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)境工程微生物第一頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日一、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(jī)物

脫氫酶酶蛋白+金屬離子

細(xì)胞色素氧化酶酶蛋白+有機(jī)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(huì)失去本有活性。催化生物化學(xué)反應(yīng)加速進(jìn)行傳遞電子、原子或化學(xué)基團(tuán)第二頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日（二）幾種重要的輔酶和輔基常見(jiàn)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。第三頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日二、酶蛋白的結(jié)構(gòu)氨基酸之間通過(guò)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(tuán)之間通過(guò)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)。第四頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日一級(jí)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(jí)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(shí)，緊密的空間結(jié)構(gòu)變松散，酶蛋白變性。第五頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日第六頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日三級(jí)結(jié)構(gòu)：在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈進(jìn)一步彎曲盤繞，由氫鍵、鹽鍵及疏水鍵等維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第七頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日四級(jí)結(jié)構(gòu)：由多個(gè)亞基形成。亞基：由一個(gè)或多個(gè)多肽鏈在三級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)。第八頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日酶蛋白結(jié)構(gòu)圖第九頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日三、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(gè)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。第十頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日牛胰核糖核酸酶的活性中心牛胰核糖核酸酶有124個(gè)氨基酸組成，但活性中心只有12號(hào)、119號(hào)的組氨酸和41號(hào)的賴氨酸組成。它們?cè)诳臻g位置上靠得很近。第十一頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日四、催化劑的分類與命名第十二頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

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(dá)到平衡所需時(shí)間，但不能改變反應(yīng)平衡點(diǎn)。（催化劑的一般特征）第十三頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日B.高度專一性（1）結(jié)構(gòu)專一性：絕對(duì)專一：只作用于唯一底物脲酶尿素相對(duì)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(shí)，酶只能作用于其中的一種。旋光異構(gòu)專一幾何異構(gòu)專一水解第十四頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日酶作用專一性的假說(shuō)1.鎖鑰學(xué)說(shuō)（Fisher，1894）

認(rèn)為整個(gè)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(duì)一把鎖，但不能解釋酶催化的逆反應(yīng)第十五頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日2.誘導(dǎo)楔合學(xué)說(shuō)（Koshland,1958）該學(xué)說(shuō)認(rèn)為酶表面并沒(méi)有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀.第十六頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日C.高效性反應(yīng)速度是無(wú)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(wú)副反應(yīng)；第十七頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日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(jìn)行（生物體內(nèi)環(huán)境）。E.酶對(duì)環(huán)境條件極為敏感高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子等會(huì)使酶喪失活性(酶是蛋白質(zhì)，容易失活)。第十八頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日六、影響酶促反應(yīng)速率的因素

反應(yīng)速度----單位時(shí)間內(nèi)底物的消失量或產(chǎn)物的生成量。S→Pv=ΔP/Δt=-ΔS/Δt第十九頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日酶活力—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(gè)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。第二十頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日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(wú)關(guān)；Vmax—酶完全飽和時(shí)的最大反應(yīng)速率；[S]—底物濃度。（一）酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式其中k1k2k3中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)第二十一頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日米氏常數(shù)Km的含義：當(dāng)v=vmax/2時(shí)，Km=[S]，故它是反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)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。第二十二頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日第二十三頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日米氏常數(shù)的求法：Lineweaver-Burk圖解法（雙倒數(shù)法）

