微生物的生理精选PPT.ppt

关于微生物的生理关于微生物的生理1第1页，讲稿共140张，创作于星期日2第一节第一节 微生物的酶微生物的酶第2页，讲稿共140张，创作于星期日4早在几千年前，人类已开始利用微生物酶来制造食品和饮料。早在几千年前，人类已开始利用微生物酶来制造食品和饮料。我国在我国在4000多年前，就已经在酿酒、制酱、制饴等的过程中，不多年前，就已经在酿酒、制酱、制饴等的过程中，不自觉地利用了酶的催化作用。自觉地利用了酶的催化作用。v1738年，有人提出食物的消化不是磨碎，而是胃液在起作用年，有人提出食物的消化不是磨碎，而是胃液在起作用的概念，对酶有了初步的认识。随后对酶的认识不断加深；的概念，对酶有了初步的认识。随后对酶的认识不断加深；v1877年，年，Kuhne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。v1897年年，Buchner兄兄弟弟用用不不含含细细胞胞的的酵酵母母提提取取液液，实实现了发酵。现了发酵。v1926年年Summer第一次分离脲酶并获得其结晶；第一次分离脲酶并获得其结晶；v1949年日本采用深层培养法生产细菌年日本采用深层培养法生产细菌淀粉酶，标志着现代淀粉酶，标志着现代酶的开始。酶的开始。第4页，讲稿共140张，创作于星期日5v1982年年，Cech首首次次发发现现RNA也也具具有有酶酶的的催催化化活活性性，提出提出核酶核酶(ribozyme)的概念。的概念。v1995年年，Jack W.Szostak研研究究室室首首先先报报道道了了具具有有DNA连接酶活性连接酶活性DNA片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)。目前已知的酶超过目前已知的酶超过4000种种.第5页，讲稿共140张，创作于星期日6酶的概念酶的概念：生物催化剂生物催化剂。细胞中自己制成，基本成。细胞中自己制成，基本成分是蛋白质。分是蛋白质。酶蛋白酶蛋白+辅助因子辅助因子全酶全酶激活剂、传递电子激活剂、传递电子 等等仅由酶蛋白组成仅由酶蛋白组成。决定酶反应的专一性决定酶反应的专一性,加速反应加速反应单纯酶单纯酶结合酶结合酶此时才能发挥催化作用此时才能发挥催化作用一、酶的分子组成一、酶的分子组成金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物第6页，讲稿共140张，创作于星期日7二、二、酶的结构与功能的关系酶的结构与功能的关系(一)酶蛋白的结构酶蛋白的结构一级结构：一级结构：组成酶蛋白的氨基酸按一组成酶蛋白的氨基酸按一定顺序由肽键连接成多肽链；定顺序由肽键连接成多肽链；二级结构：二级结构：多肽链回折或两条多肽链之多肽链回折或两条多肽链之间由氢键维持其稳定性；间由氢键维持其稳定性；三级结构：三级结构：多肽链进一步形成更复杂多肽链进一步形成更复杂的结构，由氢键及其它化学键维持其稳的结构，由氢键及其它化学键维持其稳定性。定性。四级结构：四级结构：多个具有三级结构的亚基再多个具有三级结构的亚基再次通过化学键连接。次通过化学键连接。第7页，讲稿共140张，创作于星期日8 在一级结构上可能相距遥远，但在空间结构上彼在一级结构上可能相距遥远，但在空间结构上彼此靠近，组成具有此靠近，组成具有特定空间结构的区域特定空间结构的区域，与酶催化作与酶催化作用直接有关的部位称为酶的活性中心。用直接有关的部位称为酶的活性中心。(二二)酶的活性中心酶的活性中心活性部位包括：结合基团、催化基团活性部位包括：结合基团、催化基团第8页，讲稿共140张，创作于星期日9活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团(binding group)与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团第9页，讲稿共140张，创作于星期日10三、酶的分类三、酶的分类（一）按照酶所催化的的化学反应，分为六大类：（一）按照酶所催化的的化学反应，分为六大类：1水解酶：淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等 催化底物催化底物加水分解反应加水分解反应 2氧化还原酶：主要包括脱氢酶和氧化酶主要包括脱氢酶和氧化酶催化底物氧化还原反应催化底物氧化还原反应+A2H+BAB2H 3转移酶 催化分子间基团转移或交换催化分子间基团转移或交换第10页，讲稿共140张，创作于星期日11六大类酶六大类酶 4裂解酶 5异构酶 6合成酶 催化一个底物分解为两个化合物及其逆反应。催化一个底物分解为两个化合物及其逆反应。