微生物生理精选PPT.ppt

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1、关于微生物生理第1页，讲稿共166张，创作于星期日 主要内容：生物的酶主要内容：生物的酶 微生物的营养微生物的营养 微生物的能量代谢微生物的能量代谢 微生物的合成代谢微生物的合成代谢第2页，讲稿共166张，创作于星期日 第一节第一节 酶酶 一、酶的概念一、酶的概念 催化剂催化剂 在化学中，能改变化学反应的速度而其本身在反应前后没有发在化学中，能改变化学反应的速度而其本身在反应前后没有发生变化的物质称为催化剂。生变化的物质称为催化剂。例如：蔗糖例如：蔗糖葡萄糖葡萄糖+果糖，少量盐酸（果糖，少量盐酸（HClHCl）可以大大）可以大大促进该反应的速度，即为催化剂。促进该反应的速度，即为催化剂。由催化

2、剂加速反应速度的现象称为催化作用由催化剂加速反应速度的现象称为催化作用。第3页，讲稿共166张，创作于星期日 一般的化学催化剂作用往往要求一定的条件，如一般的化学催化剂作用往往要求一定的条件，如高温、高压等。高温、高压等。如在合成氨工业中，使用以铁为主体的多成分催如在合成氨工业中，使用以铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），反应条件要求：化剂（铁触媒），反应条件要求：500500、2102107 7 510 5107 7 Pa(Pa(约约200200500atm)500atm)，这就对反应的容器，这就对反应的容器等提出较高的要求。等提出较高的要求。(1atm=101325Pa)(1atm=1013

3、25Pa)第4页，讲稿共166张，创作于星期日 在在生生物物体体内内不不断断地地进进行行着着大大量量而而复复杂杂的的化化学学反反应应（生生物物化化学学反反应应），这这些些反反应应要要求求以以极极快快的的速速度度进进行行，而而且且要要求求十十分分精精确确，才才能能适适应应生生物物体体生生理理活活动动的的要要求求。另另外外，生生物物体体内内的的条条件件是是温温和和的的。为为了了满满足足生生物物体体内内生生物物化化学学反反应应的的要要求求，必必须由特别的催化剂须由特别的催化剂酶来催化。酶来催化。定义：酶是生物体内合成的一种具有催化定义：酶是生物体内合成的一种具有催化性能的蛋白质，它是生物催化剂。性能

4、的蛋白质，它是生物催化剂。第5页，讲稿共166张，创作于星期日二、酶的催化特性二、酶的催化特性 1酶酶积积极极参参与与生生物物化化学学反反应应，加加速速反反应应速速度度，但但不不能能改改变变反反应应平平衡衡点点，在在反反应应前前后后无无变变化化；（催催化剂的一般特征）化剂的一般特征）2酶酶的的催催化化作作用用具具有有专专一一性性；一一种种酶酶只只能能作作用用于于一一种种物物质质或或一一类类物物质质，或或者者说说只只能能催催化化一一种种或或一一类类化化学学反应；反应；第6页，讲稿共166张，创作于星期日3酶酶的的催催化化作作用用条条件件温温和和；在在常常温温、常常压压和和近近中中性性的水溶液中进

5、行（生物体内环境）；的水溶液中进行（生物体内环境）；4酶酶对对环环境境条条件件极极为为敏敏感感；高高温温、强强酸酸、强强碱碱、重重金金属属离离子子等等会会能能使使酶酶丧丧失失活活性性；由由于于酶酶是是蛋蛋白白质，容易失活；质，容易失活；5酶酶具具有有极极高高的的催催化化效效率率；如如过过氧氧化化氢氢酶酶的的催催化化效效率比铁离子率比铁离子Fe3+（一般催化剂）要高（一般催化剂）要高1010倍。倍。第7页，讲稿共166张，创作于星期日 三、酶的组成三、酶的组成 按化学组成，酶分为按化学组成，酶分为单成分酶单成分酶和和全酶全酶两类。两类。单成分酶：酶蛋白单成分酶：酶蛋白，如淀粉酶、蛋白酶等水解酶。

6、，如淀粉酶、蛋白酶等水解酶。全酶：酶蛋白全酶：酶蛋白+不含氮的小分子有机物不含氮的小分子有机物 如多种脱氢酶类如多种脱氢酶类 酶蛋白酶蛋白+不含氮的小分子有机物不含氮的小分子有机物+金属离子金属离子 如丙酮酸如丙酮酸脱氢酶脱氢酶 酶蛋白酶蛋白+金属离子金属离子 如细胞色素氧化酶如细胞色素氧化酶第8页，讲稿共166张，创作于星期日 根据全酶中非蛋白成分与酶蛋白的结合程根据全酶中非蛋白成分与酶蛋白的结合程度，分为度，分为辅酶辅酶和和辅基辅基，前者是指与酶蛋白，前者是指与酶蛋白结合比较疏松的小分子有机物，如辅酶结合比较疏松的小分子有机物，如辅酶和辅酶和辅酶等；后者是以共价键与酶蛋白结等；后者是以共价