第二十四頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日（二）影響酶促反應(yīng)速率(或酶活力)的因素1．酶濃度對(duì)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(shí)，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)定第二十五頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日2．底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)的影響濃度較低時(shí)成正比，[S]增加到一定程度，反應(yīng)速度達(dá)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(huì)增加，酶促反應(yīng)速度也不增加一級(jí)反應(yīng)混合級(jí)零級(jí)反應(yīng)第二十六頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日3．溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響在最適溫度范圍內(nèi)，活性最強(qiáng)，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(lái)的1-2倍。用溫度系數(shù)Q10來(lái)表示溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響。酶促反應(yīng)的Q10通常在之間，小于無(wú)機(jī)催化反應(yīng)和一般化學(xué)反應(yīng)的Q10。第二十七頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日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(diǎn)：最高、最適、最低。溫度過(guò)高會(huì)破壞酶蛋白，造成變性；（約60℃）溫度過(guò)低會(huì)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。第二十八頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日4．pH對(duì)酶促反應(yīng)的影響同樣存在三基點(diǎn)：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(huì)降低酶活性。pH對(duì)酶活力的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)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(guò)高、過(guò)低的pH都會(huì)影響酶的穩(wěn)定性，進(jìn)而使酶遭到不可逆的破壞。第二十九頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日5．激活劑對(duì)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(wú)機(jī)離子激活劑有機(jī)化合物：維生素C、半胱氨酸、腸激酶金屬離子：Na+、Al3+、Cr3+無(wú)機(jī)陰離子：Cl-、I-、S2-第三十頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日許多酶只有當(dāng)某一種適當(dāng)?shù)募せ顒┐嬖跁r(shí)，才表現(xiàn)出催化活性或強(qiáng)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(wú)活性狀態(tài)，這種酶稱為酶原。它必須經(jīng)過(guò)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(shí)，沒(méi)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(jìn)行激活，其活性可以增加6.6倍。第三十一頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日6．抑制劑對(duì)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(duì)氯汞苯甲酸、二異丙基氟磷酸、乙二胺四乙酸、表面活性劑等第三十二頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日不可逆的抑制作用：抑制劑與酶分子上的某些基團(tuán)一共價(jià)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(jī)汞和有機(jī)磷化合物?？赡娴囊种谱饔茫阂种苿┖兔敢苑枪矁r(jià)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(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制第三十三頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

第二節(jié)微生物的營(yíng)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)吸收能量第三十四頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日一、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(shuō)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。第三十五頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

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

無(wú)機(jī)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(jī)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(shí)驗(yàn)式：細(xì)菌、酵母菌為C5H8O2N，霉菌為C12H18O7N。（化學(xué)組成式只是說(shuō)明組成有機(jī)體的各種元素之比，并不是分子式）第三十六頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日（一）水作用:①微生物機(jī)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(yíng)養(yǎng)物及營(yíng)養(yǎng)類型六要素：碳源、氮源、能源、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽和水第三十七頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日（二）碳源和能源碳源：凡能供給微生物碳素營(yíng)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(zhǎng)、繁殖及運(yùn)動(dòng)所需的能量。

能源：能為微生物生命活動(dòng)提供最初能量來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物或輻射能。能源化學(xué)物質(zhì)輻射能有機(jī)物無(wú)機(jī)物第三十八頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

根據(jù)微生物對(duì)碳素的同化能力不同，可分為無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)微生物和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)微生物兩大類。1、

無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)微生物也稱無(wú)機(jī)自養(yǎng)。以CO2、CO和碳酸鹽中的無(wú)機(jī)碳作為唯一碳源，利用光能和化學(xué)能合成復(fù)雜的有機(jī)物而不需要外界供給有機(jī)碳化物，因此也稱自養(yǎng)型微生物。根據(jù)能量來(lái)源的不同，可分為光能自養(yǎng)型和化能自養(yǎng)型。第三十九頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日（1）光能自養(yǎng)型微生物具有葉綠素，通過(guò)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(lán)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(wú)機(jī)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(jī)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。第四十頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

2、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)微生物

即異養(yǎng)微生物，只能利用有機(jī)碳化物作為碳源和能源。根據(jù)它們利用的有機(jī)物的特性，腐生型營(yíng)養(yǎng):利用無(wú)生命活性的有機(jī)物作為碳源寄生型營(yíng)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(jī)碳作為供氫體還原二氧化碳，合成有機(jī)物。在生長(zhǎng)時(shí)大多數(shù)需要外源的生長(zhǎng)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(shí)積累丙酮。第四十一頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

（2）化能異養(yǎng)微生物

依靠氧化有機(jī)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(jī)化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機(jī)酸等。有機(jī)物通常既是碳源也是能源.3、混合營(yíng)養(yǎng)微生物

即兼性自養(yǎng)微生物，既可利用無(wú)機(jī)碳也可利用有機(jī)碳作為碳源，如氫單胞菌第四十二頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日不同營(yíng)養(yǎng)類型之間的界限并非絕對(duì)

