微生物的生理張旋環(huán)境工程微生物

微生物的生理張旋環(huán)境工程微生物第1頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四一、酶的組成（一）酶的組成形式單成分酶:酶蛋白水解酶全酶酶蛋白+有機物

脫氫酶酶蛋白+金屬離子

細(xì)胞色素氧化酶酶蛋白+有機物+金屬離子

丙酮酸脫氫酶輔酶或輔基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。催化生物化學(xué)反應(yīng)加速進行傳遞電子、原子或化學(xué)基團第2頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（二）幾種重要的輔酶和輔基常見的輔酶和輔基有：輔酶A（CoA或CoASH）、NAD（輔酶I）和NADP（輔酶II）、FMN（黃素單核苷酸）和FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）、輔酶Q（CoQ）、腺苷及其他核苷酸類（包括AMP、ADP、ATP、GTP、UTP、CTP等）。專性厭氧菌特有的輔酶：輔酶M、F420（輔酶420）、F430（輔酶430）等。第3頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四二、酶蛋白的結(jié)構(gòu)氨基酸之間通過肽鍵（-NH-CO-）連接成多肽鏈。多肽鏈之間或一條多肽鏈卷曲后相鄰的基團之間通過氫鍵、鹽鍵、酯鍵、疏水鍵、范德華引力及金屬鍵等相連接，形成蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。第4頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四一級結(jié)構(gòu)：多肽鏈氨基酸的排列順序，也是蛋白質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)：多肽鏈借助于氫鍵沿一維方向排列成具有周期性的緊密結(jié)構(gòu)，當(dāng)氫鍵受到破壞時，緊密的空間結(jié)構(gòu)變松散，酶蛋白變性。第5頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第6頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四三級結(jié)構(gòu)：在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈進一步彎曲盤繞，由氫鍵、鹽鍵及疏水鍵等維持三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第7頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四四級結(jié)構(gòu)：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)上形成的小單位。亞基之間以氫鍵、鹽鍵、疏水鍵及范德華引力相連。少數(shù)酶具有四級結(jié)構(gòu)。第8頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四酶蛋白結(jié)構(gòu)圖第9頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四三、酶的活性中心酶的活性中心：酶蛋白分子中直接參與和底物結(jié)合，并起催化作用的小部分氨基酸微區(qū)。兩個功能部位：結(jié)合部位：底物在結(jié)合部位結(jié)合到酶分子催化部位：底物分子中的化學(xué)鍵在催化部位被打斷或形成新的化學(xué)鍵。第10頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四牛胰核糖核酸酶的活性中心牛胰核糖核酸酶有124個氨基酸組成，但活性中心只有12號、119號的組氨酸和41號的賴氨酸組成。它們在空間位置上靠得很近。第11頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四四、催化劑的分類與命名第12頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

五、酶的催化特性A.具有催化劑的共性酶參與生物化學(xué)反應(yīng)，加速反應(yīng)速度，縮短達到平衡所需時間，但不能改變反應(yīng)平衡點。（催化劑的一般特征）第13頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四B.高度專一性（1）結(jié)構(gòu)專一性：絕對專一：只作用于唯一底物脲酶尿素相對專一：可以作用于一類結(jié)構(gòu)相近的底物。脂肪酶含有酯鍵的脂質(zhì)（2）立體異構(gòu)專一性：當(dāng)?shù)孜锞哂辛Ⅲw異構(gòu)體時，酶只能作用于其中的一種。旋光異構(gòu)專一幾何異構(gòu)專一水解第14頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四酶作用專一性的假說1.鎖鑰學(xué)說（Fisher，1894）

認(rèn)為整個酶分子的天然構(gòu)象具有剛性結(jié)構(gòu)，酶表面具有特定形狀。酶底物的結(jié)合如同一把鑰匙對一把鎖，但不能解釋酶催化的逆反應(yīng)第15頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四2.誘導(dǎo)楔合學(xué)說（Koshland,1958）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，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補形狀.第16頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四C.高效性反應(yīng)速度是無酶催化或普通人造催化劑催化反應(yīng)速度的103~1010倍—降低反應(yīng)所需活化能且絕無副反應(yīng)；第17頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四D.酶的催化作用條件溫和在常溫、常壓和近中性的水溶液中進行（生物體內(nèi)環(huán)境）。E.酶對環(huán)境條件極為敏感高溫、強酸、強堿、重金屬離子等會使酶喪失活性(酶是蛋白質(zhì)，容易失活)。第18頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四六、影響酶促反應(yīng)速率的因素

