量則大量增加。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。微生物的生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。通常培養(yǎng)條件：通常培養(yǎng)條件：細(xì)菌與放線菌：細(xì)菌與放線菌：pH77.5酵母菌和霉菌：酵母菌和霉菌：pH4.56范圍內(nèi)生長范圍

37、內(nèi)生長為了維持培養(yǎng)基為了維持培養(yǎng)基pH的相對恒定，通常在培養(yǎng)基中加入的相對恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑，如緩沖劑，如K2HPO4、(NH4)2SO4或在進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵或在進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時補加酸、堿。時補加酸、堿。有些緩沖劑既可調(diào)節(jié)有些緩沖劑既可調(diào)節(jié)pH也是營養(yǎng)物質(zhì)。也是營養(yǎng)物質(zhì)。4).理化條件適宜理化條件適宜 pH環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理(二二) 、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用培養(yǎng)基種類繁多，根據(jù)其成分、物理狀態(tài)和用培養(yǎng)基種類繁多，根據(jù)其成分、物理狀態(tài)和用途可將培養(yǎng)基分成多種類型。途可將培養(yǎng)基分成多種類型。按成分不同劃分按成分不同劃分含用化學(xué)成分還不清楚或化含用化學(xué)成分還不

38、清楚或化學(xué)成分不恒定的天然有機(jī)物學(xué)成分不恒定的天然有機(jī)物牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、麥芽牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、麥芽汁培養(yǎng)基汁培養(yǎng)基化學(xué)成分完全了解的物質(zhì)配化學(xué)成分完全了解的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基制而成的培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基復(fù)合培養(yǎng)基復(fù)合培養(yǎng)基無機(jī)物無機(jī)物+ +有機(jī)物有機(jī)物環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理按物理狀態(tài)不同劃分按物理狀態(tài)不同劃分在液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固在液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固劑，使其成為固體狀態(tài)，瓊脂含劑，使其成為固體狀態(tài)，瓊脂含量一般為量一般為1.5%1.5%3.0%3.0%瓊脂含量一般為瓊脂含量一般為0.3%0.5%不加任何不加任何凝固劑凝固劑液體培養(yǎng)基液體

39、培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基常用來進(jìn)行微生物的分固體培養(yǎng)基常用來進(jìn)行微生物的分離、鑒定、活菌計數(shù)及菌種保藏離、鑒定、活菌計數(shù)及菌種保藏 觀察微生物的運動特征、分類鑒觀察微生物的運動特征、分類鑒定定大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)及在實驗室進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)及在實驗室進(jìn)行微生物的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面的微生物的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面的研究研究 環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理用來將某種或某類微生物從混雜的用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入某些特殊營養(yǎng)在基礎(chǔ)培養(yǎng)基

40、中加入某些特殊營養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基物質(zhì)制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基加富培養(yǎng)基加富培養(yǎng)基按用途不同劃分按用途不同劃分牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是最常牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是最常用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理選擇培養(yǎng)基：選擇培養(yǎng)基：利用微生物對某些物質(zhì)的敏感程度不同，在培養(yǎng)利用微生物對某些物質(zhì)的敏感程度不同，在培養(yǎng)基中加入一些敏感物質(zhì)，這樣就可以利用這些物基中加入一些敏感物質(zhì)，這樣就可以利用這些物質(zhì)來抑制非目的性微生物的生長，從而使得所需質(zhì)來抑制非目的性微生物的生長，從而使得所需的微生物大量繁殖。的微生物大量

41、繁殖。如：在培養(yǎng)基中有革蘭氏陰性菌也有革蘭氏陽性如：在培養(yǎng)基中有革蘭氏陰性菌也有革蘭氏陽性菌，但想培養(yǎng)的是革蘭氏陰性菌，就可以加入膽菌，但想培養(yǎng)的是革蘭氏陰性菌，就可以加入膽汁酸鹽，抑制陽性菌的繁殖。汁酸鹽，抑制陽性菌的繁殖。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理鑒別培養(yǎng)基：鑒別培養(yǎng)基：利用幾種細(xì)菌對某一物質(zhì)的分解能力不同，借利用幾種細(xì)菌對某一物質(zhì)的分解能力不同，借助指示劑的顯色不同進(jìn)行菌種鑒別和區(qū)分的培助指示劑的顯色不同進(jìn)行菌種鑒別和區(qū)分的培養(yǎng)基。養(yǎng)基。如：大腸桿菌中的大腸埃希氏菌、枸櫞酸鹽桿如：大腸桿菌中的大腸埃希氏菌、枸櫞酸鹽桿菌、產(chǎn)氣桿菌、副大腸桿菌四個，對乳糖的分菌、產(chǎn)氣桿菌、副大腸桿菌四

