细菌的生理特性专家讲座.pptx

第二章第二章 细菌生理特征细菌生理特征 细菌生理特征，主要从三方面来分析：(1)营养；(2)呼吸；(3)其它环境原因对它们生活影响。细菌的生理特性第1页 第一节第一节 细菌营养细菌营养一一一一 、细菌细胞化学组成及细菌细胞化学组成及细菌细胞化学组成及细菌细胞化学组成及生理功效生理功效生理功效生理功效 细胞重量细胞重量（湿重）（湿重）水水7090%干物质干物质1020%无机盐无机盐10%有机物有机物90%碳水化合物碳水化合物 蛋白质蛋白质 脂肪脂肪 DNA RNA等等组成微生物细胞组成微生物细胞1、化学组成、化学组成细菌的生理特性第2页2、各化学组分生理功效 可被细菌吸收利用物质：可被细菌吸收利用物质：1水分水分2无机无机盐盐3碳源碳源 4氮源氮源5生长因子生长因子 细菌的生理特性第3页(1)水分水分 水分是最主要、不可缺乏组分之一。水在细菌细胞内存在有两种状态：自由水和结合水。它们生理作用主要有以下几点：1)溶剂作用。全部物质都必须先溶解于水，然后才能参加各种生化反应。2)参加生化反应(如脱水、加水反应)。3)运输物质载体。4)维持和调整一定温度。细菌的生理特性第4页(2)(2)无机盐无机盐 无机盐类在细胞中主要作用是：1)组成细胞组成成份，如H3PO4是 DNA和RNA主要组成成份。2)酶组成成份，如蛋由质和氨基酸SH。3)酶激活剂，如Mg2+、K+。4)维持适宜渗透压。如Na+、K+、Cl。5)自养型细菌能源，如S、Fe2+。细菌的生理特性第5页(3)(3)碳源碳源 有机碳源有机碳源糖类糖类 蛋白质蛋白质 脂肪脂肪 有机酸有机酸无机碳源无机碳源CO2 CO3=多数微生物最好碳源多数微生物最好碳源：葡萄糖、果糖、麦芽糖、淀粉：葡萄糖、果糖、麦芽糖、淀粉 生产中常见碳源生产中常见碳源：玉米粉、麸皮、米糠、酒糟：玉米粉、麸皮、米糠、酒糟 碳源作用：提供细胞骨架和代谢物质中碳素起碳源作用：提供细胞骨架和代谢物质中碳素起源以及生命活动所需要能量。源以及生命活动所需要能量。（提供细胞碳素起源物质）（提供细胞碳素起源物质）细菌的生理特性第6页(4)氮源氮源 提供细菌细胞氮素起源物质。提供细菌细胞氮素起源物质。有机氮源有机氮源蛋白质蛋白质 蛋白胨蛋白胨 氨基酸氨基酸无机氮源无机氮源NH4Cl NH4NO3 试验室惯用氮源试验室惯用氮源：牛肉膏、蛋白胨：牛肉膏、蛋白胨 生产上惯用氮源生产上惯用氮源：尿素、玉米浆、饼粕：尿素、玉米浆、饼粕氮源作用:A、提供细胞新陈代谢中所需氮素合成材料;B、极端情况下(如饥饿状态)，氮源也可为细胞提供生命活动所需能量。细菌的生理特性第7页(5)生长因子生长因子 概念：概念：把一些细菌在生长过程中不能把一些细菌在生长过程中不能本身合成，同时又是生长所必需须由本身合成，同时又是生长所必需须由外界供给营养物质，叫做外界供给营养物质，叫做“生长因子生长因子”。？有三类有三类氨基酸类氨基酸类 嘌呤、嘧啶类嘌呤、嘧啶类 维生素类维生素类试验室惯用：试验室惯用：酵母膏、蛋白胨酵母膏、蛋白胨作为作为综合生长综合生长素；素；硫辛酸、硫辛酸、V VC C、V VK K是主要生长因子是主要生长因子。细菌的生理特性第8页当我们供给细菌营养时应注意什么?为何?1、质量要求：不一样细菌，同一细菌不一样生长阶段，营养质和量要求不一样。2、营养元素之间有百分比要求：主要是指碳氮百分比关系，通常称碳氮比。根瘤菌要求碳氮比为11.5：1，固氮菌要求碳氮比为27.6：1，土壤中许多微生物在一起生活综合要求碳氮比约为25：1。废水生物处理中，微生物群体对营养物质也有一定百分比要求(好氧生物处理中对好氧生物处理中对BODBOD5 5：N N：P P要求普通为要求普通为100100：5 5：1)1)。3、总体来说，细菌代谢能力很强，可利用化合物种类很广，要预防把细菌养“娇”。细菌的生理特性第9页 细菌往往细菌往往优先利用优先利用易被吸收有机物易被吸收有机物质。假如这种物质量已经满足要求，它质。