反應(yīng)速度----單位時間內(nèi)底物的消失量或產(chǎn)物的生成量。S→Pv=ΔP/Δt=-ΔS/Δt第19頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四酶活力—在溫度25℃、最適pH、最適的緩沖溶液和最佳底物濃度等諸條件下，每分鐘能使1umol/L底物轉(zhuǎn)化的酶為一個酶活力單位（IU或U）。比活力—在固定條件下，每毫克酶蛋白或每毫升酶液所具有的酶活力。第20頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四E+SESE+P得出米氏方程Km—米氏常數(shù)；只與酶的性質(zhì)有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)；Vmax—酶完全飽和時的最大反應(yīng)速率；[S]—底物濃度。（一）酶促反應(yīng)的動力學(xué)方程式其中k1k2k3中間產(chǎn)物學(xué)說第21頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四米氏常數(shù)Km的含義：當(dāng)v=vmax/2時，Km=[S]，故它是反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度；Km=(k2+k3)/k1，表示酶與底物的反應(yīng)完全程度，Km越小酶與底物的反應(yīng)越趨于完全，Km越大酶與底物的反應(yīng)越不完全。第22頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第23頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四米氏常數(shù)的求法：Lineweaver-Burk圖解法（雙倒數(shù)法）

第24頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（二）影響酶促反應(yīng)速率(或酶活力)的因素1．酶濃度對酶促反應(yīng)的影響酶促反應(yīng)速度與酶分子濃度成正比。當(dāng)?shù)孜锓肿訚舛茸銐驎r，酶分子越多，底物轉(zhuǎn)化的速度越快。抑制劑使反應(yīng)速度趨向穩(wěn)定第25頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四2．底物濃度對酶促反應(yīng)的影響濃度較低時成正比，[S]增加到一定程度，反應(yīng)速度達到最大

當(dāng)所有的酶與底物結(jié)合生成ES后，即使再增加底物濃度，中間產(chǎn)物濃度[ES]也不會增加，酶促反應(yīng)速度也不增加一級反應(yīng)混合級零級反應(yīng)第26頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四3．溫度對酶促反應(yīng)的影響在最適溫度范圍內(nèi)，活性最強，酶促反應(yīng)速度最大。在最適宜的溫度范圍內(nèi)，溫度每升高10度，酶促反應(yīng)速度可相應(yīng)的提高為原來的1-2倍。用溫度系數(shù)Q10來表示溫度對酶促反應(yīng)的影響。酶促反應(yīng)的Q10通常在1.4-2.0之間，小于無機催化反應(yīng)和一般化學(xué)反應(yīng)的Q10。第27頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四一般微生物的溫度最適范圍在25～60℃。溫度的影響存在三基點：最高、最適、最低。溫度過高會破壞酶蛋白，造成變性；（約60℃）溫度過低會使酶作用降低或停止，但可以恢復(fù)。（約4℃）不同微生物的溫度適應(yīng)范圍不同。第28頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四4．pH對酶促反應(yīng)的影響同樣存在三基點：最高、最適、最低。酶在最適pH范圍內(nèi)表現(xiàn)出活性，大于或小于最適pH，都會降低酶活性。pH對酶活力的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：（1）改變底物分子和酶分子的帶電狀態(tài)，從而影響酶和底物的結(jié)合；（2）過高、過低的pH都會影響酶的穩(wěn)定性，進而使酶遭到不可逆的破壞。第29頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四5．激活劑對酶促反應(yīng)的影響能激活酶的物質(zhì)稱為酶的激活劑。激活劑分類無機離子激活劑有機化合物：維生素C、半胱氨酸、腸激酶金屬離子：Na+、Al3+、Cr3+無機陰離子：Cl-、I-、S2-第30頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四許多酶只有當(dāng)某一種適當(dāng)?shù)募せ顒┐嬖跁r，才表現(xiàn)出催化活性或強化其催化活性，例如，金屬離子的激活作用起了某種搭橋作用，它先與酶結(jié)合，再與底物結(jié)合，形成酶-金屬-底物的復(fù)合物。有些酶被合成后呈現(xiàn)無活性狀態(tài)，這種酶稱為酶原。它必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)募せ顒┘せ詈蟛啪哂谢钚浴Ｈ缫鹊鞍酌竸偤铣蓵r，沒有活性，為胰蛋白酶原，須經(jīng)腸激酶激活后才具有活性。

