1、1第一节第一节 微生物的酶微生物的酶2 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。细胞中自己制成，基本成分是蛋白质。本成分是蛋白质。酶蛋白酶蛋白+辅助因子辅助因子全酶全酶传递电子等、激活剂传递电子等、激活剂 仅由酶蛋白组成仅由酶蛋白组成。决定酶反应的专一决定酶反应的专一性性,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3二、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组成酶蛋白的氨基酸按一定顺
2、序由肽键连接成多肽链；一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多肽链回折或两条多肽链之间由氢键维持其稳定性；链之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多肽链进一步形成更复杂的结构，由氢键及其它化学键维杂的结构，由氢键及其它化学键维持其稳定性。持其稳定性。四级结构：四级结构：多个具有三级结构的亚多个具有三级结构的亚基再次通过化学键连接。基再次通过化学键连接。4 在一级结构上可能相距遥远，但在空间结构在一级结构上可能相距遥远，但在空间结构上彼此靠近，组成具有上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域特定空间结构的区域，与与酶催化作用直接有关的部位称为
3、酶的活性中心。酶催化作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5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。的空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团6三、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
4、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AB+H2OAOH+BH 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AR+BA+BR7六大类酶六大类酶 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。ABA+B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AB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
5、分子化合物A+B+ATPAB+ADP+Pi8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）存在部存在部位位(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，的溶解物质，通过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，的固体物质，利用利用胞外酶胞外酶将吸附在细胞周围的大分子物质水解为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。简单的小分子物质。9酶与一
6、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10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。淀粉，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。底物的一种立体化学结构。
7、催化具有相同化学键或基团的底物进行某种类型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，而对的反应。如脂酶催化脂键，而对R基团没有严格基团没有严格要求。要求。RCOOR酶催化作用的专一酶催化作用的专一性性11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活性中心，与酶的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、底物是刚性的，其形状不会改变，它不能解构象互补，就和锁、钥一样。酶、底物是刚性的，其形状不会改变，它不能解释一种酶催化两个反应的现象释一种酶催化两个反应的现象。酶的构型与底物并不吻合
8、，当底物和酶接触时，诱导酶分子的构象变化，使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，进而使酶和底物契合而结合成中间产物，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性刚性结合结合 柔性柔性结合结合 酶活性专一性的假说酶活性专一性的假说12 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克结晶的克结晶的淀粉酶，在淀粉酶，在65时，时，15分钟可使分钟可使2吨淀粉水解为糊精。吨淀粉水解为糊
9、精。酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能反应的活化能(activation energy)。酶比一般催。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。化剂更有效地降低反应的活化能。13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：活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的底物分子从初态转变到活化态所需的能量能量。p113p11314对环境敏感对环境敏
10、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。机体通过调节酶的活性和酶量，控制代谢机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速度，以满足生命的各种需要和适应环境的变化。的变化。容易发生变性、失活容易发生变性、失活 。15五、酶促反应动力学五、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