假如这种物质量已经满足要求，它就不再利用其它物质了。就不再利用其它物质了。在工业废水生在工业废水生物处理中，常物处理中，常加入生活污水补充加入生活污水补充工业废工业废水中一些营养物质不足水中一些营养物质不足。加多少酌情而。加多少酌情而定，定，否否则反而会把细菌养则反而会把细菌养“娇娇”，不利不利于工业废水处理。因为生活污水中有机于工业废水处理。因为生活污水中有机物比工业废水中有机物易被吸收利用。物比工业废水中有机物易被吸收利用。微生物利用废水营养情况微生物利用废水营养情况细菌的生理特性第10页二、二、细菌营养类型细菌营养类型依据细菌所需依据细菌所需碳源碳源和和能源能源不一样，营养类型分四类：不一样，营养类型分四类：自养型自养型光能光能自养自养化能化能自养自养异养型异养型光能光能异养异养化能化能异养异养细菌的生理特性第11页1 1、光能自养光能自养(Photolithotroph)(Photolithotroph)属于这一类细菌都含有光合色素，能属于这一类细菌都含有光合色素，能进行光合作用。进行光合作用。藻类、绿色细菌、光合细菌（紫硫细菌、绿硫细菌）藻类、绿色细菌、光合细菌（紫硫细菌、绿硫细菌）藻类、绿色细菌、光合细菌（紫硫细菌、绿硫细菌）藻类、绿色细菌、光合细菌（紫硫细菌、绿硫细菌）v 碳源碳源碳源碳源以以以以COCOCOCO2 2 2 2 为惟一碳源为惟一碳源为惟一碳源为惟一碳源 v 能源能源能源能源光转变为光转变为光转变为光转变为 ATP ATP ATP ATP 如：如：高等绿色细菌、藻类高等绿色细菌、藻类 CO2+H2O CH2O+O2 光能光能叶绿素叶绿素怎样将无机物还原为有机物？怎样将无机物还原为有机物？细菌的生理特性第12页2 2、化能自养（化能自养（chemolithotroph)chemolithotroph)有些细菌，如硝化细菌、铁细菌、一些硫磺细菌等，能氧化一定无机化合物，利用其所产生化学能，还原二氧化碳，合成有机碳化物，这一作用称为化学合成作用。v碳源碳源碳源碳源以以以以 C OC OC OC O2 2 2 2为惟一碳源为惟一碳源为惟一碳源为惟一碳源。v能源能源能源能源无机物氧化产生能量无机物氧化产生能量无机物氧化产生能量无机物氧化产生能量。产能有限，生长迟。产能有限，生长迟。产能有限，生长迟。产能有限，生长迟缓。缓。缓。缓。如如硝化细菌中亚硝酸细菌可推进以下反应硝化细菌中亚硝酸细菌可推进以下反应：2NH3+2O2 CO2+4H+2HNO2+4H+ATPCH2O+H2O细菌的生理特性第13页3 3、化能异养化能异养(chemoorganotroph)(chemoorganotroph)大部分细菌大部分细菌（绝大多数细菌、放线菌和全绝大多数细菌、放线菌和全部真菌、病毒部真菌、病毒）都以这种营养类型生活和生长，都以这种营养类型生活和生长，利用有机物作为生长所需碳源和能源。利用有机物作为生长所需碳源和能源。v 碳源碳源碳源碳源有机物有机物有机物有机物 v 能源能源能源能源有机物氧化有机物氧化有机物氧化有机物氧化取得取得取得取得 在异养细菌中，有很多从死有机残体中取在异养细菌中，有很多从死有机残体中取得养料而生活，仅少数生活在活生物体中，前得养料而生活，仅少数生活在活生物体中，前者称为者称为腐生细菌腐生细菌，后者称为，后者称为寄生细菌寄生细菌。腐生细。腐生细菌在自然界物质转化中起着决定性作用，而很菌在自然界物质转化中起着决定性作用，而很多寄生细菌则是人和动植物病原细菌。多寄生细菌则是人和动植物病原细菌。细菌的生理特性第14页4 4、光能异养（光能异养（photorganotroph)photorganotroph)属于这一营养类型细菌极少，如红螺属于这一营养类型细菌极少，如红螺菌中一些细菌以这种方式生长菌中一些细菌以这种方式生长。普通来说，普通来说，光能营养型细菌生长时大多需要光能营养型细菌生长时大多需要生长因子生长因子。