如酵母磷酸葡萄糖變位酶，需1～3x10-3MMg2+進行激活，其活性可以增加6.6倍。第31頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四6．抑制劑對酶促反應(yīng)的影響能減弱、抑制甚至破壞酶活性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。抑制劑可降低酶促反應(yīng)速度。酶的抑制劑有重金屬離子、一氧化碳、硫化氫、氫氰酸、氟化物、碘化乙酸、生物堿、染料、對氯汞苯甲酸、二異丙基氟磷酸、乙二胺四乙酸、表面活性劑等第32頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四不可逆的抑制作用：抑制劑與酶分子上的某些基團一共價鍵的方式結(jié)合，導(dǎo)致酶的活性下降或喪失，且不能用透析的方式除去抑制劑。金屬離子、有機汞和有機磷化合物。可逆的抑制作用：抑制劑和酶以非共價鍵的方式結(jié)合，用透析、超濾等方法可除去抑制劑而使酶活性恢復(fù)。競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制第33頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

第二節(jié)微生物的營養(yǎng)新陳代謝異化作用同化作用分解反應(yīng)釋放能量合成反應(yīng)吸收能量第34頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的化學(xué)組成（一）水分：微生物質(zhì)量的70%-90%為水分，含水量與種類有關(guān)。一般說低等微生物含水量大于高等微生物，幼齡菌含水量大于老齡菌。第35頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

（二）干物質(zhì)有機物（90%-97%）：蛋白質(zhì)、糖類、脂類、核酸等

無機物（3%-10%）：包括P、K、S、Ca、Mg、Na、Fe、Cl，微量元素Cu、Mn、Zn、B、Mo、Co、Ni等

C、H、O、N是所有微生物的有機元素，不同微生物種類比例不同，根據(jù)CHON所占比例可寫出化學(xué)組成實驗式：細(xì)菌、酵母菌為C5H8O2N，霉菌為C12H18O7N。（化學(xué)組成式只是說明組成有機體的各種元素之比，并不是分子式）第36頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（一）水作用:①微生物機體重要組成成分;②是微生物代謝反應(yīng)必不可少的溶劑；③可維持大分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，直接參加各種代謝反應(yīng);④比熱高，是良好的導(dǎo)體，維持細(xì)胞溫度穩(wěn)定。

二、微生物的營養(yǎng)物及營養(yǎng)類型六要素：碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水第37頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（二）碳源和能源碳源：凡能供給微生物碳素營養(yǎng)的物質(zhì)。作用：構(gòu)成微生物細(xì)胞的含碳物質(zhì)和供給微生物生長、繁殖及運動所需的能量。

能源：能為微生物生命活動提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能。能源化學(xué)物質(zhì)輻射能有機物無機物第38頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

根據(jù)微生物對碳素的同化能力不同，可分為無機營養(yǎng)微生物和有機營養(yǎng)微生物兩大類。1、

無機營養(yǎng)微生物也稱無機自養(yǎng)。以CO2、CO和碳酸鹽中的無機碳作為唯一碳源，利用光能和化學(xué)能合成復(fù)雜的有機物而不需要外界供給有機碳化物，因此也稱自養(yǎng)型微生物。根據(jù)能量來源的不同，可分為光能自養(yǎng)型和化能自養(yǎng)型。第39頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（1）光能自養(yǎng)型微生物具有葉綠素，通過光合磷酸化產(chǎn)生ATP，并還原二氧化碳合成細(xì)胞物質(zhì)。藍細(xì)菌：H2O+CO2→(CH2O)+O2↑綠硫菌、紫硫菌：2H2S+CO2→(CH2O)+H2O+2S

（2）化能自養(yǎng)型微生物利用無機化合物氧化后釋放的能量作為能源，利用H2、H2S、Fe2+或亞硝酸鹽等使CO2還原成有機物。有亞硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌、氫細(xì)菌等。第40頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