7、键与酶蛋白结合、不容易与酶蛋白分开的一类物质，如合、不容易与酶蛋白分开的一类物质，如铁卟啉等。铁卟啉等。第9页，讲稿共166张，创作于星期日 常见的辅基和辅酶：常见的辅基和辅酶：1.铁卟啉铁卟啉：细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等的辅基，其中含有铁离子，当铁离子在二价与的辅基，其中含有铁离子，当铁离子在二价与三价之间变化时，电子被传递。三价之间变化时，电子被传递。2.辅酶辅酶A（CoA或或CoASH）：由腺嘌呤核苷酸、：由腺嘌呤核苷酸、泛酸和氨基乙硫醇等组成，在糖代谢和脂代谢泛酸和氨基乙硫醇等组成，在糖代谢和脂代谢中起重要作用，它通过巯基（中起重要作用，它通过巯基（-SH

8、）的受酰和）的受酰和脱酰参与转酰基反应。脱酰参与转酰基反应。第10页，讲稿共166张，创作于星期日3.NAD（Co）和）和NADP（Co）：辅酶：辅酶是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶是烟是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。两者是多种脱酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。两者是多种脱氢酶的辅酶，在反应中起传递氢的作用。氢酶的辅酶，在反应中起传递氢的作用。4.FMN（黄素单核苷酸）和（黄素单核苷酸）和FAD（黄素腺嘌（黄素腺嘌呤二核苷酸）：呤二核苷酸）：氨基酸氧化酶和琥珀酸脱氨基酸氧化酶和琥珀酸脱氢酶的辅基。电子传递体系的组成部分，氢酶的辅基。电子传递体系的组成部分，起传递氢的作用。起传递氢的

9、作用。第11页，讲稿共166张，创作于星期日 5.辅酶辅酶Q（CoQ）：）：又称泛醌，电子传递体又称泛醌，电子传递体系的组成部分，起传递氢和电子的作用。系的组成部分，起传递氢和电子的作用。6.硫辛酸（硫辛酸（L）焦磷酸硫胺素（）焦磷酸硫胺素（TPP）：）：两两者结合成者结合成LTPP，为，为-酮酸脱羧酶和糖类转酮酸脱羧酶和糖类转酮酶的辅酶，参与丙酮酸和酮酶的辅酶，参与丙酮酸和-酮戊二酸的酮戊二酸的氧化脱羧反应，起传递酰基和氢的作用。氧化脱羧反应，起传递酰基和氢的作用。第12页，讲稿共166张，创作于星期日 7.腺苷磷酸及其他核苷酸类腺苷磷酸及其他核苷酸类 腺苷磷酸：腺苷磷酸：AMP、ADP、A

10、TP；其他核苷酸类其他核苷酸类:GTP、UTP、GTP等。等。它们都含有高能磷酸键，在转化过程中能它们都含有高能磷酸键，在转化过程中能量被吸收或释放，在能量代谢过程中起重量被吸收或释放，在能量代谢过程中起重要作用。要作用。第13页，讲稿共166张，创作于星期日 8.磷酸砒哆醛和磷酸砒哆胺：磷酸砒哆醛和磷酸砒哆胺：磷酸砒哆醛磷酸砒哆醛是氨基酸转氨酶、消旋酶、脱羧酶的辅是氨基酸转氨酶、消旋酶、脱羧酶的辅酶，磷酸砒哆胺与转氨作用有关。酶，磷酸砒哆胺与转氨作用有关。9.生物素（维生素生物素（维生素H）：）：是很多需要是很多需要ATP的羧化酶的辅基，催化的羧化酶的辅基，催化CO2的固定和和的固定和和转移

11、及脂肪合成反应。转移及脂肪合成反应。第14页，讲稿共166张，创作于星期日 10.四氢叶酸（辅酶四氢叶酸（辅酶F，THFA）：）：转移转移一碳一碳基团，基团，如羟甲基、甲酰基等。如羟甲基、甲酰基等。11.金属离子：金属离子：酶的辅基，激活剂，许多酶酶的辅基，激活剂，许多酶中含有铁、铜、镁等离子。中含有铁、铜、镁等离子。第15页，讲稿共166张，创作于星期日专性厌氧菌的辅酶：专性厌氧菌的辅酶：（1）辅酶辅酶M：有三种存在形式，即有三种存在形式，即2-巯基巯基乙烷磺酸，乙烷磺酸，2，2-二硫乙烷磺酸和二硫乙烷磺酸和2-甲基甲基硫乙烷磺酸。在硫乙烷磺酸。在260nm处有吸收峰。它为处有吸收峰。它为产

12、甲烷菌所特有，是甲基转移酶的辅酶，产甲烷菌所特有，是甲基转移酶的辅酶，是活性甲基的载体。是活性甲基的载体。第16页，讲稿共166张，创作于星期日（2）F420（辅酶（辅酶420，CoF420）：）：是一种黄素衍是一种黄素衍生物，其化学结构类似生物，其化学结构类似FMN。氧化型的。氧化型的F420的吸收光谱为的吸收光谱为420nm，可产生荧光，当呈还原态，可产生荧光，当呈还原态时，荧光消失。时，荧光消失。F420是甲基转移酶的的辅酶，是是甲基转移酶的的辅酶，是活性甲基的载体。活性甲基的载体。（3）F430（辅酶（辅酶430，Co F430）：）：是含有一个是含有一个Ni原子的四吡咯环结构的化合物

