第一篇第4章微生物的生理

1、第四章第四章 微生物的生理微生物的生理第一節(jié)第一節(jié) 微生物的酶微生物的酶第二節(jié)第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)微生物的營養(yǎng)第三節(jié)第三節(jié) 微生物的產(chǎn)能代謝微生物的產(chǎn)能代謝概述：酶的研究歷史概述：酶的研究歷史酶的發(fā)現(xiàn)和提出：酶的發(fā)現(xiàn)和提出：18971897年，年，BuchnerBuchner兄弟用不含細(xì)胞的酵兄弟用不含細(xì)胞的酵母汁成功實現(xiàn)了發(fā)酵。提出了發(fā)酵與活細(xì)胞無關(guān)，而與細(xì)母汁成功實現(xiàn)了發(fā)酵。提出了發(fā)酵與活細(xì)胞無關(guān)，而與細(xì)胞液中的酶有關(guān)。胞液中的酶有關(guān)。19131913年，年，MichaelisMichaelis和和MentenMenten提出了酶促動力學(xué)原理提出了酶促動力學(xué)原理米氏米氏學(xué)說。學(xué)說。1926

2、1926年，年，SumnerSumner從刀豆種子中分離、純化得到了脲酶結(jié)晶，從刀豆種子中分離、純化得到了脲酶結(jié)晶，首次證明酶是具有催化活性的蛋白質(zhì)。首次證明酶是具有催化活性的蛋白質(zhì)。19281928年，年，CechCech對四膜蟲的研究中發(fā)現(xiàn)對四膜蟲的研究中發(fā)現(xiàn)RNARNA具有催化作用。具有催化作用。第一節(jié)第一節(jié) 微生物的酶微生物的酶酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的蛋白質(zhì)，亦稱為酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的蛋白質(zhì)，亦稱為生物催化劑生物催化劑 Biocatalysts Biocatalysts 。絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì) ( (EnzymeEnzyme和和Riboz

3、ymeRibozyme) )。酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)，稱為酶促反應(yīng)酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)，稱為酶促反應(yīng)Enzymatic reactionEnzymatic reaction。在酶的催化下發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)，稱為底物在酶的催化下發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)，稱為底物substratesubstrate。一、酶（一、酶（EnzymeEnzyme）的概念的概念二、二、 酶的組成酶的組成輔酶或輔基輔酶或輔基C C、H H、O O、N N、S S、 P P、CuCu、FeFe、I I、ZnZn、MoMo單成分酶單成分酶 = = 酶蛋白酶蛋白 雙成份酶雙成份酶 全酶全酶 = = 酶蛋白酶蛋白 + +全酶全酶 = =

4、酶蛋白酶蛋白 + +全酶全酶 = = 酶蛋白酶蛋白 + + 鐵卟啉、輔酶鐵卟啉、輔酶A A、NADNAD（輔酶（輔酶I I）、）、FADFAD（黃素腺嘌呤二核苷（黃素腺嘌呤二核苷酸）酸）有機物有機物有機物有機物 + + 金屬離子金屬離子金屬離子金屬離子三、酶的分類三、酶的分類單成分酶、全酶（雙成份酶）；單成分酶、全酶（雙成份酶）；胞內(nèi)酶，胞外酶，表面酶；胞內(nèi)酶，胞外酶，表面酶；結(jié)構(gòu)酶，誘導(dǎo)酶；結(jié)構(gòu)酶，誘導(dǎo)酶；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。酶分子的基本結(jié)構(gòu)單位酶分子的基本結(jié)構(gòu)單位氨基酸氨基酸 自然界中氨基酸種類自然界中氨基

5、酸種類100100種種 組成蛋白質(zhì)的氨基酸：組成蛋白質(zhì)的氨基酸：2020種種（基本氨基酸蛋白質(zhì)氨基酸）（基本氨基酸蛋白質(zhì)氨基酸） 除脯氨酸外，其余都是除脯氨酸外，其余都是 氨基酸氨基酸四、酶蛋白的化學(xué)結(jié)構(gòu)四、酶蛋白的化學(xué)結(jié)構(gòu)氨基酸的種類氨基酸的種類Gly, G, 甘氨酸甘氨酸Ala, A, 丙氨酸丙氨酸Val, V, 纈氨酸纈氨酸Leu, L, 亮氨酸亮氨酸Ile, I, 異亮氨酸異亮氨酸Met, M,甲硫氨酸甲硫氨酸Phe, F, 苯丙氨酸苯丙氨酸 Tyr, Y, 絡(luò)氨酸絡(luò)氨酸Trp, W, 色氨酸色氨酸氨基酸的種類氨基酸的種類Ser, S, 絲氨酸絲氨酸Thr, T, 蘇氨酸蘇氨酸Cys,

6、 C, 半胱氨酸半胱氨酸Pro, P, 脯氨酸脯氨酸Asn, N, 天冬酰胺天冬酰胺Gln, Q, 谷氨酰胺谷氨酰胺氨基酸的種類氨基酸的種類Lys, K, 賴氨酸賴氨酸Arg, R, 精氨酸精氨酸 His, H, 組氨酸組氨酸氨基酸的種類氨基酸的種類Asp, D,天冬氨酸天冬氨酸 Glu, E,谷氨酸谷氨酸氨基酸的種類氨基酸的種類 肽和肽鍵肽和肽鍵Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu; SGYAL蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)就是蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)就是蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)就是蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

7、就是蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈借助氫鍵沿一維方向排列呈蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈借助氫鍵沿一維方向排列呈具有周期性的結(jié)構(gòu)的構(gòu)象，它是多肽鏈骨架的排列規(guī)則，具有周期性的結(jié)構(gòu)的構(gòu)象，它是多肽鏈骨架的排列規(guī)則，而不涉及側(cè)鏈的類型與構(gòu)象。而不涉及側(cè)鏈的類型與構(gòu)象。類型主要包括：類型主要包括： 螺旋螺旋 折疊折疊 轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 螺旋螺旋 螺旋是蛋白質(zhì)中含量最螺旋是蛋白質(zhì)中含量最多，也是最穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)多，也是最穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)單元。單元。 螺旋豐富的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)螺旋豐富的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密而穩(wěn)定少變，故蛋白質(zhì)緊密而穩(wěn)定少變，故蛋白質(zhì)的功能活性區(qū)常不在的功