2、有機營養(yǎng)微生物

即異養(yǎng)微生物，只能利用有機碳化物作為碳源和能源。根據(jù)它們利用的有機物的特性，腐生型營養(yǎng):利用無生命活性的有機物作為碳源寄生型營養(yǎng):寄生在活細(xì)胞中（1）光能異養(yǎng)微生物（photoheterotroph）以光為能源，以有機碳作為供氫體還原二氧化碳，合成有機物。在生長時大多數(shù)需要外源的生長因子。例如，紅螺菌屬中的一些細(xì)菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時積累丙酮。第41頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

（2）化能異養(yǎng)微生物

依靠氧化有機物產(chǎn)生化學(xué)能而獲得能量，目前已知的微生物大多為此類型，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。有機物通常既是碳源也是能源.3、混合營養(yǎng)微生物

即兼性自養(yǎng)微生物，既可利用無機碳也可利用有機碳作為碳源，如氫單胞菌第42頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四不同營養(yǎng)類型之間的界限并非絕對

異養(yǎng)型微生物并非絕對不能利用CO2；自養(yǎng)型微生物也并非不能利用有機物進行生長；有些微生物在不同生長條件下生長時，其營養(yǎng)類型也會發(fā)生改變；例如紫色非硫細(xì)菌：沒有有機物時，同化CO2，

為自養(yǎng)型微生物；有機物存在時，利用有機物進行生長，為異養(yǎng)型微生物；光照和厭氧條件下，利用光能生長，為光能營養(yǎng)型微生物；黑暗與好氧條件下，依靠有機物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能生長，為化能營養(yǎng)型微生物微生物營養(yǎng)類型的可變性無疑有利于提高其對環(huán)境條件變化的適應(yīng)能力第43頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四能源碳源例光能自養(yǎng)型光CO2或碳酸鹽藻類化能自養(yǎng)型化學(xué)能CO2或碳酸鹽硝化細(xì)菌光能異養(yǎng)型光有機物有機光合細(xì)菌化能異養(yǎng)型化學(xué)能有機物大多數(shù)細(xì)菌等微生物營養(yǎng)類型總結(jié)（根據(jù)碳源和能源的不同）：第44頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

（三）氮源

氮源：凡是能供給微生物含氮物質(zhì)的營養(yǎng)物。種類：

無機氮：N2、NH3、銨鹽、硝酸鹽等有機氮：尿素、氨基酸、蛋白質(zhì)等實驗室中有機氮源—蛋白胨工業(yè)投加的細(xì)菌氮源—尿素、糞便

氮源的作用是提供微生物合成蛋白質(zhì)的原料，一般不提供能量，少數(shù)例外，如硝化細(xì)菌可利用銨鹽作為氮源和能源。第45頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

根據(jù)對氮源要求不同，將微生物分為：

1、固氮微生物：利用N2合成氨基酸和蛋白質(zhì)，如固氮菌、根瘤菌、固氮藍藻。

2、利用無機氮作為氮源的微生物：利用NH3、NH4+、NO2-、NO3-，如亞硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌，某些細(xì)菌、放線菌、霉菌、酵母菌等。

3、需要某種氨基酸作為氮源的微生物：稱為氨基酸異養(yǎng)微生物，如乳酸細(xì)菌、丙酸細(xì)菌等。

4、分解蛋白質(zhì)獲得銨鹽或氨基酸的微生物：如氨化細(xì)菌、霉菌、酵母菌及一些腐敗細(xì)菌，能分解蛋白質(zhì)，產(chǎn)生NH3、氨基酸和肽。第46頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（四）無機鹽

