√環(huán)境工程微生物學(xué)(五-微生物生理new)

第四章微生物的生理本章主要內(nèi)容：一、微生物的酶二、微生物的營養(yǎng)三、微生物的產(chǎn)能代謝四、微生物的合成代謝微生物的營養(yǎng)和代謝需在酶的作用下才能正常進行。第一節(jié)微生物的酶什么是酶？酶是生物催化劑生物體內(nèi)一切生化反應(yīng)都需要酶的催化才能進行！性能遠遠超過人造催化劑。絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，分子量6000~106酶的種類繁多酶是由細胞產(chǎn)生的、能在體內(nèi)或體外起催化作用的一類具有活性中心和特殊構(gòu)象的生物大分子，包括蛋白質(zhì)類酶和核酸類酶。根據(jù)酶的化學(xué)組成情況，可以將酶分為兩大類：1、單成分酶：它們的組成為單一蛋白質(zhì)，如水解酶.2、全酶：某些酶分子中除了蛋白質(zhì)外，還含有非蛋白組分.全酶的蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白，非蛋白質(zhì)部分（輔助因子）包括輔酶或輔基（熱穩(wěn)定的小分子有機物或金屬離子），如維生素、ATP

。酶蛋白與輔助因子組成的完整分子稱為全酶。單純的酶蛋白無催化功能.一、酶的組成（一）酶的組成形式全酶有3種形式：

1、全酶＝酶蛋白＋有機物(不含N)，如多種脫氫酶類

2、全酶＝酶蛋白＋有機物(不含N)＋金屬離子，如丙酮酸脫氫酶

3、全酶＝酶蛋白＋金屬離子，如細胞色素氧化酶輔助因子(輔酶或輔基)全酶=酶蛋白+輔助因子（輔基或輔酶）

酶的功能酶蛋白：加速生化反應(yīng)輔基和輔酶：傳遞電子、原子和基團金屬離子：傳遞電子、作為激活劑輔基和輔酶的區(qū)別：輔基與酶蛋白結(jié)合較緊，用透析法不能使兩者分開。輔酶與酶蛋白結(jié)合較松，用透析法可使兩者分開。（二）幾種重要的輔助因子某些小分子物質(zhì)與酶蛋白結(jié)合在一起并協(xié)同實施催化作用，這類分子被稱為輔助因子。輔助因子是一類具有特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)和功能的物質(zhì)。參與的酶促反應(yīng)主要為氧化-還原反應(yīng)或基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)。(1)輔酶A(CoA或CoA-SH)輔酶A是生物體內(nèi)代謝反應(yīng)中乙?；傅妮o酶，通過巰基的受酰和脫酰參與轉(zhuǎn)酰基反應(yīng)。功能：傳遞?；?，是形成代謝中間產(chǎn)物的重要輔酶。NAD+(煙酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又稱輔酶I)和NADP+(煙酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又稱輔酶II)(2)NAD+

和NADP+功能：是多種重要脫氫酶的輔酶，通用的電子載體。FAD(黃素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黃素單核苷酸)。(3)FAD和FMN功能：在脫氫酶催化的氧化-還原反應(yīng)中，起著電子和質(zhì)子的傳遞體作用。輔酶Q又稱為泛醌，其結(jié)構(gòu)為：輔酶Q的活性部分是它的醌環(huán)結(jié)構(gòu)，主要功能是作為線粒體呼吸鏈氧化-還原酶的輔酶，在酶與底物分子之間傳遞電子。(4)輔酶Q(CoQ)硫辛酸是少數(shù)不屬于維生素的輔酶。硫辛酸是6,8-二硫辛酸，有兩種形式，即硫辛酸（氧化型）和二氫硫辛酸（還原型）.起傳遞?；蜌涞淖饔?。（5）硫辛酸（L）焦磷酸硫胺素是脫羧酶的輔酶。(6)焦磷酸硫胺素(TPP)功能：催化酮酸的脫羧反應(yīng)。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆素是轉(zhuǎn)氨酶的輔酶，轉(zhuǎn)氨酶通過磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺的相互轉(zhuǎn)換，起轉(zhuǎn)移氨基的作用。(7)磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺生物素是羧化酶的輔酶。生物素的功能是作為CO2的傳遞體，在生物合成中起傳遞和固定CO2的作用。(8)生物素（維生素H）四氫葉酸是合成酶的輔酶，其前體是葉酸(又稱為蝶酰谷氨酸，維生素B11)。四氫葉酸的主要作用是作為一碳基團，如-CH3,-CH2-,-CHO等的載體，參與多種生物合成過程。(9)四氫葉酸(FH4或THFA)(10)金屬離子金屬離子是酶的輔基，又是酶的激活劑。許多酶含銅、鋅、鈷、鉬、鎳等離子。金屬可能作為酶的活性基的一部分，如多酚氧化酶中的銅離子。鎂、錳、鋅離子等可激活多種酶的活性。專性厭氧菌（產(chǎn)甲烷菌）特有的輔酶：輔酶M、F420（輔酶420）、F430（輔酶430）等。二、酶蛋白的結(jié)構(gòu)大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，具有蛋白質(zhì)的一切特性。由20種氨基酸組成，有一、二、三、四級結(jié)構(gòu)。變性、復(fù)性。

20種氨基酸：

Ala（丙氨酸）、Arg（精氨酸）、Asn（天門冬酰胺）、Asp（天門冬氨酸）、Cys（半胱氨酸）、Gln（谷氨酰胺)、Glu（谷氨酸）、Gly（甘氨酸）、His（組氨酸）、Ile（異亮氨酸）、Leu（亮氨酸）、Lys（賴氨酸）、Met（蛋氨酸）、Phe（苯丙氨酸）、Pro（脯氨酸）、Ser（絲氨酸）、Thr（蘇氨酸）、Trp（色氨酸）、

Tyr（酪氨酸）、Val（纈氨酸）。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)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)：多肽鏈本身結(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；三級結(jié)構(gòu)：在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進一步扭曲形成的更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，有氫鍵、鹽鍵、疏水鍵等；亞基：由一條或多條多肽鏈在三級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的小單位。四級結(jié)構(gòu)：由多個亞基形成。

二、三和四級結(jié)構(gòu)為空間結(jié)構(gòu)。酶蛋白的結(jié)構(gòu)20種氨基酸一級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)肽鍵氫鍵氫鍵鹽鍵疏水鍵氫鍵鹽鍵疏水鍵范德華力少數(shù)酶具有四級結(jié)構(gòu)（圖）酶蛋白結(jié)構(gòu)圖酶蛋白的結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)三、酶的活性中心酶的活性中心是指酶的活性部位，是酶蛋白分子中直接參與和底物結(jié)合，并與酶的催化作用直接有關(guān)的部位。即酶蛋白肽鏈中由少數(shù)幾個氨基酸殘基組成的、具有一定空間構(gòu)象的與催化作用密切相關(guān)的區(qū)域。酶的活性中心分二個功能部位：結(jié)合部位和催化部位。如果酶蛋白發(fā)生變性，構(gòu)成酶活性中心的基團互相分開，酶與底物將無法形成結(jié)合，酶促反應(yīng)也就無法進行?；钚灾行牡奶攸c：①活性中心是一個空間部位，一般在酶分子表面的一個空穴或深溝里；②活性中心的基團由一些極性氨基酸殘基的側(cè)鏈基團組成；③微區(qū)或處于同一肽鏈的不同部位，或處于不同的肽鏈上，但由于空間盤旋、折疊，使它們在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近。牛胰核糖核酸酶的活性中心（組12-組119-賴41）纈天天天天賴異甘組SS絲纈SS活性中心胰蛋白酶活性中心活性部位1.酶的分類

