微生物的生理課件

第一節(jié)微生物的酶1酶的概念：生物催化劑。細胞中自己制成，基本成分是蛋白質(zhì)。酶蛋白+輔助因子全酶傳遞電子等、激活劑

僅由酶蛋白組成。決定酶反應(yīng)的專一性,加速反應(yīng)單純酶結(jié)合酶此時才能發(fā)揮催化作用一、酶的分子組成金屬離子小分子有機化合物2二、酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系(一)酶蛋白的結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)：組成酶蛋白的氨基酸按一定順序由肽鍵連接成多肽鏈；二級結(jié)構(gòu)：多肽鏈回折或兩條多肽鏈之間由氫鍵維持其穩(wěn)定性；三級結(jié)構(gòu)：多肽鏈進一步形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，由氫鍵及其它化學(xué)鍵維持其穩(wěn)定性。四級結(jié)構(gòu)：多個具有三級結(jié)構(gòu)的亞基再次通過化學(xué)鍵連接。3活性中心內(nèi)的必需基團結(jié)合基團(bindinggroup)與底物相結(jié)合催化基團(catalyticgroup)催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需?；钚灾行耐獾谋匦杌鶊F5三、酶的分類（一）按照酶所催化的的化學(xué)反應(yīng)，分為六大類：1．水解酶：淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等

催化底物加水分解反應(yīng)2．氧化還原酶：主要包括脫氫酶和氧化酶催化底物氧化還原反應(yīng)+A·2H+BAB·2H3．轉(zhuǎn)移酶

催化分子間基團轉(zhuǎn)移或交換6六大類酶4．裂解酶

5．異構(gòu)酶

6．合成酶催化一個底物分解為兩個化合物及其逆反應(yīng)。催化各種同分異構(gòu)體之間相互轉(zhuǎn)化與ATP偶聯(lián)，催化兩分子底物合成一分子化合物7酶與一般催化劑的共同點在反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的變化；只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)；只能加速可逆反應(yīng)的進程，而不改變反應(yīng)的平衡點。四、酶的催化特性9絕對專一性立體異構(gòu)專一性相對專一性一種酶作用于一種底物。如淀粉酶只能作用于淀粉，而不作用于纖維素。對底物的構(gòu)象有特殊要求，往往只能催化底物的一種立體化學(xué)結(jié)構(gòu)。催化具有相同化學(xué)鍵或基團的底物進行某種類型的反應(yīng)。如脂酶催化脂鍵，而對R基團沒有嚴(yán)格要求。酶催化作用的專一性10鎖-鑰學(xué)說——剛性模式

酶的構(gòu)型與底物剛好相吻合，底物分子剛好嵌入酶的活性中心，與酶的構(gòu)象互補，就和鎖、鑰一樣。酶、底物是剛性的，其形狀不會改變，它不能解釋一種酶催化兩個反應(yīng)的現(xiàn)象。

酶的構(gòu)型與底物并不吻合，當(dāng)?shù)孜锖兔附佑|時，誘導(dǎo)酶分子的構(gòu)象變化，使活性部位上的有關(guān)基團正確排列和定向，進而使酶和底物契合而結(jié)合成中間產(chǎn)物，引起底物發(fā)生反應(yīng)。誘導(dǎo)契合學(xué)說——柔性學(xué)說剛性結(jié)合

柔性結(jié)合

酶活性專一性的假說11反應(yīng)總能量改變

非催化反應(yīng)活化能

酶促反應(yīng)活化能

一般催化劑催化反應(yīng)的活化能

能量

反應(yīng)過程

底物

產(chǎn)物

酶促反應(yīng)活化能的改變活化能：底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量。p11313對環(huán)境敏感反應(yīng)條件溫和催化活性受調(diào)節(jié)控制在常溫、常壓、接近中性的pH條件下發(fā)揮作用。酶的活力在體內(nèi)受到多方面因素的調(diào)控。機體通過調(diào)節(jié)酶的活性和酶量，控制代謝速度，以滿足生命的各種需要和適應(yīng)環(huán)境的變化。

容易發(fā)生變性、失活。14五、酶促反應(yīng)動力學(xué)

KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction

概念研究各種因素對酶促反應(yīng)速度的影響，并加以定量的闡述。影響因素包括有酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等。※研究一種因素的影響時，其余各因素均恒定。15V=Vmax[S]/（[S]+Km）并歸納為一個數(shù)學(xué)式：這一公式表示了底物濃度與反應(yīng)速度的關(guān)系，稱為米氏方程，當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾訒r，酶促反應(yīng)速度V趨近Vmax

。Km被稱為米氏常數(shù),當(dāng)V=1/2Vmax時，Km=[S]，

因而Km是酶促反應(yīng)速度為最大速度一半時的底物濃度。

2.酶促反應(yīng)動力學(xué)172）Km可表示酶與底物的親和力。Km越小，酶與底物的親和力越大。同一種酶有幾種底物就有幾個Km，其中Km最小的底物一般稱為該酶的天然底物或最適底物。如：己糖激酶對葡萄糖的Km1.5mmol/L對果糖的Km28mmol/L