異養(yǎng)型微生物并非絕對(duì)不能利用CO2；自養(yǎng)型微生物也并非不能利用有機(jī)物進(jìn)行生長(zhǎng)；有些微生物在不同生長(zhǎng)條件下生長(zhǎng)時(shí)，其營(yíng)養(yǎng)類型也會(huì)發(fā)生改變；例如紫色非硫細(xì)菌：沒(méi)有有機(jī)物時(shí)，同化CO2，

為自養(yǎng)型微生物；有機(jī)物存在時(shí)，利用有機(jī)物進(jìn)行生長(zhǎng)，為異養(yǎng)型微生物；光照和厭氧條件下，利用光能生長(zhǎng)，為光能營(yíng)養(yǎng)型微生物；黑暗與好氧條件下，依靠有機(jī)物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能生長(zhǎng)，為化能營(yíng)養(yǎng)型微生物微生物營(yíng)養(yǎng)類型的可變性無(wú)疑有利于提高其對(duì)環(huán)境條件變化的適應(yīng)能力第四十三頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日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(jī)物有機(jī)光合細(xì)菌化能異養(yǎng)型化學(xué)能有機(jī)物大多數(shù)細(xì)菌等微生物營(yíng)養(yǎng)類型總結(jié)（根據(jù)碳源和能源的不同）：第四十四頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

（三）氮源

氮源：凡是能供給微生物含氮物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)物。種類：

無(wú)機(jī)氮：N2、NH3、銨鹽、硝酸鹽等有機(jī)氮：尿素、氨基酸、蛋白質(zhì)等實(shí)驗(yàn)室中有機(jī)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。第四十五頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

根據(jù)對(duì)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(lán)藻。

2、利用無(wú)機(jī)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。第四十六頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日（四）無(wú)機(jī)鹽

是微生物生長(zhǎng)必不可少的一類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，它們?yōu)闄C(jī)體生長(zhǎng)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(zhǎng)的能源物質(zhì)，如Fe、S第四十七頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日主要元素：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(guò)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)第四十八頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日硫：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)定上起重要作用第四十九頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日鐵：1、是細(xì)胞內(nèi)過(guò)氧化物酶、過(guò)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(zhǎng)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)胞壁第五十頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日鉀：1、是許多酶的激活劑2、參與細(xì)胞內(nèi)許多物質(zhì)的運(yùn)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(jī)體對(duì)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(jī)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(zhǎng)過(guò)程的停止，但過(guò)量也會(huì)引起中毒第五十一頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日（五）生長(zhǎng)因子定義：調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需的，但不能用簡(jiǎn)單的碳、氮源自行合成的有機(jī)物。廣義生長(zhǎng)因子：維生素、嘌呤（或嘧啶）、堿基、氨基酸等

狹義生長(zhǎng)因子：維生素微生物生長(zhǎng)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第五十二頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日三、碳氮磷比

不同微生物細(xì)胞的元素組成比例不同，對(duì)各營(yíng)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(duì)氮磷的要求比好氧生物處理低

為了保證污(廢)水(有機(jī)固體廢物）生物處理要按碳氮磷比配給營(yíng)養(yǎng)

。第五十三頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日城市生活污水不存在營(yíng)養(yǎng)不足的問(wèn)題。但有的工業(yè)廢水缺某種營(yíng)養(yǎng)，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)量不足時(shí)，應(yīng)供給或補(bǔ)足。如酒精廢水缺

；洗滌劑廢水？N、P缺NP過(guò)剩煉油廢水

？N、P第五十四頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日四、微生物的培養(yǎng)基

培養(yǎng)基根據(jù)各種微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需要，包括水、碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽及生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)要求配制不同的培

養(yǎng)基;2、注意各種營(yíng)養(yǎng)物的濃度與配比（C/N比）：第五十五頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日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。第五十六頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日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(huì)生成沉淀物。2、培養(yǎng)微生物過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸等產(chǎn)物，在連續(xù)培養(yǎng)中需加緩沖劑，如K2HPO4、KH2PO4、Na2CO3等第五十七頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

