微生物学-第五章第六章课件

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1、第五章微生物的营养,一、微生物的化学组成 二、微生物的营养物及营养类型 三、微生物的培养基 四、营养物质进入微生物细胞的方式,第一节 微生物的化学组成（P59),2.干物质（10% - 30%） 有机物（占干物质的90%-97%)： 包括蛋白质、核酸、糖类、脂类。 无机物：包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl 微量元素Cu、Mn、Zn、B、Mo、Co、Ni等。 微生物细胞中主要元素组成实验式： 细菌 C5H7NO2 真菌 C10H17NO6 藻类 C5H8NO2 原生动物 C7H14NO3,1.水分（70% - 90%）,第二节 微生物的营养物(P60),水 2. 碳素营养源：能供给微

2、生物碳素营养的物质， 包括无机含碳化合物和有机含碳化合物。 3. 氮素营养源：能供给微生物氮素营养的物质； 无机氮源 有机氮源 4. 无机盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐等； 5. 生长因子：VB族、VC、氨基酸、嘌呤、嘧啶、生物素、烟碱等。,微生物的营养物：凡能满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。 微生物获得与利用营养物质的过程称为营养。,水是微生物生长所必不可少的。水在细胞中的生理功能主要有： 起到溶剂与运输介质的作用，营养物质的吸收与代谢产物的分泌必须以水为介质才能完成； 参与细胞内一系列化学反应； 维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象； 因为水的比热高，是热的良好导

3、体，能有效地吸收代谢过程中产生的热并及时地将热迅速散发出体外，从而有效地控制细胞内温度的变化； 保持充足的水分是细胞维持自身正常形态的重要因素。,1. 水,在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质称为碳源 (source of carbon)。 从简单的无机含碳化合物如CO2和碳酸盐到各种各样的天然有机化合物都可以作为微生物的碳源，但不同的微生物利用含碳物质具有选择性，利用能力有差异。,2. 碳源,碳源的生理作用 碳源物质通过复杂的化学变化来构成微生物自身的细胞物质和代谢产物构成细胞的物质； 多数碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为机体提供维持生命活动的能量; 但有些以CO2为唯一或主要碳

4、源的微生物生长所需的能源则不是来自CO2。,微 生 物 的 营 养 和 代 谢,微生物利用的碳源物质,3. 氮源,氮源物质常被微生物用来合成细胞中含氮物质，少数情况下可作能源物质，如某些厌氧微生物在厌氧条件下可利用某些氨基酸作为能源。 能被微生物所利用的氮源物质有蛋白质及其各类降解产物、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、分子态氮、嘌呤、嘧啶、脲、酰胺、氰化物。 微生物对氮源的利用具有选择性，如玉米浆相对于豆饼粉，NH4+相对于NO3-为速效氮源。铵盐作为氮源时会导致培养基pH值下降，称为生理酸性盐，而以硝酸盐作为氮源时培养基pH值会升高，称为生理碱性盐。,微 生 物 的 营 养 和 代 谢,微生物利用的

5、氮源物质,在机体中的生理功能主要是： 构成细胞组分（大量元素和微量元素）； 是微生物生长必不可少的一类营养物质，是构成酶活性中心的组成部分、维持酶的活性； 调节并维持细胞的渗透压平衡、控制细胞的氧化还原电位； 供给自养微生物生长的能源物质。,4. 无机盐,微量元素微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素，通常需要量在10-6-10-8mol/L (培养基中含量)。微量元素一般参与酶的组成或使酶活化。,无机盐及其生理功能,微量元素与生理功能,生长因子(growth factor)通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足