v碳源碳源碳源碳源有机物有机物有机物有机物作供氢体和碳源，要有作供氢体和碳源，要有作供氢体和碳源，要有作供氢体和碳源，要有COCOCOCO2 2 2 2存在。存在。存在。存在。v能源能源能源能源光光光光细菌的生理特性第15页CO2 2 CH3CH3CHOHCH2O+2CH3COCH3+H2O 光能光能光合色素光合色素红螺菌红螺菌红螺菌红螺菌(Rhodospirillum sp(Rhodospirillum sp)属于光合细菌属于光合细菌(Photosynthetic(Photosynthetic BacteriaBacteria，PSB)PSB)一个，广泛分布于江河、湖泊、海洋等水域环境中，一个，广泛分布于江河、湖泊、海洋等水域环境中，尤其在有机物污染积水处数量较多。尤其在有机物污染积水处数量较多。红螺菌开发应用红螺菌开发应用 ：（：（1 1）在废水处理中有主要作用：）在废水处理中有主要作用：红螺菌体内有光红螺菌体内有光合色素，能利用光能，在缺氧条件下，以有机酸、醇等有机物作为营合色素，能利用光能，在缺氧条件下，以有机酸、醇等有机物作为营养物质，使本身快速繁殖。依据它特点，当前已经开始利用红螺菌来养物质，使本身快速繁殖。依据它特点，当前已经开始利用红螺菌来净化高浓度有机废水，以到达保护环境目标。净化高浓度有机废水，以到达保护环境目标。（2 2）在开发新能源中）在开发新能源中应用应用 ：生物制氢是开发新能源一个方向：生物制氢是开发新能源一个方向 ，所以氢作为一个理想而无，所以氢作为一个理想而无污染未来能源日益受到人们关注。当前研究较多是深红红螺菌（污染未来能源日益受到人们关注。当前研究较多是深红红螺菌（Rho-Rho-dospirillum rubrumdospirillum rubrum），其产氢量高达），其产氢量高达65ml65mlh hL L（培养液）。（培养液）。细菌的生理特性第16页思索题：思索题：当前在环境保护中用红螺菌来净化高当前在环境保护中用红螺菌来净化高浓度有机废水，废水在分槽流动中逐步得浓度有机废水，废水在分槽流动中逐步得以净化。由此可知红螺菌代谢方式为以净化。由此可知红螺菌代谢方式为 (A)(A)自养厌氧型自养厌氧型(B)(B)异养需氧型异养需氧型 (C)(C)异养厌氧型异养厌氧型(D)(D)自养需氧型自养需氧型 细菌的生理特性第17页三、三、培养基培养基 在试验中，我们常利用培养基来培养各种细菌进行科学研究。在试验中，我们常利用培养基来培养各种细菌进行科学研究。1 1、概念、概念：指人工配制适合于不一样：指人工配制适合于不一样微生物生长繁殖或积累代谢产物营微生物生长繁殖或积累代谢产物营养基质。养基质。细菌的生理特性第18页 2 2、培养基配制标准、培养基配制标准(1)依据不一样细菌营养需要配制不一样培养基。依据不一样细菌营养需要配制不一样培养基。通常，培养细菌采取牛肉膏蛋白胨培养基，放线通常，培养细菌采取牛肉膏蛋白胨培养基，放线菌采取高氏一号培养基，霉菌采取蔡氏培养基，菌采取高氏一号培养基，霉菌采取蔡氏培养基，酵母菌采取麦芽汁培养基。酵母菌采取麦芽汁培养基。(2)注意各种营养物质浓度及配比，如水处理中要注意各种营养物质浓度及配比，如水处理中要注意进水中注意进水中BOD5：N：P比值，好氧生物处理中比值，好氧生物处理中对对BOD5：N：P要求普通为要求普通为100：5：1。(3)调整适宜调整适宜pH值。值。(4)考虑加生长因子。考虑加生长因子。(5)培养基应物美价廉。培养基应物美价廉。细菌的生理特性第19页3 3、培养基分类、培养基分类(1)依据物理状态分类依据物理状态分类液体培养基：不加凝固剂。水处理中废水。液体培养基：不加凝固剂。水处理中废水。液体发酵。液体发酵。半固体培养基：液体培养基中加入半固体培养基：液体培养基中加入0.5-1%0.5-1%凝固剂凝固剂 观察细菌运动状态。观察细菌运动状态。固体培养基：液体培养基中加入固体培养基：液体培养基中加入2%2%左右凝固左右凝固 剂。分离、判定、计数、菌种保藏剂。分离、判定、计数、菌种保藏。