催化各种同分异构体之间相互转化催化各种同分异构体之间相互转化与与ATPATP偶联，催化两分子底物合成一分子化合物偶联，催化两分子底物合成一分子化合物第11页，讲稿共140张，创作于星期日12胞内酶胞内酶:在细胞内部起作用，催化细胞的合成在细胞内部起作用，催化细胞的合成和呼吸和呼吸 胞外酶胞外酶:能透过细胞，作用于细胞外的物质能透过细胞，作用于细胞外的物质（大分子）（大分子）（二二）存存在在部部位位(三三)按作用底物不同分按作用底物不同分 细菌无摄食器官，遇到的是细菌无摄食器官，遇到的是简单简单的溶解物质，通过的溶解物质，通过胞内酶胞内酶的作用；若遇到的是的作用；若遇到的是复杂复杂的固体物质，利用的固体物质，利用胞外胞外酶酶将吸附在细胞周围的大分子物质水解为简单的小分子物质。将吸附在细胞周围的大分子物质水解为简单的小分子物质。第12页，讲稿共140张，创作于星期日13酶与一般催化剂的共同点酶与一般催化剂的共同点在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。反应的平衡点。四、酶的催化特性四、酶的催化特性第13页，讲稿共140张，创作于星期日14绝对专一性绝对专一性立体异构专一性立体异构专一性相对专一性相对专一性一种酶作用于一种底物。如淀粉酶只能作用于淀一种酶作用于一种底物。如淀粉酶只能作用于淀粉，而不作用于纤维素。粉，而不作用于纤维素。对底物的构象有特殊要求，往往只能催化底对底物的构象有特殊要求，往往只能催化底物的一种立体化学结构。物的一种立体化学结构。催化具有相同化学键或基团的底物进行某种类型的催化具有相同化学键或基团的底物进行某种类型的反应。如脂酶催化脂键，而对反应。如脂酶催化脂键，而对R基团没有严格要求。基团没有严格要求。酶酶催催化化作作用用的的专专一一性性第14页，讲稿共140张，创作于星期日15锁锁-钥学说钥学说刚性模式刚性模式 酶的构型与底物刚好相吻合，底物分子刚好嵌入酶的构型与底物刚好相吻合，底物分子刚好嵌入酶的活性中心，与酶的构象互补，就和锁、钥一样。酶的活性中心，与酶的构象互补，就和锁、钥一样。酶、底物是刚性的，其形状不会改变，它不能解释一酶、底物是刚性的，其形状不会改变，它不能解释一种酶催化两个反应的现象。种酶催化两个反应的现象。酶的构型与底物并不吻合，当底物和酶接触时，诱导酶酶的构型与底物并不吻合，当底物和酶接触时，诱导酶分子的构象变化，使活性部位上的有关基团正确排列和定向，分子的构象变化，使活性部位上的有关基团正确排列和定向，进而使酶和底物契合而结合成中间产物，引起底物发生反应。进而使酶和底物契合而结合成中间产物，引起底物发生反应。诱导契合学说诱导契合学说柔性学说柔性学说刚刚性性结结合合 柔柔性性结结合合 酶活性专一性的假说酶活性专一性的假说第15页，讲稿共140张，创作于星期日16高效性高效性 催化效率比普通催化剂高出催化效率比普通催化剂高出1071013倍，如倍，如 1克克结晶的结晶的淀粉酶，在淀粉酶，在65时，时，15分钟可使分钟可使2吨淀粉吨淀粉水解为糊精。水解为糊精。酶酶和和一一般般催催化化剂剂加加速速反反应应的的机机理理都都是是降降低低反反应应的的活活化化能能(activation energy)。酶酶比比一一般般催催化化剂剂更更有有效效地地降低反应的活化能。降低反应的活化能。第16页，讲稿共140张，创作于星期日17反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。第17页，讲稿共140张，创作于星期日18对环境敏感对环境敏感反应条件温和反应条件温和催化活性受调节控制催化活性受调节控制 在常温、常压、接近中性的在常温、常压、接近中性的pH条件下发挥作用。条件下发挥作用。酶的活力在体内受到多方面因素的调控。酶的活力在体内受到多方面因素的调控。机机体通过调节酶的活性和酶量，控制代谢速度，体通过调节酶的活性和酶量，控制代谢速度，以满足生命的各种需要和适应环境的变化。以满足生命的各种需要和适应环境的变化。容易发生变性、失活容易发生变性、失活 。第18页，讲稿共140张，创作于星期日19六、酶促反应动力学六、酶促反应动力学 Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 概念概念研究各种因素对研究各种因素对酶促反应速度酶促反应速度的影响，并的影响，并加以定量的阐述。加以定量的阐述。影响因素包括有影响因素包括有酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pHpH、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。