8、能活性區(qū)常不在 螺螺旋區(qū)，而在其附近。旋區(qū)，而在其附近。折疊折疊 折疊在蛋白質(zhì)中含量僅次于折疊在蛋白質(zhì)中含量僅次于 螺旋，和螺旋，和 螺旋相螺旋相比，穩(wěn)定性相對較差，結(jié)構(gòu)參數(shù)較易變化，扭曲程度也可比，穩(wěn)定性相對較差，結(jié)構(gòu)參數(shù)較易變化，扭曲程度也可各有不同，一般位于蛋白質(zhì)的中心，外面由穩(wěn)定的各有不同，一般位于蛋白質(zhì)的中心，外面由穩(wěn)定的 螺螺旋包圍。也有蛋白全由旋包圍。也有蛋白全由 折疊組成，如免疫球蛋白，這樣折疊組成，如免疫球蛋白，這樣的結(jié)構(gòu)相對較柔軟，易于發(fā)生構(gòu)象變化的結(jié)構(gòu)相對較柔軟，易于發(fā)生構(gòu)象變化。平行式平行式 折疊折疊 轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 轉(zhuǎn)角一種二級重要的結(jié)構(gòu)，在其它二級結(jié)構(gòu)之間起連轉(zhuǎn)角一種二級

9、重要的結(jié)構(gòu)，在其它二級結(jié)構(gòu)之間起連接作用。它可以出現(xiàn)在接作用。它可以出現(xiàn)在 螺旋之間、螺旋之間、 螺旋與螺旋與 折疊折疊之間、或反平行的之間、或反平行的 折疊之間連接兩段肽鏈。在球蛋白折疊之間連接兩段肽鏈。在球蛋白中含量頗多，并常位于分子表面。中含量頗多，并常位于分子表面。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子內(nèi)所有原子在三維空蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子內(nèi)所有原子在三維空間的立體排布。是二級結(jié)構(gòu)和非二級結(jié)構(gòu)在空間中的間的立體排布。是二級結(jié)構(gòu)和非二級結(jié)構(gòu)在空間中的進一步盤曲、折疊，形成包括主側(cè)鏈在內(nèi)的專一性三進一步盤曲、折疊，形成包括主側(cè)鏈在內(nèi)的專一性三維排布。維排布。其

10、基本特征是：每個殘基的構(gòu)象符合熱力學(xué)要求其基本特征是：每個殘基的構(gòu)象符合熱力學(xué)要求.肌肌紅紅蛋蛋白白的的三三級級結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)4. 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是指亞基和亞基之間通過疏水相蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是指亞基和亞基之間通過疏水相互作用，結(jié)合成為有序排列的特定空間結(jié)構(gòu)?；プ饔?，結(jié)合成為有序排列的特定空間結(jié)構(gòu)。 構(gòu)成寡聚蛋白質(zhì)分子的亞基可以相同，也可以不同。構(gòu)成寡聚蛋白質(zhì)分子的亞基可以相同，也可以不同。一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(primary structure)(primary structure)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)(secondary structure)(secondary str

11、ucture)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)(tertiary structure)(tertiary structure)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)( (quarternaryquarternary structure) structure)五、酶蛋白的活性中心五、酶蛋白的活性中心（一）（一）基本概念：基本概念：酶的活性中心是指結(jié)合底物和將底物轉(zhuǎn)酶的活性中心是指結(jié)合底物和將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的區(qū)域，通常是相隔很遠(yuǎn)的氨基酸殘基形成的三化為產(chǎn)物的區(qū)域，通常是相隔很遠(yuǎn)的氨基酸殘基形成的三維實體。酶的活性中心包括兩個功能部位：結(jié)合部位和催維實體。酶的活性中心包括兩個功能部位：結(jié)合部位和催化部位?；课?。1 1結(jié)合部位（結(jié)合部位

12、（ Binding siteBinding site） 酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域一般稱為結(jié)合部位。此酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域一般稱為結(jié)合部位。此部位決定酶的專一性。部位決定酶的專一性。2 2催化部位（催化部位（ catalytic site catalytic site ） 酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位稱為催化部位酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位稱為催化部位。此此部位決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。部位決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。（必需基團、非必需基團）（必需基團、非必需基團）必需基團必需基團: :酶分子中有些基團若經(jīng)化學(xué)修飾（氧化、還原、酶分子中有些基團若經(jīng)化學(xué)修飾（氧化、還原、?；?/p>

13、、烷化）使其改變，則酶的活性喪失，這些基團稱為酰化、烷化）使其改變，則酶的活性喪失，這些基團稱為必需基團。必需基團。非必需基團：有的酶溫和水解掉幾個非必需基團：有的酶溫和水解掉幾個AAAA殘基，仍能表現(xiàn)活殘基，仍能表現(xiàn)活性，這些基團即非必需基團。性，這些基團即非必需基團。酶活性中心的結(jié)構(gòu)特點酶活性中心的結(jié)構(gòu)特點 活性中心只占酶分子總體積的很小一部分，往往只占整個酶活性中心只占酶分子總體積的很小一部分，往往只占整個酶分子體積的分子體積的1%-2%1%-2%。 某些酶活性部位的某些酶活性部位的AA殘基殘基 酶酶 AA殘基數(shù)殘基數(shù) 活性部位的活性部位的AA殘基殘基核糖核酸酶核糖核酸酶 124 124

14、 His12, His119, Lys41His12, His119, Lys41溶菌酶溶菌酶 129 129 Asp52, Glu35Asp52, Glu35胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 241 241 His57, Asp102, Ser195His57, Asp102, Ser195胃蛋白酶胃蛋白酶 348 348 Asp32, Asp215Asp32, Asp215木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶 212 212 Cys25, His159Cys25, His159羧肽酶羧肽酶A 307 Arg127, Glu270,Tyr248,ZnA 307 Arg127, Glu270,Tyr248,Zn2+2

15、+牛胰蛋白酶牛胰蛋白酶六、蛋白質(zhì)生物結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系六、蛋白質(zhì)生物結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1. 1. 一級結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu) 相似結(jié)構(gòu)相似功能相似結(jié)構(gòu)相似功能 不同結(jié)構(gòu)不同功能不同結(jié)構(gòu)不同功能 一級結(jié)構(gòu)改變可導(dǎo)致功能的喪失、分子病的產(chǎn)生一級結(jié)構(gòu)改變可導(dǎo)致功能的喪失、分子病的產(chǎn)生2. 2. 蛋白質(zhì)生物功能的表達(dá)依賴于其完整的構(gòu)象蛋白質(zhì)生物功能的表達(dá)依賴于其完整的構(gòu)象一、蛋白質(zhì)在某些理化因素的作用下，其空間結(jié)構(gòu)受到破壞，一、蛋白質(zhì)在某些理化因素的作用下，其空間結(jié)構(gòu)受到破壞，從而改變其理化性質(zhì)，并失去其生物活性，稱為蛋白質(zhì)的變從而改變其理化性質(zhì)，并失去其生物活性，稱為蛋白質(zhì)的變性。性。二、