根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型，把酶劃分為6類。水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應(yīng)：四、酶的分類與命名

(1)水解酶hydrolase氧化-還原酶催化氧化-還原反應(yīng)。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。(2)氧化-還原酶Oxidoreductase轉(zhuǎn)移酶催化基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個底物分子的基團或原子轉(zhuǎn)移到另一個底物的分子上。

例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。(3)轉(zhuǎn)移酶Transferase裂解酶催化底物分子裂解為幾個化合物或其逆反應(yīng)。主要包括醛縮酶、脫水酶及脫氨酶等。例如，醛縮酶催化的反應(yīng)果糖-1，6-二磷酸磷酸二羥丙酮+甘油醛-3-磷酸(4)裂解酶Lyase異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化。

例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。(5)異構(gòu)酶Isomerase合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵的形成反應(yīng)。這類反應(yīng)必須與ATP分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。A+B+ATP+H-O-H===A

B+ADP+Pi如CTP合成酶可催化UTP合成CTP。

ATP+UTP+NH3===ADP+Pi+CTP

(6)合成酶LigaseorSynthetase(1)習(xí)慣命名法:1、根據(jù)其催化底物來命名；如淀粉酶、蛋白酶。2、根據(jù)所催化反應(yīng)的性質(zhì)來命名；如水解酶、轉(zhuǎn)移酶、氧化酶等。3、結(jié)合上述兩個原則來命名，如琥珀酸脫氫酶。4、有時在這些命名基礎(chǔ)上加上酶的來源或其它特點，如胃蛋白酶等。5、根據(jù)酶在細胞的不同部位，分為胞外酶、胞內(nèi)酶和表面酶。2.酶的命名

按酶在細胞的不同部位，可把酶分為胞外酶、胞內(nèi)酶和表面酶；胞外酶表面酶胞內(nèi)酶6、按照酶在生物體內(nèi)存在的狀況固有酶，也稱為組成酶（constitutiveenzyme），無論培養(yǎng)基中有無它們的底物，這種酶都能形成。誘導(dǎo)酶，也稱為適應(yīng)酶（adaptiveemzyme），只有在培養(yǎng)基中存在其底物時才能形成。如在E.coli中的利用乳糖的酶就是適應(yīng)酶。

誘導(dǎo)酶的意義？(2)國際系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構(gòu)型、反應(yīng)性質(zhì)，最后加一個酶字。例如：習(xí)慣名稱:谷丙轉(zhuǎn)氨酶系統(tǒng)名稱:丙氨酸：

-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶催化的反應(yīng):丙氨酸+

-酮戊二酸

丙酮酸+谷氨酸

五、酶的催化特性催化劑的共性是什么？①機理：降低反應(yīng)活化能，提高反應(yīng)速度，不改變平衡點②只起催化作用，本身不消耗。酶的特點A.生物大分子除極個別RNA為催化自身反應(yīng)的酶外，其余所有的酶都是蛋白質(zhì)。B.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106~1016倍；

且絕無副反應(yīng)；

C.高度專一性

單一類物質(zhì)（相對專一）例如脂肪酶（催化含酯鍵的脂質(zhì)進行水解反應(yīng)）

單一物質(zhì)（絕對專一）（如脲酶只能催化尿素水解）

單一物質(zhì)單一立體構(gòu)型（“超級專一”）

如β-葡萄糖氧化酶僅能將β-D-葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟撬幔鴮Ζ?D-葡萄糖不起作用。酶的催化雙氧水裂解D.反應(yīng)條件溫和常溫、常壓、中性E.酶對環(huán)境條件極為敏感高溫、強酸、強堿都能使酶喪失活性。F.催化活力與輔助因子有關(guān)酶與底物作用假說

1.鎖鑰學(xué)說認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)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣酶與底物結(jié)合的機理2.誘導(dǎo)契合學(xué)說該學(xué)說認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.外界條件，如溫度、酸堿度等對生命活動的影響，在很大程度上，是通過影響酶促反應(yīng)速度實現(xiàn)的。因而，人們也常常通過對這些因素的控制，影響生命機體內(nèi)酶促反應(yīng)的強度和方向，從而促使體內(nèi)代謝的調(diào)節(jié)和控制朝著有益于人們需要的方向發(fā)展。六、影響酶促反應(yīng)速度（酶活力）的因素影響酶促反應(yīng)速度的因素反應(yīng)初速度隨底物濃度變化曲線A.酶濃度（或質(zhì)量）何種關(guān)系？正比B.底物濃度機理——中間產(chǎn)物E+SESP+Ek1k2k3條件：它們的濃度分別為[E]、[S]、[ES]、[P]總酶濃度[Et]K1、K2、K3速率常數(shù)穩(wěn)態(tài)時反應(yīng)速度

V=k3[ES]ES的生成速度=消耗速度

k1[E][S]=k2[ES]+k3[ES]E的質(zhì)量平衡方程

[E]=[Et]-[ES]E+SESP+Ek1k2k3米氏方程

V=Vmax=k3[ES]max=k3[Et]Km=

k2+k3k1米氏常數(shù)V=Vmax[S]Km+[S]

a.當[S]很小時

V=V[S]/Km

一級反應(yīng)反應(yīng)初速度隨底物濃度變化曲線米氏曲線b.當[S]很大時V=V[S]/[S]=V0

級反應(yīng)混合級V=

V[S]Km+[S]Km=?Km=[S]若V＝V/21Km+[S]=2[S]V=

Vmax[S]Km+[S]V2＝V

[S]Km+[S]米氏曲線c.米氏常數(shù)Km的意義1.酶的特性常數(shù)與酶及底物種類有關(guān)，與酶濃度無關(guān)。酶底物Km(mmol/L)脲酶尿素25溶菌酶6-N-乙酰葡萄糖胺0.006葡萄糖-6-磷酸脫氫酶6-磷酸-葡萄糖0.058胰凝乳蛋白酶苯甲酰酪氨酰胺2.5甲酰酪氨酰胺12.0乙酰酪氨酰胺32.0Km=

k2+k3k1Km≈k2（分離能力）/k1（親合能力）E+SESP+Ek1k2k3Km越小，親和力越強。當k2>>k3時（通常都是這樣）2.大小表示酶對底物的親和力大小C.pH的影響最適pH時的酶活力最大胃蛋白酶木瓜蛋白酶膽堿酯酶胰蛋白酶酶最適pH，因酶而異，大多數(shù)酶最適pH在7.0左右。相對酶活力過氧化氫酶胃蛋白酶胰蛋白酶精氨酸酶延胡索酸酶RNA酶pH對酶活力產(chǎn)生影響的原因？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；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。D.溫度的影響上圖反映出溫度如何影響酶活力？產(chǎn)物累積量相對酶活％1.最適溫度（高于該溫度酶開始變性失活）