42、個，對乳糖的分解能力不同。解能力不同。其中副大腸桿菌不能分解，大腸埃希氏菌最強(qiáng)，其中副大腸桿菌不能分解，大腸埃希氏菌最強(qiáng)，菌落呈紫紅色且?guī)Ы饘俟鉂?；枸櫞酸鹽桿菌次菌落呈紫紅色且?guī)Ы饘俟鉂桑昏蹤此猁}桿菌次之，之，菌落呈紫紅色或深紅色；菌落呈紫紅色或深紅色；產(chǎn)氣桿菌最低，產(chǎn)氣桿菌最低，菌落菌落呈淡紅色呈淡紅色。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理根據(jù)物質(zhì)運輸過程的特點根據(jù)物質(zhì)運輸過程的特點，可將物質(zhì)的運輸方式分為：可將物質(zhì)的運輸方式分為：1.1.單純擴(kuò)散單純擴(kuò)散2.2.促進(jìn)擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散3.3.主動運輸主動運輸4.4.基團(tuán)轉(zhuǎn)位基團(tuán)轉(zhuǎn)位六、營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式六、營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式四種運輸方式也稱為

43、四種跨膜方式四種運輸方式也稱為四種跨膜方式環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理1 1單純擴(kuò)散單純擴(kuò)散原生質(zhì)膜是一種半透性膜，營養(yǎng)物質(zhì)通過原生質(zhì)膜上原生質(zhì)膜是一種半透性膜，營養(yǎng)物質(zhì)通過原生質(zhì)膜上的小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)的小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散。散。特點特點物質(zhì)在擴(kuò)散過程中沒有發(fā)生任何反應(yīng)；物質(zhì)在擴(kuò)散過程中沒有發(fā)生任何反應(yīng)；不消耗能量；不能逆濃度運輸；不消耗能量；不能逆濃度運輸；運輸速率較慢，與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成運輸速率較慢，與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比正比環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理水、水、O O2 2、COCO2 2是可以通過擴(kuò)散自由通過原生質(zhì)膜的

44、分子是可以通過擴(kuò)散自由通過原生質(zhì)膜的分子，脂溶性物質(zhì)被磷脂溶解也可通過單純擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞，脂溶性物質(zhì)被磷脂溶解也可通過單純擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞，并比水溶性物質(zhì)速度快。，并比水溶性物質(zhì)速度快。 環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理單純擴(kuò)散速度慢，不能滿足微生物要求，有些物質(zhì)也單純擴(kuò)散速度慢，不能滿足微生物要求，有些物質(zhì)也無法靠單純擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞。這些營養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基無法靠單純擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞。這些營養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無機(jī)鹽等。為了能夠獲得這些營酸、單糖、維生素及無機(jī)鹽等。為了能夠獲得這些營養(yǎng)，微生物通過特殊的生理結(jié)構(gòu)來幫助上述物質(zhì)進(jìn)入養(yǎng)，微生物通過特殊的生理結(jié)構(gòu)來幫助上述物質(zhì)進(jìn)入。這些特殊結(jié)構(gòu)實際

45、就是特異性蛋白質(zhì)，可與營養(yǎng)物。這些特殊結(jié)構(gòu)實際就是特異性蛋白質(zhì)，可與營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行可逆性結(jié)合，在細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)外循環(huán)往來運輸營質(zhì)進(jìn)行可逆性結(jié)合，在細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)外循環(huán)往來運輸營養(yǎng)物質(zhì)，稱其為載體蛋白。因其具有類似酶的一些性養(yǎng)物質(zhì)，稱其為載體蛋白。因其具有類似酶的一些性質(zhì)，如專一性，又被稱為滲透酶。一種酶只對同一物質(zhì)，如專一性，又被稱為滲透酶。一種酶只對同一物質(zhì)或同類進(jìn)行運輸，因此，為了能夠獲得多重營養(yǎng)，質(zhì)或同類進(jìn)行運輸，因此，為了能夠獲得多重營養(yǎng)，細(xì)胞質(zhì)膜上有多種載體蛋白來完成一些營養(yǎng)物質(zhì)的促細(xì)胞質(zhì)膜上有多種載體蛋白來完成一些營養(yǎng)物質(zhì)的促進(jìn)擴(kuò)散。進(jìn)擴(kuò)散。 不耗能量，動力仍為濃度梯度。不耗能量，動力仍為濃