6、以满足机体生长需要的有机化合物。根据生长因子的化学结构和它们在机体中的生理功能的不同，可将生长因子分为维生素(vitamin)、氨基酸、嘌呤与嘧啶三大类。,5. 生长因子,维生素：在机体中所起的作用主要是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢； 氨基酸：有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸的能力，因此必须在培养基中补充这些氨基酸或含有这些氨基酸的小肽类物质，微生物才能正常生长； 嘌呤与嘧啶：在微生物机体内的作用主要是作为酶的辅酶或辅基，以及用来合成核苷、核苷酸和核酸。,碳氮磷比,由于不同的微生物细胞的元素组成比例不同，对各种营养元素的比例要求也不同。通常用碳氮比（或碳氮磷比）来衡量。 在污生物水处理中，为

7、保证污水生物处理的效果，需按碳氮磷比配给营养物质。 废水生物处理中好氧微生物群体为 BON5:N:P=100:5:1 厌氧消化污泥中对碳氮磷比要求为 BON5:N:P=100:6:1,光能无机自养型(photolithoautotrophy)、 光能有机异养型(photoorganoheterophy)、 化能无机自养型(chemolithoautotrophy) 化能有机异养型(chemoorganoheterotrophy),第三节 微生物的营养类型,光能无机自养型 也称光能自养型，这是一类以CO2为唯一碳源或主要碳源并利用光能进行生长的微生物，它们能以无机物如水、硫化氢、硫代硫酸钠或其他

8、无机化合物为电子供体（供氢体），使CO2固定还原成细胞物质，并且伴随元素氧（硫）的释放。,光能无机自养型,藻类、蓝细菌和光合细菌属于这一类营养类型。藻类和蓝细菌产氧：,这与高等植物光合作用是一致的。,这与藻类、蓝细菌和高等植物是不同的。,光合细菌不产氧：,光能有机营养型 或称光能异养型，这类微生物不能以CO2作为唯一碳源或主要碳源，需以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质。,光能有机异养型,红螺属的一些细菌就是这一营养类型的代表：,光能有机营养型细菌在生长时通常需要外源的生长因子。,化能无机自养型 或称化能自养型，这类微生物不进行光合作用，而是利用无机物氧化过程中放出的化学能作为它

9、们生长所需的能量，以CO2或碳酸盐作为的唯一或主要碳源合成有机物。如利用电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使CO2还原成细胞物质。 绝大多数化能无机自养菌是好氧菌。如硫化细菌、硝化细菌、氢细菌、铁细菌等。,化能无机自养型,例如氢细菌：,化能有机营养型 或称化能异养营养型，这类微生物生长所需的能量来自有机物氧化过程放出的化学能，生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等，也即化能有机营养型微生物里的有机物通常既是它们生长的碳源物质又是能源物质。,化能有机异养型,大多数微生物属于化能有机营养型：绝大多数的细菌、全部真菌、原生动物以及病毒。,微生物营养类型(),

10、微生物的营养类型(),培养基 (culture medium)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。无论是以微生物为材料的研究，还是利用微生物生产生物制品，都必须进行培养基的配制，它是微生物学研究和微生物发酵生产的基础。 培养基中应含满足微生物生长发育的：水分、碳源、氮源、生长因子以及基本的离子，磷、硫、钠、钙、镁、钾和铁及各种微量元素。 此外，培养基还应具有适宜的酸碱度(pH值)和一定缓冲能力及一定的氧化还原电位和合适的渗透压。,第三节 微生物的培养基,培养基的类别,1. 按培养基的成份可分为： 合成培养基 天然培养基 复合培养基 2. 按培养基的物理状态可分为： 液体培

11、养基 固体培养基 半固体培养基 3. 按实验目的和用途可分为： 基础培养基 选择培养基 鉴别培养基 加富培养基和富集培养,理想的凝固剂应具备以下条件：不被所培养的微生物分解利用；在微生物生长的温度范围内保持固体状态，在培养嗜热细菌时，由于高温容易引起培养基液化，通常在培养基中适当增加凝固剂来解决这一问题；凝固剂凝固点温度不能太低，否则将不利于微生物的生长；凝固剂对所培养的微生物无毒害作用；凝固剂在灭菌过程中不会被破坏；透明度好，粘着力强；配制方便且价格低廉。,常用的凝固剂有琼脂(agar)、明胶(gelatain)和硅胶(silica gel)。,第四节 营养物质进入微生物细胞的方式（P65)