所以葡萄糖為最適底物1）Km為酶的特征常數(shù)。只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶的濃度無關(guān)。18常用雙倒數(shù)作圖法：即取米氏方程式的倒數(shù)形式后可作出一直線。

斜率=Km/Vmax1/V1/[S]米氏常數(shù)的求法1/Vmax-1/Km

利用直線的截距可得到酶的Vmax與Km191)酶的總濃度Eυ=K3[E][S]Km+[S]在水處理中為了加快反應(yīng)速度，往往需要培養(yǎng)盡可能多的細菌用以提高酶的總濃度。從而增加反應(yīng)器的處理能力和速率。

當(dāng)[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。關(guān)系式為：V=K3[E]21在其他因素不變的情況下，底物濃度對反應(yīng)速度的影響呈矩形雙曲線關(guān)系。2）底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響22當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級反應(yīng)。[S]VVmax23當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_一定程度反應(yīng)速度不再增加,達最大速度;反應(yīng)為零級反應(yīng)[S]VVmax酶被底物飽和253）溫度最適反應(yīng)溫度：能形成最大反應(yīng)速度的溫度.酶活性溫度最適溫度雙重影響溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高；溫度升高10oC,反應(yīng)速度增加一倍由于酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，溫度升高，可引起酶的變性，從而反應(yīng)速度降低。

低溫的作用:貯存生物制品、菌種等

低溫時由于活化分子數(shù)目減少，反應(yīng)速度降低，但溫度升高后，酶活性又可恢復(fù)。266）抑制劑對酶反應(yīng)速度的影響

凡能使酶的催化活性下降甚至完全喪失，但不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。

區(qū)別于酶的變性抑制劑對酶有一定選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性29(一)不可逆性抑制作用*概念抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團相結(jié)合，使酶失活。

*舉例有機磷化合物羥基酶解毒------解磷定(PAM)重金屬離子及砷化合物巰基酶解毒------二巰基丙醇(BAL)

30（二）可逆性抑制作用*概念抑制劑通常以非共價鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制

*類型31競爭性抑制作用反應(yīng)模式抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶底物復(fù)合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。

磺胺類藥物的抑菌機制與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶32特點：⑴競爭性I往往是酶的底物結(jié)構(gòu)類似物；⑵抑制劑與酶的結(jié)合部位與底物與酶的結(jié)合部位相同——酶的活性中心⑶抑制作用可以被高濃度的底物減低以致消除；33

非競爭性抑制*反應(yīng)模式E+SESE+P+

S－S+

S－S+ESIEIEESEP+IEI+SEIS+II與酶的活性中心外的位點結(jié)合34非競爭性抑制的特點：⑴非競爭性抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)不一定與底物的分子結(jié)構(gòu)類似；⑵抑制劑與酶的活性中心外的位點結(jié)合；⑶抑制劑對酶與底物的結(jié)合無影響，故底物濃度的改變對抑制程度無影響；

抑制程度取決于抑制劑的濃度35反競爭性抑制*反應(yīng)模式E+SE+PES+IESI++ESESESIEP

抑制劑不能與游離酶結(jié)合，但可與ES復(fù)合物結(jié)合36

反競爭性抑制的特點：⑴反競爭性抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)不一定與底物的分子結(jié)構(gòu)類似；⑵抑制劑與底物可同時與酶的不同部位結(jié)合；⑶必須有底物存在，抑制劑才能對酶產(chǎn)生抑制作用；抑制程度隨底物濃度的增加而增加；

抑制程度取決于抑制劑的濃度及底物的濃度37六、酶活性測定酶的活性是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力，其衡量的標(biāo)準(zhǔn)是酶促反應(yīng)速度。酶促反應(yīng)速度可在適宜的反應(yīng)條件下，用單位時間內(nèi)底物的消耗或產(chǎn)物的生成量來表示。酶的活性單位是衡量酶活力大小的尺度，它反應(yīng)在規(guī)定條件下，酶促反應(yīng)在單位時間（s、min或h）內(nèi)生成一定量（mg、μg、μmol等）的產(chǎn)物或消耗一定數(shù)量的底物所需的酶量。

38國際單位(IU)在特定的條件下（25℃最適pH及底物濃度），每分鐘催化1μmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個國際單位。催量單位(katal)１催量(kat)是指在特定條件下，每秒鐘使１mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。kat與IU的換算：1kat=6×107IU39比活力（比活性）：每單位（一般是mg）酶液中的酶活力單位數(shù)（酶單位/mg蛋白）。實際應(yīng)用中也用每單位制劑中含有的酶活力數(shù)表示（如：酶單位/mL（液體制劑），酶單位/g（固體制劑））。對同一種酶來講，比活力愈高則表示酶的純度越高（含雜質(zhì)越少），所以比活力是評價酶純度高低的一個指標(biāo)。40第二節(jié)微生物的營養(yǎng)