2.反應(yīng)初速度隨溫度升高而上升

最適溫度動物酶35~40℃植物酶40~50℃微生物大部分

40~50℃?zhèn)€別高溫菌100℃以上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。E.激活劑的影響能提高（酶）活性的物質(zhì)——

（酶）激活劑a.無機離子陽離子

K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Zn2+等陰離子

Cl

-、Br-等機理改變穩(wěn)定中心、提高親和力。1.與底物結(jié)合，使底物形狀更適合酶的活性中心2.與別構(gòu)酶的別構(gòu)中心結(jié)合，使酶的構(gòu)象變化，更適合與底物的結(jié)合。b.中等大小的有機分子1.某些還原劑如Vc、半胱氨酸、氰化物機理：還原酶活性中心的二硫鍵-S-S-→-SH+-SH

參與催化2.EDTA（乙二胺四乙酸）機理？解除重金屬抑制F.抑制劑的影響使酶活性降低的物質(zhì)。抑制作用分可逆抑制與不可逆抑制?？赡娴囊罁?jù)：能否用透析、超濾等物理方法除去抑制劑，使酶復(fù)活不可逆抑制原因？活性區(qū)與之以牢固的共價鍵相連；均為劇毒物質(zhì)重金屬、有機磷、有機汞、有機砷、氰化物、青霉素、毒鼠強等。有機磷農(nóng)藥（敵百蟲、沙林）膽堿酯酶OHPOC2H5OC2H5S有機磷農(nóng)藥部分神經(jīng)傳導(dǎo)中毒?。〉诙?jié)微生物營養(yǎng)新陳代謝過程：微生物從外界不斷地攝取營養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成細胞的組分，同時產(chǎn)生廢物并排泄到體外，這個過程稱為新陳代謝（代謝）。新陳代謝包括同化作用（物質(zhì)合成，吸收能量）和異化作用（物質(zhì)分解，釋放能量）。兩者是相輔相成的：異化作用為同化作用提供物質(zhì)基礎(chǔ)和能量。同化作用為異化作用提供基質(zhì)。異化作用同化作用物質(zhì)能量基質(zhì)分解物質(zhì)，放出能量合成物質(zhì)，吸收能量了解微生物的營養(yǎng)及其所需營養(yǎng)物的種類和數(shù)量，首先要了解微生物的化學(xué)組成、元素組成和生理特性。一、微生物的化學(xué)組成主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵、氯等微量元素：銅、鋅、錳、鉬、硒、鈷等微生物體內(nèi)的70～90％為水，剩下的為干物質(zhì)。干物質(zhì)，則主要為有機物和無機物組成。其中，有機物約占干重的90%~97％,主要為蛋白質(zhì)、核酸、糖和脂肪。其中，C、H、O、N是所有生物的有機元素。微生物需要的營養(yǎng)物質(zhì)有水、碳素營養(yǎng)源、氮素營養(yǎng)源、無機鹽及生長因子。二、微生物的營養(yǎng)物及營養(yǎng)類型從微生物的化學(xué)組成中，我們可以看到：微生物首先需要大量的水分；需要較多地供給構(gòu)成有機物碳架和含氮物質(zhì)的碳元素和氮元素；另外，還需要一些含P、Mg、K、Ca、Na、S等的鹽類，及微量的Cu、Zn、Mn等元素。因此，除了某些特殊要求的微生物外，培養(yǎng)一般微生物必須提供上述這些營養(yǎng)物質(zhì)，微生物才能正常地生長繁殖。

（一）水各類微生物都含有大量水分,占90%左右。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。水有哪些作用？①微生物機體重要組成;②直接參加各種代謝反應(yīng);③是微生物代謝反應(yīng)的中間介質(zhì);④調(diào)節(jié)微生物細胞溫度;⑤維持細胞膨壓。

（二）碳源和能源1）碳源

種類？有機物、無機碳化合物隨微生物種類不同，各有偏好微生物最喜好的碳源是？提供碳元素來源的物質(zhì)細菌細胞中的碳素含量占干物質(zhì)質(zhì)量的50％左右。碳源作用—細胞的碳骨架、大多還是能源物質(zhì)。

糖類物質(zhì)

尤其是葡萄糖及其多糖2）能源微生物的能源種類化學(xué)能、光能所有微生物細胞內(nèi)能量傳遞體都是ATP可以產(chǎn)生化學(xué)能物質(zhì)？有機碳源特殊的無機物（如S2-、Fe2+、NH3)利用光能的細菌？含有光合色素微生物營養(yǎng)型分類根據(jù)碳源不同分為無機營養(yǎng)、有機營養(yǎng)（自養(yǎng)、異養(yǎng)）①無機營養(yǎng)微生物（自養(yǎng)微生物）無機（自養(yǎng)）—CO2、CO和CO32-又根據(jù)能源不同又分為光能自養(yǎng)型微生物和化能自養(yǎng)型微生物。（1）光能自養(yǎng)微生物紫硫細菌和綠硫細菌

紫硫、綠硫細菌代謝方式

光照

CO2+

H2S

→[CH2O]（糖）+H2O+

2S↓

菌綠素（與葉綠素大同小異）在自然界的作用是什么呢？早期無氧地球，清除H2S毒物（H2S類似植物光合作用中的H2O）條件苛刻，不是污水處理菌較潔凈的光照池塘無臭（H2S)區(qū)紫硫細菌湖中4～7m硫化物（2）化能自養(yǎng)微生物（有氧）自養(yǎng)——碳源CO32－化能——以？物質(zhì)氧化產(chǎn)能S、H2S、H2、NH3、Fe2+種類：硫細菌、（亞）硝化細菌及鐵細菌、氫細菌。例如，亞硝化細菌進行有機物合成反應(yīng)如下

2NH3

+2O2

HNO2

+4H+619千焦耳

ATPCO2+4H[CH2O]+H2O提問：化能自養(yǎng)細菌能用于污水處理嗎？能，脫氨、脫硫；條件容易②有機營養(yǎng)微生物（異養(yǎng)微生物）有機（異養(yǎng)）——以有機物為碳源提問：自養(yǎng)、異養(yǎng)菌哪種繁殖快？污水處理中異養(yǎng)產(chǎn)能率高、有機污染物充足，異養(yǎng)菌是污水處理的主角（1）光能異養(yǎng)與化能異養(yǎng)以有機物作為碳源和能源的微生物。絕大多數(shù)的細菌都屬于化能異養(yǎng)菌。.Ⅰ、化能異養(yǎng)微生物不受氧氣限制，尤其適于高濃度有機廢水（食品行業(yè)）的高效處理Ⅱ.光能異養(yǎng)微生物（無氧有光）

光能+色素有機物+CO2→菌體

[CH2O]小分子有機物碳源主要指紅螺菌（有氧無光時可化能異養(yǎng)生存）

在污水處理中的優(yōu)勢是什么？問題：與水分離困難，光照問題——嗜鹽紅螺菌大量滋生時的紅鹽田人工投加光合細菌（PSB,紅螺菌）有利于水產(chǎn)養(yǎng)殖，原因？迅速轉(zhuǎn)化毒物（水族排泄物被細菌分解后的氨、有機酸）；為高蛋白的菌體，作為魚的飼料，且不消耗氧；優(yōu)勢生長時能抑制水族病原菌的生長絕大多數(shù)細菌和全部真菌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：提供微生物合成蛋白質(zhì)的原料（一般不充當能源）。