第19页，讲稿共140张，创作于星期日201 1、酶促反应模式酶促反应模式-中间产物学说中间产物学说:19131913年前后年前后MichaelisMichaelis和和MentenMenten提出酶促反应动力学的基本原提出酶促反应动力学的基本原理理 酶的作用在于降低化学反应所需的活化能，而酶的作用在于降低化学反应所需的活化能，而 中间中间产物产物ESES的形成，使底物的活化能大大降低，从而使反应加的形成，使底物的活化能大大降低，从而使反应加速。速。酶酶底物底物终产物终产物中间产物中间产物 不稳定极易分解第20页，讲稿共140张，创作于星期日21V=VmaxS/（S+Km）并归纳为一个数学式：这一公式表示了底物浓度与反应速度的关系，称为这一公式表示了底物浓度与反应速度的关系，称为米米氏方程，氏方程，当底物浓度增加时，酶促反应速度当底物浓度增加时，酶促反应速度V趋近趋近Vmax。Km被称为米氏常数米氏常数,当V=1/2Vmax时，Km=S，因而因而Km是酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度是酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度。2.2.酶促反应动力学酶促反应动力学第21页，讲稿共140张，创作于星期日22 2）Km可表示酶与底物的亲和力。Km越小，酶与底物的亲和力越大。同一种酶有几种底物就有几个Km，其中Km最小的底物一般称为该酶的天然底物或最适底物。如：己糖激酶对葡萄糖的如：己糖激酶对葡萄糖的Km 1.5mmol/L 对果糖的对果糖的Km 28mmol/L 所以葡萄糖为最适底物所以葡萄糖为最适底物 1）Km为酶的特征常数。只与酶的性质有关只与酶的性质有关，而与酶的浓度无关。第22页，讲稿共140张，创作于星期日233.影响酶促反应（酶活力）的因素有：影响酶促反应（酶活力）的因素有：1）酶的总浓度）酶的总浓度E2）基质浓度）基质浓度3）温度温度4）pH值值5）激活剂）激活剂6）毒物或抑制剂）毒物或抑制剂第23页，讲稿共140张，创作于星期日241)1)酶的总浓度酶的总浓度E E=K3ESKm+S 在水处理中为了加快反应速度，往往需要培养在水处理中为了加快反应速度，往往需要培养尽可能多的细菌用以提高酶的总浓度。从而增加反尽可能多的细菌用以提高酶的总浓度。从而增加反应器的处理能力和速率。应器的处理能力和速率。当当SSEE，酶酶可可被被底底物物饱饱和和的的情情况况下下，反反应应速速度度与与酶浓度酶浓度成正比成正比。关系式为：关系式为：V=KV=K3 3 E E第24页，讲稿共140张，创作于星期日25v 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈度的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系。2）底物浓度对酶反应速度的影响）底物浓度对酶反应速度的影响第25页，讲稿共140张，创作于星期日26当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。应为一级反应。SVVmax第26页，讲稿共140张，创作于星期日27随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应为反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。混合级反应。SVVmax第27页，讲稿共140张，创作于星期日28当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加反应速度不再增加,达最大速度达最大速度;反应为零级反应反应为零级反应SVVmax酶酶 被被 底底 物物 饱饱 和和第28页，讲稿共140张，创作于星期日293 3）温度温度最适反应温度最适反应温度：能形成能形成最最大反应速度大反应速度的温度的温度.酶酶活活性性温度温度最适温度双重影响双重影响温温度度升升高高，酶酶促促反反应应速速度度升升高高；温温度度升升高高1010o oC,C,反反应应速速度度增加一倍增加一倍由由于于酶酶的的本本质质是是蛋蛋白白质质，温温度度升升高高，可可引引起起酶酶的的变变性性，从从而反应速度而反应速度降低降低 。低温的作用低温的作用低温的作用低温的作用 :贮存生物制品、菌种等贮存生物制品、菌种等 低温时由于活化分子数目减少，反应速度降低，但温度低温时由于活化分子数目减少，反应速度降低，但温度升高后，升高后，酶活性又可恢复酶活性又可恢复。