13、，原子的四吡咯环结构的化合物，在在430nm 处有最大吸收峰。是甲基辅酶处有最大吸收峰。是甲基辅酶M还原酶组分还原酶组分C的弥的弥补基，参与甲烷形成的末端反应。补基，参与甲烷形成的末端反应。第17页，讲稿共166张，创作于星期日 （4）MPT：即甲烷蝶呤。：即甲烷蝶呤。是一种含有蝶呤环产甲是一种含有蝶呤环产甲烷菌辅酶，在烷菌辅酶，在342nm处呈现浅蓝色荧光。有多种处呈现浅蓝色荧光。有多种衍生物，如四氢甲烷蝶呤（衍生物，如四氢甲烷蝶呤（THMP）。作用与叶酸）。作用与叶酸相似，参与相似，参与C1还原反应，使甲酰基还原为甲基。还原反应，使甲酰基还原为甲基。（5）MFR：即甲烷呋喃。：即甲烷呋喃。

14、由酚、谷氨酸、二羧基由酚、谷氨酸、二羧基脂肪酸和呋喃环四种分子结合而成。在甲烷和乙酸脂肪酸和呋喃环四种分子结合而成。在甲烷和乙酸形成过程中起甲基载体作用。形成过程中起甲基载体作用。第18页，讲稿共166张，创作于星期日 四、酶蛋白的结构四、酶蛋白的结构 与与所所有有的的蛋蛋白白质质一一样样，酶酶蛋蛋白白也也是是由由氨氨基基酸组成的。酸组成的。在在生生物物体体中中的的蛋蛋白白质质，由由20种种氨氨基基酸酸组组成（极少例外）：成（极少例外）：第19页，讲稿共166张，创作于星期日Ala（丙氨酸）（丙氨酸）Arg（精氨酸）（精氨酸）Asn（天门冬酰胺）（天门冬酰胺）Asp（天天门门冬冬氨氨酸酸）Cy

15、s（半半胱胱氨氨酸酸）Gln（谷谷氨氨酰酰胺胺)Glu（谷氨酸）（谷氨酸）Gly（甘氨酸）（甘氨酸）His（组氨酸）（组氨酸）Ile（异亮氨酸）（异亮氨酸）Leu（亮氨酸）（亮氨酸）Lys（赖氨酸）（赖氨酸）Met（蛋氨酸）（蛋氨酸）Phe（苯丙氨酸）（苯丙氨酸）Pro（脯氨酸）（脯氨酸）Ser（丝氨酸）（丝氨酸）Thr（苏氨酸）（苏氨酸）Trp（色氨酸）（色氨酸）Tyr（酪氨酸）（酪氨酸）Val（缬氨酸）（缬氨酸）第20页，讲稿共166张，创作于星期日 氨氨基基酸酸之之间间通通过过肽肽键键（-NH-CO-）连连接接成成多多肽肽链链。多多肽肽链链之之间间或或一一条条多多肽肽链链卷卷曲曲后后相相

16、邻邻的的基基团团之之间间通通过过氢氢键键、盐盐键键、酯酯键键、疏疏水水键键、范范德德华华引引力力及及金金属属键键等等相相连连接接，形成蛋白质的空间结构。形成蛋白质的空间结构。第21页，讲稿共166张，创作于星期日 第22页，讲稿共166张，创作于星期日一级结构一级结构 是指多肽链的氨基酸残基的排列顺序，也是蛋白质最是指多肽链的氨基酸残基的排列顺序，也是蛋白质最基本的结构。它是由基因上遗传密码的排列顺序所基本的结构。它是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的，各种氨基酸按遗传密码的顺序通过肽键连决定的，各种氨基酸按遗传密码的顺序通过肽键连接起来。接起来。二级结构二级结构（secondary stru

17、cture）二级结构是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具二级结构是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的结构的构象，是多肽链局部的空间结构有周期性的结构的构象，是多肽链局部的空间结构（构象），主要有（构象），主要有螺旋、螺旋、折叠、折叠、转角等转角等几种形式，它们是构成蛋白质高级结构的基本要素。几种形式，它们是构成蛋白质高级结构的基本要素。第23页，讲稿共166张，创作于星期日三级结构（三级结构（tertiary structure）三级结构主要针对球状蛋白质而言的，是三级结构主要针对球状蛋白质而言的，是指整条多肽链由二级结构元件构建成的指整条多肽链由二级结构元件构建成的总三维结构。

18、总三维结构。蛋白质特定的空间构象是由氢键、离子键、蛋白质特定的空间构象是由氢键、离子键、偶极与偶极间的相互作用、疏水作用等偶极与偶极间的相互作用、疏水作用等作用力维持的，疏水作用是主要的作用作用力维持的，疏水作用是主要的作用力。有些蛋白质还涉及到二硫键。力。有些蛋白质还涉及到二硫键。第24页，讲稿共166张，创作于星期日 四级结构四级结构（quaternary structure）亚基是由一条或几条多肽链在三级结构基亚基是由一条或几条多肽链在三级结构基础上形成的小单位。础上形成的小单位。四级结构是指在亚基和亚基之间通过疏水四级结构是指在亚基和亚基之间通过疏水作用等次级键结合成为有序排列的特定作

