微生物學第五章第六章

微生物學第五章第六章第1頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的化學組成二、微生物的營養(yǎng)物及營養(yǎng)類型三、微生物的培養(yǎng)基四、營養(yǎng)物質(zhì)進入微生物細胞的方式第2頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)微生物的化學組成（P59)2.干物質(zhì)（10%-30%）有機物（占干物質(zhì)的90%-97%)：

包括蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類。無機物：包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl

微量元素Cu、Mn、Zn、B、Mo、Co、Ni等。微生物細胞中主要元素組成實驗式：細菌C5H7NO2

真菌C10H17NO6藻類C5H8NO2

原生動物C7H14NO3

1.水分（70%-90%）第3頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)微生物的營養(yǎng)物(P60)水2.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。3.氮素營養(yǎng)源：能供給微生物氮素營養(yǎng)的物質(zhì)；無機氮源有機氮源4.無機鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽等；5.生長因子：VB族、VC、氨基酸、嘌呤、嘧啶、生物素、煙堿等。微生物的營養(yǎng)物：凡能滿足機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需的物質(zhì)。微生物獲得與利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程稱為營養(yǎng)。第4頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四水是微生物生長所必不可少的。水在細胞中的生理功能主要有：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)物的分泌必須以水為介質(zhì)才能完成；參與細胞內(nèi)一系列化學反應(yīng)；維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象；因為水的比熱高，是熱的良好導體，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，從而有效地控制細胞內(nèi)溫度的變化；保持充足的水分是細胞維持自身正常形態(tài)的重要因素。1.水

第5頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四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(sourceofcarbon)。從簡單的無機含碳化合物如CO2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，但不同的微生物利用含碳物質(zhì)具有選擇性，利用能力有差異。2.碳源第6頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四碳源的生理作用碳源物質(zhì)通過復雜的化學變化來構(gòu)成微生物自身的細胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物—構(gòu)成細胞的物質(zhì)；多數(shù)碳源物質(zhì)在細胞內(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;但有些以CO2為唯一或主要碳源的微生物生長所需的能源則不是來自CO2。第7頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四微生物的營養(yǎng)和代謝微生物利用的碳源物質(zhì)種類碳源物質(zhì)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，有機酸較難進入細胞，進入細胞后會導致pH下降。當環(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。第8頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四3.氮源氮源物質(zhì)常被微生物用來合成細胞中含氮物質(zhì)，少數(shù)情況下可作能源物質(zhì)，如某些厭氧微生物在厭氧條件下可利用某些氨基酸作為能源。能被微生物所利用的氮源物質(zhì)有蛋白質(zhì)及其各類降解產(chǎn)物、銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、分子態(tài)氮、嘌呤、嘧啶、脲、酰胺、氰化物。

微生物對氮源的利用具有選擇性，如玉米漿相對于豆餅粉，NH4+相對于NO3-為速效氮源。銨鹽作為氮源時會導致培養(yǎng)基pH值下降，稱為生理酸性鹽，而以硝酸鹽作為氮源時培養(yǎng)基pH值會升高，稱為生理堿性鹽。第9頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四微生物的營養(yǎng)和代謝微生物利用的氮源物質(zhì)種類氮源物質(zhì)備注蛋白質(zhì)類蛋白質(zhì)及其不同程度降解產(chǎn)物(胨、肽、氨基酸等)大分子蛋白質(zhì)難進入細胞，一些真菌和少數(shù)細菌能分泌胞外蛋白酶，將大分子蛋白質(zhì)降解利用，而多數(shù)細菌只能利用相對分子質(zhì)量較小其降解產(chǎn)物氨及銨鹽NH3、(NH4)2SO4等容易被微生物吸收利用硝酸鹽KNO3等容易被微生物吸收利用分子氮N2固氮微生物可利用，但當環(huán)境中有化合態(tài)氮源時，固氮微生物就失去固氮能力其他嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化物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度地被微生物作為氮源加以利用第10頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四在機體中的生理功能主要是：構(gòu)成細胞組分（大量元素和微量元素）；是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質(zhì)，是構(gòu)成酶活性中心的組成部分、維持酶的活性；調(diào)節(jié)并維持細胞的滲透壓平衡、控制細胞的氧化還原電位；供給自養(yǎng)微生物生長的能源物質(zhì)。4.無機鹽第11頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四微量元素