這里的營養(yǎng)不單是通常意義營養(yǎng)物、營養(yǎng)品概念，在這里指微生物吸取生長所需的各種物質(zhì)以進行新陳代謝的過程。營養(yǎng)是生物的基本功能,微生物是有生命的個體，營養(yǎng)是其生命活動的基礎(chǔ)。41從元素水平或營養(yǎng)要素水平分析，微生物的營養(yǎng)要求與攝食型的動物（包括人類）和光合自養(yǎng)型的綠色植物十分接近，它們存在著“營養(yǎng)上的統(tǒng)一性”，但可供其利用的食物種類要多得多。元素水平：都需要20種左右，且以C、H、O、N、S、P六種元素為主，約占細胞干重的95％以上：蛋白質(zhì)由:C、H、O、N、S組成；核酸由C、H、O、N、P組成；糖類和脂類由C、H、O組成。營養(yǎng)要素水平：則都在六大范圍內(nèi)，即碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水。

42一、微生物的化學(xué)組成細胞重量碳水化合物蛋白質(zhì)脂肪DNARNA等（濕重）水(70~90%)干物質(zhì)10~30%無機鹽3～10%有機物90～97%組成微生物細胞同一種微生物在不同的生長階段其化學(xué)成分也有差異。但在正常情況下，各類微生物細胞的成分是相對穩(wěn)定的。43二、微生物的六大營養(yǎng)要素要素：水、碳源、氮源、無機鹽、生長因子和能源

營養(yǎng)物質(zhì)按照它們在機體中的生理作用不同，可以將它們區(qū)分成六大類:（一）水水對細菌有哪些作用？1)微生物的重要組成，70%~90%；2)溶劑作用，運輸物質(zhì)的載體3)參與生化反應(yīng)(如脫水、加水反應(yīng))4）足夠的水分是細胞維持正常形態(tài)重要因素。5）水的比熱高，維持和調(diào)節(jié)一定的溫度44（二）碳源種類？有機物、無機碳化合物（CO2、CO32＋）隨微生物不同，各有偏好最喜好的碳源是？凡能供給微生物生長過程中碳素營養(yǎng)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，對于異養(yǎng)型微生物，其碳源同時又兼作能源，這種碳源又稱為雙功能營養(yǎng)物。糖：尤其是葡萄糖、果糖及其多糖（麥芽糖、淀粉）生產(chǎn)中常見的碳源：玉米粉、麩皮、米糠、酒糟。各種細菌利用C源的能力有所不同：假單胞菌屬；廢水處理：諾卡氏菌降解含氰的廢水。45（三）氮源——氮占細菌干重的12%—15%作用：氮是構(gòu)成重要生命物質(zhì)蛋白質(zhì)和核酸等的主要元素。在極端情況下（e.g.饑餓情況下）也可提供能量。氮源種類分子態(tài)氮：固氮微生物以分子氮為唯一氮源：固氮菌、固氮藍藻無機態(tài)氮：硝酸鹽、銨鹽幾乎所有微生物能利用有機態(tài)氮：蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物

不同種類微生物利用的氮源物質(zhì)種類不同。微生物對氮源物質(zhì)的利用具有選擇性。p12346氨基酸異養(yǎng)型微生物：不能利用簡單的無機氮化合物合成蛋白質(zhì)，只能從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸作氮源的微生物稱“氨基酸異養(yǎng)型微生物”。乳酸細菌氨基酸自養(yǎng)型微生物：具有分解蛋白質(zhì)的能力，能把非氨基酸類氮源自行合成為所需要的氨基酸的微生物稱為氨基酸自養(yǎng)型微生物：霉菌、酵母菌47（四）無機鹽無機鹽(inorganicsalt)是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質(zhì).無機鹽的功能作為細胞組成成分：P、S等生理調(diào)節(jié)物質(zhì)①維持滲透壓:Na＋、K＋、Cl－②酶的激活劑：Mg2＋、K＋③pH的穩(wěn)定劑：緩沖液化能自養(yǎng)菌的能源（S、Fe…）大量元素微量元素酶的激活劑：Cu2＋、Mn2＋、Zn2＋…特殊分子構(gòu)成：Co、Mo…注意：不同的微生物對無機鹽的需求濃度也不同。48（五）生長因子某些微生物在生長過程中不能自身合成，同時又是生長必需的有機物質(zhì)。最早發(fā)現(xiàn)的生長因子有三類維生素類氨基酸類嘌呤、嘧啶類