19、用等次级键结合成为有序排列的特定的空间结构。的空间结构。少数酶具有四级结构。少数酶具有四级结构。第25页，讲稿共166张，创作于星期日第26页，讲稿共166张，创作于星期日第27页，讲稿共166张，创作于星期日 五、酶的活性中心五、酶的活性中心 酶的活性中心酶的活性中心是是指在酶蛋白分子中与底物结指在酶蛋白分子中与底物结合，并起催化作用的小部分氨基酸微区。合，并起催化作用的小部分氨基酸微区。组组成成酶酶的的活活性性中中心心，可可以以是是蛋蛋白白质质多多肽肽链链上上不同位置的氨基酸区域。不同位置的氨基酸区域。第28页，讲稿共166张，创作于星期日核糖核酸酶（牛胰）核糖核酸酶（牛胰）A由由124个

20、氨基酸组成，各氨基个氨基酸组成，各氨基酸的排列顺序均已确定：酸的排列顺序均已确定：第29页，讲稿共166张，创作于星期日第30页，讲稿共166张，创作于星期日 活性中心可分为活性中心可分为结合部位结合部位和和催化部位催化部位。只只有有酶酶蛋蛋白白保保持持一一定定的的空空间间构构型型，酶酶的的活活性中心才能存在。性中心才能存在。如果酶蛋白发生变性，构成酶活性中心的基如果酶蛋白发生变性，构成酶活性中心的基团互相分开，酶与底物将无法形成结合，酶团互相分开，酶与底物将无法形成结合，酶促反应也就无法进行。促反应也就无法进行。第31页，讲稿共166张，创作于星期日 在酶（双成分酶）的非蛋白成分上，具有在酶

21、（双成分酶）的非蛋白成分上，具有催化功能的那一部分，称为活性基，它决催化功能的那一部分，称为活性基，它决定着催化反应的性质，担负着传递电子、定着催化反应的性质，担负着传递电子、原子或化学基团的功能。原子或化学基团的功能。单独的酶蛋白没有酶活性或活性很低，只单独的酶蛋白没有酶活性或活性很低，只有与活性基结合，才显示出酶的高度专一有与活性基结合，才显示出酶的高度专一性和强大催化效率。性和强大催化效率。第32页，讲稿共166张，创作于星期日酶与底物结合的机理酶与底物结合的机理第33页，讲稿共166张，创作于星期日第34页，讲稿共166张，创作于星期日 六、酶的分类与命名六、酶的分类与命名 1、酶的分

22、类、酶的分类 （1）根据酶所催化反应的类型分类）根据酶所催化反应的类型分类 将酶分为将酶分为六大类，六大类，分别用分别用1、2、3、4、5、6的编号来表的编号来表示。再根据底物中被作用的基团或键的特点将每一大类分示。再根据底物中被作用的基团或键的特点将每一大类分为若干个亚类，每一个亚类又按顺序编成为若干个亚类，每一个亚类又按顺序编成1、2、3、4等数字。每一个亚类可再分为若干个亚亚类，仍用等数字。每一个亚类可再分为若干个亚亚类，仍用1、2、3、4编号。编号。第35页，讲稿共166张，创作于星期日 所以每一个酶的分类编号由四个数字组所以每一个酶的分类编号由四个数字组成，数字间由成，数字间由“”隔

23、开；第一个数字隔开；第一个数字指出该酶属于六个大类中的哪一类；第指出该酶属于六个大类中的哪一类；第二个数字指出该酶属于哪一亚类；第三二个数字指出该酶属于哪一亚类；第三个数字指出该酶属于哪一个亚亚类；第个数字指出该酶属于哪一个亚亚类；第四个数字则表明该酶在一定的亚亚类中四个数字则表明该酶在一定的亚亚类中的排号。编号之前往往冠以的排号。编号之前往往冠以EC（酶学委（酶学委员会）之缩写。如乳酸：员会）之缩写。如乳酸：NAD+氧化还原氧化还原酶的编号酶的编号EC1.1.1.27。第36页，讲稿共166张，创作于星期日 六个大类的酶介绍如下：六个大类的酶介绍如下：1）氧化还原酶类（氧化还原反应）氧化还原

24、酶类（氧化还原反应）AH2+BA+BH2 还可进一步分为氧化酶和脱氢酶。还可进一步分为氧化酶和脱氢酶。2）转移酶类（底物的基团转移到另一有机物上）转移酶类（底物的基团转移到另一有机物上）A-R+BA+B-R R可以是氨基、醛基、酮基、磷酸基等。可以是氨基、醛基、酮基、磷酸基等。第37页，讲稿共166张，创作于星期日 3）水解酶类（大分子有机物水解）水解酶类（大分子有机物水解）A-B+HOHAOH+BH 4）裂解酶类（有机物裂解成小分子物质）裂解酶类（有机物裂解成小分子物质）ABA+B 5）异构酶类（同分异构体之间的转化）异构酶类（同分异构体之间的转化）AA 6）合成酶类（底物的合成反应，需要能