（三）氮源哪些物質(zhì)可作為微生物的氮源？有機氮（氨基酸和蛋白質(zhì)）、無機氮（N2、NH3、銨鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽）等。實驗室中有機氮源——蛋白胨工業(yè)投加的微生物氮源？尿素、糞便根據(jù)對氮源要求的不同，將微生物分為4類：（1）固氮微生物（2）利用無機氮作為氮源的微生物（3）需要某種氨基酸作為氮源的微生物（4）從分解蛋白質(zhì)中取得銨鹽或氨基酸的微生物

（四）無機鹽陰離子鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽。陽離子鹽：氨、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵的鹽P和S、Fe、Mg的需求量較大同時還需要鋅、錳、鈷、鋁、銅、硼、釩、鎳等微量元素。

元素人為提供形式主要生理功能大量元素PK2HPO4、KH2PO4核酸、磷脂和輔酶的組成成分；糖代謝磷酸化過程中起重要作用；高能磷酸鍵能貯存和傳遞能量；緩沖劑SMgSO4某些氨基酸的組成成分；某些輔酶的組成成分；某些硫化細菌的能源物質(zhì)MgMgSO4某些酶的激活劑；葉綠素的組成元素；穩(wěn)定核糖體、細胞膜和核酸FeFeSO4某些酶的組成成分；鐵細菌的能源；細胞色素和鐵氧化還原蛋白的氧化還原反應(yīng)中不可少的電子載體CaCa(NO3)2、CaCl2蛋白酶的激活劑；細菌芽孢和真菌孢子的組成元素；穩(wěn)定細胞壁KK2HPO4、KH2PO4某些酶的輔助因子；參與細胞內(nèi)某些物質(zhì)運輸系統(tǒng)的組成；維持電位差和滲透壓NaNaCl某些酶的輔助因子；調(diào)節(jié)細胞的滲透壓；與嗜鹽菌營養(yǎng)物質(zhì)的吸收有關(guān)大腸桿菌缺Fe的影響表現(xiàn)：影響甲酸脫氫酶的合成，使得不能催化甲酸分解為H2和CO2，則分解葡萄糖時只產(chǎn)酸不產(chǎn)氣；影響細胞分裂。此時大腸桿菌細胞核物質(zhì)只增長、延長而不分裂，整個細胞呈絲狀生長。若污水生物處理中出現(xiàn)這種情況，則會引起活性污泥絲狀膨脹，造成二沉池的出水水質(zhì)差。元素人為提供形式主要生理功能微量元素MnMnSO4黃嘌呤氧化酶的組分；一些酶(丙酮酸脫羧酶等)的輔助因子CuCuSO4某些酶(乳糖酶等)的輔助因子CoCoSO4參與維生素B12的組成ZnZnSO4乙醇脫氫酶和乳酸脫氫酶的活性基，是酶的激活劑Mo(NH4)6Mo7O24促進固氮作用磷源和硫源磷源比較單一，主要是無機磷酸鹽或偏磷酸鹽。硫源—從還原性的S2-化合物、元素硫一直到最高氧化態(tài)的S042-化合物，都可以作為硫源。通常不缺工業(yè)污水常補加磷酸三鈉等。無機鹽的功能是什么？①細胞的組成成分;②酶的組成成分，維持酶的活性;③調(diào)節(jié)細胞滲透壓、pH、Eh;④某些礦質(zhì)元素作為化能自養(yǎng)菌的能源。（五）生長因子種類：嘌呤、嘧啶類、維生素類作用：嘌呤和嘧啶參與合成核酸和輔酶;維生素，重要輔酶多數(shù)微生物不存在生長因子問題。只有少數(shù)微生物需要外界提供現(xiàn)成的生長因子，才能生長，如乳酸菌需要多種維生素，因此只能生活在這些物質(zhì)供應(yīng)充足的環(huán)境，如牛奶、腸道。——必需，但不能自身合成的有機物在環(huán)境工程實際應(yīng)用中還應(yīng)注意1.

營養(yǎng)要求小范圍可改變指微生物對碳源等的種類、數(shù)量一定程度上可馴化適應(yīng)（酶的誘導(dǎo)、易變異）2.“營養(yǎng)要平衡”，存在一定比例搭配的現(xiàn)象主要是指碳氮磷的比例關(guān)系，通常稱碳氮磷比。三、碳氮磷比根瘤菌要求碳氮比為11.5：1土壤中微生物混合群體要求碳氮比為25：1污(廢)水生物處理中好氧微生物群體(活性污泥)要求為BOD5：N：P＝100：5：1厭氧消化污泥中的厭氧微生物群體要求BOD5：N：P＝100：6：1

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)。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)，當營養(yǎng)量不足時，應(yīng)供給或補足。如酒精廢水缺？

；洗滌劑水？N、P缺NP過剩煉油廢水？N、P但如果工業(yè)廢水不缺營養(yǎng)，就切勿盲目補充！微生物往往先利用這類現(xiàn)成的容易被吸收、利用的有機物質(zhì)，而不再利用工業(yè)廢水中難以吸收、利用的有機物，從而導(dǎo)致微生物分解特殊有機物的能力下降這與微生物馴化正好相反（反馴化）。留意！四．培養(yǎng)基培養(yǎng)基是一種人工配制的、適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物用的營養(yǎng)基質(zhì)。任何培養(yǎng)基都應(yīng)具備微生物所需要的營養(yǎng)要素，且其間的比例是合適的。任何培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進行滅菌，否則很快引起雜菌叢生，并破壞其固有成分和性質(zhì)。1.根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基。2.注意營養(yǎng)物質(zhì)的濃度比和C/N比。一般微生物適應(yīng)C/N是25:1。3.調(diào)節(jié)適宜的pH值微生物在培養(yǎng)過程中會引起pH變化,為了保持培養(yǎng)基中有恒定的pH值,要加入一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽。4.根據(jù)培養(yǎng)微生物的目的決定成分的量。如培養(yǎng)目是為了得到大量的菌體,氮源要高,有利于菌體蛋白質(zhì)合成。培養(yǎng)基配制原則1.認識化能自養(yǎng)菌氧化硫桿菌的培養(yǎng)基粉末狀硫10gKH2PO44gMgSO40.5gCaCl20.5g(NH4)2SO40.4gFeSO40.01g

水1000mL（自來水即可）

其中各組分作用是什么？空氣中的CO2能源磷源、緩沖物碳源是什么？氮源鹽也可補加一部分碳酸鈉。異養(yǎng)細菌的培養(yǎng)基中至少有一種有機物，實驗室中通常是葡萄糖如一種大腸桿菌培養(yǎng)基葡萄糖0.5gK2HPO41gMgSO40.2gNaCl5gNH4H2PO40.4g水1000mL2.配制

通常？加水3.培養(yǎng)基的類別根據(jù)培養(yǎng)基物理狀態(tài)、用途、組分組成分類(一)根據(jù)物理狀態(tài)