46、度梯度。2 2促進(jìn)擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理2 2促進(jìn)擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理特特點點不消耗能量不消耗能量參與運輸?shù)奈镔|(zhì)本身的分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化參與運輸?shù)奈镔|(zhì)本身的分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化不能進(jìn)行逆濃度運輸不能進(jìn)行逆濃度運輸運輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比運輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比需要載體參與需要載體參與環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理3 3主動運輸主動運輸它的一個重要特點是物質(zhì)運輸過程中需要消耗能量和它的一個重要特點是物質(zhì)運輸過程中需要消耗能量和載體，而且可以進(jìn)行逆濃度運輸載體，而且可以進(jìn)行逆濃度運輸。運輸過程需要三種運輸過程需要三種滲透酶的作用即：

47、單向轉(zhuǎn)運載體、同向轉(zhuǎn)運載體、反滲透酶的作用即：單向轉(zhuǎn)運載體、同向轉(zhuǎn)運載體、反向轉(zhuǎn)運載體。向轉(zhuǎn)運載體。主動運輸?shù)淖饔脵C(jī)理有主動運輸?shù)淖饔脵C(jī)理有3 3種：分別為鈉鉀泵主動運輸、種：分別為鈉鉀泵主動運輸、離子濃度梯度主動運輸、離子濃度梯度主動運輸、H H+ +濃度梯度主動運輸。濃度梯度主動運輸。主動運輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質(zhì)運主動運輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質(zhì)運輸方式。輸方式。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理以以H H+ +濃度梯度主動運輸機(jī)制為例講解主動濃度梯度主動運輸機(jī)制為例講解主動運輸：運輸：細(xì)菌將細(xì)菌將ATPATP水解后形成的水解后形成的H H+ +（好氧呼吸氧化營養(yǎng)

48、（好氧呼吸氧化營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生物質(zhì)產(chǎn)生H H+ +）排出膜外，產(chǎn)生的電子與）排出膜外，產(chǎn)生的電子與O O2 2結(jié)合形結(jié)合形成成OHOH- -。如此就形成了細(xì)胞膜兩側(cè)的。如此就形成了細(xì)胞膜兩側(cè)的H H+ +離子濃度離子濃度梯度。梯度。H H+ +可與營養(yǎng)物質(zhì)結(jié)合。滲透酶上有特異性可與營養(yǎng)物質(zhì)結(jié)合。滲透酶上有特異性的位點，可以與營養(yǎng)物質(zhì)和的位點，可以與營養(yǎng)物質(zhì)和H H+ +結(jié)合。三者在電位結(jié)合。三者在電位差的作用下，將低濃度區(qū)的營養(yǎng)物質(zhì)送差的作用下，將低濃度區(qū)的營養(yǎng)物質(zhì)送到細(xì)胞內(nèi)部。到細(xì)胞內(nèi)部。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理3 3主動運輸主動運輸環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理基團(tuán)轉(zhuǎn)位又稱為磷酸烯醇