25、量）合成酶类（底物的合成反应，需要能量）A+B+nATPAB+nADP+nPi第38页，讲稿共166张，创作于星期日（2）按酶的作用部位分类）按酶的作用部位分类 可分为胞外酶、胞内酶和表面酶等。可分为胞外酶、胞内酶和表面酶等。（3）按酶作用的底物不同分类）按酶作用的底物不同分类 可分为淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等。可分为淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等。（4）按照酶在生物体内存在的状况分类）按照酶在生物体内存在的状况分类 可分为组成酶和诱导酶：可分为组成酶和诱导酶：组成酶（组成酶（constitutive enzyme），无论培养基中有无它），无论培养基中有无它们的底物，这种酶都能形成

26、。们的底物，这种酶都能形成。诱诱导导酶酶，也也称称为为适适应应酶酶（adaptive emzyme），只只有有在在培培养养基基中中存存在在其其底底物物时时才才能能形形成成。如如在在E.coli中中的利用乳糖的酶就是适应酶。的利用乳糖的酶就是适应酶。第39页，讲稿共166张，创作于星期日 2、酶的命名、酶的命名（1）习惯）习惯命名命名 原则：原则：绝大多数酶依据其底物命名，如淀粉酶。绝大多数酶依据其底物命名，如淀粉酶。某些酶根据其所催化反应的性质命名，如水某些酶根据其所催化反应的性质命名，如水 解酶解酶催化底物分子水解。催化底物分子水解。有的酶结合上述两个原则，如琥珀酸脱氢酶。有的酶结合上述两个

27、原则，如琥珀酸脱氢酶。在这些命名的基础上有时还加上酶的来源或酶的在这些命名的基础上有时还加上酶的来源或酶的其他特点，如胃蛋白酶，碱性磷酸酯酶。其他特点，如胃蛋白酶，碱性磷酸酯酶。第40页，讲稿共166张，创作于星期日 （2）系统命名）系统命名 系统命名包括底物名称、反应性质，加上系统命名包括底物名称、反应性质，加上“酶酶”字。如草酸氧化酶（习惯名称）写成系统名字。如草酸氧化酶（习惯名称）写成系统名称时，应将它的两个底物，即称时，应将它的两个底物，即“草酸草酸”和和“氧氧”同时列出，并用同时列出，并用“：”将它们隔开，它所催将它们隔开，它所催化反应的性质为化反应的性质为“氧化氧化”，也需指明，所

28、以它，也需指明，所以它的系统名称为的系统名称为“草酸：氧氧化酶草酸：氧氧化酶”。若底物之。若底物之一是水时，可将水略去不写，如乙酰辅酶一是水时，可将水略去不写，如乙酰辅酶A水水解酶（习惯名），可写成乙酰辅酶解酶（习惯名），可写成乙酰辅酶A：水解酶。：水解酶。第41页，讲稿共166张，创作于星期日七、七、酶活力和影响酶活力的因素酶活力和影响酶活力的因素 1、酶活力的表达、酶活力的表达 酶活力：指酶催化一定的化学反应的能力。酶活力：指酶催化一定的化学反应的能力。酶活力的大小可用在一定的条件下，酶催化某酶活力的大小可用在一定的条件下，酶催化某 一化学反一化学反应的反应速率来表示。应的反应速率来表示。

29、反应速率是用单位时间内底物的减少量和反应速率是用单位时间内底物的减少量和产物的增加产物的增加量量来表示的。来表示的。第42页，讲稿共166张，创作于星期日 酶活力的高低用酶活力单位来表示。酶活力的高低用酶活力单位来表示。国际酶学委员会规定：国际酶学委员会规定：在最适条件下，每分钟能使在最适条件下，每分钟能使1 mol/L的底物转化所需要的酶量为一个酶活力单的底物转化所需要的酶量为一个酶活力单位（位（IU或或U)。新的酶活力单位新的酶活力单位“催量催量”（Katal 简称简称Kat)1Kat单位定义为：单位定义为：在最适条件下，每秒钟内催化在最适条件下，每秒钟内催化1mol/L底物转化为产物所需

30、的酶量。底物转化为产物所需的酶量。酶的比活力：酶的比活力：在固定条件下，每毫克或毫升酶液所在固定条件下，每毫克或毫升酶液所具有的酶活力。具有的酶活力。第43页，讲稿共166张，创作于星期日 2、酶反应动力学、酶反应动力学米米-门公式门公式 （1）酶反应机理）酶反应机理中间产物学说中间产物学说 Michaelis和和Menten 提出酶反应的提出酶反应的 中间产物学说：中间产物学说：酶与底物先络合成一个络合物，此中间产物被看酶与底物先络合成一个络合物，此中间产物被看作为稳定的过度态物质，然后络合物再进一步分作为稳定的过度态物质，然后络合物再进一步分解，成为产物和游离态酶。解，成为产物和游离态酶。