固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基（1）液體培養(yǎng)基——廢水也可看作是一種廣義的液體培養(yǎng)基（2）固體培養(yǎng)基人工做法——(與果凍方法一樣)向液體培養(yǎng)基中加入15~20g/L左右的瓊脂，加熱至100℃溶解，40℃下冷卻并凝固。石花菜(紅藻）→瓊脂瓊脂主要成份—半乳聚糖，分子量大，呈網(wǎng)狀粘著力強，溶解分散（溫度為96℃以上）條狀瓊脂粉末瓊脂瓊脂特性A.不能被絕大多數(shù)微生物利用、分解液化；有什么好處？不作為額外碳源，干擾試驗，保持固體特性B.高壓滅菌結(jié)構(gòu)不被破壞，且顏色透明不妨礙觀察；C.多數(shù)微生物在瓊脂培養(yǎng)基表面生長并形成獨立菌落；有何好處？易于純化分離（3）半固體培養(yǎng)基半——流動性介于固體與液體之間如何制作？在液體培養(yǎng)基中加入3~5g/L的瓊脂作用：半固體培養(yǎng)基中可以融入少量的溶解氧，因此這種培養(yǎng)基常被用于培養(yǎng)在較低氧濃度環(huán)境下才能最佳生長的細菌。天然的固體培養(yǎng)基——土豆塊、培養(yǎng)真菌的麩皮、大米、大麥等。（二）根據(jù)培養(yǎng)基組分天然培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基和半合成培養(yǎng)基。（1）合成培養(yǎng)基合成——純化學(xué)試劑（2）天然培養(yǎng)基天然——？純生物制品(細胞提取物)常用的細菌肉湯培養(yǎng)基牛肉膏3g蛋白胨5g水1000mLpH7.2~7.4牛肉膏——瘦牛肉經(jīng)過加熱濃縮抽提的膏狀物（主要作碳源）優(yōu)點——穩(wěn)定、選擇性缺點——很多細菌營養(yǎng)需求較為復(fù)雜，配方獲取較難類似物如酵母膏、麥芽汁、土壤浸出液、牛奶、玉米粉優(yōu)點——營養(yǎng)豐富、配制容易缺點？質(zhì)量不穩(wěn)定、選擇性差；（3）半合成培養(yǎng)基半——不純優(yōu)缺點介于前兩者之間，因而使用最廣。蛋白胨——動植物蛋白（大豆或動物骨粉等）經(jīng)初步酶解形成的短肽（主要作氮源）酵母膏大腸桿菌培養(yǎng)基葡萄糖0.5gK2HPO41gMgSO40.2gNaCl5gNH4H2PO40.4g水1000mL屬于哪種培養(yǎng)基類型？合成培養(yǎng)基、半合成培養(yǎng)基、天然培養(yǎng)基(三)根據(jù)培養(yǎng)基用途基礎(chǔ)培養(yǎng)基、選擇培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基、加富培養(yǎng)基（1）基礎(chǔ)培養(yǎng)基——大多數(shù)微生物均可在上面生長。有兩種制備思路：？肉湯培養(yǎng)基牛肉膏3g蛋白胨5g水1000mLpH7.2~7.4（2）選擇培養(yǎng)基

選擇性——？待選的細菌能優(yōu)勢生長①投毒法常用物質(zhì)為染料、膽汁酸鹽、金屬鹽類、酸、堿和抗生素。例如欲分離古細菌，培養(yǎng)基中通常加入青霉素，古細菌就唯一分離并存活下來。膽汁酸鹽——抑制革蘭氏陽性菌能選擇性生長革蘭氏陰性細菌毒——選擇性的抑制劑待選細菌有抗性②投其所好法好→→→營養(yǎng)、環(huán)境因子（1）專一性營養(yǎng)源培養(yǎng)法待選細菌專門需要的某種碳源或氮源例如篩選纖維素分解菌選用纖維素作為培養(yǎng)基中的唯一碳源.各類降解石化廢水特殊有機物的細菌篩選通常是以這類有機物為培養(yǎng)基中的唯一碳源，將目的細菌富集篩選下來。（2）理化因素控制法理化因素——特殊的溫度、氧氣、pH、鹽度等環(huán)境條件主要用于篩選極端環(huán)境微生物。如嗜鹽、嗜熱、嗜冷、嗜酸、嗜堿等的細菌，同時也被用于選擇性培養(yǎng)好氧或厭氧細菌。嗜冷菌嗜熱菌（3）鑒別培養(yǎng)基鑒別——明查分別（細菌種類）提供培養(yǎng)環(huán)境外還同時具有類似于“驗鈔機”的作用方法？

鑒—加入指示劑別—不同菌落制造不同的代謝物，顯色不同水處理中常用的EMB培養(yǎng)基就是典型大腸菌群內(nèi)不同種屬細菌的鑒別培養(yǎng)基。EMB培養(yǎng)基五、營養(yǎng)物質(zhì)進入微生物細胞的方式對絕大多數(shù)屬于滲透營養(yǎng)型的微生物來說，營養(yǎng)物質(zhì)通過細胞膜進入細胞的問題，是一個較復(fù)雜又很重要的生理學(xué)問題。細胞壁在營養(yǎng)物質(zhì)運送上不起多大作用，僅簡單地排阻分子量過大的溶質(zhì)的進入，細胞膜則是控制營養(yǎng)物進入和代謝產(chǎn)物排出的主要屏障。細胞膜以四種方式控制物質(zhì)的運送，即單純擴散（被動擴散）、促進擴散、主動運送和基團移位（基團轉(zhuǎn)位），其中尤以主動運送為最重要。1、被動擴散（單純擴散、被動運送）。細胞膜這層疏水性屏障可以通過物理擴散方式讓許多小分子、非電離分子尤其是親脂性的分子被動地通過，這就是單純擴散。單純擴散不是細胞獲取營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式，因為細胞既不能通過它來選擇必需的營養(yǎng)成分，也不能將稀溶液中的溶質(zhì)分子進行逆濃度梯度運送，以滿足細胞的需要。水、無機鹽、氣體、甘油等小分子被動擴散?推動力?推動力—濃度梯度無載體蛋白不消耗能量內(nèi)部能量消耗YorN?2、促進擴散與單純擴散的一個主要差別，是在溶質(zhì)的運送過程中，必須借助于膜上底物特異性載體蛋白的參與。促進擴散只能把環(huán)境中濃度較高的分子加速擴散到細胞內(nèi)，直至膜兩側(cè)的溶質(zhì)濃度相等時為止，而決不能引起溶質(zhì)的逆濃度梯度運送。因此，它只對生長在高營養(yǎng)物濃度下的微生物發(fā)揮作用。

促進擴散促進——載體蛋白協(xié)助

載體蛋白

細胞外

||細胞膜

||細胞內(nèi)糖、氨基酸、金屬離子等?推動力—濃度梯度有載體蛋白不

內(nèi)部能量消耗YorN?推動力?3、主動運輸是微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要機制。其特點是它的特異性載體蛋白在運送溶質(zhì)的過程中，需要提供能量（ATP等）；同時，它可逆濃度梯度進行運送，從而使生活在低營養(yǎng)環(huán)境下的微生物能獲得濃縮形式的營養(yǎng)物。主動運輸運輸——載體蛋白主動——逆濃度梯度方向糖、氨基酸、有機酸、Na+、K+、硫酸根、磷酸根等?推動力—ATP放能有載體蛋白消耗內(nèi)部能量消耗YorN?推動力?