微量元素是指那些在微生物生長過程中起重要作用，而機體對這些元素的需要量極其微小的元素，通常需要量在10-6-10-8mol/L(培養(yǎng)基中含量)。微量元素一般參與酶的組成或使酶活化。第12頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四無機鹽及其生理功能元素化合物形式(常用)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，建立細菌感受態(tài)所需鈉NaCl細胞運輸系統(tǒng)組分，維持細胞滲透壓，維持某些酶的穩(wěn)定性鉀KH2PO4，K2HPO4某些酶的輔因子，維持細胞滲透壓，某些嗜鹽細菌核糖體的穩(wěn)定因子鐵FeSO4細胞色素及某些酶的組分，某些鐵細菌的能源物質(zhì)，合成葉綠素、白喉毒素所需第13頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四微量元素與生理功能元素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，為氫細菌生長所必需第14頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四生長因子(growthfactor)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)生長因子的化學結(jié)構(gòu)和它們在機體中的生理功能的不同，可將生長因子分為維生素(vitamin)、氨基酸、嘌呤與嘧啶三大類。5.生長因子第15頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四維生素：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；氨基酸：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物質(zhì)，微生物才能正常生長；嘌呤與嘧啶：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。第16頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四碳氮磷比由于不同的微生物細胞的元素組成比例不同，對各種營養(yǎng)元素的比例要求也不同。通常用碳氮比（或碳氮磷比）來衡量。在污生物水處理中，為保證污水生物處理的效果，需按碳氮磷比配給營養(yǎng)物質(zhì)。廢水生物處理中好氧微生物群體為BON5:N:P=100:5:1厭氧消化污泥中對碳氮磷比要求為BON5:N:P=100:6:1第17頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四光能無機自養(yǎng)型(photolithoautotrophy)、光能有機異養(yǎng)型(photoorganoheterophy)、化能無機自養(yǎng)型(chemolithoautotrophy)化能有機異養(yǎng)型(chemoorganoheterotrophy)第三節(jié)微生物的營養(yǎng)類型第18頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四光能無機自養(yǎng)型也稱光能自養(yǎng)型，這是一類以CO2為唯一碳源或主要碳源并利用光能進行生長的微生物，它們能以無機物如水、硫化氫、硫代硫酸鈉或其他無機化合物為電子供體（供氫體），使CO2固定還原成細胞物質(zhì)，并且伴隨元素氧（硫）的釋放。光能無機自養(yǎng)型第19頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四藻類、藍細菌和光合細菌屬于這一類營養(yǎng)類型。藻類和藍細菌——產(chǎn)氧：這與高等植物光合作用是一致的。這與藻類、藍細菌和高等植物是不同的。光合細菌——不產(chǎn)氧：

第20頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

光能有機營養(yǎng)型或稱光能異養(yǎng)型，這類微生物不能以CO2作為唯一碳源或主要碳源，需以有機物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細胞物質(zhì)。光能有機異養(yǎng)型第21頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四紅螺屬的一些細菌就是這一營養(yǎng)類型的代表：光能有機營養(yǎng)型細菌在生長時通常需要外源的生長因子。第22頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四化能無機自養(yǎng)型或稱化能自養(yǎng)型，這類微生物不進行光合作用，而是利用無機物氧化過程中放出的化學能作為它們生長所需的能量，以CO2或碳酸鹽作為的唯一或主要碳源合成有機物。如利用電子供體如氫氣、硫化氫、二價鐵離子或亞硝酸鹽等使CO2還原成細胞物質(zhì)。絕大多數(shù)化能無機自養(yǎng)菌是好氧菌。如硫化細菌、硝化細菌、氫細菌、鐵細菌等?；軣o機自養(yǎng)型第23頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四例如氫細菌：第24頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四化能有機營養(yǎng)型或稱化能異養(yǎng)營養(yǎng)型，這類微生物生長所需的能量來自有機物氧化過程放出的化學能，生長所需要的碳源主要是一些有機化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等，也即化能有機營養(yǎng)型微生物里的有機物通常既是它們生長的碳源物質(zhì)又是能源物質(zhì)?；苡袡C異養(yǎng)型大多數(shù)微生物屬于化能有機營養(yǎng)型：絕大多數(shù)的細菌、全部真菌、原生動物以及病毒。第25頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四微生物營養(yǎng)類型(Ⅰ)劃分依據(jù)營養(yǎng)類型特點碳源自養(yǎng)型(autotrophs)以CO2為唯一或主要碳源異養(yǎng)型(heterotrophs)以有機物為碳源能源光能營養(yǎng)型(phototrophs)以光為能源化能營養(yǎng)型(chemotrophs)以有機物氧化釋放的化學能為能源電子供體無機營養(yǎng)型(lithotrophs)以還原性無機物為電子供體有機營養(yǎng)型(organotrophs)以有機物為電子供體第26頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