實驗室常用：酵母膏、蛋白胨作為綜合生長素硫辛酸、VC、VK是重要的生長因子。多數(shù)細菌不存在生長因子問題。只有少數(shù)細菌需要外界提供現(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，如牛奶中、腸道。49（六）能源細菌的能源種類化學(xué)能、光能哪些物質(zhì)可以產(chǎn)生化學(xué)能？有機碳源特殊的無機物（如S、Fe)什么樣的細菌利用光能？含有光合色素50幾點注意：不同的細菌，由于其組分不同，營養(yǎng)要求不同。不同的生長條件，同一細菌的營養(yǎng)要求也會不同。微生物的代謝能力強，可利用的化合物種類很廣。第一節(jié)微生物的營養(yǎng)自然界中所有物質(zhì)幾乎都可以被某種微生物所利用。甚至一些有毒有害的有機物。e.g.H2S、酚、HCN、Cr6+等。51微生物往往先利用現(xiàn)成的、易被吸收利用的化合物。如果這些物質(zhì)量已滿足了它們的要求，就不利用其他物質(zhì)了。有些微生物在利用易被吸收利用物質(zhì)的同時，能利用難降解的化合物——共代謝。各種營養(yǎng)元素之間往往有一定的比例關(guān)系。e.g.土壤中許多微生物要求C：N=25：1廢水生物處理中要求好氧處理BOD:N:P=100:5:1厭氧消化污泥BOD:N:P=100:6:1有機固體廢物堆肥要求C:N=30:1,C:P=75~100:152營養(yǎng)型細菌分類根據(jù)碳源不同分為無機營養(yǎng)——有機營養(yǎng)（或自養(yǎng)——異養(yǎng)）三、微生物的營養(yǎng)類型53(1)無機營養(yǎng)細菌（自養(yǎng)菌）無機（自養(yǎng)）—CO2、CO和CO32-能否也利用有機物呢？絕大多數(shù)能，“能吃苦也能享?！保詿o機C為主要C源又根據(jù)能源不同又分為光能自養(yǎng)型細菌和化能自養(yǎng)型細菌。54①光能自養(yǎng)細菌：這是一類能以CO2為唯一碳源或主要碳源并利用光能進行生長的的微生物，它們能以無機物如硫化氫、硫代硫酸鈉或其他無機化合物為供氫體，使CO2固定還原成細胞物質(zhì),并且伴隨元素氧（硫）的釋放。細菌只有紫硫細菌和綠硫細菌55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毒物較潔凈的光照池塘無臭（H2S)區(qū)碳源：以CO2

為惟一碳源

能源：光轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP藍細菌從水中的光解中獲得氫，用于還原CO2。CO2+H2O光能葉綠素[CH2O]+O2放出氧56②化能自養(yǎng)細菌什么是化能自養(yǎng)菌？自養(yǎng)——碳源CO2化能——以？物質(zhì)氧化產(chǎn)能S、H2S、H2、NH3、Fe種類：硫細菌(硫化細菌和硫磺細菌)、（亞）硝化細菌及鐵細菌、氫細菌。57例如，亞硝化細菌進行有機物合成反應(yīng)如下

2NH3

+2O22HNO2

+4H+619千焦耳ATPCO2+4H[CH2O]+H2O化能自養(yǎng)細菌能用于污水處理嗎？為什么？能，脫氨、脫硫；條件容易化能自養(yǎng)微生物的專一性很強，一種細菌往往只能氧化某一種特定的無機物。58⑵有機營養(yǎng)細菌（異養(yǎng)菌）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？“吃磚頭和吃糧食的區(qū)別”異養(yǎng)菌是有機污水處理的主角根據(jù)能源的不同59絕大多數(shù)的細菌都屬于化能異養(yǎng)菌：絕大多數(shù)的細菌、原生動物，全部真菌、以及病毒。.①化能異養(yǎng)菌碳源—有機物，如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等能源—有機物氧化獲得。如果化能有機營養(yǎng)型微生物利用的有機物不具有生命活性，則是腐生型；若是生活在生活細胞內(nèi)從寄生體內(nèi)獲得營養(yǎng)物質(zhì)，則是寄生型。60

肺結(jié)核桿菌痢疾志賀氏菌

寄生細菌，可以通過水源、食物傳播，是水處理中需要監(jiān)控和殺滅的對象。61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②.光能異養(yǎng)細菌（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）