是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質(zhì)，它們?yōu)闄C體生長提供必需的元素，其生理作用有：1、構(gòu)成細(xì)胞組分并維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性2、構(gòu)成酶的組分，維持酶的活性3、調(diào)節(jié)與維持細(xì)胞的滲透壓平衡和控制細(xì)胞的氧化還原電位4、作為某些微生物生長的能源物質(zhì)，如Fe、S第47頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四主要元素：P、S、Mg、Fe、Ca、K磷：1、是合成核酸、核蛋白、磷脂及其他含磷化合物的重要元素2、是許多酶或輔酶的重要組成元素，如輔酶I、II、A，各種磷酸腺苷ADP、ATP、AMP3、在糖代謝磷酸化過程中起關(guān)鍵作用4、磷酸腺苷中的高能磷酸鍵在能量貯存和傳遞中起重要作用5、磷酸鹽是重要的緩沖劑、調(diào)節(jié)pH6、與芽孢發(fā)芽和發(fā)育有關(guān)第48頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四硫：1、構(gòu)成蛋白質(zhì)的重要元素之一，是胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸的組成元素2、參與一些生理代謝活性物質(zhì)組成，如硫胺素、生物素、輔酶A、谷胱甘肽等（含有-SH）3、也可作為好氧硫細(xì)菌的能源鎂：1、構(gòu)成某些酶的活性成分，如淀粉磷酸酶、異檸檬酸脫氫酶、肽酶、羧化酶等2、是光合微生物的光合色素的組成成分，因而在光能轉(zhuǎn)換上起重要作用3、在某些細(xì)胞結(jié)構(gòu)如核糖體、細(xì)胞膜等的穩(wěn)定上起重要作用第49頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四鐵：1、是細(xì)胞內(nèi)過氧化物酶、過氧化氫酶、細(xì)胞色素氧化酶的組成部分2、是細(xì)胞色素和鐵氧化還原蛋白的的氧化還原反應(yīng)中的電子載體3、作為某些鐵細(xì)菌生長的能源物質(zhì)鈣：1、是某些酶如蛋白酶的激活劑2、芽孢的組成元素3、穩(wěn)定細(xì)胞壁第50頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四鉀：1、是許多酶的激活劑2、參與細(xì)胞內(nèi)許多物質(zhì)的運輸系統(tǒng)的組成，如磷的傳遞微量元素：

包括Mn、Zn、Co、Ni、Cu、Mo、V、I、Br、B、Se等，機體對這些元素的需要量極少，微量元素一般參與酶蛋白的組成，或者使酶活化，其存在可大大提高機體的代謝能力，如果缺乏可導(dǎo)致微生物生理活性降低或生長過程的停止，但過量也會引起中毒第51頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（五）生長因子定義：調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需的，但不能用簡單的碳、氮源自行合成的有機物。廣義生長因子：維生素、嘌呤（或嘧啶）、堿基、氨基酸等

狹義生長因子：維生素微生物生長因子需要量（ml-1) III型肺炎鏈球菌膽堿6ug 金黃色葡萄球菌 硫胺素 0.5ng 白喉棒桿菌 B-丙氨酸1.5ug 破傷風(fēng)梭狀芽孢桿菌 尿嘧啶0-4ug 腸膜狀串珠菌 吡哆醛 0.025ug第52頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四三、碳氮磷比

不同微生物細(xì)胞的元素組成比例不同，對各營養(yǎng)元素的比例要求也不同，如根瘤菌C/N=11.5：1，固氮菌27.6：1，霉菌9：1。好氧生物處理：BOD：N：P=100：5：1厭氧生物處理：對氮磷的要求比好氧生物處理低

為了保證污(廢)水(有機固體廢物）生物處理要按碳氮磷比配給營養(yǎng)

。第53頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四城市生活污水不存在營養(yǎng)不足的問題。但有的工業(yè)廢水缺某種營養(yǎng)，當(dāng)營養(yǎng)量不足時，應(yīng)供給或補足。如酒精廢水缺

；洗滌劑廢水？N、P缺NP過剩煉油廢水

？N、P第54頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四四、微生物的培養(yǎng)基

培養(yǎng)基根據(jù)各種微生物對營養(yǎng)的需要，包括水、碳源、氮源、無機鹽及生長因子等按一定比例配制而成，用以培養(yǎng)微生物的基質(zhì)。（一）培養(yǎng)基的配制1、根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)要求配制不同的培

養(yǎng)基;2、注意各種營養(yǎng)物的濃度與配比（C/N比）：第55頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四3、將培養(yǎng)基pH控制在一定范圍內(nèi)：

細(xì)菌、放線菌的pH為7-7.5，酵母菌、霉菌偏酸pH4.5-6。為了維持pH穩(wěn)定，通常在培養(yǎng)基加緩沖劑,K2HPO4-KH2PO4是最常用的緩沖劑。第56頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四4、培養(yǎng)基的配制順序

加水1、一種成分溶解后方可加入下一成分，否則會生成沉淀物。2、培養(yǎng)微生物過程中會產(chǎn)生有機酸等產(chǎn)物，在連續(xù)培養(yǎng)中需加緩沖劑，如K2HPO4、KH2PO4、Na2CO3等第57頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