第29页，讲稿共140张，创作于星期日304 4）pHpH对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响pH最适pH随酶的纯度、种类、底物的种类、性质而改变。pH可影响必需基团和催化基团的解离程度，也可影响底物和辅酶的解离程度，从而影响酶与底物的结合。第30页，讲稿共140张，创作于星期日31胃蛋白酶胃蛋白酶淀粉酶淀粉酶胆碱酯酶胆碱酯酶不同酶的最适不同酶的最适pH不同不同pH酶的活性0246810第31页，讲稿共140张，创作于星期日325 5）激活剂对反应速度的影响）激活剂对反应速度的影响 非必需激活剂非必需激活剂：有些激活剂不存在时，酶仍有一定的催化活性。凡是能提高酶活性的物质都称为酶的激活剂。其中大多为金属离子，如Mg2+、K+、Mn2+，少数为阴离子如Cl-，也有的为有机化合物，如维生素。必需激活剂必需激活剂：对酶促反应不可缺少，与酶、底物结合参加反应。第32页，讲稿共140张，创作于星期日336 6）抑制剂对酶反应速度的影响）抑制剂对酶反应速度的影响 凡能凡能使酶的催化活性下降甚至完全丧失，使酶的催化活性下降甚至完全丧失，但但不引起不引起酶蛋白变性酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。的物质称为酶的抑制剂。区别于酶的变性区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性引起变性的因素对酶没有选择性第33页，讲稿共140张，创作于星期日34 抑制作用的类型抑制作用的类型不可逆性抑制不可逆性抑制(irreversible inhibitionirreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制 (reversible inhibitionreversible inhibition)：v竞争性抑制竞争性抑制 (competitive inhibition)(competitive inhibition)v非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)(non-competitive inhibition)v反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition)(uncompetitive inhibition)第34页，讲稿共140张，创作于星期日35(一一)不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用*概念概念抑抑制制剂剂通通常常以以共共共共价价价价键键键键与与酶酶活活性性中中心心的的必必需需基基团团相结合，使酶失活。相结合，使酶失活。*举例举例有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶解毒解毒 -解磷定解磷定(PAM)(PAM)重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶解毒解毒 -二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL)(BAL)第35页，讲稿共140张，创作于星期日36（二）（二）可逆性抑制作用可逆性抑制作用*概念概念抑抑制制剂剂通通常常以以非非共共价价键键与与酶酶或或酶酶-底底物物复复合合物物可可逆逆性性结结合合，使使酶酶的的活活性性降降低低或或丧丧失失；抑抑制剂可用透析、超滤等方法除去。制剂可用透析、超滤等方法除去。竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制 *类型类型类型类型第36页，讲稿共140张，创作于星期日37l竞争性抑制作用竞争性抑制作用反应模式反应模式 抑抑制制剂剂与与底底物物的的结结构构相相似似，能能与与底底物物竞竞争争酶酶的的活活性性中中心心，从从而而阻阻碍碍酶酶底底物物复复合合物物的的形形成成，使使酶酶的的活活性性降降低低。这这种种抑抑制制作作用用称称为为竞竞争争性性抑抑制作用。制作用。磺胺类药物磺胺类药物的抑菌机制的抑菌机制与与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸竞争竞争二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶第37页，讲稿共140张，创作于星期日38举例乙醇治疗甲醇中毒举例乙醇治疗甲醇中毒利用乙醇治疗甲醇中毒的原理，就是竞争性抑制作用。利用乙醇治疗甲醇中毒的原理，就是竞争性抑制作用。