49、丙酮酸磷酸糖轉(zhuǎn)移酶基團(tuán)轉(zhuǎn)位又稱為磷酸烯醇丙酮酸磷酸糖轉(zhuǎn)移酶運輸系統(tǒng)（運輸系統(tǒng)（PTSPTS），），PTS PTS 包括酶包括酶I I、酶、酶IIII和一種熱穩(wěn)和一種熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)（定蛋白質(zhì)（HPrHPr）。）。4 4基團(tuán)轉(zhuǎn)位基團(tuán)轉(zhuǎn)位基團(tuán)轉(zhuǎn)位是另一種類型的主動運輸，它與主動運輸方基團(tuán)轉(zhuǎn)位是另一種類型的主動運輸，它與主動運輸方式的不同之處在于它有一個復(fù)雜的運輸系統(tǒng)來完成物式的不同之處在于它有一個復(fù)雜的運輸系統(tǒng)來完成物質(zhì)的運輸，而物質(zhì)在運輸過程中發(fā)生化學(xué)變化。質(zhì)的運輸，而物質(zhì)在運輸過程中發(fā)生化學(xué)變化。PEP-P + HPr HPr-p + 丙酮酸鹽丙酮酸鹽 P - HPr +糖糖 糖糖-P +HPr酶

50、酶I酶酶I I環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理基團(tuán)轉(zhuǎn)移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細(xì)胞中，主基團(tuán)轉(zhuǎn)移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細(xì)胞中，主要用于糖的運輸，脂肪酸、核苷、堿基等也可以通過要用于糖的運輸，脂肪酸、核苷、堿基等也可以通過這種方式運輸。這種方式運輸。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理比較項目比較項目 單純擴(kuò)散單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)促進(jìn)擴(kuò)散散主動運主動運輸輸 基團(tuán)移位基團(tuán)移位特異載體蛋特異載體蛋白白 無無有有有有有有運送速度運送速度 慢慢快快快快快快溶質(zhì)運送方溶質(zhì)運送方向向 由濃至稀由濃至稀由濃至由濃至稀稀由稀至由稀至濃濃由稀至濃由稀至濃能量消耗能量消耗 不需要不需要不需要不需要需要需要需要需要運

51、送前后溶運送前后溶質(zhì)分子狀態(tài)質(zhì)分子狀態(tài) 不變不變 不變不變不變不變改變改變運送對象舉運送對象舉例例 水、水、O2 糖、糖、SO42-氨基酸氨基酸、乳糖、乳糖糖、嘌呤糖、嘌呤四種運輸方式比較四種運輸方式比較環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理第三節(jié)第三節(jié) 微生物的產(chǎn)能代謝微生物的產(chǎn)能代謝同化同化作用作用新陳代謝新陳代謝異化異化作用作用細(xì)胞物質(zhì)合成（營養(yǎng)被轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)體組分）細(xì)胞物質(zhì)合成（營養(yǎng)被轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)體組分）產(chǎn)生能量產(chǎn)生能量需要能量需要能量營養(yǎng)物質(zhì)分解營養(yǎng)物質(zhì)分解環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理一、產(chǎn)能代謝與呼吸的關(guān)系一、產(chǎn)能代謝與呼吸的關(guān)系呼吸本質(zhì)：氧化還原的統(tǒng)一過程。其中有能量呼吸本質(zhì)：氧化還原的統(tǒng)

52、一過程。其中有能量的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)移。的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)移。呼吸類型：發(fā)酵、好氧呼吸、無氧呼吸呼吸類型：發(fā)酵、好氧呼吸、無氧呼吸在呼吸過程中，都會發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。提供電子在呼吸過程中，都會發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。提供電子的物質(zhì)被氧化，接受電子的物質(zhì)被還原。的物質(zhì)被氧化，接受電子的物質(zhì)被還原。所謂的產(chǎn)能代謝就是通過三種呼吸來實現(xiàn)的。所謂的產(chǎn)能代謝就是通過三種呼吸來實現(xiàn)的。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理一、產(chǎn)能代謝與呼吸的關(guān)系一、產(chǎn)能代謝與呼吸的關(guān)系微生物產(chǎn)能種類：微生物產(chǎn)能種類：1.1.電能：電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的能量；電能：電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的能量；2.2.化學(xué)能：物質(zhì)反應(yīng)（氧化）過程中釋放的能量；化學(xué)能：物質(zhì)反應(yīng)（氧化）過程中釋