16、變性的實質(zhì)是破壞了蛋二、變性的實質(zhì)是破壞了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，并不引起白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，并不引起一級結(jié)構(gòu)的改變。一級結(jié)構(gòu)的改變。 蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)兩性電離蛋白質(zhì)兩性電離陽離子陽離子pHpHpHpIpI兼性離子兼性離子pH=pH=pIpI 蛋白質(zhì)的沉淀蛋白質(zhì)的沉淀+-疏水膠體疏水膠體 沉淀沉淀疏水膠體疏水膠體七、酶的作用特點七、酶的作用特點（一）酶和一般催化劑的共性（一）酶和一般催化劑的共性用量少而催化效率高；用量少而催化效率高；它能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速度，但是不能改變化學(xué)反應(yīng)它能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速度，但是不能改變化學(xué)反應(yīng)平衡。酶本身在反應(yīng)前后也不發(fā)生變化。平衡。酶本身在反應(yīng)前后也不發(fā)生

17、變化。酶能夠穩(wěn)定底物形成的過渡狀態(tài)，降低反應(yīng)的活化能，酶能夠穩(wěn)定底物形成的過渡狀態(tài)，降低反應(yīng)的活化能，從而加速反應(yīng)的進行。從而加速反應(yīng)的進行。（二）酶作為生物催化劑的特性（二）酶作為生物催化劑的特性酶的催化作用可使反應(yīng)速度提高酶的催化作用可使反應(yīng)速度提高1010 10101 1倍。倍。 例如：過氧化氫分解例如：過氧化氫分解 2 2H H2 2O O2 2 2H 2H2 2O + OO + O2 2用用FeFe3+3+ 催化，效率為催化，效率為6 6X10X10-4-4 mol/ mol/mol.Smol.S，而用過氧化氫而用過氧化氫酶催化，效率為酶催化，效率為6 6X10X106 6 mol/

18、mol/mol.Smol.S。轉(zhuǎn)換數(shù)（轉(zhuǎn)換數(shù)（turnover numberturnover number）的概念：每秒鐘每個酶分子的概念：每秒鐘每個酶分子能 催 化 底 物 發(fā) 生 變 化 的 微 摩 爾 數(shù) ， 用能 催 化 底 物 發(fā) 生 變 化 的 微 摩 爾 數(shù) ， 用 k kc a tc a t表 示表 示（ mol/Smol/S ）。）。 - -淀粉酶催化淀粉水解，淀粉酶催化淀粉水解，1 1克結(jié)晶酶在克結(jié)晶酶在6565 C C條件下可催條件下可催化化2 2噸淀粉水解噸淀粉水解。1 1高效性（酶具有極高的催化效率）高效性（酶具有極高的催化效率）酶的專一性酶的專一性 Specific

19、ity Specificity 又稱為特異性，是指酶在催化生又稱為特異性，是指酶在催化生化反應(yīng)時對底物的選擇性，即一種酶只能作用于某一化反應(yīng)時對底物的選擇性，即一種酶只能作用于某一類或某一種特定的物質(zhì)。亦即酶只能催化某一類或某類或某一種特定的物質(zhì)。亦即酶只能催化某一類或某一種化學(xué)反應(yīng)。一種化學(xué)反應(yīng)。例如：蛋白酶催化蛋白質(zhì)的水解；淀粉酶催化淀粉的例如：蛋白酶催化蛋白質(zhì)的水解；淀粉酶催化淀粉的水解；核酸酶催化核酸的水解。水解；核酸酶催化核酸的水解。2 2專一性專一性 SpecificitySpecificity有些酶的作用對象不是一種底物，而是一類化合物或有些酶的作用對象不是一種底物，而是一類化合

20、物或一類化學(xué)鍵。這種專一性稱為一類化學(xué)鍵。這種專一性稱為相對專一性相對專一性( (Relative Relative Specificity)Specificity)。包括：包括：族族( (group)group)專一性專一性（對鍵兩端的基團要求的程度不同，只（對鍵兩端的基團要求的程度不同，只對其中一個基團要求嚴(yán)格）。對其中一個基團要求嚴(yán)格）。如如 - -葡萄糖苷酶，催化由葡萄糖苷酶，催化由 - -葡萄糖所構(gòu)成的糖苷水解，但對于糖苷的另一端沒有葡萄糖所構(gòu)成的糖苷水解，但對于糖苷的另一端沒有嚴(yán)格要求。胰蛋白酶，水解鹼性氨基酸的羧基形成的嚴(yán)格要求。胰蛋白酶，水解鹼性氨基酸的羧基形成的肽鍵。肽鍵。鍵

21、鍵( (Bond)Bond)專一性專一性。如酯酶催化酯的水解，對于酯兩端的。如酯酶催化酯的水解，對于酯兩端的基團沒有嚴(yán)格的要求?；鶊F沒有嚴(yán)格的要求。（1 1）相對專一性）相對專一性 ( (Relative Specificity)Relative Specificity)（2 2）絕對專一性（）絕對專一性（Absolute specificity)Absolute specificity)有些酶對底物的要求非常嚴(yán)格，只作用于一個有些酶對底物的要求非常嚴(yán)格，只作用于一個特定的底物特定的底物。這種專一性稱為絕對專一性（這種專一性稱為絕對專一性（Absolute specificity)Absolu

22、te specificity)。例如：脲酶、麥芽糖酶、淀粉酶、碳酸酐酶及延胡索酸水例如：脲酶、麥芽糖酶、淀粉酶、碳酸酐酶及延胡索酸水化酶（只作用于反丁烯二酸）等?；福ㄖ蛔饔糜诜炊∠┒幔┑?。酶的一個重要特性是能專一性地與手性底物結(jié)合并催化酶的一個重要特性是能專一性地與手性底物結(jié)合并催化這類底物發(fā)生反應(yīng)。即當(dāng)?shù)孜锞哂行猱悩?gòu)體時，酶只這類底物發(fā)生反應(yīng)。即當(dāng)?shù)孜锞哂行猱悩?gòu)體時，酶只能作用于其中的一種。能作用于其中的一種。 例如，淀粉酶只能選擇性地水解例如，淀粉酶只能選擇性地水解D D葡萄糖形成的葡萄糖形成的1 1，4 4糖苷鍵；糖苷鍵；L-L-氨基酸氧化酶只能催化氨基酸氧化酶只能催化L-L-氨