細菌吸收營養(yǎng)物質(zhì)的最主要方式。4、基團移位也是一種既需特異性載體蛋白又須耗能的運送方式，但溶質(zhì)在運送前后會發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化，因而不同于上述的主動運送。磷酸化—自由能升高，能量級別、位置的升高。細胞膜細胞外細胞內(nèi)酶1磷酸烯醇式丙酮酸酶2熱穩(wěn)定蛋白丙酮酸長途車短途車轉(zhuǎn)位葡萄糖高能磷酸——長途車磷酸葡萄糖基團轉(zhuǎn)位基團——被轉(zhuǎn)運的營養(yǎng)物轉(zhuǎn)位——？短途車與長途車倒人，轉(zhuǎn)座位磷酸化的益處？（一）直接完成代謝前活化（二）防止營養(yǎng)物從細胞內(nèi)流失；（三）保持營養(yǎng)物在細胞內(nèi)的低濃度糖(葡萄糖、甘露糖、果糖及糖的衍生物N—乙酰葡萄糖胺)、嘌呤、嘧啶、脂肪酸?

—磷酸烯醇式丙酮酸放能有載體蛋白消耗能量內(nèi)部能量消耗YorN?推動力?視情況，以能量最省選擇方式第三節(jié)微生物的產(chǎn)能代謝微生物細胞的各項活動，如物質(zhì)運輸、合成代謝、分解代謝、細胞分裂和鞭毛運動等都要利用能量。熱力學(xué)第一定律指出，能量即不能創(chuàng)生，也不能消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式。微生物體內(nèi)的這種能量轉(zhuǎn)變過程稱為微生物的能量代謝。一、微生物的生物氧化和產(chǎn)能微生物的生物氧化:是指發(fā)生在活細胞內(nèi)一系列產(chǎn)能代謝的總稱。產(chǎn)能代謝是通過呼吸作用（發(fā)酵、好氧呼吸和無氧呼吸）來實現(xiàn)的。生物氧化（呼吸作用）的本質(zhì)——是氧化與還原的統(tǒng)一過程，伴隨能量的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)移、還原力（〔H〕）和小分子中間代謝物的產(chǎn)生，這是微生物新陳代謝得以順利進行的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物氧化還原過程不同于一般的化學(xué)氧化還原過程，有以下幾個差別：1、在酶的作用下，常溫常壓的溫和條件；2、復(fù)雜有機物被氧化成二氧化碳、水和其他簡單的物質(zhì)；3、產(chǎn)生能量供給生物（合成、生命活動、熱能）；4、多步反應(yīng)，產(chǎn)生許多中間產(chǎn)物；5、同時吸收和同化各種營養(yǎng)物質(zhì)。微生物產(chǎn)生能量的方式有多種：電能（電子移動產(chǎn)生）化學(xué)能（氧化有機物和無機物的化學(xué)反應(yīng)中釋放的能量）機械能（運動產(chǎn)生的）光能（發(fā)光細菌產(chǎn)生的）微生物產(chǎn)生的能量的去向：變?yōu)闊?，散失；供合成反?yīng)和生命的其他活動；貯存在ATP（三磷酸腺苷）中。微生物體內(nèi)有一套完善的能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)：在放能反應(yīng)和吸能反應(yīng)之間有一個偶聯(lián)者-ATP(腺苷三磷酸)，是能量轉(zhuǎn)移的“中心站”。（一）生物能量的轉(zhuǎn)移中心-ATPATP是生物能存在的主要形式在微生物的呼吸過程中，底物的氧化分解產(chǎn)生能量；同時，微生物將能量用于細胞組分的合成及其他生命活動。在這兩者之間存在能量轉(zhuǎn)移中心—ATP。

ATP是能夠被生物細胞直接利用的能量形式?；軤I養(yǎng)菌通過發(fā)酵、好氧呼吸及無氧呼吸生成ATP;光能營養(yǎng)菌通過光合作用將光能轉(zhuǎn)化為ATP。焦磷酸31.4KJ/molATP（三磷酸腺苷）底物氧化分解產(chǎn)生能量ATP用于細胞組分的合成生物能量的轉(zhuǎn)移中心——ATP（1）氧化磷酸化好氧微生物呼吸時，通過電子傳遞體系產(chǎn)生ATP的過程。氧化磷酸化的過程表示為：NADH+H++3ADP+3Pi+1/2O2NAD++4H2O+3ATP1個NADH產(chǎn)生3個ATP（二）ATP的產(chǎn)生方式電子傳遞體系電子傳遞體系組成：由NAD（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）或NADP（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）、FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）或FMN（黃素單核苷酸）、輔酶Q、細胞色素b、細胞色素c1等組成。電子傳遞體系的功能：接受電子；合成ATP，把電子傳遞過程釋放的能量貯存。電子傳遞體系在細胞中的部位原核微生物－－細胞質(zhì)膜真核微生物－－線粒體電子傳遞體系產(chǎn)能情況NADH3ATPFADH2ATP1個ADP生成1個ATP（2）底物水平磷酸化厭氧微生物和兼性厭氧微生物在底物氧化過程中，產(chǎn)生一種含高自由能的中間體，這一中間體將高能鍵交給ADP，使ADP磷酸化而生成ATP。底物水平磷酸化作用與氧化磷酸化作用的區(qū)別：底物水平磷酸化作用是指ATP的形成直接與一個中間代謝物上的磷酸基團轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)。氧化磷酸化作用是指ATP的生成基于電子傳遞相偶聯(lián)的磷酸作用（二）ATP的產(chǎn)生方式（3）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。ADP+H3PO4ATPAMP+2H3PO4ATPATP生成的反應(yīng)式（二）ATP的產(chǎn)生方式ATP中的能量，通過與ADP（AMP）的轉(zhuǎn)換吸收或釋放：ADP+Pi→ATP和AMP+2Pi→ATP由反應(yīng)式可知：ADP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。呼吸作用是微生物ATP的生成的主要方式。根據(jù)最終電子受體（或最終受氫體），微生物的呼吸類型有三類：發(fā)酵、好氧呼吸及無氧呼吸。發(fā)酵--以分解過程中的中間代謝產(chǎn)物(低分子有機物)為最終電子受體