甲醇本身只有轻度毒性甲醇本身只有轻度毒性，但肝脏中的，但肝脏中的醇脱氢酶醇脱氢酶将它转变为将它转变为高毒性的甲醛高毒性的甲醛，只需少量甲醛即可导致失明和死亡。，只需少量甲醛即可导致失明和死亡。乙醇与甲醇竞争结合肝脏醇脱氢酶的活性中心，因而能乙醇与甲醇竞争结合肝脏醇脱氢酶的活性中心，因而能减缓由甲醇产生甲醛（乙醇转变为很容易代谢掉的乙醛）。减缓由甲醇产生甲醛（乙醇转变为很容易代谢掉的乙醛）。于是，于是，通过服用乙醇，大部分甲醇将在转变成甲醛之前，通过服用乙醇，大部分甲醇将在转变成甲醛之前，就从尿中排出体外而不伤害人体。就从尿中排出体外而不伤害人体。第38页，讲稿共140张，创作于星期日39l 非竞争性抑制非竞争性抑制*反应模式反应模式E+SESE+P+S S+S S+ESIEIEESEP+IEI+S EIS +II I与酶的活性中心与酶的活性中心外外的位点结合的位点结合第39页，讲稿共140张，创作于星期日40竞争性抑制与非竞争性抑制示意图竞争性抑制与非竞争性抑制示意图竞争抑制剂与竞争抑制剂与酶的活性中心酶的活性中心结合结合非竞争性抑制剂与酶非竞争性抑制剂与酶活性中心以外基团结活性中心以外基团结合合底物与酶正底物与酶正常结合常结合第40页，讲稿共140张，创作于星期日41l反竞争性抑制反竞争性抑制*反应模式反应模式E+SE+P ES+IESI+ESESESIEPv 抑抑制制剂剂不不能能与与游游离离酶酶结结合合，但但可可与与ESES复复合合物结合物结合第41页，讲稿共140张，创作于星期日42七、酶活性测定七、酶活性测定酶的活性酶的活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。准是酶促反应速度。准是酶促反应速度。准是酶促反应速度。酶促反应速度酶促反应速度可在适宜的反应条件下，用单位时可在适宜的反应条件下，用单位时间内间内底物的消耗底物的消耗或或产物的生成量产物的生成量来表示来表示。酶的活性单位酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反应在是衡量酶活力大小的尺度，它反应在规定条件下，酶促反应在单位时间（规定条件下，酶促反应在单位时间（s s、minmin或或h h）内生成一定量（内生成一定量（mgmg、gg、molmol等）的产物或消耗等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。一定数量的底物所需的酶量。第42页，讲稿共140张，创作于星期日43国际单位国际单位(IU)(IU)在特定的条件下（在特定的条件下（25最适最适pH及及底物浓度）底物浓度），每分钟催化每分钟催化1 1molmol底物转化为产物所需的酶量为底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。一个国际单位。催量单位催量单位(katal)(katal)催量催量(kat)(kat)是指在特定条件下，每秒钟使是指在特定条件下，每秒钟使molmol底物转化为产物所需的酶量。底物转化为产物所需的酶量。katkat与与IUIU的换算：的换算：1 kat=6101 kat=6107 7IUIU第43页，讲稿共140张，创作于星期日44u比活力比活力（比活性）：（比活性）：实际应用中也用每单位制剂中含有实际应用中也用每单位制剂中含有的酶活力数表示（如：酶单位的酶活力数表示（如：酶单位/mL/mL（液体制剂），酶单位（液体制剂），酶单位/g/g（固体制剂）。（固体制剂）。对同一种酶来讲，比活力愈高则表示酶的纯度越高（含对同一种酶来讲，比活力愈高则表示酶的纯度越高（含杂质越少），所以比活力是评价酶纯度高低的一个指标。杂质越少），所以比活力是评价酶纯度高低的一个指标。第44页，讲稿共140张，创作于星期日45 目前，酶由于其高效性的特点，已逐渐被应目前，酶由于其高效性的特点，已逐渐被应目前，酶由于其高效性的特点，已逐渐被应目前，酶由于其高效性的特点，已逐渐被应用于三废处理方面。如利用脂肪酶处理生活污水，用于三废处理方面。如利用脂肪酶处理生活污水，用于三废处理方面。如利用脂肪酶处理生活污水，用于三废处理方面。如利用脂肪酶处理生活污水，利用可降解酚的酶来降解含酚的工业废水。而且，利用可降解酚的酶来降解含酚的工业废水。而且，利用可降解酚的酶来降解含酚的工业废水。而且，利用可降解酚的酶来降解含酚的工业废水。而且，为了更好的利用酶，现在通过微生物发酵，批量为了更好的利用酶，现在通过微生物发酵，批量为了更好的利用酶，现在通过微生物发酵，批量为了更好的利用酶，现在通过微生物发酵，批量生产酶制剂用于工农业生产中。如脂肪酶，如单生产酶制剂用于工农业生产中。