23、基酸氧化；乳酸氨基酸氧化；乳酸脫氫酶只對脫氫酶只對L-L-乳酸是專一的。乳酸是專一的。旋光異構(gòu)旋光異構(gòu)專一性專一性（3）立體異構(gòu)專一性立體異構(gòu)專一性 StereochemicalStereochemical SpecificitySpecificity，stereospecificitystereospecificity酶促反應(yīng)一般在酶促反應(yīng)一般在pH 5-8 pH 5-8 水溶液中進行，反應(yīng)溫度范圍水溶液中進行，反應(yīng)溫度范圍為為20-4020-40 C C。高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，將引起酶的失活。高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，將引起酶的失活。3 3反應(yīng)條件溫和反應(yīng)條件溫和酶易失活酶

24、易失活凡能使蛋白質(zhì)變性的因素如強酸、強堿高溫等條件凡能使蛋白質(zhì)變性的因素如強酸、強堿高溫等條件都能使酶破壞而完全失去活性。所以酶作用一般都都能使酶破壞而完全失去活性。所以酶作用一般都要求比較溫和的條件如常溫、常壓和接近中性的酸要求比較溫和的條件如常溫、常壓和接近中性的酸鹼度。鹼度。. .酶活力可調(diào)節(jié)控制酶活力可調(diào)節(jié)控制如抑制劑調(diào)節(jié)、共價修飾調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)、酶如抑制劑調(diào)節(jié)、共價修飾調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)、酶原激活及激素控制等。原激活及激素控制等。. .某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)酶作為生物催化劑的特性酶作為生物催化劑的特性1 1高效性高效性2 2專一性

25、專一性3 3反應(yīng)條件溫和反應(yīng)條件溫和4 4酶易失活酶易失活5. 5. 酶活力可調(diào)節(jié)控制酶活力可調(diào)節(jié)控制6. 6. 某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)。某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)。鎖鑰學(xué)說（鎖鑰學(xué)說（18941894年年Emil FischerEmil Fischer）lock and keylock and key或模板學(xué)說或模板學(xué)說（temolatetemolate）：）：認(rèn)為整個酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)認(rèn)為整個酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣。鑰匙對一把鎖

26、一樣。 （酶的多底物現(xiàn)象、酶對正反方向的催化、相對專一性）（酶的多底物現(xiàn)象、酶對正反方向的催化、相對專一性）誘導(dǎo)契合學(xué)說（誘導(dǎo)契合學(xué)說（19581958年年 D.Koshland)_inducedD.Koshland)_induced fit fit：該學(xué)說認(rèn)該學(xué)說認(rèn)為酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于為酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補形狀底物的誘導(dǎo)才形成了互補形狀, ,從而有利于底物的結(jié)合。從而有利于底物的結(jié)合。 酶作用專一性的機制酶作用專一性的機制誘導(dǎo)契合學(xué)說的要點誘導(dǎo)契合學(xué)說的要點酶有其原來的形狀，不一定一開始就是底物的模板酶有其原來的

27、形狀，不一定一開始就是底物的模板底物能誘導(dǎo)酶蛋白的形狀發(fā)生一定變化（專一性結(jié)合）底物能誘導(dǎo)酶蛋白的形狀發(fā)生一定變化（專一性結(jié)合）當(dāng)酶的形狀發(fā)生變化后，就使得其中的催化基團形成正確當(dāng)酶的形狀發(fā)生變化后，就使得其中的催化基團形成正確的排列。的排列。在酶反應(yīng)過程中，酶活性中心構(gòu)象的變化是可逆的。即酶在酶反應(yīng)過程中，酶活性中心構(gòu)象的變化是可逆的。即酶與底物結(jié)合時，產(chǎn)生一種誘導(dǎo)構(gòu)象，反應(yīng)結(jié)束時，產(chǎn)物從與底物結(jié)合時，產(chǎn)生一種誘導(dǎo)構(gòu)象，反應(yīng)結(jié)束時，產(chǎn)物從酶表面脫落，酶又恢復(fù)其原來的構(gòu)象。酶表面脫落，酶又恢復(fù)其原來的構(gòu)象。 降低反應(yīng)的活化能（降低反應(yīng)的活化能（activation energyactivati

28、on energy）活化能活化能: :在一定溫度下一摩爾底物全部進入活化態(tài)所需要的自在一定溫度下一摩爾底物全部進入活化態(tài)所需要的自由能，單位是由能，單位是KJ/mol.KJ/mol. （增加溫度、加入催化劑降低反應(yīng)活化能）增加溫度、加入催化劑降低反應(yīng)活化能） 酶促反應(yīng)：酶促反應(yīng)：E + S = ES = E + S = ES = ESES* * EP EP E + P E + P 非酶促反應(yīng)：非酶促反應(yīng)：S S P P催化劑的作用是降低反應(yīng)活化能催化劑的作用是降低反應(yīng)活化能, ,從而起到提高反應(yīng)速度的作從而起到提高反應(yīng)速度的作用。用。酶作用高效率的機制酶作用高效率的機制反應(yīng)過程中能的變化反應(yīng)過

29、程中能的變化實例實例：H H2 2O O2 2的分解的分解無催化劑時活化能為無催化劑時活化能為75.24 75.24 KJ/mol;KJ/mol;鉑為催化劑時鉑為催化劑時48.9;48.9;H H2 2O O2 2酶為催化劑酶為催化劑8.368.36反應(yīng)進程反應(yīng)進程H H2 2O O2 2酶酶無催化劑無催化劑自由能自由能能能底物底物產(chǎn)物產(chǎn)物ESESESES* *EPEP鉑催化劑鉑催化劑八、影響酶活力的因素八、影響酶活力的因素1. 1. 酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響2. 2. 底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響3. 3. 溫度對酶促反應(yīng)速度的影響溫度

30、對酶促反應(yīng)速度的影響4. pH4. pH對酶促反應(yīng)速度的影響對酶促反應(yīng)速度的影響5. 5. 激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響6. 6. 抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響1 1、酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響、酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響在酶促反應(yīng)體系中，當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶的濃度，在酶促反應(yīng)體系中，當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶的濃度，使酶被底物飽和時，反應(yīng)速度與酶的濃度變化成正使酶被底物飽和時，反應(yīng)速度與酶的濃度變化成正比關(guān)系。比關(guān)系。V=KV=K3 3EE。VE在低底物濃度時在低底物濃度時, , 反應(yīng)速度反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級反

31、應(yīng)特征。一級反應(yīng)特征。當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，反當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，反應(yīng) 速 度 達(dá) 到 最 大 值應(yīng) 速 度 達(dá) 到 最 大 值（V Vmaxmax），），此時再增加底此時再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。表現(xiàn)為零級反應(yīng)。02468101214161820020406080100C oncentration of S ubstrate(um ol/L)Rate of Reaction(v)19031903年，年，HenriHenri用蔗糖酶水解蔗糖的用蔗糖酶水解蔗糖的實驗實驗2 2、底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響、底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響酶與底物的