（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(qiáng)，但價(jià)格相對(duì)昂貴，微生物生長(zhǎng)較慢。一般適合在實(shí)驗(yàn)室使用。天然培養(yǎng)基：用天然有機(jī)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(jì)，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(jī)物和無(wú)機(jī)化合物配制第五十八頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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。第五十九頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日3、按培養(yǎng)基對(duì)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(zhǎng)2、選擇培養(yǎng)基

是根據(jù)某微生物的特殊營(yíng)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(jì)出來(lái)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(zhǎng)加入幾滴10%酚→細(xì)菌、霉菌被抑制，放線菌可生長(zhǎng)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六十頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

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(zhǎng)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(kāi)。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(rùn)光亮

檸檬酸鹽桿菌：中心呈深藍(lán)色，外圈透明

產(chǎn)氣腸桿菌：菌落呈紫紅色第六十一頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日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(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。用來(lái)培養(yǎng)數(shù)量少或營(yíng)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六十二頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日五、營(yíng)養(yǎng)進(jìn)入微生物細(xì)胞的方式（一）單純擴(kuò)散是一個(gè)物理過(guò)程。被輸送物質(zhì)靠細(xì)胞內(nèi)外的濃度梯度為動(dòng)力，通過(guò)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(kuò)散，直到兩邊濃度相等為止，這個(gè)過(guò)程不消耗能量，但擴(kuò)散速度慢。單純擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸、基團(tuán)轉(zhuǎn)位①物質(zhì)在擴(kuò)散過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生任何反應(yīng)；②不消耗能量；不能逆濃度運(yùn)輸；③運(yùn)輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比第六十三頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

水、脂肪酸、乙醇、甘油、O2、CO2、某些氨基酸、無(wú)機(jī)鹽可通過(guò)單純擴(kuò)散進(jìn)入微生物細(xì)胞。

第六十四頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

（二）促進(jìn)擴(kuò)散

以物質(zhì)的濃度梯度為動(dòng)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(yíng)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(guò)這種親和力大小的變化達(dá)到運(yùn)輸?shù)哪康?。由于有載體蛋白的參加，擴(kuò)散速度比單純擴(kuò)散快。第六十五頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日第六十六頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

（三）主動(dòng)運(yùn)輸一個(gè)重要特點(diǎn)是物質(zhì)運(yùn)輸過(guò)程中需要消耗能量和載體，而且可以進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸。通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞的有氨基酸、糖、無(wú)機(jī)離子（K+、Na+）、硫酸鹽、磷酸鹽及有機(jī)酸等第六十七頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日逆濃度梯度將細(xì)胞外營(yíng)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：?jiǎn)蜗蜣D(zhuǎn)運(yùn)載體、同向轉(zhuǎn)運(yùn)載體、反向轉(zhuǎn)運(yùn)載體。第六十八頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

消耗ATP驅(qū)動(dòng)Na+-K+泵向細(xì)胞外排Na+，每排出3個(gè)Na+，吸進(jìn)2個(gè)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(jī)制：1、Na+-K+泵主動(dòng)運(yùn)輸?shù)诹彭?yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日葡萄糖-Na同向轉(zhuǎn)運(yùn)載體葡萄糖和Na+分別與同向轉(zhuǎn)運(yùn)載體的兩個(gè)位點(diǎn)結(jié)合，由同向轉(zhuǎn)運(yùn)載體攜帶進(jìn)入細(xì)胞，氨基酸也可通過(guò)此種方式運(yùn)送第七十頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日第七十一頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日3、H+濃度梯度主動(dòng)運(yùn)輸好氧微生物吸收營(yíng)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(dòng)力，使K+等陽(yáng)離子單向運(yùn)送入胞，陰離子與H+同向轉(zhuǎn)運(yùn)入胞。中性糖和氨基酸也可由此方式入胞。

通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞的物質(zhì)有氨基酸、糖、無(wú)機(jī)離子、硫酸鹽、磷酸鹽及有機(jī)酸等。2、離子濃度梯度主動(dòng)運(yùn)輸 消耗ATP建立離子濃度梯度，通過(guò)反向轉(zhuǎn)運(yùn)載體完成H+和Na+、K+的運(yùn)輸。即Na+的進(jìn)入胞內(nèi)伴隨H+的排出