凝固剂凝固剂：琼脂琼脂（）、明胶、硅胶）、明胶、硅胶成份为多缩半乳糖成份为多缩半乳糖 绝大多数微生物不能利用绝大多数微生物不能利用 融化温度融化温度96 96 ，凝固温度，凝固温度45 45 对微生物无毒性对微生物无毒性 琼脂特征琼脂特征细菌的生理特性第20页（2 2 2 2）依据化学组成份类）依据化学组成份类）依据化学组成份类）依据化学组成份类天然培养基：动、植物、细菌或它们提取液。天然培养基：动、植物、细菌或它们提取液。如酸奶、饮料酒、腐乳、酱类发酵生产如酸奶、饮料酒、腐乳、酱类发酵生产 特点特点化学组分不知道，营养丰富，配制轻易。化学组分不知道，营养丰富，配制轻易。合成培养基：完全以化学药品配制而成。合成培养基：完全以化学药品配制而成。如如KHKH2 2POPO4 4、NaCl NaCl 特点特点组分确定组分确定 半合成培养基：天然成份和化学药品都有。半合成培养基：天然成份和化学药品都有。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 属于哪种培属于哪种培养基？养基？细菌的生理特性第21页（3 3 3 3）依据用途分类）依据用途分类）依据用途分类）依据用途分类基础培养基：基础培养基是含有普通微生物生长繁基础培养基：基础培养基是含有普通微生物生长繁殖所需基本营养物质培养基。牛肉膏蛋白胨培养基殖所需基本营养物质培养基。牛肉膏蛋白胨培养基是最惯用基础培养基。是最惯用基础培养基。判别培养基：依据物理化学原因反应特征设判别培养基：依据物理化学原因反应特征设 计可籍助肉眼直接判断细菌计可籍助肉眼直接判断细菌 培养基。培养基。选择培养基：按照某种细菌特殊营养要求专门选择培养基：按照某种细菌特殊营养要求专门 设计。分离细菌由劣势种变为设计。分离细菌由劣势种变为 优势种。优势种。加富培养基：依据营养要求人为地强化投加多加富培养基：依据营养要求人为地强化投加多 种营养物质。种营养物质。细菌的生理特性第22页分析分析 伊红美蓝培养基伊红美蓝培养基 远藤氏培养基远藤氏培养基 属于哪种培养基？属于哪种培养基？细菌的生理特性第23页4、培养基配制方法、培养基配制方法 培养基配制方法及过程大致以下：适量水分 加入各营养组分、无机盐 加入凝固剂 调整pH值 加入生长因子或指示剂等 高压蒸汽灭菌 冷却放置备用。普通最好现配现用。细菌的生理特性第24页四、营养物质吸收和运输：四、营养物质吸收和运输：营养物质吸收和运输营养物质吸收和运输主要有下述四种路主要有下述四种路径：径：1 1、被动扩散、被动扩散2 2、促进扩散、促进扩散3、主动运输 4、基团转位 细菌的生理特性第25页2 酶命名和分类酶命名和分类1、被动扩散(passive(passive diffusion)diffusion)被输送物质，靠细被输送物质，靠细胞内外浓度差为动胞内外浓度差为动力，以透析或扩散力，以透析或扩散形式从高浓度区向形式从高浓度区向低浓度区扩散。低浓度区扩散。细菌的生理特性第26页 被动扩散模式图被动扩散模式图细胞膜外细胞膜内细胞膜细菌的生理特性第27页2 酶命名和分类酶命名和分类被动扩散转运通道细菌的生理特性第28页被动扩散特点：是非特异性是非特异性是非特异性是非特异性营养物质吸收方式营养物质吸收方式营养物质吸收方式营养物质吸收方式：如营养物质经过细胞膜：如营养物质经过细胞膜：如营养物质经过细胞膜：如营养物质经过细胞膜中含水小孔，由高浓度胞外环境向低浓度胞内扩散；中含水小孔，由高浓度胞外环境向低浓度胞内扩散；中含水小孔，由高浓度胞外环境向低浓度胞内扩散；中含水小孔，由高浓度胞外环境向低浓度胞内扩散；在在在在被动扩散被动扩散过程过程中营养物质结构不发生改变中营养物质结构不发生改变中营养物质结构不发生改变中营养物质结构不发生改变：即既不：即既不：即既不：即既不与膜上分子发生反应，本身分子结构也不发生改变；与膜上分子发生反应，本身分子结构也不发生改变；与膜上分子发生反应，本身分子结构也不发生改变；与膜上分子