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1、1微生物代谢作用的催化剂酶,一、酶的组成 单成分酶：只含蛋白质（酶蛋白） 双成分酶（全酶） 全酶酶蛋白活性基团（辅酶或辅基）,有机物,金属离子,有机物+金属离子,酶的功能,酶蛋白:催化生化反应加速进行 活性基团:传递电子、原子或化学基团 金属离子:传递电子、起激活剂作用并决定催化反应的性质,重要的辅酶或辅基,铁卟啉：传递电子 辅酶A：转酰基反应 NAD(辅酶I)和NADP(辅酶II)：传递氢 FMN （黄素单核苷酸）和FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）：传递氢 辅酶Q（CoQ)：传递氢和电子 AMP、ADP、ATP,二、酶蛋白结构,氨基酸肽链蛋白质 一级结构 二级结构 三级结构 四级结构,一级结构
2、二级结构 三级结构 四级结构,蛋白质的分子结构,1、氨基酸在蛋白质多肽链中的排列顺序链接成多肽链,2、主要由肽键和二硫键维持结构,一级结构,3、是多肽链本身的结构,1.蛋白质的二级结构是指多肽链本身折叠或 盘曲所形成的局部空间构象,2.维持蛋白质二级结构主要依靠氢键,3.主要类型是一螺旋,蛋白质的分子结构,4、是多肽链形成的初级空间结构,1. 蛋白质在二级结构形式的基础上进一步盘曲.折叠而形成特定格式的三级结构,2. 三级结构主要依靠疏水键、氢键、盐键维持,蛋白质的分子结构,三级结构,由两个以上具有三级结构的多肽链组成的，蛋白质的这种结构形式称为蛋白质的四级结构。,蛋白质的分子结构,四级结构,
3、三、酶的活性中心,在酶蛋白中，与底物相结合，直接起催化作用的氨基酸微区。,四、酶的分类与命名,根据酶在细胞的不同部位 胞外酶 胞内酶 根据作用底物的不同 淀粉酶 蛋白酶 脂肪酶 纤维素酶 核糖核酸酶,四、酶的分类与命名 根据化学反应类型,1.氧化还原酶类 AH2+BA+BH2 2.转移酶类 AR+B A+BR 3.水解酶类 AB+H2O AOH+BH 4.裂解酶类 AB A+B 5.异构酶类 A A 6.合成酶类 A+B+ATP AB+ADP+Pi,酶的命名（1）习惯命名法,1.一般采用底物+反应类型而命名 如:蛋白水解酶、乳酸脱氢酶、磷酸己糖异构酶 2.对水解酶类 只要底物名称即可 如:蔗糖
4、酶、胆硷酯酶、蛋白酶 有时在底物名称前冠以酶的来源 如:唾液淀粉酶,酶的命名（2）系统命名法 一种酶只有一种名称,包括酶的系统命名和4个数字分类的酶编号 乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+ 乳酸：NAD氧化还原酶（EC1.1.1.27),酶学委员会,第一亚亚类 氢受体为NAD,反应类型,底物名称,第一亚类 被氧化的基团为CHOH,第一大类, 即氧化还原酶类,该酶在亚亚类 中的顺序号,五、酶的催化特性,催化性共性 专一性 绝对专一 相对专一 立体异构专一 反应条件温和性 易失活（敏感性） 高效性,酶就象一把锁,酶的底物或底物分子的一部分犹如钥匙,能专一性地插入酶的活性中心部位而发生反应。,酶与
5、底物结合机理 锁和钥匙模型,刚性,酶与底物结合机理 诱导楔合学说,酶的活性中心结构与底物原本并非恰巧吻合 底物分子与酶接触时，可诱导酶的活性中心结构发生构象改变,柔性,酶蛋白的构型与催化功能的关系,一级结构与催化功能的关系 是多肽链本身的结构，是酶的基本化学结构 二、三级结构与催化功能的关系 是维持酶的活性中心所必须具备的空间结构 四级结构与催化功能的关系 取决于活性中心是否破坏 破坏酶结构的环境因素 物理：加热、紫外线、超声波、强烈搅拌、 射线、射线、射线 化学：浓酸、浓碱、酚、醛、重金属,六、影响酶活力的因素 酶促反应的动力学方程式,中间产物学说,米曼公式 P113,当S很高时 VVmax