31、第44页，讲稿共166张，创作于星期日 k1 k3 E+S ES E+P k2（2）米氏公式）米氏公式 由由上上述述中中间间反反应应，根根据据质质量量作作用用定定律律，导导出出酶酶促促反反应应速速度度方方程程式：（米式：（米-门公式）：门公式）：Km=(k2+k3)/k1 第45页，讲稿共166张，创作于星期日米米 氏氏 常常 数数Km的的 含含 义义：（1）当当V=Vmax/2时时，Km=S，故故它它是是反反应应速速度度为为最最大大反反应应速速度度一一半半时时的的底物浓度；底物浓度；（2）Km=(k2+k3)/k1，表表示示酶酶与与底底物物的的反反应应完完全全程程度度，Km越越小小，表表明明

32、酶酶与与底底物物的的反反应应越越趋趋于于完完全全，Km越越大大，表表明明酶酶与与底底物物的反应越不完全。的反应越不完全。对对米氏公式作图，可以看到下述关系：米氏公式作图，可以看到下述关系：第46页，讲稿共166张，创作于星期日第47页，讲稿共166张，创作于星期日米氏常数的求法：米氏常数的求法：Lineweaver-Burk图图解法解法(双倒数法双倒数法)其他的变形法其他的变形法 第48页，讲稿共166张，创作于星期日 3.影响酶活力的主要因素影响酶活力的主要因素（1）酶浓度对酶促反应速度的影响）酶浓度对酶促反应速度的影响 在酶促反应中，如果底物的浓度足够大，则反在酶促反应中，如果底物的浓度足

33、够大，则反应速度与酶浓度成正比。应速度与酶浓度成正比。使用的酶必须是纯酶使用的酶必须是纯酶制剂或不含抑制物的粗酶制剂。制剂或不含抑制物的粗酶制剂。第49页，讲稿共166张，创作于星期日第50页，讲稿共166张，创作于星期日 （2）底物浓度对酶促反应的影响）底物浓度对酶促反应的影响 在在生生化化反反应应中中，若若酶酶的的浓浓度度为为定定值值，底底物物的的起起始始浓浓度度较较低低时时，酶酶促促反反应应速速度度与与底底物物浓浓度度成成正正比比，即即随随底底物物浓浓度度的的增增加加而而增增加加。当当所所有有的的酶酶与与底底物物结结合合生生成成ES后后，即即使使再再增增加加底底物物浓浓度度，中中间间产产

34、物物浓浓度度ES也也不不会会增增加，酶促反应速度也不增加。加，酶促反应速度也不增加。在底物浓度相同的条件下，酶促在底物浓度相同的条件下，酶促反应速度与酶的初始浓度成正反应速度与酶的初始浓度成正比。酶的初始浓度大，其酶促比。酶的初始浓度大，其酶促反应速度就大。反应速度就大。第51页，讲稿共166张，创作于星期日（3）温度对酶促反应速度的影响）温度对酶促反应速度的影响 酶有一个最适温度，在最适温度的两侧反应速度都比较酶有一个最适温度，在最适温度的两侧反应速度都比较低。低。温度系数温度系数Q10：反应温度提高：反应温度提高10，其反应速度与，其反应速度与原来的反应速度之比。原来的反应速度之比。不同生

35、物体内酶的最适温度不同。动物组织中酶不同生物体内酶的最适温度不同。动物组织中酶的最适温度为的最适温度为3740，微生物体内的为，微生物体内的为2560。第52页，讲稿共166张，创作于星期日 温度对酶活性有双重影响：温度对酶活性有双重影响：一方面是当温度升高时，反应速度加快。一方面是当温度升高时，反应速度加快。另一方面随温度的升高而使酶逐步变性，另一方面随温度的升高而使酶逐步变性，即通过减少有活性的酶而降低酶的反应速即通过减少有活性的酶而降低酶的反应速度。度。第53页，讲稿共166张，创作于星期日第54页，讲稿共166张，创作于星期日（4）pH对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响 酶反应的

36、最适酶反应的最适pH：在一定的：在一定的pH下，酶反应具有最大下，酶反应具有最大速度，高于或低于此值，反应速度下降。速度，高于或低于此值，反应速度下降。最适最适pH因底物的种类、性质及缓冲液成分等的不因底物的种类、性质及缓冲液成分等的不同而不同。同而不同。pH对酶活力的影响主要表现在两个方面：对酶活力的影响主要表现在两个方面：改变底物分子和酶分子的带电状态，从而影响酶改变底物分子和酶分子的带电状态，从而影响酶与底物的结合；与底物的结合；过高、过低的过高、过低的pH会影响酶蛋白的构象，甚至使酶会影响酶蛋白的构象，甚至使酶变性而失活。变性而失活。第55页，讲稿共166张，创作于星期日第56页，讲稿

37、共166张，创作于星期日（5）激活剂对酶促反应速度的影响）激活剂对酶促反应速度的影响 激活作用激活作用 无无有有 低低高高 能激活酶的物质称为酶的能激活酶的物质称为酶的激活剂。激活剂。激激活活剂剂种种类类很很多多，有有无无机机阳阳离离子子、无无机机阴阴离离子子、有有机机化化合合物等。物等。第57页，讲稿共166张，创作于星期日 许许多多酶酶只只有有当当某某一一种种适适当当的的激激活活剂剂存存在在时时，才才表表现现出出催催化化活活性性或或强强化化其其催催化化活活性性，这这称称为为对对酶酶的的激激活活作作用用。例例如如，金金属属离离子子的的激激活活作作用用起起了了某某种种搭搭桥桥作作用用，它它先先