发生反应，本身分子结构也不发生改变；物质运输速率较慢：物质运输速率较慢：物质运输速率较慢：物质运输速率较慢：速率速率速率速率与胞内外营养物质浓度差相关，与胞内外营养物质浓度差相关，与胞内外营养物质浓度差相关，与胞内外营养物质浓度差相关，即随细胞膜内外该物质浓度差降低而减小，直到胞内外即随细胞膜内外该物质浓度差降低而减小，直到胞内外即随细胞膜内外该物质浓度差降低而减小，直到胞内外即随细胞膜内外该物质浓度差降低而减小，直到胞内外物质浓度相同；物质浓度相同；物质浓度相同；物质浓度相同；不需要载体参加不需要载体参加不需要载体参加不需要载体参加：被动扩散被动扩散是一个不需要代谢能运输方是一个不需要代谢能运输方是一个不需要代谢能运输方是一个不需要代谢能运输方式：式：式：式：所以，物质不能进行逆浓度运输。所以，物质不能进行逆浓度运输。所以，物质不能进行逆浓度运输。所以，物质不能进行逆浓度运输。可运输养料有限：可运输养料有限：可运输养料有限：可运输养料有限：限于水、溶于水气体，及限于水、溶于水气体，及限于水、溶于水气体，及限于水、溶于水气体，及分子量小，分子量小，分子量小，分子量小，脂溶性、极性小营养物质。脂溶性、极性小营养物质。脂溶性、极性小营养物质。脂溶性、极性小营养物质。细菌的生理特性第29页三三 促进扩散特点基本与被动扩散相同，促进扩散特点基本与被动扩散相同，不过它须借助细胞膜上一个蛋白质载体不过它须借助细胞膜上一个蛋白质载体进行，所以对转运物质有选样性，即立进行，所以对转运物质有选样性，即立体专体专性。除了细胞内外浓度差外，影性。除了细胞内外浓度差外，影响物质转运另一主要原因是与载体亲协响物质转运另一主要原因是与载体亲协力大小。这种方式存在于真核微生物，力大小。这种方式存在于真核微生物，如厌氧酵母菌对一些物质吸收和代谢产如厌氧酵母菌对一些物质吸收和代谢产物分泌。物分泌。2、促进扩散(facilitated diffusion/transport)细菌的生理特性第30页促进扩散特点：在促进扩散过程中在促进扩散过程中A 营养物质本身在分子结构上也不会发生改变营养物质本身在分子结构上也不会发生改变;B 不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输;C 运输速率由胞内外该物质浓度差决定运输速率由胞内外该物质浓度差决定;D 需要细胞膜上载体蛋白（透过酶）参加物质需要细胞膜上载体蛋白（透过酶）参加物质 运运输输;E 被运输物质与载体蛋白有高度特异性被运输物质与载体蛋白有高度特异性;F 养料浓度过高时养料浓度过高时,与载体蛋白出现饱和效应。与载体蛋白出现饱和效应。细菌的生理特性第31页细菌的生理特性第32页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移位再循环结合结合构象改变细菌的生理特性第33页3、主动运输(Active transport)在代谢能推进下，经过膜上特殊载体在代谢能推进下，经过膜上特殊载体 蛋白逆养料浓度梯度吸收营养物质过程蛋白逆养料浓度梯度吸收营养物质过程。不一样微生物在主动运输过程中所需能不一样微生物在主动运输过程中所需能量起源不一样，好氧微生物中直接来自呼量起源不一样，好氧微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能微生物中则主要来自光能。主动运输是微生物吸收营养物质主要方主动运输是微生物吸收营养物质主要方式。式。