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1、第四章 微生物的生理本章主要内容本章主要内容 1、微生物的酶、微生物的酶 2、微生物的营养、微生物的营养 3、微生物的产能代谢、微生物的产能代谢 4、微生物的合成代谢、微生物的合成代谢 代谢：是生命细胞内发生的各种化学反应的总称；代谢：是生命细胞内发生的各种化学反应的总称； 产能代谢：也称异化作用，物质分解反应，放出能量；产能代谢：也称异化作用，物质分解反应，放出能量； 合成代谢：也称同化作用，物质合成反应，消耗能量。合成代谢：也称同化作用，物质合成反应，消耗能量。第一节第一节 微生物的酶微生物的酶酶的概念酶的概念酶是动植物、微生物等生物合成的，催化生物化学反应酶是动植物、微生物等生物合成的，
2、催化生物化学反应的、并传递电子、原子和化学集团的生物催化剂。的、并传递电子、原子和化学集团的生物催化剂。 微生物的所有营养和代谢活动必须在酶的参与微生物的所有营养和代谢活动必须在酶的参与下才能正常进行。下才能正常进行。产地功用 1. 酶的组成有两类：酶的组成有两类：单成分酶，只含蛋白质；单成分酶，只含蛋白质；全酶，除了蛋白质，还含有辅助因子，如：小分子全酶，除了蛋白质，还含有辅助因子，如：小分子有机物（不含氮）、金属离子等。有机物（不含氮）、金属离子等。全酶的所有组分必须齐全，缺一不可，否则就会失去全酶的所有组分必须齐全，缺一不可，否则就会失去本有活性。本有活性。一、酶的组成一、酶的组成微生物
3、的酶微生物的酶单成分酶单成分酶全酶全酶酶蛋白酶蛋白+有机物有机物 脱氢酶脱氢酶酶蛋白酶蛋白+金属离子金属离子 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶 酶蛋白酶蛋白+有机物有机物+金属离子金属离子 丙酮酸脱丙酮酸脱氢酶氢酶水解酶水解酶2.酶的各组分的功能：酶的各组分的功能：酶蛋白起加速反应作用；酶蛋白起加速反应作用；其他辅酶、辅基传递电子、原子和化学集团；其他辅酶、辅基传递电子、原子和化学集团；金属离子除传递电子，还起激活剂作用。金属离子除传递电子，还起激活剂作用。辅酶辅基：辅酶辅基：FeFe2+2+、NADNAD、NADPNADP、FADFAD、FMNFMN等。等。 辅酶与辅基的区别只在于它们与酶蛋白结
4、合的辅酶与辅基的区别只在于它们与酶蛋白结合的牢固程度不同，并无严格的界限。前者与蛋白质结牢固程度不同，并无严格的界限。前者与蛋白质结合的较松弛，后者则结合较紧。合的较松弛，后者则结合较紧。 二、酶蛋白的结构二、酶蛋白的结构 酶蛋白也是蛋白质，由酶蛋白也是蛋白质，由20种氨基酸组成。种氨基酸组成。排列顺序不同，蛋白质不同。排列顺序不同，蛋白质不同。 氨基酸由肽键（氨基酸由肽键（-CO-NH-CO-NH-）连接形成多肽链，）连接形成多肽链，两条连或单链在卷曲时相邻的基团可以由氢键、两条连或单链在卷曲时相邻的基团可以由氢键、盐键、脂键、范德华力及金属键相连接。盐键、脂键、范德华力及金属键相连接。 这
5、样，便使酶蛋白呈现以下四种结构。这样，便使酶蛋白呈现以下四种结构。1.1.一级结构：一级结构：多肽链本身结构；多肽链本身结构；2.2.二级结构：二级结构：多肽链形成的初级结构，由氢键连接；多肽链形成的初级结构，由氢键连接；3.3.三级结构：三级结构：在二级结构基础上进一步扭曲形成的更在二级结构基础上进一步扭曲形成的更 复杂的结构，有氢键、盐键、脂键等；复杂的结构，有氢键、盐键、脂键等；4.4.四级结构：四级结构：由多个亚基形成。由多个亚基形成。亚基：由一个或多个多肽链在三级结构的基础上形成亚基：由一个或多个多肽链在三级结构的基础上形成的小单位。的小单位。酶蛋白的结构酶蛋白的结构2020种种氨氨
6、基基酸酸一一级级结结构构三级结构构四四级级结结构构二二级级结结构构肽键肽键氢键氢键氢键氢键盐键盐键疏水键疏水键氢键氢键盐键盐键疏水键疏水键范德华力范德华力二级结构二级结构二级结构二级结构三级结构三级结构三级结构三级结构四级结构四级结构四级结构四级结构三、酶的活性中心三、酶的活性中心 酶的活性中心指的是酶蛋白分子能与底酶的活性中心指的是酶蛋白分子能与底物结合，并发挥催化作用的小部分氨基酸微物结合，并发挥催化作用的小部分氨基酸微区。分有结合部位和催化部位。区。分有结合部位和催化部位。四、酶的分类和命名四、酶的分类和命名 1.1.按照催化反应的类型：按照催化反应的类型：水解酶、氧化还原酶、转移酶、异
7、构酶、裂解酶、合水解酶、氧化还原酶、转移酶、异构酶、裂解酶、合成酶。成酶。a.a.水解酶：催化大分子有机物水解成小分子。水解酶：催化大分子有机物水解成小分子。AB+HAB+H2 2O AOH+BHO AOH+BHb.b.氧化还原酶：催化物质的氧化还原反应。氧化还原酶：催化物质的氧化还原反应。AHAH2 2+B A+BH+B A+BH2 2乳酸乳酸 1.1.按照催化反应的类型：按照催化反应的类型： c. c.转移酶：催化底物基团转移到另一个有机物上。转移酶：催化底物基团转移到另一个有机物上。AR+B A+BRAR+B A+BRR:R:氨基、醛基、酮基、磷酸基氨基、醛基、酮基、磷酸基 d. d.异
8、构酶：催化同分异构体的基团重新排列。异构酶：催化同分异构体的基团重新排列。A AA A如：葡萄糖形成为果糖。如：葡萄糖形成为果糖。 1. 1.按照催化反应的类型：按照催化反应的类型：e.e.裂解酶：催化底物裂解为小分子有机物。裂解酶：催化底物裂解为小分子有机物。A C+BA C+Bf.f.合成酶：催化底物的合成反应。合成酶：催化底物的合成反应。A+B+ATP AB+ADP+PiA+B+ATP AB+ADP+Pi2.2.按照酶在细胞的位置：按照酶在细胞的位置：胞内酶（大部分）、胞外酶、表面酶胞内酶（大部分）、胞外酶、表面酶3.3.按照催化的底物：按照催化的底物：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶淀
9、粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶五、酶的催化特性五、酶的催化特性 1.1.酶和一般催化剂的比较酶和一般催化剂的比较共性：共性：(1).(1).用量少而催化效率高。用量少而催化效率高。(2).(2).仅能改变化学反应的速度，并不能改变化学仅能改变化学反应的速度，并不能改变化学反应的平衡点。反应的平衡点。(3).(3).可降低反应的活化能可降低反应的活化能 2.2.酶作为生物催化剂的特性酶作为生物催化剂的特性2.酶作为生物催化剂的特性酶作为生物催化剂的特性 (1)(1)催化效率高：反应速度是无酶催化或普通人造催催化效率高：反应速度是无酶催化或普通人造催化剂催化反应速度的化剂催化反应速度的10103
10、3次方至次方至10101010次方倍。次方倍。如：在同样条件下，只是催化剂不同，催化如：在同样条件下，只是催化剂不同，催化H H2 2O O2 2分解分解, ,用用H H2 2O O2 2酶酶1 1秒可催化秒可催化10105 5molmol，用，用FeClFeCl3 3，1 1秒只催化秒只催化1010-5-5 mol mol。 (2)(2)酶的作用具有高度的专一性酶的作用具有高度的专一性 一种酶只能催化一种或一类反应。一种酶只能催化一种或一类反应。 绝对专一性绝对专一性 酶的专一性酶的专一性 相对专一性相对专一性 立体异构专一性立体异构专一性 2.酶作为生物催化剂的特性酶作为生物催化剂的特性(