好氧呼吸--以O(shè)2為最終電子受體無氧呼吸--以除O2外的無機化合物，如NO2-、NO3-、SO42-、CO32-及CO2等作為最終電子受體微生物的產(chǎn)能代謝是通過上述三種類型呼吸作用來實現(xiàn)的，微生物從中獲得生命所需要的能量。二、生物氧化類型與產(chǎn)能代謝（一）發(fā)酵“發(fā)酵”這一名詞用得十分普遍。在發(fā)酵工業(yè)上，發(fā)酵是指任何利用好氧或厭氧微生物來生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物的一類生產(chǎn)方式。在生物氧化或能量代謝中，發(fā)酵是指在無氧條件下，底物脫氫后所產(chǎn)生的還原力[H]不經(jīng)過呼吸鏈傳遞而直接交給某一內(nèi)源氧化性中間代謝產(chǎn)物，以實現(xiàn)底物水平磷酸化產(chǎn)能的一類低效產(chǎn)能反應(yīng)。1、發(fā)酵的類型厭氧微生物和兼性厭氧微生物：無外來受氫體→受氫體來自葡萄糖的分解產(chǎn)物→產(chǎn)生多種發(fā)酵類型（以其終產(chǎn)物命名）。葡萄糖為起始底物：先行糖酵解（EMP途徑）（產(chǎn)生丙酮酸）→按各種發(fā)酵類型繼續(xù)發(fā)酵→生成各種最終產(chǎn)物不同的發(fā)酵類型及其有關(guān)微生物發(fā)酵類型產(chǎn)物微生物乙醇發(fā)酵乙醇、CO2酵母菌屬（Saccharomyces)乳酸同型發(fā)酵乳酸乳酸細菌屬（Lactobacillus)乳酸異型發(fā)酵乳酸、乙酸、乙醇、CO2明串球菌屬（Leuconostoc)混合酸發(fā)酵乳酸、乙酸、乙醇、甲酸、CO2、H2大腸埃希氏菌（Escherichiacoli)丁二醇發(fā)酵丁二醇、乳酸、乙酸、乙醇、CO2、H2腸道桿菌（Aerobacter)丁酸發(fā)酵丁酸、乙酸、CO2、H2丁酸梭菌（Clostridium)丙酮-丁酸發(fā)酵丁醇、丙醇、乙醇丙醇丁醇梭菌屬（Clostridium)丙酸發(fā)酵丙酸丙酸桿菌屬（Propionibacterium)2、乙醇發(fā)酵分2大階段，3小階段：階段1和階段2為糖酵解。階段1：包括一系列不涉及氧化還原反應(yīng)的預(yù)備性反應(yīng)，產(chǎn)生3-磷酸甘油醛階段2：進行氧化還原反應(yīng)→產(chǎn)生1,3-二磷酸甘油酸→形成磷酸烯醇式丙酮酸（形成ATP）階段3：進行氧化還原反應(yīng)→由丙酮酸→乙醛、CO2→乙醇CO2糖酵解也稱EMP途徑或E-M途徑，糖酵解幾乎是所有具有細胞結(jié)構(gòu)的生物所共有的主要代謝途徑。即在無氧條件下，1摩爾葡萄糖逐步分解而產(chǎn)生2摩爾丙酮酸、2摩爾NADH+H+和2摩爾ATP的過程。（1）糖酵解EMP途徑的總反應(yīng)

耗能階段C62C3

產(chǎn)能階段

4ATP2ATP2C32丙酮酸

2NADH2C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi2CH3COCOOH+2NADH2+2H++2ATP+2H2O

糖酵解步驟：

①預(yù)備性反應(yīng)(非氧化還原反應(yīng))，中間產(chǎn)物為3－磷酸甘油醛；

②氧化還原反應(yīng)，生成2mol丙酮酸和2molATP(凈)。（1）葡萄糖磷酸化形成6-磷酸-葡萄糖。糖酵解的詳細步驟：（2）6-磷酸-葡萄糖經(jīng)磷酸己糖異構(gòu)酶異構(gòu)成6-磷酸-果糖。（3）6-磷酸-果糖通過磷酸果糖激酶催化成1，6-二磷酸-果糖。磷酸果糖激酶是EMP途徑中的一個關(guān)鍵酶，故它的存在就意味著該微生物具有EMP途徑。（4）1，6-二磷酸-果糖在二磷酸果糖醛縮酶的催化下，分裂成磷酸二羥丙酮和3-磷酸-甘油醛兩種三碳化合物。（5）磷酸二羥丙酮在丙糖磷酸異構(gòu)酶的作用下轉(zhuǎn)化成3-磷酸-甘油醛。（6）3-磷酸-甘油醛在3-磷酸-甘油醛脫氫酶的催化下產(chǎn)生1，3-二磷酸甘油酸(含高能磷酸鍵)。（7）1，3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下形成3-磷酸甘油酸（形成ATP分子）。（8）3-磷酸甘油酸在磷酸甘油酸變位酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸。（9）2-磷酸甘油酸在烯醇酶作用下經(jīng)脫水反應(yīng)而產(chǎn)生含有一個高能磷酸鍵的磷酸烯醇式丙酮酸。（10）磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下產(chǎn)生了丙酮酸（形成ATP分子）。糖酵解終產(chǎn)物去向：1、在無氧條件下，丙酮酸被還原為乳酸；2、丙酮酸脫羧后，還原乙醛為乙醇；3、在有氧條件下可經(jīng)呼吸鏈的氧化磷酸化反應(yīng)產(chǎn)生6摩爾ATP。糖酵解的生理功能：1、提供ATP和還原力（NADH+H+）；2、提供生物合成的中間代謝物，逆向合成多糖；3、好氧呼吸的前奏，與HMP等代謝途徑關(guān)系密切，在乙醇、乳酸、甘油和丙酮生產(chǎn)等發(fā)酵工業(yè)上具有重要意義。乙醇發(fā)酵的總反應(yīng)方程式：C6H12O6+2Pi+2ADP→2CH3CH2OH+2CO2+2ATP+238.3kJ乙醇發(fā)酵的能量利用效率為2×31.4/238.3=26%。（2）生成乙醇階段3：丙酮酸脫羧→乙醛+CO2→乙醇發(fā)酵底物具備的條件:(1)不能被過分氧化，也不能被過分還原；

(2)必須能轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N可參與底物水平磷酸化的產(chǎn)物。從丙酮酸開始，通過各種微生物不同的發(fā)酵作用，產(chǎn)生各種不同的產(chǎn)物。如：混合酸發(fā)酵、丁二醇發(fā)酵、丙酸發(fā)酵等等。（二）好氧呼吸

好氧呼吸：是有外在最終電子受體（O2）存在時，對底物（能源）的氧化過程。是一種最普遍和最重要的生物氧化方式。其特點：在有氧條件下,底物按常規(guī)方式脫氫后，經(jīng)完整的呼吸鏈遞氫，最終由分子氧接受氫并產(chǎn)生水和釋放能量（ATP）。好氧呼吸能否進行，取決于O2的體積分數(shù)能否達到0.2%。O2的體積分數(shù)低于0.2%，好氧呼吸不能發(fā)生。葡萄糖通過糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸，在有氧條件下，將進入三羧酸循環(huán)進行完全氧化，生成H2O和CO2，并釋放出大量能量。丙酮酸的有氧氧化包括兩個階段：第一階段：丙酮酸的氧化脫羧丙酮酸

乙酰輔酶A（乙酰CoA）第二階段：三羧酸循環(huán)乙酰CoA

H2O和CO2，釋放出能量。1、好氧呼吸的兩階段（1）葡萄糖的糖酵解（EMP途徑）（2）三羧酸循環(huán)（TCA）階段1、丙酮酸的氧化脫羧丙酮酸氧化脫羧反應(yīng)是連接糖酵解和三羧酸循環(huán)的中間環(huán)節(jié)。階段2、三羧酸循環(huán)（TCA）