32、中間絡(luò)合物學(xué)說（酶與底物的中間絡(luò)合物學(xué)說（HenriHenri和和WurtzWurtz） E+S ES E+P1913年前后，Michaelis和Menten在前人工作的基礎(chǔ)上，假定 E+S ES 快速建立平衡，底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度，ES分解產(chǎn)物的逆反應(yīng)忽略不計，推導(dǎo)出下列方程：V=Vmax SKm + S米氏方程米氏方程 米氏方程米氏方程V=Vmax SKm + SnK Km m 即為米氏常數(shù)，即為米氏常數(shù)，nV Vmaxmax為最大反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度一半時當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度一半時, ,即即V V = 1/2 = 1/2 V Vmaxmax, , K Km =

33、 Sm = S上式表示上式表示, ,米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大值的一半時的底物濃度。最大值的一半時的底物濃度。因此因此, ,米氏常數(shù)的單位為米氏常數(shù)的單位為mol/Lmol/L。19131913年前后，年前后，MichaelisMichaelis和和MentenMenten提出提出“米氏學(xué)說米氏學(xué)說”當(dāng)當(dāng) SSKmKm時，時，v=v=Vmax/KmSVmax/KmS 當(dāng)當(dāng) SSKmKm時時, , v=v=VmaxVmax當(dāng)當(dāng) SS= Km= Km時時, , v=Vmax/2v=Vmax/2102030405060708090020406080100Temperature OC

34、Relative Activity (%)3 3、溫度對酶促反應(yīng)速度的影響、溫度對酶促反應(yīng)速度的影響一方面是溫度升高一方面是溫度升高, ,酶促反應(yīng)速酶促反應(yīng)速度加快度加快( (溫度系數(shù)溫度系數(shù)Q10Q10：反應(yīng)溫反應(yīng)溫度提高度提高1010 C C，其反應(yīng)速度與原其反應(yīng)速度與原來的反應(yīng)速度之比來的反應(yīng)速度之比) )。另一方面另一方面, ,溫度升高溫度升高, ,酶的高級酶的高級結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導(dǎo)致酶活性降低甚至喪失。酶活性降低甚至喪失。 因此大多數(shù)酶都有一個最適溫因此大多數(shù)酶都有一個最適溫度。在最適溫度度。在最適溫度( (optimum optimum temper

35、ature )temperature )條件下條件下, ,反應(yīng)速度反應(yīng)速度最大。最大。酶對溫度的耐受力與其存在狀酶對溫度的耐受力與其存在狀態(tài)有關(guān)。態(tài)有關(guān)。4 4、pH pH 對酶促反應(yīng)速度的影響對酶促反應(yīng)速度的影響pHpH可影響酶分子尤其是活性中心上必需基團和催化基團的可影響酶分子尤其是活性中心上必需基團和催化基團的解離程度，也可影響底物和輔酶的解離程度，從而影響酶解離程度，也可影響底物和輔酶的解離程度，從而影響酶與底物的結(jié)合。在特定與底物的結(jié)合。在特定pHpH條件下，酶、底物和輔酶的解離條件下，酶、底物和輔酶的解離情況適宜于相互結(jié)合，使酶反應(yīng)速度達(dá)到最大值，這個情況適宜于相互結(jié)合，使酶反應(yīng)速

36、度達(dá)到最大值，這個pHpH稱為最適稱為最適pHpH（optimum pH optimum pH ）。）。動物體內(nèi)多數(shù)酶的最適動物體內(nèi)多數(shù)酶的最適pHpH接近中性。接近中性。木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶膽堿脂膽堿脂酶酶胃蛋白酶胃蛋白酶 5 5、激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響、激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響激活劑激活劑(activator)(activator)：使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽鍪姑赣蔁o活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)。包括加的物質(zhì)。包括(1)(1)金屬離子，如金屬離子，如Mg Mg 2+2+、K K+ +、MnMn2+2+等；等；(2)(2)陰離子，如陰離子，如ClCl- -、BrBr- -

37、、I I- -、CNCN- -、NONO3- 3-等；等；(3)(3)有機化合物，如膽汁酸鹽、半胱氨酸。有機化合物，如膽汁酸鹽、半胱氨酸。必需激活劑（必需激活劑（essential activatoressential activator）：）： 對酶促反應(yīng)不可少。與酶、底物結(jié)合參加反應(yīng)。對酶促反應(yīng)不可少。與酶、底物結(jié)合參加反應(yīng)。非必需激活劑（非必需激活劑（non- essential activatornon- essential activator）：）： 有些激活劑不存在時，酶仍有一定的催化活性。有些激活劑不存在時，酶仍有一定的催化活性。6 6、抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響、抑制劑對酶促反

38、應(yīng)速度的影響酶的抑制劑酶的抑制劑（inhibitorinhibitor）：）： 凡能減弱、抑制甚至破壞酶活性的物質(zhì)。凡能減弱、抑制甚至破壞酶活性的物質(zhì)。包括重金屬離子、一氧化碳、硫化氫、氫氰酸、氟化物、包括重金屬離子、一氧化碳、硫化氫、氫氰酸、氟化物、生物堿、染料、表面活性劑等。生物堿、染料、表面活性劑等。(1) (1) 不可逆性抑制不可逆性抑制不可逆性抑制：（不可逆性抑制：（irreversible inhibitionirreversible inhibition）抑制劑與酶）抑制劑與酶的必需基團以牢固的共價鍵結(jié)合，從而使酶活喪失，的必需基團以牢固的共價鍵結(jié)合，從而使酶活喪失，不能用透析、

39、超濾等去除抑制劑。不能用透析、超濾等去除抑制劑。 如低濃度的重金如低濃度的重金屬離子屬離子HgHg2+2+、AgAg+ +、AsAs3+ 3+ 可與酶分子可與酶分子SHSH結(jié)合，使酶結(jié)合，使酶活抑制活抑制(2)(2)可逆性抑制可逆性抑制抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復(fù)抑制劑可以通過透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為：根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為：竟?fàn)幮砸种凭範(fàn)幮砸种? (competitive inh

40、ibition)competitive inhibition)非竟?fàn)幮砸种品蔷範(fàn)幮砸种? (noncompetitive inhibition )noncompetitive inhibition )競爭性抑制競爭性抑制(competitive inhibition)(competitive inhibition)竟?fàn)幮砸种仆ǔ？梢酝ㄟ^竟?fàn)幮砸种仆ǔ？梢酝ㄟ^增大底物濃度，即提高底增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。物的競爭能力來消除。非競爭性抑制非競爭性抑制(noncompetitive inhibition )(noncompetitive inhibition )一些重要的抑制劑一些