11、3)(3)反应条件温和：常温、常压、中性。反应条件温和：常温、常压、中性。(4)(4)敏感性：对环境条件极为敏感，酶容易失活敏感性：对环境条件极为敏感，酶容易失活 。六.影响酶活力的因素影响酶活力的因素 通过下列反应：通过下列反应： k1 k3E + SE + S ES E + PE + P k2酶酶 底物底物 中间产物中间产物 酶酶 最终产物最终产物 得出米门公式得出米门公式（酶促反应方程式）（酶促反应方程式）其中其中K Km m米氏常数，表示反应速度为最大速度一半时米氏常数，表示反应速度为最大速度一半时的底物浓度。的底物浓度。 从米门公式可知，酶促反应速度与从米门公式可知，酶促反应速度与E
12、E和和SS有关。实有关。实际上，也要受到温度、际上，也要受到温度、pHpH、激活剂、抑制剂的影响。、激活剂、抑制剂的影响。 1.E1.E对酶促反应的影响对酶促反应的影响理论：当底物分子浓度足够时，理论：当底物分子浓度足够时，酶促反应速度与酶促反应速度与EE成正比，即成正比，即当当SS足够大时，足够大时，EE越大，酶越大，酶促反应速度越快。促反应速度越快。实际：当实际：当EE达到一定浓度时，达到一定浓度时，酶促反应速度就趋于平缓。酶促反应速度就趋于平缓。Ev酶浓度与酶浓度与v的关系的关系Sv2.S.S对酶促反应的影响对酶促反应的影响当当EE为定值，且为定值，且SS从零逐渐从零逐渐增大时，酶促反应
13、与增大时，酶促反应与SS成正成正比。但当所有的比。但当所有的E E变成了变成了ESES后，后，即使再增加即使再增加SS，酶促反应速，酶促反应速度也不会增加。度也不会增加。当当SS为定值时，酶促反应速为定值时，酶促反应速度与初始度与初始EE0 0 成正比。成正比。底物浓度与底物浓度与v的关系的关系酶酶0.004酶酶0.003酶酶0.002酶酶0.0013.温度对酶促反应的影响温度对酶促反应的影响酶在最佳适应范围内，它的活性酶在最佳适应范围内，它的活性最高，酶促反应速度最大。最高，酶促反应速度最大。温度每升高温度每升高1010，酶促反应速度，酶促反应速度提高提高1 12 2倍。用倍。用Q Q101
14、0表示，通常在表示，通常在1.41.42.02.0之间。之间。过高过低的温度都会影响酶促反过高过低的温度都会影响酶促反应。但也有很大不同：应。但也有很大不同：高温时，酶会受到破坏，发生不高温时，酶会受到破坏，发生不可逆变性，甚至完全失去活性。可逆变性，甚至完全失去活性。低温时，可降低酶的活性，但不低温时，可降低酶的活性，但不会失去活性，当温度恢复时，活会失去活性，当温度恢复时，活性即恢复。性即恢复。Tv温度与温度与v的关系的关系4.pHpH对酶促反应的影响对酶促反应的影响酶在最适酶在最适pHpH值范围内才表现出正常活性，过高过值范围内才表现出正常活性，过高过低的低的pHpH值都会降低酶的活性。
15、值都会降低酶的活性。pHpH对酶活性的影响：对酶活性的影响：a.a.改变底物与酶的带电状态，影响二者结合；改变底物与酶的带电状态，影响二者结合；b.b.过高、过低过高、过低pHpH值都会影响酶的稳定性，使酶受值都会影响酶的稳定性，使酶受到不可逆破坏。到不可逆破坏。5.激活剂对酶促反应的影响激活剂对酶促反应的影响能够对酶起激活作用的物质称为激活剂。如：能够对酶起激活作用的物质称为激活剂。如：FeFe2+2+、CuCu2+2+、BrBr、SOSO4 42-2-、维生素等。、维生素等。某些酶必须在加入激活剂后才会真正表现出催化性能某些酶必须在加入激活剂后才会真正表现出催化性能或增强催化性能。或增强催
16、化性能。微生物体内有的酶虽然形成了，但并不起催化作用，微生物体内有的酶虽然形成了，但并不起催化作用，称为酶原。当加入了催化剂后才会表现为催化作用。称为酶原。当加入了催化剂后才会表现为催化作用。6.抑制剂对酶促反应的影响抑制剂对酶促反应的影响有些物质可减弱、抑制、破坏酶活性，称为抑制剂。有些物质可减弱、抑制、破坏酶活性，称为抑制剂。如：重金属离子（如：重金属离子（AgAg+ +、HgHg2+2+）、）、COCO、H H2 2S S等。等。抑制剂作用机理：抑制剂作用机理：a.a.竞争性抑制竞争性抑制b.b.非竞争性抑制非竞争性抑制营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物营养物质是微生物生存的
17、物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。维持和延续其生命形式的一种生理过程。营养物质营养物质:能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质。活动所需要的物质。第二节第二节 微生物的营养微生物的营养微生物不断获得营养物质，将其变成细胞组分，并将微生物不断获得营养物质，将其变成细胞组分，并将废弃物排出体外的过程称为新陈代谢。废弃物排出体外的过程称为新陈代谢。营养营养:微生物获得和利用营养物质的过程。微生物获得和利用营养物质的过程。一、微生物的化学组成一、微生物的化学组成主要元素主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁、氯等碳、
18、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁、氯等微量元素微量元素：铜、锌、锰、钼、硒、钴等铜、锌、锰、钼、硒、钴等微生物体内的微生物体内的7090为水，剩下的为干物质。干物质，为水，剩下的为干物质。干物质，则主要为有机物和无机物组成。其中，有机物约占干重则主要为有机物和无机物组成。其中，有机物约占干重的的90%97,主要为蛋白质、核酸、糖和脂肪。主要为蛋白质、核酸、糖和脂肪。其中，其中，C、H、O、N是所有生物的有机元素。是所有生物的有机元素。 二、微生物的营养物及营养类型二、微生物的营养物及营养类型五大要素五大要素：水、碳源、氮源、生长因子、无机盐。水、碳源、氮源、生长因子、无机盐。 1.1.水水水
19、是微生物本身组分；溶剂；有利于对营养的吸收；水是微生物本身组分；溶剂；有利于对营养的吸收；生化反应在溶液中进行。生化反应在溶液中进行。2.2.碳源碳源在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质。在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质。碳源碳源有机碳有机碳无机碳无机碳异养微生物异养微生物自养微生物自养微生物光能异养光能异养化能异养化能异养光能自养光能自养化能自养化能自养微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、脂类、烃、COCO2 2及碳酸盐等。及碳酸盐等。微生物最好的碳源是糖尤其是葡萄糖、蔗糖。微生物最好的碳源是糖尤其是葡萄糖
20、、蔗糖。对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物有能源功能营养物。 凡是能够供给微生物氮素营养的物质称为氮源。氮源凡是能够供给微生物氮素营养的物质称为氮源。氮源的作用是为蛋白质的合成提供原料。的作用是为蛋白质的合成提供原料。3.氮源氮源氮源氮源氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质核核 酸酸尿尿 素素有机氮有机氮无机氮无机氮硝酸盐硝酸盐铵铵 盐盐NH3N24.无机盐无机盐作用作用1.细胞组成部分；细胞组成部分；2.构成酶的组分和维持酶的活性；构成酶的组分和维持酶的活性；3.调节渗透压、调节渗透压、pH、氧化还原电位；、氧化还原电位；4.能源；能源；