53、放的能量；3.3.機(jī)械能：鞭毛運動、細(xì)胞質(zhì)流動等產(chǎn)生的能量；機(jī)械能：鞭毛運動、細(xì)胞質(zhì)流動等產(chǎn)生的能量；4.4.光能：發(fā)光菌產(chǎn)生的能量。光能：發(fā)光菌產(chǎn)生的能量。這些能量有的被用于生化反應(yīng)，有的以熱量的形式散這些能量有的被用于生化反應(yīng)，有的以熱量的形式散發(fā)，有的被貯存在發(fā)，有的被貯存在ATPATP中。中。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理一、產(chǎn)能代謝與呼吸的關(guān)系一、產(chǎn)能代謝與呼吸的關(guān)系A(chǔ)TPATP生物能量轉(zhuǎn)移中心生物能量轉(zhuǎn)移中心物質(zhì)氧化放出能量物質(zhì)氧化放出能量 細(xì)胞合成需要能量細(xì)胞合成需要能量ATP是在發(fā)酵、好氧呼吸、無氧呼吸中形成。具體方式：是在發(fā)酵、好氧呼吸、無氧呼吸中形成。具體方式：1.1.底

54、物水平磷酸化底物水平磷酸化厭氧微生物或兼性微生物的底物被氧化，會產(chǎn)生厭氧微生物或兼性微生物的底物被氧化，會產(chǎn)生高能中間體，并把高能鍵（）交給高能中間體，并把高能鍵（）交給ADPADP，從而形，從而形成成ATPATP。2.2.氧化磷酸化氧化磷酸化好氧微生物呼吸，通過電子傳遞體系形成好氧微生物呼吸，通過電子傳遞體系形成ATPATP。3.3.光合磷酸化光合磷酸化光可引發(fā)葉綠素、菌綠素等放出電子，電子在被光可引發(fā)葉綠素、菌綠素等放出電子，電子在被傳遞過程中形成傳遞過程中形成ATPATP。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理ATPATP含有高能磷酸鍵（含有高能磷酸鍵（31.4KJ31.4KJ），但僅是能量的

55、），但僅是能量的暫時貯存物質(zhì)，如果能量確實過剩，不能用暫時貯存物質(zhì)，如果能量確實過剩，不能用ATPATP，而用其他內(nèi)含顆粒來長期貯存。而用其他內(nèi)含顆粒來長期貯存。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理二、呼吸類型二、呼吸類型根據(jù)最終電子受體可將微生物呼吸分為：發(fā)酵、根據(jù)最終電子受體可將微生物呼吸分為：發(fā)酵、好氧呼吸、無氧呼吸三種。好氧呼吸、無氧呼吸三種。( (一一).).發(fā)酵發(fā)酵不存在外在的電子受體，底物進(jìn)行部分氧化，用不存在外在的電子受體，底物進(jìn)行部分氧化，用氧化產(chǎn)物作為最終電子受體。氧化產(chǎn)物作為最終電子受體。這個過程，能量有少量釋放，多數(shù)仍保留在產(chǎn)物這個過程，能量有少量釋放，多數(shù)仍保留在產(chǎn)物中。

56、中。以葡萄糖為例，講解發(fā)酵。以葡萄糖為例，講解發(fā)酵。葡萄糖被分解的過程稱為糖酵解過程，也叫葡萄糖被分解的過程稱為糖酵解過程，也叫EMPEMP過過程。程。糖酵解是微生物所共有的代謝途徑。糖酵解是微生物所共有的代謝途徑。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理糖酵解分為兩大步驟：糖酵解分為兩大步驟：1.1.預(yù)備反應(yīng)，不發(fā)生氧化還原反應(yīng)。產(chǎn)物是預(yù)備反應(yīng)，不發(fā)生氧化還原反應(yīng)。產(chǎn)物是3 3磷磷酸甘油醛。酸甘油醛。2.2.氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生ATPATP，產(chǎn)物為丙酮酸，進(jìn)一，產(chǎn)物為丙酮酸，進(jìn)一步發(fā)酵可產(chǎn)生乙醇和步發(fā)酵可產(chǎn)生乙醇和COCO2 2。整個過程，整個過程，1mol1mol葡萄糖轉(zhuǎn)變成葡萄糖