41、重要的抑制劑 a. a.不可逆抑制劑不可逆抑制劑 有機磷化合物有機磷化合物與酶活性直接有關(guān)的絲氨酸上的與酶活性直接有關(guān)的絲氨酸上的- -OHOH牢固地結(jié)牢固地結(jié)合，從而抑制某些蛋白酶或酯酶。（合，從而抑制某些蛋白酶或酯酶。（DFPDFP、敵百蟲、敵敵敵百蟲、敵敵畏、農(nóng)藥畏、農(nóng)藥16051605等等）有機汞、有機砷化合物有機汞、有機砷化合物與酶蛋白上的與酶蛋白上的- -SHSH作用，從而抑制含作用，從而抑制含- -SHSH酶的活性。（對氯汞苯甲酸酶的活性。（對氯汞苯甲酸）氰化物氰化物與含鐵卟啉的酶中的與含鐵卟啉的酶中的FeFe3+3+結(jié)合，使酶失活。結(jié)合，使酶失活。重金屬重金屬能使大多數(shù)酶失活，

42、加入能使大多數(shù)酶失活，加入EDTAEDTA可以除去?？梢猿?。烷化劑烷化劑使酶蛋白中的使酶蛋白中的 SHSH、-NH-NH2 2、-OH-OH等發(fā)生烷基化，等發(fā)生烷基化， 失失活。活。青霉素青霉素抗菌素類藥物，與糖肽轉(zhuǎn)肽酶活性部位抗菌素類藥物，與糖肽轉(zhuǎn)肽酶活性部位Ser-OHSer-OH共價結(jié)共價結(jié)合，使酶失活。合，使酶失活。在可逆抑制劑中最重要的是競爭性抑制劑。如：磺在可逆抑制劑中最重要的是競爭性抑制劑。如：磺胺藥、胺藥、TMPTMP、氨基葉酸等。用增加底物濃度的方法氨基葉酸等。用增加底物濃度的方法可以減弱抑制作用?？梢詼p弱抑制作用。b. b. 可逆抑制劑可逆抑制劑一、微生物的化學(xué)組成一、微

43、生物的化學(xué)組成二、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)類型三、碳氮磷比三、碳氮磷比四、微生物的培養(yǎng)基四、微生物的培養(yǎng)基五、培養(yǎng)基的類別五、培養(yǎng)基的類別六、營養(yǎng)物質(zhì)進入微生物細(xì)胞的方式六、營養(yǎng)物質(zhì)進入微生物細(xì)胞的方式第二節(jié)第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)微生物的營養(yǎng)一、微生物的化學(xué)組成一、微生物的化學(xué)組成水分（水分（70%70%90%90%）干物質(zhì)（干物質(zhì)（10%10%30%30%） 有機物：蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類。有機物：蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類。 無機物：包括無機物：包括P P、S S、K K、NaNa、CaCa、MgMg、FeFe、 ClCl和微量元素和微量元素CuCu、MnMn、ZnZ

44、n、B B、MoMo、CoCo、NiNi等。等。微生物細(xì)胞中幾種主要元素的相對含量（ % 干重） 元素 細(xì)菌 酵母菌 霉菌 碳 氮氫氧磷硫 50 1582031 49.87.56.731.11.50.3 47.95.26.740.21.20.2 二、微生物的營養(yǎng)物二、微生物的營養(yǎng)物1. 1. 水水2. 2. 碳素營養(yǎng)源：能供給微生物碳素營養(yǎng)的物質(zhì)，碳素營養(yǎng)源：能供給微生物碳素營養(yǎng)的物質(zhì)， 包括無機含碳化合物和有機含碳化合物。包括無機含碳化合物和有機含碳化合物。3. 3. 氮素營養(yǎng)源：能供給微生物氮素營養(yǎng)的物質(zhì)；氮素營養(yǎng)源：能供給微生物氮素營養(yǎng)的物質(zhì)； 無機氮源無機氮源 有機氮源有機氮源4. 4

45、. 無機鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽等；無機鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽等；5. 5. 生長因子：生長因子：V VB B族、族、V VC C、氨基酸、嘌呤、嘧啶、生物素、氨基酸、嘌呤、嘧啶、生物素、煙堿等。煙堿等。 水是微生物生長所必不可少的。水的生理功能主要有：水是微生物生長所必不可少的。水的生理功能主要有：起到溶劑與運輸介質(zhì)的作用，營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)起到溶劑與運輸介質(zhì)的作用，營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌必須以水為介質(zhì)才能完成；物的分泌必須以水為介質(zhì)才能完成；參與細(xì)胞內(nèi)一系列化學(xué)反應(yīng)；參與細(xì)胞內(nèi)一系列化學(xué)反應(yīng)；維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象；維持蛋白質(zhì)、核酸等生

46、物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象；因為水的比熱高，是熱的良好導(dǎo)體，能有效地吸收代謝因為水的比熱高，是熱的良好導(dǎo)體，能有效地吸收代謝過程中產(chǎn)生的熱并及時地將熱迅速散發(fā)出體外，從而有過程中產(chǎn)生的熱并及時地將熱迅速散發(fā)出體外，從而有效地控制細(xì)胞內(nèi)溫度的變化；效地控制細(xì)胞內(nèi)溫度的變化；保持充足的水分是細(xì)胞維持自身正常形態(tài)的重要因素。保持充足的水分是細(xì)胞維持自身正常形態(tài)的重要因素。1. 1. 水水在微生物生長過程中為微生物提供碳素來源的物質(zhì)在微生物生長過程中為微生物提供碳素來源的物質(zhì)稱為碳源稱為碳源 (source of carbon)(source of carbon)。 從簡單的無機含碳化合物如從簡單的無機含

47、碳化合物如COCO2 2和碳酸鹽到各種各樣和碳酸鹽到各種各樣的天然有機化合物都可以作為微生物的碳源，但不的天然有機化合物都可以作為微生物的碳源，但不同的微生物利用含碳物質(zhì)具有選擇性，利用能力有同的微生物利用含碳物質(zhì)具有選擇性，利用能力有差異。差異。2. 2. 碳源碳源 碳源的生理作用碳源的生理作用碳源物質(zhì)通過復(fù)雜的化學(xué)變化來構(gòu)成微生物自身的細(xì)碳源物質(zhì)通過復(fù)雜的化學(xué)變化來構(gòu)成微生物自身的細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物；胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物；同時多數(shù)碳源物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)過程中還能為機同時多數(shù)碳源物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)過程中還能為機體提供維持生命活動的能量體提供維持生命活動的能量; ;但有些以又但有些以又CO2為