微生物的營養(yǎng)類型(Ⅱ)營養(yǎng)類型電子供體碳源能源代表類群光能無機自養(yǎng)型H2、H2S、S、或H2OCO2光能著色細菌、藍細菌、藻類光能有機異養(yǎng)型有機物有機物光能紅螺細菌化能無機自養(yǎng)型H2、H2S、Fe2+、NH3、或NO-2CO2化學能(無機物氧化)氫細菌、硫桿菌、亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)、硝化桿菌屬(Nitrobacter)、甲烷桿菌屬(Methanobacterium)、醋酸桿菌屬(Acetobacter)化能有機異養(yǎng)型有機物有機物化學能(有機物氧化)假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、乳酸菌屬、真菌、原生動物第27頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四培養(yǎng)基(culturemedium)是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。

無論是以微生物為材料的研究，還是利用微生物生產(chǎn)生物制品，都必須進行培養(yǎng)基的配制，它是微生物學研究和微生物發(fā)酵生產(chǎn)的基礎(chǔ)。培養(yǎng)基中應(yīng)含滿足微生物生長發(fā)育的：水分、碳源、氮源、生長因子以及基本的離子，磷、硫、鈉、鈣、鎂、鉀和鐵及各種微量元素。此外，培養(yǎng)基還應(yīng)具有適宜的酸堿度(pH值)和一定緩沖能力及一定的氧化還原電位和合適的滲透壓。第三節(jié)微生物的培養(yǎng)基第28頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四培養(yǎng)基的類別1.按培養(yǎng)基的成份可分為：合成培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基復合培養(yǎng)基2.按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)可分為：液體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基3.按實驗?zāi)康暮陀猛究煞譃椋夯A(chǔ)培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基加富培養(yǎng)基和富集培養(yǎng)第29頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四理想的凝固劑應(yīng)具備以下條件：①不被所培養(yǎng)的微生物分解利用；②在微生物生長的溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)，在培養(yǎng)嗜熱細菌時，由于高溫容易引起培養(yǎng)基液化，通常在培養(yǎng)基中適當增加凝固劑來解決這一問題；③凝固劑凝固點溫度不能太低，否則將不利于微生物的生長；④凝固劑對所培養(yǎng)的微生物無毒害作用；⑤凝固劑在滅菌過程中不會被破壞；⑥透明度好，粘著力強；⑦配制方便且價格低廉。常用的凝固劑有瓊脂(agar)、明膠(gelatain)和硅膠(silicagel)。第30頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四第31頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進入微生物細胞的方式（P65)1、單純擴散:2、促進（成）擴散3、主動擴散鈉鉀泵主動運輸離子濃度梯度主動運輸氫離子濃度梯度主動運輸4、基團轉(zhuǎn)位第32頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四第33頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四四種運送營養(yǎng)物質(zhì)方式的比較比較項目單純擴散促進擴散主動運送基團轉(zhuǎn)位特異載體蛋白無有有有運送速度慢快快快物質(zhì)運送方向由濃到稀由濃到稀由稀到濃由稀到濃平衡時內(nèi)外濃度內(nèi)外相等內(nèi)外相等內(nèi)部高得多內(nèi)部高得多運送分子無特異性特異性特異性特異性能量消耗不需要不需要需要需要運送前后物質(zhì)分子不變不變不變改變載體飽和效應(yīng)無有有有與營養(yǎng)物質(zhì)類似物無競爭性有競爭性有競爭性有競爭性運送抑制劑無有有有運送對象舉例H20、O2、CO2、甘油、乙醇、少數(shù)氨基酸、鹽類等SO42-、PO43-、糖（真核生物）等氨基酸、乳糖、Na+、Ca2+等葡萄糖、果糖、甘露糖嘌呤、核苷、脂肪酸等第34頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四第六章微生物的酶和酶促反應(yīng)一、酶（Enzyme）的概念酶是活細胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的蛋白質(zhì)，亦稱為生物催化劑Biocatalysts。絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)(Enzyme和Ribozyme)。酶催化的生物化學反應(yīng)，稱為酶促反應(yīng)Enzymaticreaction。在酶的催化下發(fā)生化學變化的物質(zhì)，稱為底物substrate。第35頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四二、酶的組成輔酶或輔基C、H、O、N、S、P、Cu、Fe、I、Zn、Mo單成分酶=酶蛋白雙成份酶（全酶）全酶=酶蛋白+全酶=酶蛋白+全酶=酶蛋白+輔酶：指與酶蛋白結(jié)合比較松散的小分子有機物。輔基：指與酶蛋白結(jié)合緊密的小分子有機物酶各組分的作用：鐵卟啉、輔酶A、NAD（輔酶I）和NADP（輔酶Ⅱ）、ATP等有機物（不含氮）有機物+金屬離子金屬離子酶蛋白：加速生物化學反應(yīng)輔基和輔酶：傳遞電子、原子和化學基團金屬離子：傳遞電子、起激活劑作用。第36頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四三、酶的分類單成分酶、全酶（雙成份酶）——按成分分類；胞內(nèi)酶，胞外酶，表面酶——酶在細胞內(nèi)外的部位；水解酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、異構(gòu)酶、裂解酶、合成酶——按酶促反應(yīng)性質(zhì)。第37頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四四、酶的作用原理—酶蛋白的活性中心（一）基本概念：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，通常由少數(shù)幾個氨基酸殘基組成。

酶的活性中心包括兩個功能部位：結(jié)合部位和催化部位。1．結(jié)合部位（Bindingsite）酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域。此部位決定酶的專一性。2．催化部位（catalyticsite）酶分子中促使底物發(fā)生化學變化的部位稱為催化部位。此部位決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。第38頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四五、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10７–101３倍。例如：過氧化氫分解2H2O2

2H2O+O2用Fe3+

催化，效率為6X10-4mol/mol.S，而用過氧化氫酶催化，效率為6X106mol/mol.S。1．高效性（酶具有極高的催化效率）第39頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四2．專一性（又稱為特異性）酶的專一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；淀粉酶催化淀粉的水解；核酸酶催化核酸的水解。第40頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四酶促反應(yīng)一般在pH5-8水溶液中進行，反應(yīng)溫度范圍為20-40C。高溫或其它苛刻的物理或化學條件，將引起酶的失活。3．反應(yīng)條件溫和第41頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四４．酶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堿度。第42頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四５.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)、酶原激活及激素控制等。６.某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)第43頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四六.酶促反應(yīng)動力學

酶催化過程:1913年，Michaelis和Menten在前人工作的基礎(chǔ)上，假定E+SES快速建立平衡，底物濃度遠遠大于酶濃度，ES分解產(chǎn)物的逆反應(yīng)忽略不計，推導出下列方程：

E+SESE+P米-門方程Vmax——最大反應(yīng)速率；[S]——基質(zhì)濃度；

V——反應(yīng)速率Km——米氏常數(shù)。當[S]Km時，v=Vmax[S]/Km當[S]Km時,v=Vmax當[S]=Km時,v=Vmax/2米-門方程式從酶促反應(yīng)中推導得出的，但也適用于細菌等微生物的生物反應(yīng)情況。第44頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