21、5.酶的激活剂；酶的激活剂；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。些元素的需要量极其微小的元素。通常需要量在通常需要量在106108mol/L。如：锌、锰、钼、硒、钴、铜、。如：锌、锰、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。钨、镍、硼等。 根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分成根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分成:大量元素：大量元素： P 、S、 K、 Na、Mg、Ca、Fe等。等。1 1）P PP P对于微生物的作用很重要，所有的微生物都需要磷源。对于微生物的作用很重要，所有的微生物都
22、需要磷源。a.a.合成核酸、核蛋白、磷脂及其他含磷物质的重要元素。合成核酸、核蛋白、磷脂及其他含磷物质的重要元素。b.b.是一些辅酶的组成部分。如：是一些辅酶的组成部分。如：NADNAD、ATPATP、ADPADP等。等。c.c.在磷酸化中起作用。在磷酸化中起作用。d.d.高能磷酸键。高能磷酸键。e.e.缓冲剂。缓冲剂。2 2）S SS S是一些氨基酸的组分，一般为硫氢基（是一些氨基酸的组分，一般为硫氢基（SHSH）的形式。）的形式。S S及硫化物是好氧微生物的能源。及硫化物是好氧微生物的能源。5.生长因子生长因子生长因子：那些微生物生长所必需而且需要量很小，生长因子：那些微生物生长所必需而且
23、需要量很小，但但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物长需要的有机化合物。生长因子主要有：维生素生长因子主要有：维生素C、B维生素、氨基酸、碱基维生素、氨基酸、碱基对等。对等。 三三 微生物的营养类型微生物的营养类型异养型生物异养型生物自养型生物自养型生物生长所需要的生长所需要的营养物质营养物质生物生长过程中生物生长过程中能量的来源能量的来源光能营养型光能营养型化能营养型化能营养型1.1.光能无机自养型光能无机自养型2.2.光能有机异养型光能有机异养型3.3.化能无机自养型化能无机自养型4.4.化能有机自养型化能有机自养型根据
24、碳源、能源及电子供体性质的不同根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物分为：可将微生物分为：营养类型营养类型划分依据划分依据营养类型营养类型特点特点碳源碳源自养型自养型以以COCO2 2 为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源异养型异养型以有机物为碳源以有机物为碳源能源能源光能营养型光能营养型以光为能源以光为能源化能营养型化能营养型以有机、无机物氧化释放的以有机、无机物氧化释放的化学能为能源化学能为能源电子供体电子供体无机营养型无机营养型以还原性无机物为电子供体以还原性无机物为电子供体有机营养型有机营养型以有机物为电子供体以有机物为电子供体1 1光能无机自养型（光能自养型）光能无机自养型（光能
25、自养型）能以能以CO2为主要唯一或主要碳源；为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，等作为供氢体或电子供体，使使CO2还原为细胞物质；还原为细胞物质；例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。CO2+ 2H2S光能光合色素 CH2O + 2S+ H2O2 2光能有机异养型（光能异养型）光能有机异养型（光能异养型）不能以不能以CO2为主要或唯一的碳源；为主要或唯一的碳源；以
26、有机物作为供氢体，利用光能将以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子在生长时大多数需要外源的生长因子；例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。CHOH + CO2H3CH3C2光能光合色素2 CH3C0CH3 + CH2O + H2O3 3化能无机自养型（化能自养型）化能无机自养型（化能自养型）生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作为电子供体使CO2还原成细胞物质。化能无机自养型只存在
27、于微生物中，可在完全无机及化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生长。无光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中它们广泛分布于土壤及水环境中, ,参与地球物质循环；参与地球物质循环；4 4化能有机异养型（化能异养型）化能有机异养型（化能异养型）生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，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、有机酸等如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源；大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；所有致病微
28、生物均为化能有机异养型微生物； 上述四大类型微生物的划分不是绝对的，在它们之间上述四大类型微生物的划分不是绝对的，在它们之间也存在过渡类型。也存在过渡类型。 四、四、C/N/PC/N/P比比微生物要想正常生长、繁殖，需要稳定的营养，栽培微生物要想正常生长、繁殖，需要稳定的营养，栽培微生物要想正常生长、繁殖，需要稳定的营养，栽培微生物要想正常生长、繁殖，需要稳定的营养，栽培养时，应该注意五大营养都有供给。但是，不同的微养时，应该注意五大营养都有供给。但是，不同的微养时，应该注意五大营养都有供给。但是，不同的微养时，应该注意五大营养都有供给。但是，不同的微生物对于营养元素的比例需求不同，一般用生物
29、对于营养元素的比例需求不同，一般用生物对于营养元素的比例需求不同，一般用生物对于营养元素的比例需求不同，一般用C/N/PC/N/PC/N/PC/N/P比比比比来表示。来表示。来表示。来表示。污水好氧处理：污水好氧处理：污水好氧处理：污水好氧处理：C C C C：N N N N：P P P P100100100100：5 5 5 5：1 1 1 1（污泥法）；（污泥法）；（污泥法）；（污泥法）；厌氧法：厌氧法：厌氧法：厌氧法： C C C C：N N N N：P P P P200200200200：5 5 5 5：1 1 1 1对于一些行业的工业废水，常常会出现营养不足，就对于一些行业的工业废水