（二）培養(yǎng)基的種類1、按照組成物的性質(zhì)分為：合成培養(yǎng)基：各成分是已知結(jié)構(gòu)的純化學(xué)物質(zhì)，成分精確，重復(fù)性強，但價格相對昂貴，微生物生長較慢。一般適合在實驗室使用。天然培養(yǎng)基：用天然有機物配制而成，如肉汁、酵母浸汁、玉米粉、牛奶、血清等。比較經(jīng)濟，適宜在生產(chǎn)上大規(guī)模培養(yǎng)和生產(chǎn)。復(fù)合培養(yǎng)基：天然有機物和無機化合物配制第58頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四2、按培養(yǎng)基的物理性狀（1）液體培養(yǎng)基：不加凝固劑。用于實驗室及微生物大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。（2）半固體培養(yǎng)基：含少量(0.3－0.5％)凝固劑。（3）固體培養(yǎng)基：含較多（1.5－2.0％）凝固劑。用于菌種分離純化、鑒定、保種等。常用的凝固劑有瓊脂、明膠、硅膠。硅膠適宜用于分離與培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物。實驗室中固體培養(yǎng)基常常被做成平板和斜面的形式。適合于不同的培養(yǎng)方式。第59頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四3、按培養(yǎng)基對微生物的功能和用途分類1、基礎(chǔ)培養(yǎng)基牛肉膏+蛋白胨+NaCl，pH偏堿性，大多數(shù)微生物都可生長2、選擇培養(yǎng)基

是根據(jù)某微生物的特殊營養(yǎng)需要或?qū)δ撤N化合物的敏感程度的差異性而設(shè)計出來的一類培養(yǎng)基。

加入某種化合物，可以從微生物群體中分離出抗此化合物的微生物，如：加入膽汁酸鹽（麥康蓋培養(yǎng)基）→G+被抑制，G-生長加入幾滴10%酚→細(xì)菌、霉菌被抑制，放線菌可生長加入青霉素、四環(huán)素、鏈霉素→細(xì)菌、放線菌被抑制，酵母菌和霉菌可被分離第60頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

3、鑒別培養(yǎng)基在普通培養(yǎng)基里加入某種試劑或化學(xué)藥品的培養(yǎng)基，某種微生物生長后可以產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物，與培養(yǎng)基中的特定試劑或化學(xué)藥品起反應(yīng)，產(chǎn)生某種明顯的特征性變化，由此可將此種微生物與其他微生物分別開。明膠培養(yǎng)基→是否液化明膠硝酸鹽肉湯培養(yǎng)基→是否有硝酸鹽還原作用醋酸鉛培養(yǎng)基→是否產(chǎn)生H2SEMB培養(yǎng)基→是否有腸道致病菌

大腸埃希氏菌：菌落呈深紫紅色，有金屬光澤

克雷伯氏桿菌：菌落呈綠色或紫綠色，濕潤光亮

檸檬酸鹽桿菌：中心呈深藍色，外圈透明

產(chǎn)氣腸桿菌：菌落呈紫紅色第61頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四4、加富培養(yǎng)基指在普通培養(yǎng)基中加入特別的物質(zhì)或成分配制的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。用來培養(yǎng)數(shù)量少或營養(yǎng)要求苛刻的某種或某類菌。甘露醇自生固氮菌纖維素纖維素分解菌石蠟油分解石油的微生物第62頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四五、營養(yǎng)進入微生物細(xì)胞的方式（一）單純擴散是一個物理過程。被輸送物質(zhì)靠細(xì)胞內(nèi)外的濃度梯度為動力，通過細(xì)胞質(zhì)膜中含水的小孔從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴散，直到兩邊濃度相等為止，這個過程不消耗能量，但擴散速度慢。單純擴散、促進擴散、主動運輸、基團轉(zhuǎn)位①物質(zhì)在擴散過程中沒有發(fā)生任何反應(yīng)；②不消耗能量；不能逆濃度運輸；③運輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比第63頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

水、脂肪酸、乙醇、甘油、O2、CO2、某些氨基酸、無機鹽可通過單純擴散進入微生物細(xì)胞。

第64頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

（二）促進擴散

以物質(zhì)的濃度梯度為動力，不需要代謝能量。但有載體蛋白的參加。這種載體蛋白與營養(yǎng)物質(zhì)之間存在一種親和力，這種親和力在細(xì)胞膜內(nèi)外表面不同，在外表面親和力大，內(nèi)表面親和力小，通過這種親和力大小的變化達到運輸?shù)哪康?。由于有載體蛋白的參加，擴散速度比單純擴散快。第65頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第66頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