降低反應(yīng)的活化能（activationenergy）酶促反應(yīng)：E+S===ES===ES*

EPE+P

非酶促反應(yīng)：SP催化劑的作用是降低反應(yīng)活化能,從而起到提高反應(yīng)速度的作用。酶作用高效率的機制第45頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四反應(yīng)過程中能的變化實例：H2O2的分解無催化劑時活化能為75.24KJ/mol;鉑為催化劑時48.9;H2O2酶為催化劑8.36反應(yīng)進程H2O2酶無催化劑自由能能底物產(chǎn)物ESES*EP鉑催化劑第46頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四七、影響酶活力的因素1.酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響2.底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響3.溫度對酶促反應(yīng)速度的影響4.pH對酶促反應(yīng)速度的影響5.激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響6.抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響第47頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1、酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響在酶促反應(yīng)體系中，當?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比關(guān)系。V=K3[E]。V[E]第48頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四在低底物濃度時,反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級反應(yīng)特征。當?shù)孜餄舛冗_到一定值，反應(yīng)速度達到最大值（Vmax），此時再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。1903年，Henri用蔗糖酶水解蔗糖的實驗2、底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響第49頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四3、溫度對酶促反應(yīng)速度的影響一方面是溫度升高,酶促反應(yīng)速度加快(溫度系數(shù)Q10：反應(yīng)溫度提高10C，其反應(yīng)速度與原來的反應(yīng)速度之比)。另一方面,溫度升高,酶的高級結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導致酶活性降低甚至喪失。因此大多數(shù)酶都有一個最適溫度。在最適溫度(optimumtemperature)條件下,反應(yīng)速度最大。不同的酶，其最適溫度不同。第50頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四4、pH對酶促反應(yīng)速度的影響pH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，從而影響酶與底物的結(jié)合。在特定pH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)速度達到最大值，這個pH稱為最適pH（optimumpH）。酶在最適PH范圍內(nèi)表現(xiàn)出活性，大于或小于最適PH，酶活性都會降低。不同酶，最適的PH值不同。動物體內(nèi)多數(shù)酶的最適pH接近中性。第51頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

5、激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響激活劑(activator)：使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)。包括(1)金屬離子，如Mg2+、K+、Mn2+等；(2)陰離子，如Cl-、Br-、I-、CN-、NO3-等；(3)有機化合物，如膽汁酸鹽、半胱氨酸。必需激活劑（essentialactivator）：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（non-essentialactivator）：有些激活劑不存在時，酶仍有一定的催化活性。第52頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四6、抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響酶的抑制劑（inhibitor）：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、生物堿、染料、表面活性劑等。第53頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四(1)不可逆性抑制不可逆性抑制：（irreversibleinhibition）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，不能用透析、超濾等去除抑制劑。如低濃度的重金屬離子Hg2+、Ag+、As3+可與酶分子SH結(jié)合，使酶活抑制。第54頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四(2)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。抑制劑可以通過透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為：

竟爭性抑制(competitiveinhibition)非竟爭性抑制(noncompetitiveinhibition)第55頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四競爭性抑制(competitiveinhibition)竟爭性抑制為可逆性抑制，可以通過增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。競爭性抑制：與底物結(jié)構(gòu)類似的物質(zhì)爭先與酶的活性中心結(jié)合，從而降低酶促反應(yīng)速率。第56頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四非競爭性抑制(noncompetitiveinhibition)抑制劑與酶的活性中心以外的部位結(jié)合后，底物仍可與酶的活性中心結(jié)合，但酶不顯示活性。非競爭性抑制是不可逆的。第57頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四本章授課內(nèi)容到此結(jié)束歡迎大家提出寶貴意見

湖南大學環(huán)境科學與工程系Tel:8649168E-mail:yzh@本章授課內(nèi)容到此結(jié)束第58頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四微生物的產(chǎn)能代謝一、產(chǎn)能代謝與呼吸作用的關(guān)系二、產(chǎn)能代謝與呼吸類型三、微生物發(fā)光現(xiàn)象第59頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