12、,1、单纯扩散: 2、促进（成）扩散 3、主动扩散 钠钾泵主动运输 离子浓度梯度主动运输 氢离子浓度梯度主动运输 4、基团转位,四种运送营养物质方式的比较,第六章 微生物的酶和酶促反应,一、酶（Enzyme）的概念 酶是活细胞产生的一类具有催化功能的蛋白质，亦称为生物催化剂 Biocatalysts 。 绝大多数的酶都是蛋白质 (Enzyme和Ribozyme)。 酶催化的生物化学反应，称为酶促反应Enzymatic reaction。 在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物substrate。,二、 酶的组成,酶蛋白：加速生物化学反应,辅基和辅酶：传递电子、原子和化学基团,金属离子：传递电

13、子、起激活剂作用。,三、酶的分类,单成分酶、全酶（双成份酶）按成分分类； 胞内酶，胞外酶，表面酶酶在细胞内外的部位； 水解酶、氧化还原酶、转移酶、异构酶、裂解酶、合成酶按酶促反应性质。,四、酶的作用原理酶蛋白的活性中心,（一）基本概念：酶的活性中心是指结合底物和将底物转化为产物的区域，通常由少数几个氨基酸残基组成。 酶的活性中心包括两个功能部位：结合部位和催化部位。 1结合部位（ Binding site） 酶分子中与底物结合的部位或区域。此部位决定酶的专一性。 2催化部位（ catalytic site ） 酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。此部位决定酶所催化反应的性质。,五、

14、酶作为生物催化剂的特性,酶的催化作用可使反应速度提高10 101倍。 例如：过氧化氢分解 2H2O2 2H2O + O2 用Fe3+ 催化，效率为6X10-4 mol/mol.S，而用过氧化氢酶催化，效率为6X106 mol/mol.S。,1高效性（酶具有极高的催化效率）,2专一性（又称为特异性）,酶的专一性是指酶在催化生化反应时对底物的选择性，即一种酶只能作用于某一类或某一种特定的物质。亦即酶只能催化某一类或某一种化学反应。 例如：蛋白酶催化蛋白质的水解；淀粉酶催化淀粉的水解；核酸酶催化核酸的水解。,酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范围为20-40C。 高温或其它苛刻的物理

15、或化学条件，将引起酶的失活。,3反应条件温和,酶易失活,凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性。所以酶作用一般都要求比较温和的条件如常温、常压和接近中性的酸碱度。,.酶活力可调节控制,如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。,.某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关,六.酶促反应动力学,酶催化过程: 1913年，Michaelis和Menten在前人工作的基础上， 假定 E+S ES 快速建立平衡，底物浓度远远大于酶浓度， ES分解产物的逆反应忽略不计，推导出下列方程：,米-门方程,Vmax最大反应速率；S基质浓度； V反应速率 Km米氏常

16、数。,当SKm时，v=VmaxS/Km 当SKm时, v=Vmax 当S= Km时, v=Vmax/2,米-门方程式从酶促反应中推导得出的，但也适用于细菌等微生物的生物反应情况。,降低反应的活化能（activation energy） 酶促反应：E + S = ES = ES* EP E + P 非酶促反应：S P 催化剂的作用是降低反应活化能,从而起到提高反应速度的作用。,酶作用高效率的机制,反应过程中能的变化,实例：H2O2的分解 无催化剂时活化能为75.24 KJ/mol; 铂为催化剂时48.9; H2O2酶为催化剂8.36,七、影响酶活力的因素,1. 酶浓度对酶促反应速度的影响 2. 底物浓度对酶促反应速度的影响 3. 温度对酶促反应速度的影响 4. pH对酶促反应速度的影响 5. 激活剂对酶促反应速度的影响 6. 抑制剂对酶促反应速度的影响,1、酶浓度对酶促反应速度的影响,在酶促反应体系中，当底