（三）主動運輸一個重要特點是物質(zhì)運輸過程中需要消耗能量和載體，而且可以進行逆濃度運輸。通過主動運輸進入細(xì)胞的有氨基酸、糖、無機離子（K+、Na+）、硫酸鹽、磷酸鹽及有機酸等第67頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四逆濃度梯度將細(xì)胞外營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)送到細(xì)胞內(nèi)，需要滲透酶和消耗能量，。滲透酶有三種：單向轉(zhuǎn)運載體、同向轉(zhuǎn)運載體、反向轉(zhuǎn)運載體。第68頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

消耗ATP驅(qū)動Na+-K+泵向細(xì)胞外排Na+，每排出3個Na+，吸進2個K+，從而使膜內(nèi)外建立電位差，促使Na+從膜外向膜內(nèi)轉(zhuǎn)移。作用機制：1、Na+-K+泵主動運輸?shù)?9頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四葡萄糖-Na同向轉(zhuǎn)運載體葡萄糖和Na+分別與同向轉(zhuǎn)運載體的兩個位點結(jié)合，由同向轉(zhuǎn)運載體攜帶進入細(xì)胞，氨基酸也可通過此種方式運送第70頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第71頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四3、H+濃度梯度主動運輸好氧微生物吸收營養(yǎng)的主要方式。在呼吸或ATP作用下，好氧微生物將大量H+排到細(xì)胞外，使膜內(nèi)外形成H+濃度差，此為驅(qū)動力，使K+等陽離子單向運送入胞，陰離子與H+同向轉(zhuǎn)運入胞。中性糖和氨基酸也可由此方式入胞。

通過主動運輸進入細(xì)胞的物質(zhì)有氨基酸、糖、無機離子、硫酸鹽、磷酸鹽及有機酸等。2、離子濃度梯度主動運輸 消耗ATP建立離子濃度梯度，通過反向轉(zhuǎn)運載體完成H+和Na+、K+的運輸。即Na+的進入胞內(nèi)伴隨H+的排出

第72頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（四）基團轉(zhuǎn)位

一般來說，物質(zhì)通過膜運送時，不需要化學(xué)修飾，但有些物質(zhì)如糖在通過細(xì)菌細(xì)胞膜時需要進行磷酸化反應(yīng)加入一個磷酸基團，以糖-磷酸的形式才能通過細(xì)胞膜，稱為基團轉(zhuǎn)運。

最明顯的例子是在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)，全稱磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)磷酸化酶系統(tǒng)（PTs系統(tǒng)，phosphoenolpyruvate-linkedphosphotransferasesystem），包括酶I、酶II和熱穩(wěn)定蛋白（HPr，heat-stableprotein）。烯醇式丙酮酸PEP是磷酸基的供體，HPr是磷酸基的載體，這個過程包括兩個獨立的反應(yīng)：PEP+HPr→HPr-p+丙酮酸（酶I催化）HPr-p+糖→糖-p+HPr（酶II催化）第73頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

通過基團轉(zhuǎn)位進入細(xì)胞的物質(zhì)有糖（葡萄糖、果糖、甘露糖及糖的衍生物）、嘌呤與嘧啶（大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌）。