11、影响，的影响，并加以定量的阐述。并加以定量的阐述。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。161 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提出酶促反应动力学的基本原理本原理 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 中间产物中间产物ESES的形成，使底物的活化能大大降
12、低，从的形成，使底物的活化能大大降低，从而使反应加速。而使反应加速。E +K1K2E SK3E +PS酶酶底物底物终产物终产物中间产物中间产物 不稳定极易分解不稳定极易分解17V=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，这一公式表示了底物浓度与反应速度的关系，称为称为米氏方程，米氏方程，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，因因而而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
13、力学132kkkKm18 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。19 常用双倒数作图法：即取米氏方程式的倒数形式后可作出一直线。斜率=Km/Vmax1/V1/Smaxmax111VSVKVm 米氏常数的求法米氏常数的求法1/Vmax-1/Km 利用直线的截距可利
14、用直线的截距可得到酶的得到酶的Vmax与与Km203.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211)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。从而增养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。加反应器的处理能力和速率。当当SSEE，酶可被底，酶可被底物饱和的情况下，反应速物饱和的情况下，反应速度与酶浓度度与
15、酶浓度成正比成正比。关系式为：关系式为：V=KV=K3 3 E E22v 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈速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23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。24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；反应反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。为混合级反应。25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
16、度达最大速度;反应为零级反应反应为零级反应263 3）温度温度最适反应温度最适反应温度：能形成能形成最大反应速度最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q双重影响双重影响温度升高，酶促反应速温度升高，酶促反应速度度升高升高；温度升高温度升高1010o oC,C,反应反应速度增加一倍速度增加一倍由于酶的本质是蛋白质，由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度从而反应速度降低降低 。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，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，但温度升高后，酶活性
17、又可恢复酶活性又可恢复。274 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。285 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。296 6）抑制剂对酶反应速度的影响）
18、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，但但不引起酶蛋白变性不引起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30(一一)*概念概念抑制剂通常以抑制剂通常以与与酶活性中心的必需酶活性中心的必需基团基团相结合，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
19、丙醇二巯基丙醇(BAL)(BAL)31*概念概念抑制剂通常以抑制剂通常以非共价键非共价键与与酶或酶酶或酶-底物复底物复合物合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；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 32l竞争性抑制作用竞争性抑制作用反应模式反应模式 抑制剂与底物的抑制剂与底物的结构相似结构相似，能与底物，能与底物竞争竞争酶的活性中心酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑使酶的活性降低。这种抑制作
20、用称为竞争性抑制作用。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33 特点：特点：竞争性竞争性I往往是酶的往往是酶的底物结构类似物；底物结构类似物；抑制剂与酶的抑制剂与酶的结合部位结合部位与底物与酶的与底物与酶的结合结合部位相同部位相同 酶的活性中心酶的活性中心 抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消除；除；34l 非竞争性抑制非竞争性抑制*反应模式反应模式I 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35v非竞争性抑制的特点：非竞争性抑制的特点：非竞争性抑制剂的化学结构不一定与
21、底物的非竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；分子结构类似；抑制剂与酶的活性中心外的位点结合；抑制剂与酶的活性中心外的位点结合；抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓度的改变对抑制程度无影响；度的改变对抑制程度无影响；抑制程度取决于抑制剂的浓度抑制程度取决于抑制剂的浓度36l反竞争性抑制反竞争性抑制*反应模式反应模式v 抑制剂抑制剂不能与游离酶不能与游离酶结合，但可结合，但可与与ESES复复合物结合合物结合37v 反竞争性抑制的特点：反竞争性抑制的特点：反竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的反竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；分