30、，常常会出现营养不足，就对于一些行业的工业废水，常常会出现营养不足，就对于一些行业的工业废水，常常会出现营养不足，就需要进行供给或补充。需要进行供给或补充。需要进行供给或补充。需要进行供给或补充。五、微生物的培养基五、微生物的培养基培养基是人工根据微生物的营养要求，将培养基是人工根据微生物的营养要求，将水、碳源、水、碳源、氮源、无机盐、生长因子等物质按照一定得比例氮源、无机盐、生长因子等物质按照一定得比例配制配制的，用以培养微生物（生长繁殖或产生代谢产物）的的，用以培养微生物（生长繁殖或产生代谢产物）的营养基质。营养基质。培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础。培养基几乎是一切对微生
31、物进行研究和利用工作的基础。任何培养基都应该为微生物生长提供五大营养要素。任何培养基都应该为微生物生长提供五大营养要素。(一一)配置培养基的顺序和原则配置培养基的顺序和原则目的明确目的明确营养协调营养协调理化条件适宜理化条件适宜经济节约经济节约2.配置培养基的原则配置培养基的原则1.配置培养基的顺序配置培养基的顺序烧杯加水烧杯加水 依次加入营养物质依次加入营养物质各成分的顺序：各成分的顺序：1)缓冲化合物；缓冲化合物；2)无机元素；无机元素；3)微量元素；微量元素；4)生长因子。最后调节生长因子。最后调节pH。无菌无菌3)3)营养协调营养协调培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物
32、质浓培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物质浓度过低时不能度过低时不能满足满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。微生物生长起抑制作用。培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（C/NC/N）的影响较大。）的影响较大。2)2)目的明确目的明确根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。1)1)无菌无菌例如，在利用微生物发酵生产谷氨
33、酸的过程中，例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培养基碳氮比为培养基碳氮比为4/1时，菌体量繁殖，谷氨酸积累时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基碳氮比为少；当培养基碳氮比为3/1时，菌体繁殖受到抑制，时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。谷氨酸产量则大量增加。培养基的培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。微生物的生长繁殖或产生代谢产物。通常培养条件：通常培养条件：细菌与放线菌：细菌与放线菌：pH77.5酵母菌和霉菌：酵母菌和霉菌：pH4.56范围内生长范围内生长为了维持培养基为了维持培养基pH的相对
34、恒定，通常在培养基中加入的相对恒定，通常在培养基中加入pH缓冲剂，如缓冲剂，如K2HPO4、(NH4)2SO4或在进行工业发酵或在进行工业发酵时补加酸、碱。时补加酸、碱。有些缓冲剂既可调节有些缓冲剂既可调节pH也是营养物质。也是营养物质。4)理化条件适宜理化条件适宜 pH(二二) 培养基的类型及应用培养基的类型及应用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培养基分成多种类型。途可将培养基分成多种类型。按按成成分分不不同同划划分分含用化学成分还不清楚或化含用化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物学成分不恒定的天然有机物牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽牛
35、肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基汁培养基化学成分完全了解的物质配化学成分完全了解的物质配制而成的培养基制而成的培养基天然培养基天然培养基合成培养基合成培养基半合成培养半合成培养基基无机物无机物+ +有机物有机物按按物物理理状状态态不不同同划划分分在液体培养基中加入一定量凝固在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态，琼脂含剂，使其成为固体状态，琼脂含量一般为量一般为1.5%1.5%2.0%2.0%琼脂含量一般为琼脂含量一般为0.5%1%不加任何不加任何凝固剂凝固剂液体培养基液体培养基固体培养基固体培养基半固体培养基半固体培养基固体培养基常用来进行微生物的分固体培养基常用来进行微生物的分离、
36、鉴定、活菌计数及菌种保藏离、鉴定、活菌计数及菌种保藏 观察微生物的运动特征、分类鉴观察微生物的运动特征、分类鉴定定大规模工业生产及在实验室进行大规模工业生产及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的微生物的基础理论和应用方面的研究研究 用来将某种或某类微生物从混杂的用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基微生物群体中分离出来的培养基用于鉴别不同类型微生物的培养基用于鉴别不同类型微生物的培养基在基础培养基中加入某些特殊营养在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基物质制成的一类营养丰富的培养基基础培养基基础培养基鉴别培养基鉴别培养基选择培养基选择培养基加富培养
37、基加富培养基按按用用途途不不同同划划分分牛肉膏蛋白胨培养基是最常牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基用的基础培养基选择培养基：选择培养基：利用微生物对某些物质的敏感程度不同，在培养利用微生物对某些物质的敏感程度不同，在培养基中加入一些敏感物质，这样就可以利用这些物基中加入一些敏感物质，这样就可以利用这些物质来抑制非目的性微生物的生长，从而使得所需质来抑制非目的性微生物的生长，从而使得所需的微生物大量繁殖。的微生物大量繁殖。如：在培养基中有革兰氏阴性菌也有革兰氏阳性如：在培养基中有革兰氏阴性菌也有革兰氏阳性菌，但想培养的是革兰氏阴性菌，就可以加入胆菌，但想培养的是革兰氏阴性菌，就可以加入胆汁酸
38、盐，抑制阳性菌的繁殖。汁酸盐，抑制阳性菌的繁殖。鉴别培养基：鉴别培养基：利用几种细菌对某一物质的分解能力不同，借利用几种细菌对某一物质的分解能力不同，借助指示剂的显色不同进行菌种鉴别和区分的培助指示剂的显色不同进行菌种鉴别和区分的培养基。养基。如：大肠杆菌中的大肠埃希氏菌、枸橼酸盐杆如：大肠杆菌中的大肠埃希氏菌、枸橼酸盐杆菌、产气杆菌、副大肠杆菌四个，对乳糖的分菌、产气杆菌、副大肠杆菌四个，对乳糖的分解能力不同。解能力不同。其中副大肠杆菌不能分解，大肠埃希氏菌最强，其中副大肠杆菌不能分解，大肠埃希氏菌最强，菌落呈紫红色且带金属光泽；枸橼酸盐杆菌次菌落呈紫红色且带金属光泽；枸橼酸盐杆菌次之，之，