1.微生物的呼吸作用本質(zhì)是氧化與還原的統(tǒng)一過程,一種物質(zhì)失去電子被氧化,另一種物質(zhì)得到電子被還原.此過程中有能量的產(chǎn)生和能量的轉(zhuǎn)移。2.微生物的三種呼吸類型：發(fā)酵好氧呼吸無氧呼吸一、產(chǎn)能代謝與呼吸作用的關(guān)系第60頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

生物能量的轉(zhuǎn)移中心—ＡＴＰ的生成方式氧化磷酸化：代謝物脫下的氫經(jīng)電子傳遞鏈與氧結(jié)合成水的同時，逐步釋放出能量，使ADP磷酸化為ATP的過程?；|(zhì)（底物）水平磷酸化：代謝物脫氫與ADP（或GDP）的磷酸化相偶聯(lián)。光合磷酸化：光引起葉綠素、菌綠素或菌紫素逐出電子，通過電子傳遞產(chǎn)生ＡＴＰ的過程。第61頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四ATP與高能磷酸鍵

ADP+H3PO4ATPAMP+2H3PO4ATPATP的生成反應(yīng)式：第62頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

1.發(fā)酵(以糖酵解為例)糖酵解(glycolysis)是指在細胞內(nèi)所發(fā)生的、將葡萄糖降解為丙酮酸并釋放能量的過程。研究糖酵解途徑方面有突出貢獻的三位生物化學家：Embden,Meyerhof和Parnas,又把糖酵解途徑稱為Embden-Meyerhof-Parnas途徑，簡稱EMP途徑。第63頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四糖酵解途徑分兩個階段：（1）階段Ⅰ：預備性反應(yīng)，消耗2分子ATP，生成

3—磷酸甘油醛。（2）階段Ⅱ：產(chǎn)生4分子ATP，生成丙酮酸和

NADH+H+。（3）階段Ⅲ:丙酮酸脫羧生成乙醛，乙醛被NADH+H+

還原成乙醇。

糖酵解的化學歷程第64頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

6-磷酸果糖6-磷酸葡萄糖1,6-二磷酸果糖磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛磷酸果糖激酶醛縮酶磷酸丙糖異構(gòu)酶磷酸己糖異構(gòu)酶葡萄糖己糖激酶ADPATPADPATP第65頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸變位酶2-磷酸甘油酸烯醇化酶磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸磷酸甘油酸激酶丙酮酸激酶磷酸甘油醛脫氫酶NAD+NADH+H+ATPADPATPADP第66頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四丙酮酸乙醛乙醇CO2丙酮酸脫羧酶乙醇脫氫酶NAD+DADH+H+第67頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四糖酵解總反應(yīng)式：

C6H12O6+2H3PO4+2ADP2CH3CH2OH+2ATP+2H20+2CO2釋放的能量：?G=－238.3kJ/mol反應(yīng)凈產(chǎn)生2molATP，能量利用率為：2x31.4kJ238.3kJx100%=26%第68頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四2.好氧呼吸好氧呼吸的過程包括：第一階段：葡萄糖經(jīng)EMP途徑酵解生成丙酮酸；第二階段：丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)），被徹底氧化生成二氧化碳和水。第69頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle)

指丙酮酸在有外在最終電子受體分子氧（O2）條件下，通過一個包括三羧酸和二羧酸的循環(huán)而逐步氧化分解生成CO2的過程。又稱為檸檬酸環(huán)或Krebs環(huán)，簡稱TCA循環(huán)。第70頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四三羧酸循環(huán)反應(yīng)的全過程：NADHNAD+CO2CoASH丙酮酸ADPATP第71頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四三羧酸循環(huán)的特點三羧酸循環(huán)反應(yīng)式：

CH3COCOOH+4NAD++FAD3CO2+3NADH+FADH（1）循環(huán)中有4次脫氫，生成

3

分子NADH，1分子FADH2，另有1次底物水平磷酸化。（2）循環(huán)一周產(chǎn)生2分子CO2；CO2來自草酰乙酸而不是