如脂肪酶，如单生产酶制剂用于工农业生产中。如脂肪酶，如单生产酶制剂用于工农业生产中。如脂肪酶，如单纯依靠微生物的代谢活动去分解脂肪类物质，脂纯依靠微生物的代谢活动去分解脂肪类物质，脂纯依靠微生物的代谢活动去分解脂肪类物质，脂纯依靠微生物的代谢活动去分解脂肪类物质，脂肪酶的作用会因为蛋白酶的存在而被削弱，而如肪酶的作用会因为蛋白酶的存在而被削弱，而如肪酶的作用会因为蛋白酶的存在而被削弱，而如肪酶的作用会因为蛋白酶的存在而被削弱，而如果采用酶制剂，可以有针对性的增加脂肪酶含量果采用酶制剂，可以有针对性的增加脂肪酶含量果采用酶制剂，可以有针对性的增加脂肪酶含量果采用酶制剂，可以有针对性的增加脂肪酶含量来分解生活污水。来分解生活污水。来分解生活污水。来分解生活污水。第45页，讲稿共140张，创作于星期日46第二节第二节 微生物的营养微生物的营养 这这里里的的营营养养不不单单是是通通常常意意义义营营养养物物、营营养养品品概概念念，在在这这里里指指微微生生物物吸吸取取生生长长所所需需的的各各种种物物质质以以进进行行新新陈陈代代谢谢的的过过程程。营营养养是是生生物物的的基基本本功功能能,微微生生物物是是有有生命的个体，营养是其生命活动的基础。生命的个体，营养是其生命活动的基础。第46页，讲稿共140张，创作于星期日47从从元素水平元素水平或或营养要素水平营养要素水平分析，微生物的营养要求与摄食分析，微生物的营养要求与摄食型的动物（包括人类）和光合自养型的绿色植物十分接近，它型的动物（包括人类）和光合自养型的绿色植物十分接近，它们存在着们存在着“营养上的统一性营养上的统一性”，但可供其利用的食物种，但可供其利用的食物种类要多得多。类要多得多。pp元素水平：元素水平：元素水平：元素水平：都需要都需要都需要都需要2020种左右，且以种左右，且以种左右，且以种左右，且以C C、HH、OO、N N、S S、P P六六六六种元素为主，约占细胞干重的种元素为主，约占细胞干重的种元素为主，约占细胞干重的种元素为主，约占细胞干重的9595以上：以上：以上：以上：蛋白质由蛋白质由蛋白质由蛋白质由:C:C、HH、OO、N N、S S组成；核酸由组成；核酸由组成；核酸由组成；核酸由C C、HH、OO、N N、P P组成；糖类和脂类由组成；糖类和脂类由组成；糖类和脂类由组成；糖类和脂类由C C、HH、OO组成。组成。组成。组成。pp营养要素水平：营养要素水平：营养要素水平：营养要素水平：则都在六大范围内，即碳源、氮源、能源、则都在六大范围内，即碳源、氮源、能源、则都在六大范围内，即碳源、氮源、能源、则都在六大范围内，即碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。生长因子、无机盐和水。生长因子、无机盐和水。生长因子、无机盐和水。第47页，讲稿共140张，创作于星期日48一、一、微生物的化学组成微生物的化学组成细细胞胞重重量量碳水化合物碳水化合物 蛋白质蛋白质 脂肪脂肪 DNA RNA等等（湿重）（湿重）水水(7090%)干物质干物质1030%无机盐无机盐310%有机物有机物90 97%组组成成微微生生物物细细胞胞同一种微生物在不同的生长阶段其化学成分也同一种微生物在不同的生长阶段其化学成分也有差异。但有差异。但在正常情况下，各类微生物细胞的成分在正常情况下，各类微生物细胞的成分是相对稳定的。是相对稳定的。第48页，讲稿共140张，创作于星期日49二、二、微生物的六大营养要素微生物的六大营养要素要素要素：水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源 营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成六大类可以将它们区分成六大类:（一）水（一）水（一）水（一）水 水对细菌有哪些作用？水对细菌有哪些作用？水对细菌有哪些作用？水对细菌有哪些作用？1)1)微生物的重要组成，微生物的重要组成，微生物的重要组成，微生物的重要组成，70%90%70%90%；2)2)溶剂作用，运输物质的载体溶剂作用，运输物质的载体溶剂作用，运输物质的载体溶剂作用，运输物质的载体 3)3)参与生化反应参与生化反应参与生化反应参与生化反应(如脱水、加水反应如脱水、加水反应如脱水、加水反应如脱水、加水反应)4 4）足够的水分是细胞维持正常形态重要因素。）足够的水分是细胞维持正常形态重要因素。）足够的水分是细胞维持正常形态重要因素。）足够的水分是细胞维持正常形态重要因素。5 5）水的比热高，维持和调节一定的温度水的比热高，维持和调节一定的温度水的比热高，维持和调节一定的温度水的比热高，维持和调节一定的温度第49页，讲稿共140张，创作于星期日50（二）碳源（二）碳源 种类？