38、与与酶酶结结合合，再再与与底底物物结结合合，形形成成酶酶-金金属属-底物的复合物。底物的复合物。第58页，讲稿共166张，创作于星期日 有有些些酶酶被被合合成成后后呈呈现现无无活活性性状状态态，这这种种酶酶称称为为酶酶原原。它它必必须须经经过过适适当当的的激激活活剂剂激激活活后后才才具具有有活活性性。如如胰胰蛋蛋白白酶酶刚刚合合成成时时，没没有有活活性性，为为胰胰蛋蛋白白酶酶原原，需需经经肠肠激激酶酶激激活活后后才才具具有有活活性性。又又如如酵酵母母磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖变变位位酶酶，需需1310-3M的的 Mg2+进进行行激激活活，其其活性可以增加活性可以增加6.6倍。倍。第59页，讲稿共16

39、6张，创作于星期日（6）抑制剂对酶促反应速度的影响）抑制剂对酶促反应速度的影响 能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制剂。剂。它可降低酶促反应速度。它可降低酶促反应速度。酶的抑制剂有重金属离子、碘化乙酸、生物碱、染料、酶的抑制剂有重金属离子、碘化乙酸、生物碱、染料、有机汞、有机砷化合物、氰化物、表面活性剂等。有机汞、有机砷化合物、氰化物、表面活性剂等。第60页，讲稿共166张，创作于星期日 竞争性抑制竞争性抑制 这类抑制剂的化学结构与底物的很类似，与底物共同这类抑制剂的化学结构与底物的很类似，与底物共同竞争酶的活性中心，使酶的活性受到抑制。通过

40、增竞争酶的活性中心，使酶的活性受到抑制。通过增加底物浓度最终可解除抑制，恢复酶的活性。如丙加底物浓度最终可解除抑制，恢复酶的活性。如丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制。二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制。第61页，讲稿共166张，创作于星期日 非竞争性抑制非竞争性抑制 抑制剂与酶活性中心以外的位点结合后，底物仍可和抑制剂与酶活性中心以外的位点结合后，底物仍可和酶活性中心结合，但酶不显示活性。酶活性中心结合，但酶不显示活性。如亮氨酸是精氨酸酶的一种非竞争性抑制剂。如亮氨酸是精氨酸酶的一种非竞争性抑制剂。第62页，讲稿共166张，创作于星期日第63页，讲稿共166张，创作于星期日 第二节第二节 微生物的营养微生物的

41、营养 营养营养是指生物体从外部环境中摄取对其生是指生物体从外部环境中摄取对其生命活动必需的能量和物质，以满足正常生命活动必需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。营养物营养物是指具有营养功能的物质，包括辐是指具有营养功能的物质，包括辐射能在内。射能在内。微生物的营养物可为它们的正常生命活动微生物的营养物可为它们的正常生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质和必提供结构物质、能量、代谢调节物质和必要的生理环境。要的生理环境。第64页，讲稿共166张，创作于星期日一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成 微生物细胞中最重要的组分是

42、水，约占细胞总重量微生物细胞中最重要的组分是水，约占细胞总重量的的7090%，其余，其余1030%为干物质。干物质为干物质。干物质中有机物占中有机物占9097%，包括蛋白质、核酸、糖类，包括蛋白质、核酸、糖类和脂类，其主要化学元素是和脂类，其主要化学元素是C、H、O、N、P、S；其余其余310%是无机物，包括是无机物，包括P、S、K、Na、Mg、Fe、Cl和微量元素和微量元素Cu、Mn、Zn、B、Mo、Co、Ni等。等。第65页，讲稿共166张，创作于星期日二、微生物的营养物质二、微生物的营养物质 微生物的营养物质有六大类，即微生物的营养物质有六大类，即碳源、氮源、能源、碳源、氮源、能源、生长

43、因子、无机盐和水。生长因子、无机盐和水。1、碳源碳源 碳源是在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源碳源是在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质。碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学的物质。碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学变化，成为微生物的自身物质和代谢产物，碳约占变化，成为微生物的自身物质和代谢产物，碳约占细胞干重的细胞干重的50%。同时绝大部分碳源物质在细胞内。同时绝大部分碳源物质在细胞内生化反应过程中还为机体提供维持生命活动所需的生化反应过程中还为机体提供维持生命活动所需的能源，因此碳源物质通常也是能源物质。能源，因此碳源物质通常也是能源物质。第66页，讲稿共166张，创作于星期

44、日第67页，讲稿共166张，创作于星期日 微生物的碳源谱虽广，但异养微生物在元素水平微生物的碳源谱虽广，但异养微生物在元素水平上的最适碳源则是上的最适碳源则是“CH O”型。具体地说，其型。具体地说，其中中糖类糖类是最广泛利用的碳源，其次是是最广泛利用的碳源，其次是有机酸类、醇类有机酸类、醇类和脂类等和脂类等。在糖类中，单糖优于双糖和多糖，己。在糖类中，单糖优于双糖和多糖，己糖优于戊糖，葡萄糖、果糖优于甘露糖、半乳糖；糖优于戊糖，葡萄糖、果糖优于甘露糖、半乳糖；在多糖中，淀粉优于纤维素或几丁质等纯多糖，在多糖中，淀粉优于纤维素或几丁质等纯多糖，纯多糖则优于琼脂等杂多糖。目前在微生物工业纯多糖则