提問：在污水處理中的優(yōu)勢是什么？62CO2＋2[CH2O]+2CH3COCH3+H2O光能光合色素CH3CH3CHOH

紅螺菌在湖泊、池塘、淤泥中含有，在缺氧時能利用有機酸、醇等有機物。同時該菌含有蛋白質(zhì)65%，和大量的氨基酸、抗生素。常用工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)該菌，既保護了環(huán)境消除污染，又生產(chǎn)了單細胞蛋白變廢為寶。紅螺菌：63提問：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64微生物的營養(yǎng)類型（小結(jié)）營養(yǎng)類型能源基本碳源實例光能自養(yǎng)型光CO2紫硫細菌、綠硫細菌、藍細菌、藻類光能異養(yǎng)型光CO2及簡單有機物紅螺菌科的細菌化能自養(yǎng)型無機物*（NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等）CO2硝化細菌、硫化細菌、鐵細菌、氫細菌、硫磺細菌等化能異養(yǎng)型有機物有機物絕大多數(shù)細菌和全部真核微生物65以上四種營養(yǎng)類型劃分不是絕對的：1.如紅螺菌既可利用光能，也可利用化能2.氫單胞菌是異養(yǎng)和自養(yǎng)的過渡型（稱兼性自養(yǎng)型）

自養(yǎng)與異養(yǎng)的區(qū)別不在于能否利用CO2，而在于是否以CO2或碳酸鹽為唯一的碳源。自養(yǎng)型以無機碳化物為碳源，異養(yǎng)型雖然也可利用CO2，但必須在有機碳存在情況下。微生物的營養(yǎng)類型CO2＋2[CH2O]+2CH3COCH3+H2O光能光合色素CH3CH3CHOH

66四、培養(yǎng)基培養(yǎng)基(culturemedium)是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。任何培養(yǎng)基都應(yīng)具備微生物所需要的六大營養(yǎng)要素，且應(yīng)比例適當(dāng)。所以一旦配成必須立即滅菌。671.培養(yǎng)基的配制原則△根據(jù)不同需要配制不同的培養(yǎng)基細菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基真菌：馬鈴薯糖培養(yǎng)基△調(diào)節(jié)不同pH值△各營養(yǎng)物質(zhì)的濃度及配比?！魑锩纼r廉牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基牛肉膏3g,蛋白胨10g,NaCl5g，瓊脂18-20g,水1000ml,pH7.0-7.2馬鈴薯糖培養(yǎng)基馬鈴薯200g，葡萄糖或蔗糖20g，瓊脂18-20g，水1000ml，pH自然682.培養(yǎng)基的分類(1)根據(jù)物理狀態(tài)分類液體培養(yǎng)基：不加凝固劑。液體發(fā)酵、水處理中的廢水。我們同樣應(yīng)按照培養(yǎng)基配制的原則分析廢水營養(yǎng)成分，合理投加缺乏的營養(yǎng)物，使細菌等微生物能在最佳狀態(tài)下大量生長，從而凈化廢水。

固體培養(yǎng)基：液體培養(yǎng)基中加入2%左右的凝固劑。分離、鑒定、計數(shù)、菌種保藏。半固體培養(yǎng)基：液體培養(yǎng)基中加入0.5-1%的凝固劑。觀察細菌的運動狀態(tài)。69細菌在半固體培養(yǎng)基中的生長現(xiàn)象有鞭毛的細菌，沿穿剌線呈模糊羽毛狀生長。無鞭毛的細菌，沿穿剌線呈清晰的線狀生長。70（2）根據(jù)化學(xué)組成分類▲天然培養(yǎng)基：動、植物、細菌或它們的提取液。如酸奶、酒、腐乳、醬類的發(fā)酵生產(chǎn)

特點—化學(xué)組分不知道，營養(yǎng)豐富，配制容易。▲合成培養(yǎng)基：完全以化學(xué)藥品配制而成。如KH2PO4、NaCl特點—組分確定▲半合成培養(yǎng)基：天然成分和化學(xué)藥品都有。分析

牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基馬鈴薯糖培養(yǎng)基屬于哪種培養(yǎng)基？？71基礎(chǔ)培養(yǎng)基(minimummedium)：是含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基，如牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基(selectivemedium)是用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基。如膽汁酸鹽培養(yǎng)基,用于大腸菌群的培養(yǎng),但抑制腸道中G+的生長，從而檢出大腸菌群（3）根據(jù)用途分類72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。加富培養(yǎng)基：(enrichmentmedium)加入某些特殊營養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基，用于微生物數(shù)量少或?qū)I養(yǎng)要求苛刻的微生物培養(yǎng)。如加入酵母浸膏等。水處理工程中各類具有特殊降解性能的細菌都是經(jīng)過這種選擇性培養(yǎng)被篩選分離出來的。

73鑒別培養(yǎng)基(differentialmedium)