酶I使HPr磷酸化。酶II是一類結(jié)合在膜上的特異性酶，外界的糖與特定的酶II結(jié)合，引起酶的變構(gòu)，將糖送入膜的內(nèi)側(cè)進行磷酸化，由于細(xì)胞膜對大多數(shù)磷酸化的化合物有高度的不滲透性，所以磷酸化的糖一旦形成就被截留在細(xì)胞內(nèi)。第74頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四四種運送營養(yǎng)方式的比較比較項目單純擴散促進擴散主動運輸基團移位載體蛋白無有有有運送速度慢快快快溶質(zhì)運送方向由濃至稀由濃至稀由稀至濃由稀至濃平衡時內(nèi)外濃度內(nèi)外相等內(nèi)外相等內(nèi)部高內(nèi)部高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溶質(zhì)分子不變不變不變改變載體飽和效應(yīng)無有有有與溶質(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水、甘油乙醇、O2、CO2糖、SO42-、PO43-氨基酸、乳糖等糖類，少量無機離子葡萄糖、果糖、嘌呤、嘧啶等第75頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)微生物的能量代謝一、微生物的生物氧化和產(chǎn)能生物氧化：本質(zhì)是氧化與還原的統(tǒng)一，是指細(xì)胞內(nèi)一系列產(chǎn)能代謝的總稱，生物氧化過程有能量的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)移，有還原力[H]的產(chǎn)生以及小分子中間代謝物的產(chǎn)生。第76頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（一）生物能量的轉(zhuǎn)移中心—ATP第77頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（二）ATP的生成方式有：1、基質(zhì)（底物）水平磷酸化2、氧化磷酸化：主要能量來源。3、光合磷酸化第78頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四ATP中的能量，通過與ADP的轉(zhuǎn)換吸收或釋放：ADP+Pi→ATP和AMP+2Pi→ATPADP是能量的載體，ATP是能量庫。ATP含高能磷酸鍵，它水解釋放出高能鍵，每一個高能鍵含31.4KJ的能量。ATP只是一種短期的貯能物質(zhì)。若要長期貯能，還需轉(zhuǎn)換形式。如果有過剩的ATP，大多數(shù)微生物會將其能量轉(zhuǎn)化到儲能物中去。第79頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四二、生物氧化類型與產(chǎn)能代謝微生物的呼吸類型有三類：發(fā)酵、好氧呼吸和無氧呼吸，三者在于電子最終受體（或者是最終受氫體）的不同。最終受體：發(fā)酵—某些有機物好氧呼吸—O2無氧呼吸—氧以外的無機化合物，如NO2-、NO3-、SO42-、CO32-及CO2等第80頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（一）發(fā)酵無外在電子受體時，微生物氧化一些有機物。有機物僅發(fā)生部分氧化，以其中間代謝產(chǎn)物(即分子內(nèi)的低分子有機物)為最終電子受體，釋放少量能量，其余能量保留在最終產(chǎn)物中。特征：1、無外在電子受體；2、底物水平磷酸化；3、能量利用率低。以葡萄糖的乙醇發(fā)酵為例，1mol葡萄糖，可以得到2molATP、2mol乙醇和2mol二氧化碳。乙醇發(fā)酵的能量利用效率為：2×31.4/238.3=26%。第81頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（二）好氧呼吸當(dāng)存在外在的最終電子受體（分子氧）時，底物按常規(guī)方式脫氫，經(jīng)完整的呼吸鏈傳遞氫，同時底物氧化釋放出的電子經(jīng)呼吸鏈傳遞給O2，O2與H結(jié)合為H2O，并釋放出能量。

好氧呼吸中1mol葡萄糖分子氧化分解可得到38molATP，利用能量的效率大約是42%，其余的能量以熱的形式散發(fā)掉。第82頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四好氧呼吸：外源性呼吸——微生物利用外界供給的能源進行呼吸；內(nèi)源性呼吸——利用自身內(nèi)部貯存的能源物質(zhì)（如多糖、脂肪、PHB等）進行呼吸，呼吸速度取決于細(xì)胞的原有營養(yǎng)水平。污泥消化

好氧呼吸能否進行取決于氧的體積分?jǐn)?shù)是否達到0.2%，低于此不能進行。第83頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（三）無氧呼吸

是一類氫受體為外源無機氧化物的生物氧化。這是一類在無氧條件下進行的產(chǎn)能效率較低的特殊呼吸。其特點是底物按常規(guī)途徑脫氫后，經(jīng)部分呼吸鏈遞氫，最終由氧化態(tài)的無機物受氫。以NO3-作為受氫體—反硝化細(xì)菌以SO42-為受氫體—硫酸鹽還原菌以CO2為受氫體—產(chǎn)甲烷菌、產(chǎn)乙酸菌第84頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第85頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四三、微生物發(fā)光現(xiàn)象明亮發(fā)光桿菌第86頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四發(fā)光細(xì)菌含兩種特殊的成分：蟲熒光素酶和長鏈脂肪族醛。發(fā)光細(xì)菌被應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測及其他領(lǐng)域。第87頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)微生物的合成代謝

第88頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四一、產(chǎn)甲烷菌的合成代謝

產(chǎn)甲烷菌利用C1和C2有機物產(chǎn)生CH4，利用其中間代謝產(chǎn)物和能量物