种类？种类？种类？有机物、无机碳化合物有机物、无机碳化合物有机物、无机碳化合物有机物、无机碳化合物（CO2、CO32）随随随随微微微微生生生生物物物物不不不不同同同同，各各各各有有有有偏偏偏偏好好好好 最喜好的碳源是？最喜好的碳源是？最喜好的碳源是？最喜好的碳源是？凡凡能能供供给给微微生生物物生生长长过过程程中中碳素营养碳素营养的物质的物质 细菌细胞中的碳素含量占细菌细胞中的碳素含量占细菌细胞中的碳素含量占细菌细胞中的碳素含量占干物质质量的干物质质量的干物质质量的干物质质量的5050左右左右左右左右。碳源作用碳源作用碳源作用碳源作用 细胞的细胞的细胞的细胞的碳骨架碳骨架碳骨架碳骨架，对对于于异异养养型型微微生生物物，其其碳碳源源同同时时又又兼兼作作能能源源，这这种种碳源又称为碳源又称为双功能营养物。双功能营养物。糖：糖：糖：糖：尤其是尤其是葡萄糖、葡萄糖、果糖果糖及其多糖及其多糖（麦芽糖、（麦芽糖、淀粉淀粉）生产中常见的碳源生产中常见的碳源：玉米粉、麸皮、：玉米粉、麸皮、米糠、酒糟。米糠、酒糟。各种细菌利用各种细菌利用C源的能力有所不同：源的能力有所不同：假单胞菌属；假单胞菌属；废水处理废水处理：诺卡氏菌诺卡氏菌降解含氰的废水。降解含氰的废水。第50页，讲稿共140张，创作于星期日51（三）氮源（三）氮源（三）氮源（三）氮源氮占细菌干重的氮占细菌干重的12%15%作用：作用：氮是构成重要生命物质氮是构成重要生命物质蛋白质和核酸等蛋白质和核酸等蛋白质和核酸等蛋白质和核酸等的主要的主要元素。在极端情况下（元素。在极端情况下（e.g.e.g.饥饿情况下）也可提供饥饿情况下）也可提供能量。能量。氮源种类氮源种类分子态氮分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源：固氮菌、固氮固氮微生物以分子氮为唯一氮源：固氮菌、固氮蓝藻蓝藻无机态氮无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用 有机态氮有机态氮：蛋白质及其降解产物蛋白质及其降解产物 不同种类微生物利用的氮源物质种类不同。不同种类微生物利用的氮源物质种类不同。微生物对氮源物质的利用具有选择性。微生物对氮源物质的利用具有选择性。p123第51页，讲稿共140张，创作于星期日52氨基酸异养型微生物氨基酸异养型微生物：不能利用简单的无机氮化合物合不能利用简单的无机氮化合物合成蛋白质，只能从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微成蛋白质，只能从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物称生物称“氨基酸异养型微生物氨基酸异养型微生物”。乳酸细菌。乳酸细菌氨基酸自养型微生物氨基酸自养型微生物：具有分解蛋白质的能力，能把非氨具有分解蛋白质的能力，能把非氨基酸类氮源自行合成为所需要的氨基酸的微生物称为基酸类氮源自行合成为所需要的氨基酸的微生物称为氨氨基酸自养型微生物：基酸自养型微生物：霉菌、酵母菌霉菌、酵母菌第52页，讲稿共140张，创作于星期日53 实验室中实验室中实验室中实验室中有机氮源有机氮源有机氮源有机氮源蛋白胨蛋白胨蛋白胨蛋白胨 工业投加的细菌氮源？工业投加的细菌氮源？工业投加的细菌氮源？工业投加的细菌氮源？发酵生产发酵生产发酵生产发酵生产 尿素、尿素、尿素、尿素、玉米浆玉米浆 工业废水处理工业废水处理工业废水处理工业废水处理粪便粪便粪便粪便第53页，讲稿共140张，创作于星期日54（四）无机盐（四）无机盐无机盐无机盐(inorganic salt)是微生物生长必不可少的一类是微生物生长必不可少的一类营养物质营养物质.无无机机盐盐的的功功能能作为细胞组成成分：作为细胞组成成分：P、S等等生理调生理调节物质节物质维持渗透压维持渗透压:Na、K、Cl酶的激活剂：酶的激活剂：Mg2、KpH的稳定剂：缓冲液的稳定剂：缓冲液化能自养菌的能源（化能自养菌的能源（S、Fe）大量元素大量元素微量元素微量元素酶的激活剂：酶的激活剂：Cu2、Mn2、Zn2特殊分子构成：特殊分子构成：Co、Mo有机体内含量有机体内含量108106mol/L不同的微生物对无机盐的需求浓度也不同。不同的微生物对无机盐的需求浓度也不同。固氮酶等的辅因子；叶绿素等的成分维生素维生素B12复合物的复合物的成分；肽成分；肽酶的辅因酶的辅因子子固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分第54页，讲稿共140张，创作于星期日55（五）（五）生长因子生长因子 某些微生物在生长过程中不能自身合成，同某些微生物在生长过程中不能自身合成，同时又是生长必需的有机物质。