6、 Vmax=K3E,米氏常数(Km)的意义,Km是酶的特性常数，与酶的种类、性质有关，与酶浓度无关。 Km反映了酶与底物亲和力大小， Km大，酶与底物亲和力小， Km小，酶与底物亲和力大。 当V=Vmax/2时 S= Km ， Km是酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。 Km可应用双倒数法（Lineweaver-Burk）求得,双倒数法求Km,1/S,1/V,1/Vmax,-1/Km,1/V=(Km/Vmax) 1/S+1/Vmax,Monod 方程,1942年Mond采用纯菌种在培养基溶液中进行微生物生长实验研究,提出了微生物生长速度和底物浓度之间的关系。 微生物增长是底物降解的结果
7、 把微生物与废水中有机物浓度联系起来, 微生物比生长速率（S-1）； max微生物最大比生长速率(S-1)； Cs限制性底物浓度(g/L)； Ks饱和常数，即当=1/2max时的底物浓度。 Monod方程是典型的均衡生长模型，其基本假设如下： 1) 细胞的生长为均衡式生长，因此描述细胞生长的唯一变量是细胞的浓度； 2) 培养基中只有一种基质是生长限制性基质，而其他组分为过量，不影响细胞的生长； 3) 细胞的生长视为简单的单一反应，细胞得率为一常数。,影响酶促反应速率的因素,酶的活力与测定 酶活力 测定方法 化学分析法 光吸收法 量气法 酶分析法,2、酶的浓度和底物浓度对酶促反应速度的影响,3、
8、温度对酶促反应速度的影响,Q10= Q10=1.42.0 温度过低 温度过高,最适,（T+10）的反应速度,T的反应速度,T,V,4、pH对酶促反应速度的影响,酶的作用与基质的电离状态有关,PH,V,最适,5、激活剂对酶促反应速度的影响,激活剂 能使酶活性提高的物质 必需激活剂 缺乏时酶将丧失其催化能力 非必需激活剂 缺乏时酶仍有催化能力，但效率低,6、抑制剂对酶促反应速度的影响P119,抑制剂减弱、抑制、破坏酶活力的物质 不可逆抑制抑制剂与酶分子上某些基团以共价键方式结合，导致酶活性下降或丧失，且不可恢复。 可逆抑制抑制剂与酶分子上某些基团以非共价键方式结合，导致酶活性下降或丧失，除去抑制剂
9、，酶可恢复活性。 竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制,微生物的酶,酶的组成及作用 酶蛋白的结构 酶的活性中心 酶蛋白的结构及与催化功能的关系 酶的分类与命名 酶的催化特性 影响酶活力的因素,2微生物的营养,营养物 满足微生物进行生命活动所需要的物质。以满足正常生长繁殖需要的一种最基本的生理功能。 营养 微生物获取营养物的过程。,新陈代谢,微生物不断地从外界摄取营养物，经过一系列生化反应转变成自身细胞，并把废物排泄到体外的过程。 异化作用：分解物质，放出能量 同化作用：合成物质，吸收能量 异化作用与同化作用的关系 P119,一、微生物的化学组成,（一）水分 70%90% （二）干物质 有机物
10、：90%97% 无机物：3%10% 微生物的化学组成实验式 细菌：C5H7O2N C:N:P,微生物细胞化学组成含量的变化,微生物细胞化学组成可因菌种的种类、菌龄、培养基组成、培养条件、分析方法等而有所不同。 水分 干物质,二、微生物的五大营养要素,水 碳源和能源 氮源 无机盐 生长因素（生长因子）,（一）水 微生物最基本的营养元素,必不可少的溶剂 调节细胞温度,（二）碳源,碳源占细胞干重的50%以上 作用： 为菌体自身合成提供碳架 为微生物生命活动提供能量,微生物的碳源谱,微生物工业发酵中用做碳源的原料,传统种类： 糖类 淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物 淀粉等） 麸皮 各种米糠等 代粮发酵：
11、纤维素、石油、CO2,（二）能源,无机营养微生物（自养型微生物） 光能自养微生物 化能自养微生物 有机营养微生物（异养微生物） 光能异养微生物 化能异养微生物,无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、尿素、 氨、N2 有机氮：蛋白质及其降解产物、牛肉膏、鱼粉、花生 饼粉、黄豆饼粉等 迟效氮源：氮主要以蛋白质形式存在，必须通过水解后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用 速效氮源：无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源 功能： 提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等的原料；,（三）氮源,微生物的氮源谱,微生物的分类 (根据对氮源的要求不同),1.固氮：固氮菌、根瘤菌 2.利用无机氮：