39、菌落呈紫红色或深红色；菌落呈紫红色或深红色；产气杆菌最低，产气杆菌最低，菌落菌落呈淡红色呈淡红色。根据物质运输过程的特点根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为：可将物质的运输方式分为：1.1.单纯扩散单纯扩散2.2.促进扩散促进扩散3.3.主动运输主动运输4.4.基团转位基团转位六、营养物质进入细胞的方式六、营养物质进入细胞的方式四种运输方式也称为四种跨膜方式四种运输方式也称为四种跨膜方式1 1单纯扩散单纯扩散原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上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浓度的胞内进行扩的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内
40、进行扩散。散。特点特点物质在扩散过程中没有发生任何反应；物质在扩散过程中没有发生任何反应；不消耗能量；不能逆浓度运输；不消耗能量；不能逆浓度运输；运输速率较慢，与膜内外物质的浓度差成运输速率较慢，与膜内外物质的浓度差成正比正比水、水、O O2 2、COCO2 2是可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，是可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂溶性物质被磷脂溶解也可通过单纯扩散进出细胞，脂溶性物质被磷脂溶解也可通过单纯扩散进出细胞，并比水溶性物质速度快。并比水溶性物质速度快。 单纯扩散速度慢，不能满足微生物要求，有些物质也单纯扩散速度慢，不能满足微生物要求，有些物质也无法靠单纯扩散进入细胞。这些营养
41、物质主要有氨基无法靠单纯扩散进入细胞。这些营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。为了能够获得这些营酸、单糖、维生素及无机盐等。为了能够获得这些营养，微生物通过特殊的生理结构来帮助上述物质进入。养，微生物通过特殊的生理结构来帮助上述物质进入。这些特殊结构实际就是特异性蛋白质，可与营养物质这些特殊结构实际就是特异性蛋白质，可与营养物质进行可逆性结合，在细胞质膜内外循环往来运输营养进行可逆性结合，在细胞质膜内外循环往来运输营养物质，称其为载体蛋白。因其具有类似酶的一些性质，物质，称其为载体蛋白。因其具有类似酶的一些性质，如专一性，又被称为渗透酶。一种酶只对同一物质或如专一性，又被称为渗透酶。
42、一种酶只对同一物质或同类进行运输，因此，为了能够获得多重营养，细胞同类进行运输，因此，为了能够获得多重营养，细胞质膜上有多种载体蛋白来完成一些营养物质的促进扩质膜上有多种载体蛋白来完成一些营养物质的促进扩散。散。 不耗能量，动力仍为浓度梯度。不耗能量，动力仍为浓度梯度。2 2促进扩散促进扩散2 2促进扩散促进扩散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3 3主动运输主动运输它的一个重要特点是物质运输过程中
43、需要消耗能量和它的一个重要特点是物质运输过程中需要消耗能量和载体，而且可以进行逆浓度运输载体，而且可以进行逆浓度运输。运输过程需要三种运输过程需要三种渗透酶的作用即：单向转运载体、同向转运载体、反渗透酶的作用即：单向转运载体、同向转运载体、反向转运载体。向转运载体。主动运输的作用机理有主动运输的作用机理有3 3种：分别为钠钾泵主动运输、种：分别为钠钾泵主动运输、离子浓度梯度主动运输、离子浓度梯度主动运输、H H+ +浓度梯度主动运输。浓度梯度主动运输。主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运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。输方式。以以H H+ +浓度梯度主动运输机制
44、为例讲解主动浓度梯度主动运输机制为例讲解主动运输：运输：细菌将细菌将ATPATP水解后形成的水解后形成的H H+ +（好氧呼吸氧化营养（好氧呼吸氧化营养物质产生物质产生H H+ +）排出膜外，产生的电子与）排出膜外，产生的电子与O O2 2结合形结合形成成OHOH- -。如此就形成了细胞膜两侧的。如此就形成了细胞膜两侧的H H+ +离子浓度梯离子浓度梯度。度。H H+ +可与营养物质结合。渗透酶上有特异性的可与营养物质结合。渗透酶上有特异性的位点，可以与营养物质和位点，可以与营养物质和H H+ +结合。三者在电位差结合。三者在电位差的作用下，将低浓度区的营养物质送的作用下，将低浓度区的营养物质
45、送到细胞内部。到细胞内部。3 3主动运输主动运输基团转位又称为磷酸烯醇丙酮酸磷酸糖转移酶基团转位又称为磷酸烯醇丙酮酸磷酸糖转移酶运输系统（运输系统（PTSPTS），），PTS PTS 包括酶包括酶I I、酶、酶IIII和一种热稳和一种热稳定蛋白质（定蛋白质（HPrHPr）。）。4 4基团转位基团转位基团转位是另一种类型的主动运输，它与主动运输方基团转位是另一种类型的主动运输，它与主动运输方式的不同之处在于它有一个复杂的运输系统来完成物式的不同之处在于它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而物质在运输过程中发生化学变化。质的运输，而物质在运输过程中发生化学变化。PEP-P + HPr HPr-
46、p + 丙酮酸盐丙酮酸盐 P - HPr +糖糖 糖糖-P +HPr酶酶I酶酶I I基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这种方式运输。这种方式运输。比比较项目目 单纯扩散散促促进扩散散主主动运运输 基基团移位移位特异特异载体蛋白体蛋白 无无有有有有有有运送速度运送速度 慢慢快快快快快快溶溶质运送方向运送方向 由由浓至稀至稀由由浓至稀至稀由稀至由稀至浓由稀至由稀至浓能量消耗能量消耗 不需要不需要不需要不需要需要需要需要需要运送前后溶运送前后溶质分子状
47、分子状态 不不变 不不变不不变改改变运送运送对象象举例例 水、水、O2 糖、糖、SO42-氨基酸、氨基酸、乳糖乳糖糖、糖、嘌嘌呤呤四种运输方式比较四种运输方式比较第三节第三节 微生物的产能代谢微生物的产能代谢同化同化作用作用新陈代谢新陈代谢异化异化作用作用细胞物质合成（营养被转变为机体组分）细胞物质合成（营养被转变为机体组分）产生能量产生能量需要能量需要能量营养物质分解营养物质分解微生物生长繁殖需要营养，合成细胞需要能量，微生物生长繁殖需要营养，合成细胞需要能量，最终靠产能代谢提供。最终靠产能代谢提供。一、产能代谢与呼吸的关系一、产能代谢与呼吸的关系呼吸本质：氧化还原的统一过程。其中有能量呼吸
48、本质：氧化还原的统一过程。其中有能量的产生与转移。的产生与转移。呼吸类型：发酵、好氧呼吸、无氧呼吸呼吸类型：发酵、好氧呼吸、无氧呼吸在呼吸过程中，都会发生电子转移。提供电子在呼吸过程中，都会发生电子转移。提供电子的物质被氧化，接受电子的物质被还原。的物质被氧化，接受电子的物质被还原。所谓的产能代谢就是通过三种呼吸来实现的。所谓的产能代谢就是通过三种呼吸来实现的。一、产能代谢与呼吸的关系一、产能代谢与呼吸的关系微生物产能种类：微生物产能种类：1.1.电能：电子转移产生的能量；电能：电子转移产生的能量；2.2.化学能：物质反应（氧化）过程中释放的能量；化学能：物质反应（氧化）过程中释放的能量；3.