22、子结构类似；抑制剂与底物可抑制剂与底物可同时同时与酶的不同部位结合；与酶的不同部位结合；必须有底物存在必须有底物存在，抑制剂才能对酶产生抑制，抑制剂才能对酶产生抑制作用；作用；抑制程度随底物浓度的增加而增加；抑制程度随底物浓度的增加而增加；抑制程度取决于抑制剂的浓度及底物的浓度抑制程度取决于抑制剂的浓度及底物的浓度38酶的活性酶的活性酶促反应速度酶促反应速度可在适宜的反应条件下，用单位可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。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
23、位时间（在规定条件下，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）的产物等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。或消耗一定数量的底物所需的酶量。39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及及底物浓底物浓度）度），每分钟催化，每分钟催化1 1molmol底物转化为产物所需底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。的酶量为一个国际单位。催量单位催量单位(katal)(katal)催量催量(kat)(kat)是指在特定条件下，每秒钟是指在特定条件下，每秒钟使使molmol底物转化为产物所需
24、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=61 kat=610107 7IUIU40u比活力（比活性）：每单位（一般是mg）酶液中的酶活力单位数（酶单位/mg蛋白）。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/mL（液体制剂），酶单位/g（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（含杂质越少），所以比活力是评价酶纯度高低的一个指标。41第二节第二节 微生物的营养微生物的营养 这里的营养不单是通常意义营养物、营养这里的营养不单是通常意义营养物、营养品概念，在这里指品概念，在这里指微生物吸取生长所需的各种微生物吸取生长所需的
25、各种物质以进行新陈代谢的过程物质以进行新陈代谢的过程。营养是生物的基。营养是生物的基本功能本功能,微生物是有生命的个体，营养是其生微生物是有生命的个体，营养是其生命活动的基础。命活动的基础。42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，它们存在着物十分接近，它们存在着“营养上的统一性营养上的统一性”，但可，但可供其利用的食物种类要多得多。供其利用的食物种类要多得多。43一、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
26、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同一种微生物在不同的生长阶段其化学成分也有差异。但也有差异。但在正常情况下，各类微生物细胞在正常情况下，各类微生物细胞的成分是相对稳定的。的成分是相对稳定的。44二、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
27、区分成六大类可以将它们区分成六大类:45CO2、CO32）凡能供给微生物生长过凡能供给微生物生长过程中程中碳素营养碳素营养的物质的物质。对于异养型微生物，其对于异养型微生物，其碳源同时又兼作能源，碳源同时又兼作能源，这种碳源又称为这种碳源又称为双功能双功能营养物。营养物。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（麦芽糖、淀粉糖、淀粉）生产中常见的碳源生产中常见的碳源：玉米粉、：玉米粉、麸皮、米糠、酒糟。麸皮、米糠、酒糟。各种细菌利用各种细菌利用C源的能力有所不源的能力有所不同：假单胞菌属；同：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。46氮
28、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的的主要元素。在极端情况下（主要元素。在极端情况下（e.g.e.g.饥饿情况下）饥饿情况下）也可提供能量。也可提供能量。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、固氮微生物以分子氮为唯一氮源：固氮菌、固氮蓝藻固氮蓝藻 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
29、源物质的利用具有选择性。p12347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生物称作氮源的微生物称“氨基酸异养型微生物氨基酸异养型微生物”。乳。乳酸细菌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，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的微生物称为氨基酸自养型微生物：氨基酸自养型微生物：霉菌、酵母霉菌、酵母菌菌48（四）无机盐（四）无机盐无机盐无机盐(inorg
30、anic salt)是微生物生长必不可少的是微生物生长必不可少的一类营养物质一类营养物质.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注意：不同的微生物对无机盐的需求浓度也不同。注意：不同的微生物对无机盐的需求浓度也不同。49（五）（五）生长因子生长因子 某些微生物在生长过程中不能
31、自身合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。成，同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。只有少数细菌需要外界提供现成的生长因子，才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充足的环境，如牛奶中、肠道。这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。5051
32、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。52微生物往往先利用现成的、易被吸收利用的化合微生物往往先利用现成的、易被吸收利用的化合物。