：在培養(yǎng)基中加入某種特殊化學(xué)物質(zhì)，某種微生物在培養(yǎng)基中生長后能產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物，而這種代謝產(chǎn)物可以與培養(yǎng)基中的特殊化學(xué)物質(zhì)發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生明顯的特征性變化，根據(jù)這種特征性變化，可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開來。如水處理中常用：伊紅美藍培養(yǎng)基，遠藤氏培養(yǎng)基就是典型的鑒別培養(yǎng)基。被用于化驗飲用水中是否含有大腸菌群，以及它們的種類。74五、營養(yǎng)物質(zhì)進入微生物細胞的方式細菌沒有專門的攝食器官，只能通過細胞表面進行物質(zhì)交換。細胞壁只能對大顆粒的物質(zhì)起阻擋作用，而許多大分子的物質(zhì)卻可自由進出；而細胞膜是一種半透膜，它可以控制大分子物質(zhì)的進出，所以營養(yǎng)物質(zhì)的運輸主要與細胞膜有關(guān)。實驗表明：①有些小分子物質(zhì)如CO2、H2O、乙醇等可很快通過膜上的小孔擴散入細胞；②許多菌體需要的物質(zhì)，其胞內(nèi)濃度遠大于胞外環(huán)境目前，一般認為營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式有以下四種：751.簡單擴散（單純擴散、自由擴散、被動擴散）原生質(zhì)膜是一種半透性膜，營養(yǎng)物質(zhì)通過原生質(zhì)膜上的小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)進行擴散。特點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①物質(zhì)在擴散過程中沒有發(fā)生任何反應(yīng)；④不需要載體參與；76水是唯一可以通過擴散自由通過原生質(zhì)膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些氣體（O2、CO2）及某些氨基酸在一定程度上也可通過自由擴散進出細胞。

flowstowardshighsaltconcentrations77單純擴散模式圖細胞膜外細胞膜內(nèi)細胞膜782．促進擴散（協(xié)助擴散）促進擴散模式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內(nèi)恢復(fù)原構(gòu)象移位環(huán)循再構(gòu)象改變結(jié)合79

通過促進擴散進入細胞的營養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無機鹽等。一般微生物通過專一的載體蛋白運輸相應(yīng)的物質(zhì)，但也有微生物對同一物質(zhì)的運輸由一種以上的載體蛋白來完成。特點①不消耗能量②參與運輸?shù)奈镔|(zhì)本身的分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化③不能進行逆濃度運輸④運輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比⑤需要載體參與803．主動運輸主動運輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質(zhì)運輸方式。主動運輸模式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內(nèi)恢復(fù)原構(gòu)象移位再循環(huán)結(jié)合構(gòu)象改變ADP+PiATP81這是微生物最主要的運輸方式。不同的微生物在主動運輸過程中所需的能量的來源不同，化能微生物主要來自化學(xué)能，光合微生物中則主要來自光能。①需要消耗代謝能②可以進行逆濃度運輸?shù)倪\輸方式③需要載體蛋白參與④對被運輸?shù)奈镔|(zhì)有高度的專一性⑤被運輸?shù)奈镔|(zhì)在轉(zhuǎn)移的過程中不發(fā)生任何化學(xué)變化特點：824．基團移位基因轉(zhuǎn)位是一種特殊的主動運輸，與普通的主動運輸相比，營養(yǎng)物質(zhì)在運輸?shù)倪^程中發(fā)生了化學(xué)變化（糖在運輸?shù)倪^程中發(fā)生了磷酸化）。其余特點與主動運輸相同。主要是用于單（或雙）糖與糖的衍生物，以及核苷與脂肪酸的運輸83基團移位模式圖細胞膜外細胞膜內(nèi)SSSS細胞膜Enz2Enz2Enz2Enz2SSHPrP~PHPr~Enz1+PEP丙酮酸膜內(nèi)側(cè)熱穩(wěn)蛋白（HPr）在酶Ⅰ作用下形成[HPr-磷酸]（激活）。在膜外基質(zhì)被滲透酶帶到細胞膜內(nèi)，在酶Ⅱ作用下，被[HPr-磷酸]磷酸化形成[S-磷酸]。84四種運輸營養(yǎng)物質(zhì)方式的比較比較項目單純擴散促進擴散主動運輸基團轉(zhuǎn)位特異載體蛋白運輸速度物質(zhì)運輸方向胞內(nèi)外濃度運輸分子能量消耗運輸后物質(zhì)的結(jié)構(gòu)無慢由濃至稀相等無特異性不需要不變有快由濃至稀相等特異性不需要不變有快由稀至濃胞內(nèi)濃度高特異性需要不變有快由稀至濃胞內(nèi)濃度高特異性需要改變85代謝概論分解代謝合成代謝:代謝(metabolism)是指微生物將外部環(huán)境攝取的能量和物質(zhì)，經(jīng)過一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榧毎慕M分，同時產(chǎn)生廢物排泄到體外，這個過程稱為代謝，即細胞內(nèi)生物化學(xué)反應(yīng)的總稱86分解代謝（catabolism）分解代謝指細胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)，并在這個過程中產(chǎn)生能量。一般可將分解代謝分為三個階段：蛋白質(zhì)多糖脂類氨基酸單糖甘油，脂肪酸丙酮酸/乙酰輔酶ACO2，H20，能量（三羧酸循環(huán)）87合成代謝（anabolism）合成代謝指細胞利用小分子物質(zhì)合成復(fù)雜大分子的過程，并在這個過程中消耗能量。合成代謝所利用的小分子物質(zhì)來源于分解代謝過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或環(huán)境中的小分子營養(yǎng)物質(zhì)。88在代謝過程中，微生物通過分解作用產(chǎn)生化學(xué)能。這些能量用于：1合成代謝2微生物的運動和運輸3熱和光無論是分解代謝還是合成代謝，代謝途徑都是由一系列連續(xù)的酶反應(yīng)構(gòu)成的，前一部反應(yīng)的產(chǎn)物是后續(xù)反應(yīng)的底物。細胞能有效調(diào)節(jié)相關(guān)的反應(yīng)，生命活動得以正常進行。某些微生物還會產(chǎn)生一些次級代謝產(chǎn)物。這些物質(zhì)除有利于微生物生存外，還與人類生產(chǎn)生活密切相關(guān)。89第四節(jié)微生物的產(chǎn)能代謝---生物氧化90一、產(chǎn)能代謝與呼吸作用的關(guān)系1呼吸作用的本質(zhì)生物的氧化和還原的統(tǒng)一過程.即，在生物氧化中，呼吸基質(zhì)脫下的氫和電子經(jīng)載體傳遞，最終交給受體的生物學(xué)過程。2發(fā)生哪些生物學(xué)現(xiàn)象呢？（酶的催化）