49、3.机械能：鞭毛运动、细胞质流动等产生的能量；机械能：鞭毛运动、细胞质流动等产生的能量；4.4.光能：发光菌产生的能量。光能：发光菌产生的能量。这些能量有的被用于生化反应，有的以热量的形式散发这些能量有的被用于生化反应，有的以热量的形式散发，有的被贮存在，有的被贮存在ATPATP中。中。一、产能代谢与呼吸的关系一、产能代谢与呼吸的关系ATPATP生物能量转移中心生物能量转移中心物质氧化放出能量物质氧化放出能量 细胞合成需要能量细胞合成需要能量ATPATP是在发酵、好氧呼吸、无氧呼吸中形成。具体方式：是在发酵、好氧呼吸、无氧呼吸中形成。具体方式：1.1.底物水平磷酸化底物水平磷酸化厌氧微生物或兼
50、性微生物的底物被氧化，会产生高能厌氧微生物或兼性微生物的底物被氧化，会产生高能中间体，并把高能键（）交给中间体，并把高能键（）交给ADPADP，从而形成，从而形成ATPATP。2.2.氧化磷酸化氧化磷酸化好氧微生物呼吸，通过电子传递体系形成好氧微生物呼吸，通过电子传递体系形成ATPATP。3.3.光合磷酸化光合磷酸化光可引发叶绿素、菌绿素等放出电子，电子在被传递光可引发叶绿素、菌绿素等放出电子，电子在被传递过程中形成过程中形成ATPATP。ATPATP含有高能磷酸键（含有高能磷酸键（31.4KJ31.4KJ），但仅是能量的暂时贮），但仅是能量的暂时贮存物质，如果能量确实过剩，不能用存物质，如果
51、能量确实过剩，不能用ATPATP，而用其他内，而用其他内含颗粒来长期贮存。含颗粒来长期贮存。二、呼吸类型二、呼吸类型根据最终电子受体可将微生物呼吸分为：发酵、根据最终电子受体可将微生物呼吸分为：发酵、好氧呼吸、无氧呼吸三种。好氧呼吸、无氧呼吸三种。( (一一) )发酵发酵不存在外在的电子受体，底物进行部分氧化，用不存在外在的电子受体，底物进行部分氧化，用氧化产物作为最终电子受体。氧化产物作为最终电子受体。这个过程，能量有少量释放，多数仍保留在产物这个过程，能量有少量释放，多数仍保留在产物中。中。以葡萄糖为例，讲解发酵。以葡萄糖为例，讲解发酵。葡萄糖被分解的成丙酮酸的过程称为糖酵解过程，葡萄糖被
52、分解的成丙酮酸的过程称为糖酵解过程，也叫也叫EMPEMP过程。过程。糖酵解是微生物所共有的代谢途径。糖酵解是微生物所共有的代谢途径。糖酵解分为两大步骤：糖酵解分为两大步骤：1.1.预备反应，不发生氧化还原反应。产物是预备反应，不发生氧化还原反应。产物是3 3磷磷酸甘油醛。酸甘油醛。2.2.氧化还原反应，产生氧化还原反应，产生ATPATP，产物为丙酮酸，进一，产物为丙酮酸，进一步发酵可产生乙醇和步发酵可产生乙醇和COCO2 2。整个过程，整个过程，1mol1mol葡萄糖转变成葡萄糖转变成2molATP2molATP，2mol2mol乙醇，乙醇， 2mol2mol水，水， 2molCO 2molC
53、O2 ，即产生能量即产生能量231.4KJ231.4KJ62.8KJ62.8KJ。产能率为。产能率为62.8/238.362.8/238.32626丙酮酸是微生物糖酵解的必然产物，如果进一步发丙酮酸是微生物糖酵解的必然产物，如果进一步发酵，可形成多种产物。因此，有可将发酵分为很多酵，可形成多种产物。因此，有可将发酵分为很多类型：如乙醇发酵；混合酸发酵等。其中，混合酸类型：如乙醇发酵；混合酸发酵等。其中，混合酸发酵是多数大肠杆菌的特征。发酵是多数大肠杆菌的特征。人们利用人们利用V.PV.P试验进行大肠埃希氏杆菌和产气杆菌试验进行大肠埃希氏杆菌和产气杆菌的区分。的区分。大肠埃希氏杆菌的发酵产物为甲
54、酸、乙酸、乳酸、大肠埃希氏杆菌的发酵产物为甲酸、乙酸、乳酸、CO2CO2等。产气杆菌也能进行混合酸发酵，丙酮酸经等。产气杆菌也能进行混合酸发酵，丙酮酸经过缩合、脱羧后形成乙酰甲基甲醇，可在碱性条件过缩合、脱羧后形成乙酰甲基甲醇，可在碱性条件下被迅速氧化为二乙酰，二乙酰可与蛋白胨水解出下被迅速氧化为二乙酰，二乙酰可与蛋白胨水解出的精氨酸所含胍基反应形成红色化合物。称为阳性的精氨酸所含胍基反应形成红色化合物。称为阳性反应。反应。另外，还可以用甲基红试验进行区别。另外，还可以用甲基红试验进行区别。产气杆菌在混合酸发酵时会产生中性的乙酰甲基醇，但产气杆菌在混合酸发酵时会产生中性的乙酰甲基醇，但大肠埃希
55、氏杆菌的混合酸发酵产生多种有机酸，使培养大肠埃希氏杆菌的混合酸发酵产生多种有机酸，使培养液呈酸性，液呈酸性，p H在在4.2左右甚至更低。左右甚至更低。当用甲基红滴入时当用甲基红滴入时 ，大肠埃希氏杆菌培养液为红色，大肠埃希氏杆菌培养液为红色，称之为阳性反应；产气杆菌培养液为橙黄色，为甲基红称之为阳性反应；产气杆菌培养液为橙黄色，为甲基红反应阴性。反应阴性。2.2.好氧呼吸好氧呼吸电子受体为电子受体为O O2 2，底物被彻底的完全氧化成，底物被彻底的完全氧化成COCO2 2和和H H2 2O O，并，并有大量有大量ATPATP产生。产生。在好氧呼吸过程中，电子并不是直接传递给在好氧呼吸过程中，
56、电子并不是直接传递给O O2 2，而是先，而是先转移给转移给NADNAD，成为，成为NADHNADH2 2，然后，然后NADHNADH2 2被氧化后，电子传递被氧化后，电子传递给电子传递体系，最后由电子传递体系转给给电子传递体系，最后由电子传递体系转给O O2 2。得到电子的得到电子的O O2 2与与H H结合形成结合形成H H2 2O O。仍然以葡萄糖为例子，讲解好氧呼吸过程。仍然以葡萄糖为例子，讲解好氧呼吸过程。葡萄糖的好氧呼吸分为两个阶段：葡萄糖的好氧呼吸分为两个阶段：1.1.糖酵解阶段，形成丙酮酸，即糖酵解阶段，形成丙酮酸，即EMPEMP途径酵解阶段；途径酵解阶段；2.2.丙酮酸有氧分
57、解阶段，即三羧酸循环（丙酮酸有氧分解阶段，即三羧酸循环（TCATCA循环）阶循环）阶段。段。好氧呼吸第一阶段：好氧呼吸第一阶段：好氧呼吸第一阶段：好氧呼吸第一阶段：EMPEMP途径形成丙酮酸途径形成丙酮酸途径形成丙酮酸途径形成丙酮酸TCATCATCATCA循环循环循环循环1.TCA1.TCA循环循环循环循环也称为柠檬酸（也称为柠檬酸（也称为柠檬酸（也称为柠檬酸（CACCAC）循环。从丙酮酸开始，先形成）循环。从丙酮酸开始，先形成）循环。从丙酮酸开始，先形成）循环。从丙酮酸开始，先形成乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶A A，乙酰辅酶，乙酰辅酶，乙酰辅酶，乙酰辅酶A A进入进入进入进入TCATCA