33、如果这些物质量已满足了它们的要求，就不利用物。如果这些物质量已满足了它们的要求，就不利用其他物质了。其他物质了。有些微生物在利用易被吸收利用物质的同时，有些微生物在利用易被吸收利用物质的同时，能利用难降解的化合物能利用难降解的化合物共代谢。共代谢。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 C：N=25：1废水生物处理中要求 好氧处理 BOD:N:P=100:5:1 厌氧消化污泥 BOD:N:P=100:6:15354 又分为细菌和细菌。55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为唯一碳源或为唯一碳源或主要碳源主
34、要碳源并并利用光能利用光能进行生长的的微生物，它们进行生长的的微生物，它们能能以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机化以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机化合物为供氢体，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,并且并且伴随元素伴随元素氧（硫）的释放氧（硫）的释放。56 CO2 +CH2O（糖）+H2O +v 碳源碳源：以：以CO2 为惟一碳源为惟一碳源v 能源能源：光转变为光转变为 ATP蓝细菌蓝细菌从水中的光解水中的光解中获得氢，用于还原CO2。CO2+H2O光能叶绿素CH2O+O2放出氧57硫细菌硫细菌亚）硝亚）硝化细菌化细菌铁细菌、氢细菌铁细菌、氢细菌58 例如，
35、进行有机物合成反应如下 +2O2 2+4 H+619千焦耳 ATP CO2 +4 H CH2O +H2 O细菌能用于污水处理吗？为什么？细菌能用于污水处理吗？为什么？化能自养微生物的专一性很强化能自养微生物的专一性很强，一种细菌往一种细菌往往只能氧化某一种特定的无机物。往只能氧化某一种特定的无机物。5960：绝大多数绝大多数的的细菌细菌、原生动物，原生动物，全部全部真菌真菌、以及、以及病毒病毒。v 碳源碳源有机物，有机物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等v 能源能源有机物氧化有机物氧化获得。获得。如果化能有机营养型微生物利用的有机物不具如果化能有机营养型微生物利用的
36、有机物不具有生命活性，则是有生命活性，则是腐生型腐生型；若是生活在生活细胞；若是生活在生活细胞内从寄生体内获得营养物质，则是内从寄生体内获得营养物质，则是寄生型寄生型。61 寄生细菌，可以通过水源、食物传播，是水处理中需要监控和杀灭的对象。62不受氧气限制不受氧气限制，尤其，尤其（食品（食品行业）的高效处理行业）的高效处理 光能光能+色素色素 63CO2 2CH2O+2CH3COCH3+H2O光能光能光合色素光合色素CH3CH3CHOH 红螺菌在湖泊、池塘、淤泥中含有，在缺红螺菌在湖泊、池塘、淤泥中含有，在缺氧时能利用有机酸、醇等有机物。同时该菌含有氧时能利用有机酸、醇等有机物。同时该菌含有蛋
37、白质蛋白质65%，和大量的氨基酸、抗生素。常用工，和大量的氨基酸、抗生素。常用工业废水和农业废弃物生产该菌，既保护了环境消业废水和农业废弃物生产该菌，既保护了环境消除污染，又生产了单细胞蛋白变废为宝。除污染，又生产了单细胞蛋白变废为宝。红螺菌：红螺菌：64人工投加人工投加光合光合细菌细菌（PSB,红螺菌红螺菌）有利于水产养殖，原有利于水产养殖，原因？因？迅速转化毒物（迅速转化毒物（）为高）为高蛋白的菌体，作为鱼蛋白的菌体，作为鱼的饲料，的饲料，且且；优势生长时能优势生长时能的生长的生长65微生物的营养类型（小结）微生物的营养类型（小结）营养类型营养类型能源能源基本碳源基本碳源实例实例光能自养型
38、光能自养型光光CO2紫硫细菌、绿硫紫硫细菌、绿硫细菌、蓝细菌、细菌、蓝细菌、藻类藻类光能异养型光能异养型光光CO2及简及简单有机物单有机物红螺菌科的细菌红螺菌科的细菌化能自养型化能自养型无机物无机物*（NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等）等）CO2硝化细菌、硫化硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、细菌、铁细菌、氢细菌、硫磺细氢细菌、硫磺细菌等菌等化能异养型化能异养型有机物有机物有机物有机物绝大多数细菌和绝大多数细菌和全部真核微生物全部真核微生物66以上四种营养类型划分不是绝对的：以上四种营养类型划分不是绝对的：1.如红螺菌既可利用光能，也可利用化能如红螺菌既可利用光能，也可利用化能2.氢
39、单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养型）型）自养与异养的区别不在于能否利用CO2，而在于是否以CO2或碳酸盐为唯一的碳源。自养型以无机碳化物为碳源，异养型虽然也可利用CO2，但必须在有机碳存在情况下。微生物的营养类型微生物的营养类型CO2 2CH2O+2CH3COCH3+H2O光能光能光合色素光合色素CH3CH3CHOH 67四、培养基四、培养基l 培养基培养基 (culture medium)是人工配制的，适合是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。任何培养基都应具备微生物所需要的六大营任何培
40、养基都应具备微生物所需要的六大营养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须立养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须立即灭菌。即灭菌。681.1.培养基的配制原则培养基的配制原则 根据不同需要配制不同根据不同需要配制不同的培养基的培养基 细菌细菌：牛肉膏蛋白胨培养基：牛肉膏蛋白胨培养基 真菌真菌：马铃薯糖培养基：马铃薯糖培养基 调节不同调节不同pH值值各营养物质的浓度及配比。各营养物质的浓度及配比。物美价廉物美价廉 牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏牛肉膏 3g,蛋白胨蛋白胨10g,NaCl 5g，琼脂，琼脂 18-20g,水水 1000ml,pH 7.0-7.2马铃薯糖培养基马铃薯糖培养基
41、 马铃薯马铃薯 200g，葡萄糖或蔗糖葡萄糖或蔗糖 20g，琼脂琼脂 18-20g，水水1000ml，pH 自然自然692.2.培养基的分类培养基的分类(1)根据物理状态分类根据物理状态分类液体培养基液体培养基：不加凝固剂。液体发酵、水处理中：不加凝固剂。液体发酵、水处理中的废水。的废水。我们同样应按照培养基配制的原则分析废水营养成分，合理投加缺乏的营养物，使细菌等微生物能在最佳状态下大量生长，从而净化废水。固体培养基固体培养基：液体培养基中加入：液体培养基中加入2%左右的凝固左右的凝固 剂。分离、鉴定、计数、菌种保藏剂。分离、鉴定、计数、菌种保藏。半固体培养基半固体培养基：液体培养基中加入：