（Krebs循環(huán)、克雷伯斯循環(huán)、檸檬酸循環(huán)）丙酮酸氧化脫羧產(chǎn)物乙酰CoA與草酰乙酸結(jié)合生成檸檬酸進入循環(huán)。在循環(huán)過程中，乙酰CoA被氧化成H2O和CO2，并釋放出大量能量。三羧酸循環(huán)草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸a-酮戊二酸琥珀酰輔酶A琥珀酸延胡索酸蘋果酸乙酰輔酶A（1）乙酰CoA及草酰乙酸在檸檬酸合成酶催化下，縮合形成檸檬酸。（2）檸檬酸在順烏頭酸酶催化下，脫水生成順烏頭酸，再水化生成異檸檬酸。（3）異檸檬酸在異檸檬酸脫氫酸催化下，脫氫形成草酰琥珀酸，草酰琥珀酸脫羧基形成α-酮戊二酸。

（4）α-酮戊二酸在α-酮戊二酸脫氫酶系統(tǒng)催化下脫氫形成琥珀酰CoA。（5）琥珀酰CoA在有GDP+Pi存在下，由琥珀酰CoA合成酶，催化形成琥珀酸和GTP，GTP可轉(zhuǎn)化為ATP。（6）琥珀酸在琥珀酸脫氫酶催化下形成延胡索酸。（7）延胡索酸在延胡索酶催化下形成蘋果酸。（8）蘋果酸在蘋果酸脫氫酶催化下，脫氫形成草酰乙酸。2、好氧呼吸的產(chǎn)能效率（1）EMP途徑的產(chǎn)能效率：3-磷酸甘油醛脫氫→2摩爾（NADH+H+），借電子傳遞體系被氧化生成6摩爾ATP，加上底物水平磷酸化生成的2摩爾ATP，共計8摩爾ATP。（2）TCA的產(chǎn)能效率：1摩爾丙酮酸經(jīng)1次TCA可生成15摩爾ATP,由于1摩爾葡萄糖經(jīng)EMP途徑可生成2摩爾丙酮酸，故總共生成30摩爾ATP。1摩爾葡萄糖完全氧化總共產(chǎn)生38摩爾ATP好氧呼吸的能量利用率1摩爾葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的總能量大約為2876kJ，貯存在ATP中的能量為31.4×38=1193kJ，故好氧呼吸的能量利=1193/2876×100%=42%3、電子傳遞體系

NADH或琥珀酸所攜帶的高能電子通過呼吸鏈傳遞到O2的過程中，釋放出大量的能量。這種高能電子傳遞過程的釋能反應(yīng)與ADP和磷酸合成ATP的需能反應(yīng)相偶聯(lián)，是ATP形成的基本機制。(1)呼吸鏈（電子傳遞鏈）的組成由NAD或NADP、FAD或FMN、輔酶Q、細胞色素b、細胞色素c1和c及細胞色素a和a3等組成。原核生物中，電子傳遞體系和細胞質(zhì)膜系統(tǒng)連在一起成為細胞質(zhì)膜的一部分。真核生物中，位于線粒體內(nèi)。(2)呼吸鏈（電子傳遞鏈）的功能一是接受電子，將其傳遞給最終電子受體-O2二是合成ATP，把電子傳遞過程中釋放出的能量貯存起來。按呼吸基質(zhì)來源分類外源呼吸與內(nèi)源呼吸

什么是內(nèi)源呼吸、外源呼吸？內(nèi)、外—細胞內(nèi)外源—能源物質(zhì)呼吸—氧化產(chǎn)能處于什么樣呼吸狀態(tài)？

兩種同時進行只能內(nèi)源呼吸污泥消化4、好氧呼吸的外、內(nèi)源性呼吸

無氧呼吸（厭氧呼吸）：是一類呼吸鏈末端的氫受體為外源無機氧化物（如NO2-、NO3-、SO42-、CO32-及CO2等。）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：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。無氧呼吸的氧化底物：一般為有機物，如葡萄糖、乙酸和乳酸等，它們被氧化為CO2，有ATP產(chǎn)生。（三）無氧呼吸有機物脫氫硫還原鐵還原硝酸鹽還原—反硝化硫酸鹽還原碳酸鹽還原什么營養(yǎng)型的細菌？化能異養(yǎng)無機離子代替氧在無氧條件下，微生物利用硝酸鹽作為呼吸鏈的最終氫受體。NO3-

被還原成NO2-、N2O和N2。其氫供體可以是葡萄糖、乙酸、甲醇等有機物，也可以是H2和NH3。C6H12O6+4NO3-==2N2+6CO2+6H2O+1756KJ

5CH3COOH+10NO3-==10CO2+6H2O+4N2+OH-CH3OH+NO3-==0.5N2+2H2O+CO2

6H2+4NO3-==N2+6H2O

2NH3+4NO3-==1.5N2+3H2O（1）硝酸鹽呼吸(反硝化作用)反硝化菌：地衣芽孢菌屬、銅綠假單胞菌、脫氮球菌、脫氮硫桿菌等。都是一些兼性厭氧微生物若硝酸鹽是作為氮源，產(chǎn)物為自身的蛋白質(zhì)等含氮化合物，這是否屬于反硝化？否，反硝化產(chǎn)物為N2釋放，稱為異化硝酸鹽還原，上述為同化硝酸鹽還原。自然界氮循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)！減少水體硝酸鹽污染和富營養(yǎng)化的發(fā)生一種由硫酸鹽還原細菌把經(jīng)呼吸鏈傳遞的氫交給硫酸鹽這類末端氫受體的一種厭氧呼吸。硫酸鹽還原的最終產(chǎn)物是H2S，自然界中的大多數(shù)H2S是由這一反應(yīng)產(chǎn)生的。Desulfovibrio

desulfuricans（脫硫脫硫弧菌），D．gigas（巨大脫硫弧菌），Desulfotoma

culumnigrificans（致黑脫硫腸狀菌）以及D．ruminis（瘤胃脫硫腸狀菌）等。（2）硫酸鹽呼吸：Desulfuromonas

acetoxidans（氧化乙酸脫硫單胞菌）能進行硫呼吸。其過程為無機硫作為無氧呼吸鏈的最終氫受體，結(jié)果硫被還原成H2S。（3）硫呼吸:一類以CO2作為無氧呼吸鏈的末端氫受體的無氧呼吸。根據(jù)其還原產(chǎn)物的不同，可分為兩種類型，一類是產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生甲烷的碳酸鹽呼吸，另一類為產(chǎn)乙酸細菌產(chǎn)生乙酸的碳酸鹽呼吸。（4）碳酸鹽呼吸:細菌類型：產(chǎn)甲烷菌、產(chǎn)乙酸菌。產(chǎn)甲烷菌

4H2+H++HCO3-

→

CH4

↑+3H2O產(chǎn)乙酸菌

4H2+2H++2HCO3-→

CH3COOH

+4H2O（氫來源于發(fā)酵）為什么相同的反應(yīng)物而出現(xiàn)不同的產(chǎn)物？不同的酶系是廢水厭氧處理中關(guān)鍵性微生物。（5）延胡索酸呼吸

琥珀酸是