58、循环，最终被彻底氧循环，最终被彻底氧循环，最终被彻底氧循环，最终被彻底氧化成为化成为化成为化成为COCO2 2和和和和HH2 2OO。1mol1mol丙酮酸经过丙酮酸经过丙酮酸经过丙酮酸经过TCATCA循环后形成了循环后形成了循环后形成了循环后形成了3mol3mol的的的的COCO2 2：a. a.丙酮酸形成乙酰辅酶丙酮酸形成乙酰辅酶丙酮酸形成乙酰辅酶丙酮酸形成乙酰辅酶A A时，产生时，产生时，产生时，产生1mol1mol；b.b.草酰琥珀酸脱羧时产生草酰琥珀酸脱羧时产生草酰琥珀酸脱羧时产生草酰琥珀酸脱羧时产生1mol1mol；c. c. 脱羧时形成脱羧时形成脱羧时形成脱羧时形成1mol1mo
59、l。2.TCA2.TCA循环的能量问题循环的能量问题循环的能量问题循环的能量问题1mol1mol1mol1mol丙酮酸在丙酮酸在丙酮酸在丙酮酸在TCATCATCATCA循环中，可产生循环中，可产生循环中，可产生循环中，可产生4mol4mol4mol4mol的的的的NADHNADHNADHNADH2 2 2 2,1 molNADH,1 molNADH,1 molNADH,1 molNADH2 2 2 2通过电子传递体系重新氧化成为通过电子传递体系重新氧化成为通过电子传递体系重新氧化成为通过电子传递体系重新氧化成为NADNADNADNAD，同时可生成，同时可生成，同时可生成，同时可生成3 mol
60、3 mol 3 mol 3 mol ATPATPATPATP，则，则，则，则4molNADH24molNADH24molNADH24molNADH2被氧化生成被氧化生成被氧化生成被氧化生成12molATP12molATP12molATP12molATP。可生成可生成可生成可生成1 molGTP1 molGTP1 molGTP1 molGTP，1 mol1 mol1 mol1 mol的的的的GTPGTPGTPGTP转变成转变成转变成转变成1 molATP1 molATP1 molATP1 molATP；可生成可生成可生成可生成1molFADH1molFADH1molFADH1molFADH2 2
61、 2 2, 1 mol, 1 mol, 1 mol, 1 mol的的的的FADHFADHFADHFADH2 2 2 2转变成转变成转变成转变成2 molATP;2 molATP;2 molATP;2 molATP;则，则，则，则， 1mol1mol1mol1mol丙酮酸在丙酮酸在丙酮酸在丙酮酸在TCATCATCATCA循环中共生产循环中共生产循环中共生产循环中共生产12+1+212+1+212+1+212+1+215molATP15molATP15molATP15molATP。 问题：为什么是产生问题：为什么是产生38molATP?38molATP?1mol1mol葡萄糖可在葡萄糖可在EMPE
62、MP途径形成途径形成2mol2mol丙酮酸，则在丙酮酸，则在TCATCA循环中可形成循环中可形成: :21521530molATP;30molATP;由于葡萄糖的好氧呼吸包括两部分，由于葡萄糖的好氧呼吸包括两部分，TCATCA已知产生已知产生30mol30mol。那。那EMPEMP途径呢，在发酵时净剩途径呢，在发酵时净剩2mol2mol，在发酵，在发酵过程中，可产生过程中，可产生2mol2mol的的NADHNADH2 2, ,则可换算成则可换算成23236molATP ,6molATP ,因此，因此， 1mol 1mol葡萄糖可产生：葡萄糖可产生：30+2+630+2+638molATP.38
63、molATP.好氧微生物氧化分解好氧微生物氧化分解1 mol1 mol葡萄糖分子总共可生成葡萄糖分子总共可生成38molATP38molATP，共有，共有1193kJ1193kJ的能量转变为的能量转变为ATPATP。1 mol1 mol葡葡萄糖分子完全氧化产生的总能量大约为萄糖分子完全氧化产生的总能量大约为2876 U2876 U。这。这样，好氧呼吸利用能量的效率大约是样，好氧呼吸利用能量的效率大约是4242，其余的，其余的能量以热的形式散发掉。能量以热的形式散发掉。发酵发酵l moll mol葡萄糖分子的能量利用率只有葡萄糖分子的能量利用率只有2626。可见，进行发酵的厌氧微生物为了满足能量
64、的需要，可见，进行发酵的厌氧微生物为了满足能量的需要，消耗的营养物要比好氧微生物多。消耗的营养物要比好氧微生物多。3.3.乙醛酸循环乙醛酸循环TCATCA循环的一个支路循环的一个支路4.4.电子传递体系电子传递体系: :有氧呼吸中传递电子的一系列有氧呼吸中传递电子的一系列 偶联反应偶联反应 组成：组成：NADNAD或或NADPNADP、FADFAD或或FMNFMN、辅酶、辅酶Q Q、细胞色素、细胞色素a a、a a3 3、b b、c c、c c1 1等。等。作用：作用：a.接受电子供体放出的电子，最终传递给接受电子供体放出的电子，最终传递给O2。b.合成合成ATP，把电子传递过程中释放的能，把
65、电子传递过程中释放的能量收集贮存。量收集贮存。其在细胞中的位置：真核细胞是线粒体，其在细胞中的位置：真核细胞是线粒体，原核细胞是细胞质膜。原核细胞是细胞质膜。 在好氧呼吸中，由前面在好氧呼吸中，由前面EMP和和TCA产生的产生的H（NADH2和和FADH2），通过电子传递体系），通过电子传递体系（呼吸链），最终到达分子氧，（呼吸链），最终到达分子氧，形成水。在这一传递过程中，产形成水。在这一传递过程中，产生生ATP。（称为氧化磷酸化）。（称为氧化磷酸化）好氧呼吸分为两种：外源呼吸和内源呼吸。好氧呼吸分为两种：外源呼吸和内源呼吸。1.1.外源呼吸：正常条件下的呼吸，利用外界营养、外源呼吸：正常条
66、件下的呼吸，利用外界营养、能源进行呼吸。能源进行呼吸。2.2.内源呼吸：外界不能供给能源，利用自身贮存的内源呼吸：外界不能供给能源，利用自身贮存的能源物质进行呼吸。能源物质进行呼吸。好氧呼吸的条件：好氧呼吸的条件：取决于取决于O O2 2的体积分数，微生物环境中的体积分数，微生物环境中O O2 2达到达到0.20.2（大气中氧的体积分数的（大气中氧的体积分数的1 1）或）或0.20.2以上，可以以上，可以进行好氧呼吸，达不到，则无法进行好氧呼吸。进行好氧呼吸，达不到，则无法进行好氧呼吸。( (三三) )无氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸的最终电子受体不是未彻底氧化的有机物，无氧呼吸的最终电子受体不是未彻
67、底氧化的有机物，也不是也不是O O2 2，而是除了，而是除了O O2 2以外的含氧无机物，如以外的含氧无机物，如NONO3 3- -、SOSO4 42-2-、COCO3 32-2-及及COCO2 2、COCO等。等。以以NONO3 3- -为最终电子受体为例讲解无氧呼吸。为最终电子受体为例讲解无氧呼吸。NONO3 3- -接受电子，形成接受电子，形成NONO2 2- -、N N2 2O O、N N2 2。NONO3 3- -NONO3 3- -N N2 2这个过程称为脱氮作用。亦称为反硝化作用或硝酸盐还这个过程称为脱氮作用。亦称为反硝化作用或硝酸盐还原作用。原作用。以其他无机氧化物为最终电子受