45、优于琼脂等杂多糖。目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、饴糖、糖发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、饴糖、糖蜜、淀粉、麸皮、米糠等。蜜、淀粉、麸皮、米糠等。第68页，讲稿共166张，创作于星期日 不同微生物可利用碳源范围不同。不同微生物可利用碳源范围不同。如洋葱假单胞菌可利用如洋葱假单胞菌可利用90多种化合物作碳源多种化合物作碳源,而产甲而产甲烷菌仅能利用烷菌仅能利用CO2和少数和少数1C或或2C化合物化合物.有些微生物可以利用石蜡、酚、氰化物及塑料等高度不有些微生物可以利用石蜡、酚、氰化物及塑料等高度不活跃的碳氢活跃的碳氢 化合物和有毒物质。这些在环境保护上有化合物和有毒物质。这些

46、在环境保护上有重要意义。重要意义。例如：霉菌和诺卡氏菌可以降解氰化物，例如：霉菌和诺卡氏菌可以降解氰化物，假丝酵母可以降解塑料，假假丝酵母可以降解塑料，假 单胞菌可以降解酚类化合单胞菌可以降解酚类化合物。物。第69页，讲稿共166张，创作于星期日 2、氮源氮源 氮源物质为微生物氮素来源，这类物质主要用来合氮源物质为微生物氮素来源，这类物质主要用来合成细胞中的含氮物质，一般不作为能源。在碳源物成细胞中的含氮物质，一般不作为能源。在碳源物质缺乏的情况下，某些厌氧微生物在厌氧条件下可质缺乏的情况下，某些厌氧微生物在厌氧条件下可以利用某些氨基酸作为能源物质。氮占细菌干重的以利用某些氨基酸作为能源物质。

47、氮占细菌干重的12%15%。第70页，讲稿共166张，创作于星期日第71页，讲稿共166张，创作于星期日 异养微生物对氮源的利用顺序：异养微生物对氮源的利用顺序：“NC H O”或或“N C H O X”类优于类优于“N H”类，类，更优于更优于“N O”类，最不易利用的是类，最不易利用的是“N”类。类。在微生物培养基成分中，最常用的有机氮源是在微生物培养基成分中，最常用的有机氮源是牛肉膏、酵母膏、植物的饼粕粉和蚕蛹粉等，牛肉膏、酵母膏、植物的饼粕粉和蚕蛹粉等，各种蛋白胨尤为广泛使用。各种蛋白胨尤为广泛使用。第72页，讲稿共166张，创作于星期日 根据对氮源要求的不同，将微生物分为根据对氮源要

48、求的不同，将微生物分为4类：类：固氮微生物：固氮微生物：固氮菌、根瘤菌等固氮菌、根瘤菌等 利用无机氮作为氮源的微生物：利用无机氮作为氮源的微生物：硝化细菌、大肠杆硝化细菌、大肠杆菌、枯草杆菌、放线菌、霉菌、酵母菌及藻类等菌、枯草杆菌、放线菌、霉菌、酵母菌及藻类等 需要某种氨基酸作为氮源的微生物：需要某种氨基酸作为氮源的微生物：乳酸细菌、乳酸细菌、丙酸细菌等丙酸细菌等 从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸的微生物：从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸的微生物：氨化氨化细菌、霉菌、酵母菌和一些腐败细菌细菌、霉菌、酵母菌和一些腐败细菌第73页，讲稿共166张，创作于星期日3、能源能源 能为微生物提供最初能量来源

49、的营养物或辐射能，称为能源。能为微生物提供最初能量来源的营养物或辐射能，称为能源。有机物：化能异养微生物能源有机物：化能异养微生物能源 化学物质化学物质 无机物：化能自养微生物能源无机物：化能自养微生物能源能源谱能源谱 辐射能辐射能：光能自养和光能异养微生物能源：光能自养和光能异养微生物能源化能自养型微生物：化能自养型微生物：能源为还原态无机能源为还原态无机 物物-NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等。等。第74页，讲稿共166张，创作于星期日 4、无机盐、无机盐 无机盐主要可为微生物提供除碳、氮源以外的各种重无机盐主要可为微生物提供除碳、氮源以外的各种重要元素。要元素。大量元素需

50、要量：大量元素需要量：10-310-4 mol/L，如如P、S、K、Mg、Na和和Fe等；微量元素需要量：等；微量元素需要量：10-610-8 mol/L。如。如Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Ni、Sn 和和Se等。等。无机盐的营养功能如下：无机盐的营养功能如下：第75页，讲稿共166张，创作于星期日第76页，讲稿共166张，创作于星期日 微生物需要的无机盐有磷酸盐、硫酸盐、微生物需要的无机盐有磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。微量元素通常混杂在天然有机营养物、无微量元素通常混杂在天然有机营养物、无机化学试剂、自来水、蒸馏水、普通玻璃机化学试剂、自来水、蒸馏水