48、唯一或主要碳源的微生物生長所需為唯一或主要碳源的微生物生長所需的能源則不是的能源則不是來自來自CO2。微微生生物物的的營營養(yǎng)養(yǎng)和和代代謝謝微生物利用的碳源物質(zhì)微生物利用的碳源物質(zhì)種類種類碳源物質(zhì)碳源物質(zhì)備注備注糖葡萄糖、果糖、麥芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纖維二糖、纖維素、半纖維素、甲殼素、木質(zhì)素等單糖優(yōu)于雙糖，己糖優(yōu)于戊糖，淀粉優(yōu)于纖維素，純多糖優(yōu)于雜多糖。有機酸糖酸、乳酸、檸檬酸、延胡索酸、低級脂肪酸、高級脂肪酸、氨基酸等與糖類比效果較差，有機酸較難進入細(xì)胞，進入細(xì)胞后會導(dǎo)致pH下降。當(dāng)環(huán)境中缺乏碳源物質(zhì)時，氨基酸可被微生物作為碳源利用。醇乙醇在低濃度條件下被某些酵母菌和醋酸菌

49、利用。脂脂肪、磷脂主要利用脂肪，在特定條件下將磷脂分解為甘油和脂肪酸而加以利用。烴天然氣、石油、石油餾分、石蠟油等利用烴的微生物細(xì)胞表面有一種由糖脂組成的特殊吸收系統(tǒng)，可將難溶的烴充分乳化后吸收利用。CO2CO2為自養(yǎng)微生物所利用。碳酸鹽NaHCO3、CaCO3、白堊等為自養(yǎng)微生物所利用。其他芳香族化合物、氰化物蛋白質(zhì)、肋、核酸等利用這些物質(zhì)的微生物在環(huán)境保護方面有重要作用。當(dāng)環(huán)境中缺乏碳源物質(zhì)時，可被微生物作為碳源而降解利用。凡是可以被微生物用來構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的或代謝產(chǎn)物中氮素來凡是可以被微生物用來構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)通稱為源的營養(yǎng)物質(zhì)通稱為氮源氮源(source of

50、 nitrogen)(source of nitrogen)物質(zhì)。物質(zhì)。氮源功能：氮源功能：為微生物提供合成細(xì)胞物質(zhì)代謝產(chǎn)物原料，一般不做能源為微生物提供合成細(xì)胞物質(zhì)代謝產(chǎn)物原料，一般不做能源, ,只只有硝化細(xì)菌利用銨鹽，亞硝酸鹽作氮源有硝化細(xì)菌利用銨鹽，亞硝酸鹽作氮源, ,同時也作能源。同時也作能源。氮源種類：氮源種類： 分子態(tài)氮：固氮微生物以分子氮為唯一氮源；分子態(tài)氮：固氮微生物以分子氮為唯一氮源； 無機態(tài)氮：硝酸鹽、銨鹽幾乎所有微生物能利用；無機態(tài)氮：硝酸鹽、銨鹽幾乎所有微生物能利用； 有機態(tài)氮：蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物有機態(tài)氮：蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物 速性氮源：實驗室常用牛肉膏、蛋白質(zhì)、酵母膏做

51、氮源；速性氮源：實驗室常用牛肉膏、蛋白質(zhì)、酵母膏做氮源； 遲速性氮源：生產(chǎn)用玉米漿、豆餅、葵花餅、花生餅等。遲速性氮源：生產(chǎn)用玉米漿、豆餅、葵花餅、花生餅等。3. 3. 氮源氮源微生物對氮源的利用具有選擇性，如微生物對氮源的利用具有選擇性，如玉米漿相對于豆餅粉，玉米漿相對于豆餅粉，NHNH4 4+ +相對于相對于NONO3 3- -為速效氮源。銨鹽作為氮源時會為速效氮源。銨鹽作為氮源時會導(dǎo)致培養(yǎng)基導(dǎo)致培養(yǎng)基pHpH值下降，稱為生理酸性值下降，稱為生理酸性鹽，而以硝酸鹽作為氮源時培養(yǎng)基鹽，而以硝酸鹽作為氮源時培養(yǎng)基pHpH值會升高，稱為生理堿性鹽。值會升高，稱為生理堿性鹽。微微生生物物的的營營養(yǎng)

52、養(yǎng)和和代代謝謝微生物利用的氮源物質(zhì)微生物利用的氮源物質(zhì)種類種類氮源物質(zhì)氮源物質(zhì)備注備注蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)類類蛋白質(zhì)及其不蛋白質(zhì)及其不同程度降解產(chǎn)同程度降解產(chǎn)物物( (胨、肽、氨胨、肽、氨基酸等基酸等) )大分子蛋白質(zhì)難進入細(xì)胞，一些真菌和少數(shù)細(xì)菌大分子蛋白質(zhì)難進入細(xì)胞，一些真菌和少數(shù)細(xì)菌能分泌胞外蛋白酶，將大分子蛋白質(zhì)降解利用，能分泌胞外蛋白酶，將大分子蛋白質(zhì)降解利用，而多數(shù)細(xì)菌只能利用相對分子質(zhì)量較小其降解產(chǎn)而多數(shù)細(xì)菌只能利用相對分子質(zhì)量較小其降解產(chǎn)物物氨及銨氨及銨鹽鹽NHNH3 3、(NH(NH4 4) )2 2SOSO4 4等等容易被微生物吸收利用容易被微生物吸收利用硝酸鹽硝酸鹽KNOKNO3

53、 3等等容易被微生物吸收利用容易被微生物吸收利用分子氮分子氮N N2 2固氮微生物可利用，但當(dāng)環(huán)境中有化合態(tài)氮源時，固氮微生物可利用，但當(dāng)環(huán)境中有化合態(tài)氮源時，固氮微生物就失去固氮能力固氮微生物就失去固氮能力其他其他嘌呤、嘧啶、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、脲、胺、酰胺、氰化物氰化物大腸桿菌不能以嘧啶作為唯一氮源，在氮限量的大腸桿菌不能以嘧啶作為唯一氮源，在氮限量的葡萄糖培養(yǎng)基上生長時，可通過誘導(dǎo)作用先合成葡萄糖培養(yǎng)基上生長時，可通過誘導(dǎo)作用先合成分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可不同程分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可不同程度地被微生物作為氮源加以利用度地被微生物作為氮源加以利用無機鹽無機鹽