68、体的情况：以其他无机氧化物为最终电子受体的情况： 以以SO42-为最终电子受体为最终电子受体 如：如：2CH2CH3 3CHOHCOOH+ HCHOHCOOH+ H2 2SOSO4 4 - - 2CH2CH3 3COOH+2COCOOH+2CO2 2+H+H2 2S+2HS+2H2 2O+1125kJO+1125kJ 以以COCO2 2和和COCO为最终电子受体为最终电子受体 如：如：2CH2CH3 3CHCH2 2OH+COOH+CO2 2- -CH-CH4 4+2CH+2CH3 3COOH COOH 4H4H2 2+CO+CO2 2-CH-CH4 4+2H+2H2 2O O 3H3H2 2
69、+CO-CH+CO-CH4 4+H+H2 2O O三种呼吸类型的比较三种呼吸类型的比较呼吸类呼吸类型型最终电子最终电子受体受体参与反应的酶与电子传递体参与反应的酶与电子传递体系系最终产物最终产物释放能量释放能量乙醇发乙醇发酵酵中间代谢中间代谢产物产物脱氢酶、脱羧酶脱氢酶、脱羧酶辅酶辅酶NAD低分子有机物、低分子有机物、CO2、ATP(2)238.3KJ好氧呼好氧呼吸吸氧气氧气脱氢酶、脱羧酶脱氢酶、脱羧酶辅酶辅酶NAD、FAD辅酶辅酶Q细胞色素细胞色素a、a3、b、c、c1CO2、H2O、ATP(38)、SO42-2876KJ无氧呼无氧呼吸吸NO3-CO32-SO42-脱氢酶、脱羧酶、脱氢酶、脱
70、羧酶、硝酸还原酶、硝酸还原酶、硫酸还原酶硫酸还原酶辅酶辅酶NAD、细胞色素细胞色素b、cCO2、H2O、N2、ATP反硝化反硝化1756KJ反硫化反硫化1125KJ三、微生物发光现象三、微生物发光现象 细菌、真菌、藻类能够发光。细菌、真菌、藻类能够发光。发光微生物有两种特殊成分：虫荧光素酶和长链发光微生物有两种特殊成分：虫荧光素酶和长链脂肪醛。脂肪醛。发光过程实际上就是电子的传递及能量转移过程：发光过程实际上就是电子的传递及能量转移过程：电子由电子由NADHNADH2 2传给传给FMNFMN，和虫荧光素酶，从而虫荧，和虫荧光素酶，从而虫荧光素酶得到激活，在长链脂肪醛的催化下，有氧光素酶得到激活
71、，在长链脂肪醛的催化下，有氧气存在时就会发光。发光后，虫荧光素酶由激活气存在时就会发光。发光后，虫荧光素酶由激活态恢复到基态。态恢复到基态。微生物发光作用：微生物发光作用：1.1.测定环境中的微量氧。测定环境中的微量氧。2.2.测定环境中的微量有毒有害抑制剂。测定环境中的微量有毒有害抑制剂。 发光的微生物多为兼性厌氧菌，但有氧时才会发发光的微生物多为兼性厌氧菌，但有氧时才会发光。对氧气很敏感，黑暗中，在微量氧气存在下，光。对氧气很敏感，黑暗中，在微量氧气存在下，发光菌的光清晰可见。发光菌的光清晰可见。第四节第四节 微生物的合成代谢微生物的合成代谢一一 产甲烷菌的合成代谢产甲烷菌的合成代谢 产甲
72、烷菌利用有机物产生产甲烷菌利用有机物产生CO2和和CH4，利，利用其中间代谢产物和能量物质用其中间代谢产物和能量物质ATP合成蛋合成蛋白质、多糖、脂肪和核酸等物质，用以构白质、多糖、脂肪和核酸等物质，用以构成自身的细胞。成自身的细胞。二、化能自养型微生物的合成代谢二、化能自养型微生物的合成代谢 各种化能自养型微生物的合成代各种化能自养型微生物的合成代谢的合成途径不同谢的合成途径不同1 硝化细菌硝化细菌亚硝化细菌：NH3 NO2-硝化细菌: NO2- NO3-2 硫氧化细菌硫氧化细菌3 氢氧化细菌氢氧化细菌 是依靠是依靠H2的氧化获得能量，以的氧化获得能量，以CO2为碳源的自养菌。氢细菌利用氢为
73、碳源的自养菌。氢细菌利用氢酶氧化分子氢，产生生物合成所酶氧化分子氢，产生生物合成所需要的能量。需要的能量。三三 光合作用光合作用1藻类的光合作用（同绿色植物）藻类的光合作用（同绿色植物） 白天，在有光的条件下，利用体内的素白天，在有光的条件下，利用体内的素（叶绿素、类胡萝卜素、藻蓝素、藻红（叶绿素、类胡萝卜素、藻蓝素、藻红素等），从素等），从H2O的光解中获得的光解中获得H2，还原，还原CO2成成CH2O。 总反应式为：总反应式为：CO2+H2O CH2O+ O2 2 细菌的细菌的光合作用光合作用l能量来源：能量来源： 光能光能 ATP 细菌叶绿素细菌叶绿素 (光合细菌光合细菌) l光合色素：
74、光合色素： 叶绿素叶绿素 (蓝细菌蓝细菌) 细菌紫素细菌紫素 (盐细菌盐细菌)细菌光合作用的供氢体为细菌光合作用的供氢体为H2S和和H2。因光合细菌种类不同，其光合反因光合细菌种类不同，其光合反应也有所不同。应也有所不同。 光合色素光合色素（1）绿硫细菌属）绿硫细菌属 CO2+2H2S CH2O+ 2S+ H2O （2）红硫细菌科）红硫细菌科 2CO2+H2S+2 H2O2CH2O+ H2SO4 （3）氢单胞菌属）氢单胞菌属 CO2+2H2 CH2O+H2O 光合细菌通过光周期把光合细菌通过光周期把CO2固定，并转变为固定，并转变为高能贮存物高能贮存物聚聚羟基丁酸（羟基丁酸（PHB）。）。 C
75、O2固定的途径为卡尔文循环。固定的途径为卡尔文循环。3 有机光合细菌的光合作用有机光合细菌的光合作用 以光为能源，以有机物为供氢体还原以光为能源，以有机物为供氢体还原CO2，合，合成有机物。有机酸和醇是它们的供氢体和碳源。成有机物。有机酸和醇是它们的供氢体和碳源。 例如，红螺菌科的细菌能利用异丙醇作供氢例如，红螺菌科的细菌能利用异丙醇作供氢体进行光合作用，并积累丙酮。体进行光合作用，并积累丙酮。 (CH3)2CHOH+ CO2 2CH3COCH3+CH2O+H2O四、异养微生物的合成代谢四、异养微生物的合成代谢 异养微生物利用现成的有机物作碳源和能源，异养微生物利用现成的有机物作碳源和能源，用
76、分解过程中的中间代谢产物和分解代谢中用分解过程中的中间代谢产物和分解代谢中得到的得到的ATP合成自身细胞的组成成分。合成自身细胞的组成成分。 思考思考 1 利用葡萄糖作为唯一碳源和能源的微利用葡萄糖作为唯一碳源和能源的微生物属于哪一营养类型？利用元素硫生物属于哪一营养类型？利用元素硫作为能源的微生物属于哪一营养类型作为能源的微生物属于哪一营养类型？如果后一种微生物利用？如果后一种微生物利用CO2作为唯一作为唯一碳源生长，又如何称呼？碳源生长，又如何称呼？2 葡萄糖在好氧条件下是如何氧化从彻葡萄糖在好氧条件下是如何氧化从彻底的？底的？3 当处理某一工业废水时，怎样着手和当处理某一工业废水时，怎样着手和考虑配给营养？考虑配给营养？4 影响酶促反应的因素有哪些影响酶促反应的因素有哪些