復(fù)雜的有機物變成簡單的物質(zhì)CO2、H2O等。發(fā)生能量的轉(zhuǎn)換（合成物質(zhì)、生命活動、以熱釋放）產(chǎn)生中間產(chǎn)物（繼續(xù)分解、作為原料合成機體物質(zhì)。)這些生物過程都需要酶的參與。91通常根據(jù)基質(zhì)脫氫后，傳遞氫的過程尤其是受氫體的不同來劃分呼吸類型：分子外無氧呼吸（無氧呼吸：自養(yǎng)微生物）：最終電子受體是O2以外的無機氧化物，如NO3-、SO42-無任何外援電子受體，基質(zhì)失去氫被氧化，其產(chǎn)物又接受氫被還原，從而形成新的發(fā)酵產(chǎn)物無氧呼吸：有氧呼吸：最終電子和氫的受體是O2，產(chǎn)物：CO2+H2O+能量自養(yǎng)微生物異養(yǎng)微生物分子內(nèi)無氧呼吸：異養(yǎng)微生物）二、呼吸類型呼吸發(fā)酵：921、發(fā)酵（又稱分子內(nèi)無氧呼吸類型）同一物質(zhì)（如葡萄糖）分解產(chǎn)物再結(jié)合？不存在外在的電子受體，底物進行部分氧化，最終電子受體：小分子有機物這個過程，能量有少量釋放，多數(shù)仍保留在產(chǎn)物中。所有發(fā)酵過程都以葡萄糖為起始底物，首先進入糖酵解過程，也叫EMP過程。93

EMP途徑（Embden-Meyerhofpathway）EMP途徑意義：為細胞生命活動提供ATP和NADH丙酮酸ADPATPaa:預(yù)備性反應(yīng)bb:氧化還原反應(yīng)底物水平磷酸化葡萄糖葡糖-6-磷酸果糖-6-磷酸果糖-1，6-二磷酸1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羥丙酮甘油醛-3-磷酸ATPADPATPADPADPATP2NAD+2NADH+H+底物水平磷酸化失去兩個電子+2+2-1-1？94底物水平磷酸化：在某種化合物氧化過程中，可形成一種含有高能磷酸鍵的化合物，可通過相應(yīng)的酶的作用把高能磷酸根轉(zhuǎn)移給ADP而生成ATP，此過程不需要O295這是一個基本的代謝途徑，產(chǎn)能效率低，但是可提供多種中間代謝產(chǎn)物作為合成代謝的原料。在有氧呼吸中它與TCA循環(huán)連接，而在無氧時，丙酮酸被還原為多種發(fā)酵產(chǎn)物，如：乙醇、乳酸①。EMP途徑：96乙醇發(fā)酵整個過程，1mol葡萄糖產(chǎn)生4molATP，用去2mol，凈剩2molATP，即產(chǎn)生能量2×31.4KJ＝62.8KJ。葡萄糖轉(zhuǎn)化成乙醇應(yīng)產(chǎn)能238.3KJ，能量利用率為62.8/238.3＝26％，其余能量以熱量形式散失。沒有外在的受氫體，受氫體是底物本身97常識：高等動物有無發(fā)酵呢？酵解—發(fā)酵，但能量太低不足以維持其生存982.有氧呼吸△以葡萄糖的代謝為例：