42、液体培养基中加入0.5-1%的凝固的凝固剂剂 。观察细菌的运动状态。观察细菌的运动状态。70细菌在半固体培养基中的生长现象 有鞭毛的细菌，有鞭毛的细菌，沿穿剌线呈模糊沿穿剌线呈模糊羽毛状羽毛状生长。生长。无鞭毛的细菌，无鞭毛的细菌，沿穿剌线呈沿穿剌线呈清晰清晰的线状生长的线状生长。71（2 2）根据化学组成分类）根据化学组成分类天然培养基天然培养基：动、植物、细菌或它们的提取液。：动、植物、细菌或它们的提取液。如如酸奶、酒、腐乳、酱类酸奶、酒、腐乳、酱类的发酵生产的发酵生产 特点特点化学组分不知道，营养丰富，配制容易。化学组分不知道，营养丰富，配制容易。合成培养基合成培养基：完全以化学药品配制
43、而成。：完全以化学药品配制而成。如如KH2PO4、NaCl 特点特点组分确定组分确定 半合成培养基半合成培养基：天然成分和化学药品都有。：天然成分和化学药品都有。分析分析 牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基 马铃薯糖培养基马铃薯糖培养基 属于哪种培养基？属于哪种培养基？72|基础培养基基础培养基(minimum medium)：是含有一：是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，如牛肉膏蛋白胨培养基养基，如牛肉膏蛋白胨培养基|选择培养基选择培养基(selective medium)是用来将某是用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离种或某
44、类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基。出来的培养基。如胆汁酸盐培养基如胆汁酸盐培养基,用于大肠菌群的培养用于大肠菌群的培养,但抑制肠道中但抑制肠道中G+的生长，从而检出大肠菌群的生长，从而检出大肠菌群（3 3）根据用途分类）根据用途分类73 例如筛选纤维素分解菌选用纤维素作为培例如筛选纤维素分解菌选用纤维素作为培养基中的唯一碳源；养基中的唯一碳源；|加富培养基加富培养基：(enrichment medium)加入某些加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基，特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基，用于微生物数量少或对营养要求苛刻的微生用于微生物数量少或对营养要求苛刻的微生物培养。
45、如加入酵母浸膏等。物培养。如加入酵母浸膏等。74n鉴别培养基鉴别培养基(differential medium)：在培养基中：在培养基中加入某种特殊化学物质，某种微生物在培养基中加入某种特殊化学物质，某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物，而这种代谢产物可生长后能产生某种代谢产物，而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化，可将该种微生物与其他微生物区分开来。化，可将该种微生物与其他微生物区分开来。如水处理中常用：如水处理中常用：伊红美蓝培养基，
46、远藤氏培养基伊红美蓝培养基，远藤氏培养基就是典型的鉴别培养基。被用于化验饮用水中是否含有大肠菌群，以及它们的种类。75五、营养物质进入微生物细胞的方式五、营养物质进入微生物细胞的方式 细菌没有专门的摄食器官，只能通过细胞表面进细菌没有专门的摄食器官，只能通过细胞表面进行物质交换。细胞壁只能对大颗粒的物质起阻挡作用，行物质交换。细胞壁只能对大颗粒的物质起阻挡作用，而许多大分子的物质却可自由进出；而细胞膜是一种而许多大分子的物质却可自由进出；而细胞膜是一种半透膜，它可以控制大分子物质的进出，所以营养物半透膜，它可以控制大分子物质的进出，所以营养物质的运输主要与细胞膜有关。质的运输主要与细胞膜有关。
47、实验表明：实验表明：有些小分子物质如有些小分子物质如CO2、H2O、乙醇等、乙醇等可很快通过膜上的小孔扩散入细胞；可很快通过膜上的小孔扩散入细胞；许多菌体需要的物质，其胞内浓度远大于胞外环境许多菌体需要的物质，其胞内浓度远大于胞外环境目前，一般认为营养物质进入细胞的方式有以下四种：目前，一般认为营养物质进入细胞的方式有以下四种：761.简单扩散（单纯扩散、自由扩散、被动扩散）简单扩散（单纯扩散、自由扩散、被动扩散）原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。浓度的胞内
48、进行扩散。特点特点不不消耗能量；消耗能量；不能不能逆浓度运输逆浓度运输；运输速率与膜内外物质的运输速率与膜内外物质的浓度差浓度差成正比成正比物质在扩散过程中物质在扩散过程中没有没有发生任何反应；发生任何反应；不不需要载体参与；需要载体参与；77水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（肪酸、乙醇、甘油、一些气体（O2、CO2）及某些氨）及某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。flows towards high salt concentrations78 单纯扩散模
49、式图单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜内细胞膜792 2促进扩散（协助扩散）促进扩散（协助扩散）促进扩散模式图促进扩散模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象恢复原构象移位移位环环循循再再构象构象改变改变80 通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。运输由一种以上的载体蛋白来完成。特特点点不消耗能量不消耗能量参与运输的物质本身的分子结构不发生
50、变化参与运输的物质本身的分子结构不发生变化不能进行逆浓度运输不能进行逆浓度运输运输速率与膜内外物质的浓度差成正比运输速率与膜内外物质的浓度差成正比需要载体参与需要载体参与813 3主动运输主动运输主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。质运输方式。主动运输模式图主动运输模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变ADP+PiADP+PiATPATP82 这是微生物最主要的运输方式。不同的微生物在这是微生物最主要的运输方式。不同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同，化能微生物主动运输过程中所需的能量的来源不同，化能微