时又是生长必需的有机物质。最早发现的生长因子有三类有三类维生素类维生素类氨基酸类氨基酸类 嘌呤、嘧啶类嘌呤、嘧啶类 实验室常用：实验室常用：酵母膏、酵母膏、蛋白胨作为综合生长素蛋白胨作为综合生长素 硫辛酸、硫辛酸、VC、VK是重要的生长因子。是重要的生长因子。多数细菌不存在生长因子问题。多数细菌不存在生长因子问题。多数细菌不存在生长因子问题。多数细菌不存在生长因子问题。只有少数细菌需要外界提供现成的生长因子，才能生长，只有少数细菌需要外界提供现成的生长因子，才能生长，如乳酸菌需要多种维生素，因此只能生活在这些物质供应如乳酸菌需要多种维生素，因此只能生活在这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。充足的环境，如牛奶中、肠道。第55页，讲稿共140张，创作于星期日56（六）能源（六）能源（六）能源（六）能源 细菌的能源种类细菌的能源种类细菌的能源种类细菌的能源种类 化学能、光能化学能、光能化学能、光能化学能、光能哪些物质可以产生化学能？哪些物质可以产生化学能？哪些物质可以产生化学能？哪些物质可以产生化学能？有机碳源有机碳源有机碳源有机碳源 特殊的无机物（如特殊的无机物（如特殊的无机物（如特殊的无机物（如S S、Fe)Fe)什么样的细菌利用光能？什么样的细菌利用光能？什么样的细菌利用光能？什么样的细菌利用光能？含有含有含有含有光合色素光合色素光合色素光合色素第56页，讲稿共140张，创作于星期日57几点注意几点注意：i.不同的细菌，由于其组分不同，营养要求不同。不同的细菌，由于其组分不同，营养要求不同。ii.不同的生长条件，同一细菌的营养要求也会不同。不同的生长条件，同一细菌的营养要求也会不同。iii.微生物的代谢能力强，可利用的化合物种类很广。微生物的代谢能力强，可利用的化合物种类很广。第一节 微生物的营养自然界中所有物质几乎都可以被某种微生物所利用。自然界中所有物质几乎都可以被某种微生物所利用。甚至一些有毒有害的有机物。甚至一些有毒有害的有机物。e.g.H2S、酚、酚、HCN、Cr6+等。等。第57页，讲稿共140张，创作于星期日58各种营养元素之间往往有一定的比例关系。各种营养元素之间往往有一定的比例关系。e.g.土壤中许多微生物要求土壤中许多微生物要求 C：N=25：1废水生物处理中要求废水生物处理中要求 好氧处理好氧处理 BOD:N:P=100:5:1 厌氧消化污泥厌氧消化污泥 BOD:N:P=100:6:1有机固体废物堆肥要求有机固体废物堆肥要求有机固体废物堆肥要求有机固体废物堆肥要求C:N=30:1,C:P=75100:1C:N=30:1,C:P=75100:1第58页，讲稿共140张，创作于星期日59 营养型细菌分类营养型细菌分类营养型细菌分类营养型细菌分类 根据根据根据根据碳源碳源碳源碳源不同不同不同不同 分为分为分为分为无机营养无机营养无机营养无机营养有机营养有机营养有机营养有机营养（或（或（或（或自养自养自养自养异养）异养）异养）异养）三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型第59页，讲稿共140张，创作于星期日60(1)(1)无机营养细菌（无机营养细菌（无机营养细菌（无机营养细菌（自养菌自养菌自养菌自养菌）无机（自养）无机（自养）无机（自养）无机（自养）COCO2 2、COCO和和和和COCO3 32-2-能否也利用有机物呢？能否也利用有机物呢？能否也利用有机物呢？能否也利用有机物呢？绝绝绝绝大大大大多多多多数数数数能能能能，“能能能能吃吃吃吃苦苦苦苦也也也也能能能能享享享享福福福福”，但但但但以以以以无无无无机机机机C C为为为为主主主主要要要要C C源源源源 又根据又根据又根据又根据能源能源能源能源不同不同不同不同又分为光能自养型光能自养型光能自养型光能自养型细菌和化能自养型化能自养型化能自养型化能自养型细菌。第60页，讲稿共140张，创作于星期日61光能自养细菌：这是一类能以光能自养细菌：这是一类能以CO2为唯一碳源或主为唯一碳源或主要碳源要碳源并并利用光能利用光能进行生长的的微生物，它们能进行生长的的微生物，它们能以无机以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机化合物为供氢体，物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机化合物为供氢体，使使CO2固定固定还原成细胞物质还原成细胞物质,并且伴随元素并且伴随元素氧（硫