葡萄糖的好氧分解分為兩個階段：①糖酵解階段，②三羧酸循環(huán)：TCA循環(huán)。在TCA循環(huán)中，葡萄糖被徹底氧化分解為CO2和H2O.有外在電子受體，以分子氧為最終受體，底物可全部被氧化為CO2和H2O，并產(chǎn)生大量ATP的生物氧化過程.遞氫體遞氫體-H2還原態(tài)細胞色素-H2氧化態(tài)細胞色素1/2O2H2O脫氫酶氧化酶2H+NADFADQ細胞色素bca1a3基質(zhì)-H2基質(zhì)99丙酮酸在進入三羧酸循環(huán)之先要脫羧生成乙酰CoA，乙酰CoA和草酰乙酸縮合成檸檬酸再進入三羧酸循環(huán)。循環(huán)的結(jié)果是乙酰CoA被徹底氧化成CO2和H2O，草酰乙酸參與反應(yīng)而本身并不消耗。100TCA循環(huán)或檸檬酸循環(huán)。在絕大多數(shù)異養(yǎng)微生物的呼吸代謝中起關(guān)鍵作用。在物質(zhì)代謝中的地位：樞紐位置3CO24NADH+4H+12ATPFADH22ATPGTP(底物水平）ATPC3CH3CO~CoA呼吸鏈呼吸鏈氧化水平磷酸化氧化磷酸化：通過呼吸鏈傳遞電子，將氧化過程中釋放的能量傳遞給ADP，形成ATP，此過程需O2，最終生產(chǎn)H2O，這是產(chǎn)能的主要方式。1011mol葡萄糖可在EMP途徑形成2mol丙酮酸，則在TCA循環(huán)中可形成:2×15＝30molATP;而在EMP途徑，凈剩2molATP，2mol的NADH2,則可換算成2×3＝6molATP,因此，1mol葡萄糖可產(chǎn)生：30+2+6＝38molATP.好氧微生物氧化分解1mol葡萄糖分子總共可生成有1193kJ的能量轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP。1mol葡萄糖分子完全氧化產(chǎn)生的總能量大約為2876KJ。這樣，好氧呼吸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?？梢姡M行發(fā)酵的厭氧微生物為了滿足能量的需要，消耗的營養(yǎng)物要比好氧微生物多。1023、無氧呼吸(分子外無氧呼吸類型）

最終電子受體：無機物（NO3-、NO2-、SO42-、CO2）基質(zhì)－H2基質(zhì)（葡萄糖）－2e-－2H+傳遞體－2H傳遞體－2e—2H+脫氫酶脫氫酶－2H輔酶特殊氧化酶+2e+2H+NO3-(CO2)H2O+NO2-(CH4+H2O)該無氧呼吸過程是廢水厭氧處理的微生物學(xué)基礎(chǔ)。103硝酸鹽呼吸又稱反硝化作用，它是NO3-被細菌還原為NO2-，再逐步還原為NO、N2O、N2等氣體釋放出去過程。供氫體可以是葡萄糖、乙酸、甲醇等有機物，也可以是H2、NH3,水中的反硝化細菌對于環(huán)境保護有著重大的意義，因為它可以去除水中的硝酸根，減少水體硝酸鹽污染和富營養(yǎng)化的發(fā)生，從而保護水生生物，因而被用于高濃度硝酸鹽廢水的處理。（1）硝酸鹽呼吸104（2）硫酸鹽呼吸（硫酸鹽還原）嚴(yán)格地說是異化硫酸鹽還原，在硫酸還原酶的催化作用下，以有機物為氧化基質(zhì)，使硫酸鹽還原成H2S（光能自養(yǎng)菌的食物）。他們廣泛分布在土壤、海水、污水、淤泥、溫泉、油井、以及動物和人體腸道中。既有兼性厭氧的也有嚴(yán)格厭氧的。以脫硫弧菌最為常見。利——厭氧污水中有機物及重金屬污染處理弊——H2S惡臭、腐蝕性和生物毒性有臭雞蛋氣味的硫化氫，或在周圍環(huán)境有鐵離子存在時出現(xiàn)黑色的FeS沉淀出現(xiàn)。105Ⅰ、危害A．腐蝕性硫酸鹽還原菌釋放的硫化氫氣體對金屬有很強的腐蝕性，會造成油井套管、地下管線、水冷卻設(shè)備的腐蝕穿孔，尤其是對油田注水井的套管腐蝕，可以使套管的使用壽命縮短一半，而不得不提前更換，同時腐蝕產(chǎn)生的FeS還會堵塞油井，這些都給油田系統(tǒng)造成了十分巨大的經(jīng)濟損失，目前通常采用向注水中投加殺菌劑防治，也有通過陰極保護、紫外殺菌等方法，但總體而言效果都不是很理想，不是費用太高，就是效果不穩(wěn)定，我國這方面的研究剛剛起步。106B．生物毒性硫酸鹽還原菌釋放的硫化氫氣體不僅有腐蝕性，同時還有毒性。在厭