54、(inorganic salt)(inorganic salt)是微生物生長必不可少的一類營是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質(zhì)，它們在機體中的生理功能主要是作為酶活性養(yǎng)物質(zhì)，它們在機體中的生理功能主要是作為酶活性中心的組成部分、維持生物大分子和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定中心的組成部分、維持生物大分子和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)并維持細(xì)胞的滲透壓平衡、控制細(xì)胞的氧化性、調(diào)節(jié)并維持細(xì)胞的滲透壓平衡、控制細(xì)胞的氧化還原電位和作為某些微生物生長的能源物質(zhì)等。還原電位和作為某些微生物生長的能源物質(zhì)等。4. 4. 無機鹽無機鹽微量元素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，微量元素是指那些在微生物生長過程中

55、起重要作用，而機體對這些元素的需要量極其微小的元素，通常需而機體對這些元素的需要量極其微小的元素，通常需要量在要量在1010-6 -6-10-10-8 -8mol/L (mol/L (培養(yǎng)基中含量培養(yǎng)基中含量) )。微量元素一般參。微量元素一般參與酶的組成或使酶活化。與酶的組成或使酶活化。 無機鹽的生理功能 無機鹽及其生理功能無機鹽及其生理功能元素元素化合物形式化合物形式( (常用常用) )生理功能生理功能磷KH2PO4，K2HPO4核酸、核蛋白、磷脂、輔酶及ATP等高能分子的成分，作為緩沖系統(tǒng)調(diào)節(jié)培養(yǎng)基pH硫(NH4)2SO4，MgSO4含硫氨基酸(半胱氨酸、甲硫氨酸等)、維生素的成分，谷胱

56、甘肽可調(diào)節(jié)胞內(nèi)氧化還原電位鎂MgSO4己糖磷酸化酶、異檸檬酸脫氫酶、核酸聚合酶等活性中心組分，葉綠素和細(xì)菌葉綠素成分鈣CaCl2，Ca(NO3)2某些酶的輔因子，維持酶(如蛋白酶)的穩(wěn)定性，芽孢和某些孢子形成所需，建立細(xì)菌感受態(tài)所需鈉NaCl細(xì)胞運輸系統(tǒng)組分，維持細(xì)胞滲透壓，維持某些酶的穩(wěn)定性鉀KH2PO4，K2HPO4某些酶的輔因子，維持細(xì)胞滲透壓，某些嗜鹽細(xì)菌核糖體的穩(wěn)定因子鐵FeSO4細(xì)胞色素及某些酶的組分，某些鐵細(xì)菌的能源物質(zhì)，合成葉綠素、白喉毒素所需微量元素與生理功能微量元素與生理功能元素元素生理功能生理功能鋅存在于乙醇脫氫酶、乳酸脫氫酶、堿性磷酸酶、醛縮酶、RNA與DNA聚合酶中錳

57、存在于過氧化物歧化酶、檸檬酸合成酶中鉬存在于硝酸鹽還原酶、固氮酶、甲酸脫氫酶中硒存在于甘氨酸還原酶、甲酸脫氫酶中鈷存在于谷氨酸變位酶中銅存在于細(xì)胞色素氧化酶中鎢存在于甲酸脫氫酶中鎳存在于脲酶中，為氫細(xì)菌生長所必需生長因子生長因子(growth factor)(growth factor)通常指那些微生物生長所必通常指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或合成需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以滿足機體生長需要的有機化合物。根據(jù)生量不足以滿足機體生長需要的有機化合物。根據(jù)生長因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和它們在機體中的生理功能的不長因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和它們在機體中的生理功能的不

58、同，可將生長因子分為維生素同，可將生長因子分為維生素(vitamin)(vitamin)、氨基酸與嘌、氨基酸與嘌呤與嘧啶三大類。呤與嘧啶三大類。5. 5. 生長因子生長因子 維生素在機體中所起的作用主要是作為酶的輔基或輔維生素在機體中所起的作用主要是作為酶的輔基或輔酶參與新陳代謝；酶參與新陳代謝； 有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸的能力，因此必有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸的能力，因此必須在培養(yǎng)基中補充這些氨基酸或含有這些氨基酸的小肽類須在培養(yǎng)基中補充這些氨基酸或含有這些氨基酸的小肽類物質(zhì)，微生物才能正常生長；物質(zhì)，微生物才能正常生長； 嘌呤與嘧啶作為生長因子在微生物機體內(nèi)的作用主要是嘌呤與

59、嘧啶作為生長因子在微生物機體內(nèi)的作用主要是作為酶的輔酶或輔基，以及用來合成核苷、核苷酸和核酸。作為酶的輔酶或輔基，以及用來合成核苷、核苷酸和核酸。維生素及其在代謝中的作用維生素及其在代謝中的作用 化合物化合物代謝中的作用代謝中的作用對氨基苯甲酸四氫葉酸的前體，一碳單位轉(zhuǎn)移的輔酶生物素催化羧化反應(yīng)的酶的輔酶輔酶M甲烷形成中的輔酶葉酸四氫葉酸包括在一碳單位轉(zhuǎn)移輔酶中泛酸輔酶A的前體硫辛酸丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的輔基尼克酸NAD、NADP的前體，它們是許多脫氫酶的輔酶吡哆素(B6)參與氨基酸和酮酶的轉(zhuǎn)化核黃素(B2)黃素單磷酸(FMN)和FAD的前體，它們是黃素蛋白的輔基鉆胺素(B12)輔酶B12包括在

60、重排反應(yīng)里(為谷氨酸變位酶)硫胺素(B1)硫胺素焦磷酸脫羧酶、轉(zhuǎn)醛醇酶和轉(zhuǎn)酮醇酶的輔基維生素K甲基酮類的前體，起電子載體作用(如延胡索酸還原酶)氧肟酸促進鐵的溶解性和向細(xì)胞中的轉(zhuǎn)移微生物的營養(yǎng)類型微生物的營養(yǎng)類型根據(jù)微生物對各種碳素營養(yǎng)物的同化能力不同，將微根據(jù)微生物對各種碳素營養(yǎng)物的同化能力不同，將微生物分為：生物分為：1. 1.無機營養(yǎng)微生物（自養(yǎng)型微生物）無機營養(yǎng)微生物（自養(yǎng)型微生物） 光能自養(yǎng)微生物光能自養(yǎng)微生物 化能自養(yǎng)微生物化能自養(yǎng)微生物 2. 2.有機營養(yǎng)微生物（異養(yǎng)型微生物）有機營養(yǎng)微生物（異養(yǎng)型微生物） 光能異養(yǎng)微生物光能異養(yǎng)微生物 化能異養(yǎng)微生物化能異養(yǎng)微生物 3. 3.混