第七十二頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日（四）基團(tuán)轉(zhuǎn)位

一般來(lái)說(shuō)，物質(zhì)通過(guò)膜運(yùn)送時(shí)，不需要化學(xué)修飾，但有些物質(zhì)如糖在通過(guò)細(xì)菌細(xì)胞膜時(shí)需要進(jìn)行磷酸化反應(yīng)加入一個(gè)磷酸基團(tuán)，以糖-磷酸的形式才能通過(guò)細(xì)胞膜，稱為基團(tuán)轉(zhuǎn)運(yùn)。

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(gè)過(guò)程包括兩個(gè)獨(dú)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）第七十三頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日

通過(guò)基團(tuán)轉(zhuǎn)位進(jìn)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(jìn)行磷酸化，由于細(xì)胞膜對(duì)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)。第七十四頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日四種運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)方式的比較比較項(xiàng)目單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸基團(tuán)移位載體蛋白無(wú)有有有運(yùn)送速度慢快快快溶質(zhì)運(yùn)送方向由濃至稀由濃至稀由稀至濃由稀至濃平衡時(shí)內(nèi)外濃度內(nèi)外相等內(nèi)外相等內(nèi)部高內(nèi)部高運(yùn)送分子無(wú)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(yùn)送前后溶質(zhì)分子不變不變不變改變載體飽和效應(yīng)無(wú)有有有與溶質(zhì)類似物無(wú)競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性運(yùn)送抑制劑無(wú)有有有運(yùn)送對(duì)象舉例水、甘油乙醇、O2、CO2糖、SO42-、PO43-氨基酸、乳糖等糖類，少量無(wú)機(jī)離子葡萄糖、果糖、嘌呤、嘧啶等第七十五頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日第三節(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(guò)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。第七十六頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日（一）生物能量的轉(zhuǎn)移中心—ATP第七十七頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日（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(lái)源。3、光合磷酸化第七十八頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日ATP中的能量，通過(guò)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(kù)。ATP含高能磷酸鍵，它水解釋放出高能鍵，每一個(gè)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(zhǎng)期貯能，還需轉(zhuǎn)換形式。如果有過(guò)剩的ATP，大多數(shù)微生物會(huì)將其能量轉(zhuǎn)化到儲(chǔ)能物中去。第七十九頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日二、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(wú)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(jī)物好氧呼吸—O2無(wú)氧呼吸—氧以外的無(wú)機(jī)化合物，如NO2-、NO3-、SO42-、CO32-及CO2等第八十頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日（一）發(fā)酵無(wú)外在電子受體時(shí)，微生物氧化一些有機(jī)物。有機(jī)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(jī)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(wú)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%。第八十一頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日（二）好氧呼吸當(dāng)存在外在的最終電子受體（分子氧）時(shí)，底物按常規(guī)方式脫氫，經(jīng)完整的呼吸鏈傳遞氫，同時(shí)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。第八十二頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日好氧呼吸：外源性呼吸——微生物利用外界供給的能源進(jìn)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(jìn)行呼吸，呼吸速度取決于細(xì)胞的原有營(yíng)養(yǎng)水平。污泥消化

好氧呼吸能否進(jìn)行取決于氧的體積分?jǐn)?shù)是否達(dá)到0.2%，低于此不能進(jìn)行。第八十三頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日（三）無(wú)氧呼吸

是一類氫受體為外源無(wú)機(jī)氧化物的生物氧化。這是一類在無(wú)氧條件下進(jìn)行的產(chǎn)能效率較低的特殊呼吸。其特點(diǎn)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(wú)機(jī)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)乙酸菌第八十四頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日第八十五頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日三、微生物發(fā)光現(xiàn)象明亮發(fā)光桿菌第八十六頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日發(fā)光細(xì)菌含兩種特殊的成分：蟲(chóng)熒光素酶和長(zhǎng)鏈脂肪族醛。發(fā)光細(xì)菌被應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)及其他領(lǐng)域。第八十七頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)微生物的合成代謝

第八十八頁(yè)，共九十七頁(yè)，2022年，8月28日一、產(chǎn)甲烷菌的合成代謝

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