57、轉(zhuǎn)變成2molATP2molATP，2mol2mol乙醇，乙醇， 2mol2mol水，水， 2molCO2molCO2 ，即產(chǎn)生能量即產(chǎn)生能量2 231.4KJ31.4KJ62.8KJ62.8KJ。產(chǎn)能率為。產(chǎn)能率為62.8/238.362.8/238.32626環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理丙酮酸是微生物糖酵解的必然產(chǎn)物，如果進(jìn)一步發(fā)丙酮酸是微生物糖酵解的必然產(chǎn)物，如果進(jìn)一步發(fā)酵，可形成多種產(chǎn)物。因此，有可將發(fā)酵分為很多酵，可形成多種產(chǎn)物。因此，有可將發(fā)酵分為很多類型：如乙醇發(fā)酵；混合酸發(fā)酵等。其中，混合酸類型：如乙醇發(fā)酵；混合酸發(fā)酵等。其中，混合酸發(fā)酵是多

58、數(shù)大腸桿菌的特征。發(fā)酵是多數(shù)大腸桿菌的特征。人們利用人們利用V.PV.P試驗進(jìn)行大腸埃希氏桿菌和產(chǎn)氣桿菌試驗進(jìn)行大腸埃希氏桿菌和產(chǎn)氣桿菌的區(qū)分。的區(qū)分。大腸埃希氏桿菌的發(fā)酵產(chǎn)物為甲酸、乙酸、乳酸、大腸埃希氏桿菌的發(fā)酵產(chǎn)物為甲酸、乙酸、乳酸、CO2CO2等。產(chǎn)氣桿菌也能進(jìn)行混合酸發(fā)酵，丙酮酸經(jīng)等。產(chǎn)氣桿菌也能進(jìn)行混合酸發(fā)酵，丙酮酸經(jīng)過縮合、脫羧后形成乙酰甲基甲醇，可在堿性條件過縮合、脫羧后形成乙酰甲基甲醇，可在堿性條件下被迅速氧化為二乙酰，二乙?？膳c蛋白胨水解出下被迅速氧化為二乙酰，二乙?？膳c蛋白胨水解出的精氨酸所含胍基反應(yīng)形成紅色化合物。稱為陽性的精氨酸所含胍基反應(yīng)形成紅色化合物。稱為陽性反應(yīng)

59、。反應(yīng)。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的生理另外，還可以用甲基紅試驗進(jìn)行區(qū)別。另外，還可以用甲基紅試驗進(jìn)行區(qū)別。產(chǎn)氣桿菌在混合酸發(fā)酵時會產(chǎn)生中性的乙酰甲基醇，產(chǎn)氣桿菌在混合酸發(fā)酵時會產(chǎn)生中性的乙酰甲基醇，但大腸埃希氏桿菌的混合酸發(fā)酵產(chǎn)生多種有機(jī)酸，使但大腸埃希氏桿菌的混合酸發(fā)酵產(chǎn)生多種有機(jī)酸，使培養(yǎng)液呈酸性，培養(yǎng)液呈酸性，p H在在4.2左右甚至更低。左右甚至更低。當(dāng)用甲基紅滴入時當(dāng)用甲基紅滴入時 ，大腸埃希氏桿菌培養(yǎng)液為紅色，大腸埃希氏桿菌培養(yǎng)液為紅色，稱之為陽性反應(yīng)；產(chǎn)氣桿菌培養(yǎng)液為橙黃色，為甲基稱之為陽性反應(yīng)；產(chǎn)氣桿菌培養(yǎng)液為橙黃色，為甲基紅反應(yīng)陰性。紅反應(yīng)陰性。環(huán)境工程微生物學(xué)04微生物的

60、生理2.2.好氧呼吸好氧呼吸電子受體為電子受體為O O2 2，底物被徹底的完全氧化成，底物被徹底的完全氧化成COCO2 2和和H H2 2O O，并，并有大量有大量ATPATP產(chǎn)生。產(chǎn)生。在好氧呼吸過程中，電子并不是直接傳遞給在好氧呼吸過程中，電子并不是直接傳遞給O O2 2，而是先，而是先轉(zhuǎn)移給轉(zhuǎn)移給NADNAD，成為，成為NADHNADH2 2，然后，然后NADHNADH2 2被氧化后，電子傳被氧化后，電子傳遞給電子傳遞體系，最后由電子傳遞體系轉(zhuǎn)給遞給電子傳遞體系，最后由電子傳遞體系轉(zhuǎn)給O O2 2。得到電子的得到電子的O O2 2與與H H結(jié)合形成結(jié)合形成H H2 2O O。仍然以葡萄糖