12、硝化细菌、亚硝化细菌、大肠杆菌 3.需要某种氨基酸：乳酸细菌、丙细菌（没有蛋白酶） 4.分解蛋白质取得铵盐或氨基酸： 细菌大量生长时才生成蛋白酶,（四）无机盐,大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe （浓度在10-310-4mol/L） 微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co （浓度在10-610-8mol/L）,一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。,无机盐的生理功能,构成细胞结构组分 作为酶组分或活化剂 参与能量传递或提供能源 维持结构稳定性 调节渗透压,无机盐的生理功能：,（五）生长因子,某些微生物在生长过程中不能自身合成的
13、，但同时又是生长所必需的，须由外界供给的营养物质，称作生长因子。 缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型”微生物。,三、碳氮磷比,由于不同微生物的细胞元素组成比例不同，对各营养元素的比例要求也不同，所以有不同的碳氮磷比,四、微生物的培养基,培养基是根据各种微生物营养需要，包括水、碳源、能源、氮源、无机盐及生长因素按一定的比例配制而成的，用以培养微生物的基质。,配制培养基的原则和顺序,原则：有的放矢，营养协调、条件适宜、经济节约 顺序： 适量水各营养组分调pH生长因子或指示剂等高压蒸汽灭菌冷却放置备用,微生物的培养基的分类,*按培养基组成物分 按培养基形态分 *按实验目的分,*按培养基组成
14、物分,合成培养基 成分明确、重复性强、价格贵，配制复杂，适用于研究。 天然培养基 成分不稳定，营养丰富、价廉，配制容易，适用于实验、生产。 复合培养基： 合成培养基+天然培养基,按培养基形态分,液体培养基 固体培养基 半固体培养基,*按实验目的分,基础培养基：基础配方 加富培养基：用于细菌分离前的富集 鉴别培养基：用于区分鉴别不同的细菌 选择培养基：用于分离菌种,五、营养物质进入细胞的方式 营养运输系统的多样性,单纯扩散 促进扩散 主动运输 基团转位,单纯扩散特点,高浓度低浓度 不与膜上分子发生反应 不消耗能量 扩散速度慢,促进扩散特点,高浓度低浓度 借助载体蛋白 不消耗能量 扩散速度快,单纯
15、扩散,促进扩散,*主动运输特点,低浓度高浓度 载体对运输物有高度专一性 消耗能量 物质性质未改变,主 动 运 输,基团转位特点,基团转位是通过单向性的磷酸化作用而实现 低浓度高浓度 借助多种酶及载体 消耗能量 物质性质改变,E,E,S,S,HPr,HPr,P,P,S,E,ATP,磷酸烯醇丙酮酸,丙酮酸盐,细胞膜,外侧,内侧,基团转位,S,S,S,S,S,S,P,P,P,P,P,S,微生物的营养,微生物本体的化学组成 *微生物的五（六）大营养要素 *微生物的营养类型 微生物的培养基 *营养物进入微生物的方式,3微生物的能量代谢,微生物的生物氧化和产能 生物能量的转移中心ATP ATP的生成方式,能量代谢是新陈代谢中的核心问题。 中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成对一切生命活动都能使用的能源ATP。,生物能量的转移中心 ATP（是短期的储能）,能量代谢是新陈代谢中的核心问题 中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成对 一切生命活动都能使用的能源ATP ADP+H3PO4（Pi) ATP,有机物 最初能源 日光 通用能源 还原态无机物,化能自养菌,化能异养菌,光能营养菌,细胞物质,能量+代谢产物,异养菌,ADP,ATP,呼吸,合成,内源呼吸,不可降解物,底物,异养菌新陈代谢中能量的释放与利用,生物氧化作用： 细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）能量的化学反应。氧化过程