细菌的生理特性第34页主动运输特点：物质在主动运输过程中物质在主动运输过程中n 需要消耗代谢能；需要消耗代谢能；n 能够进行逆浓度运输运输方式；能够进行逆浓度运输运输方式；n 需要载体蛋白参加；需要载体蛋白参加；n 对被运输物质有高度立体专一性；对被运输物质有高度立体专一性；n 被运输物质在转移过程中不发生任何被运输物质在转移过程中不发生任何化学改变；化学改变；细菌的生理特性第35页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+PiATP细菌的生理特性第36页基团转位(Group translocation)基因转位是一个特殊主动运输，与普通主动基因转位是一个特殊主动运输，与普通主动基因转位是一个特殊主动运输，与普通主动基因转位是一个特殊主动运输，与普通主动运输相比，营养物质在运输过程中发生了化学改运输相比，营养物质在运输过程中发生了化学改运输相比，营养物质在运输过程中发生了化学改运输相比，营养物质在运输过程中发生了化学改变（糖在运输过程中发生了磷酸化）。其余特点变（糖在运输过程中发生了磷酸化）。其余特点变（糖在运输过程中发生了磷酸化）。其余特点变（糖在运输过程中发生了磷酸化）。其余特点与主动运输相同。与主动运输相同。与主动运输相同。与主动运输相同。基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖运输，脂肪酸、核苷、碱基等菌中，主要用于糖运输，脂肪酸、核苷、碱基等菌中，主要用于糖运输，脂肪酸、核苷、碱基等菌中，主要用于糖运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可经过这种方式运输。当前还未在好氧型细菌也可经过这种方式运输。当前还未在好氧型细菌也可经过这种方式运输。当前还未在好氧型细菌也可经过这种方式运输。当前还未在好氧型细菌及真核生物中发觉这种运输方式，也未发觉氨基及真核生物中发觉这种运输方式，也未发觉氨基及真核生物中发觉这种运输方式，也未发觉氨基及真核生物中发觉这种运输方式，也未发觉氨基酸经过这种方式进行运输。酸经过这种方式进行运输。酸经过这种方式进行运输。酸经过这种方式进行运输。细菌的生理特性第37页在研究大肠杆菌对葡萄糖和金黄色葡萄球菌对乳糖吸收过程中，发觉这些糖进入细胞后以磷酸糖形式存在于细胞质中，表明这些糖在运输过程中发生了磷酸化作用，其中磷酸基团起源于胞内磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，所以也将基团转位称为磷酸烯醇式丙酮酸磷酸糖转移酶运输系统(PTS)，简称磷酸转移酶系统。细菌的生理特性第38页基团转位模式图基团转位模式图细胞膜外细胞膜内S SS SS SS S细胞膜Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2S SS SHPrHPrP P P PHPrHPr Enz1+PEP丙酮酸S：糖，P：磷酸，EnzI：酶，EnzII：酶，HPr：热稳定蛋白，PEP：磷酸烯醇式丙酮酸 细菌的生理特性第39页四种运输营养物质方式比较比较项目比较项目比较项目比较项目被动扩散被动扩散被动扩散被动扩散促进扩散促进扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输主动运输主动运输基团转位基团转位基团转位基团转位n n特异载特异载体蛋白体蛋白n n运输速运输速度度n n物质运物质运输方向输方向n n胞内外胞内外浓度浓度n n运输分运输分子子n n能量消能量消耗耗n n运输后运输后物质结物质结构构无无无无慢慢慢慢由浓至稀由浓至稀由浓至稀由浓至稀相等相等相等相等无特异性无特异性无特异性无特异性不需要不需要不需要不需要不变不变不变不变有有有有快快快快由浓至稀由浓至稀由浓至稀由浓至稀相等相等相等相等特异性特异性特异性特异性不需要不需要不需要不需要不变不变不变不变有有有有快快快快由稀至浓由稀至浓由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性特异性特异性需要需要需要需要不变不变不变不变有有有有快快快快由稀至浓由稀至浓由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性特异性特异性需要需要需要需要改变改变改变改变细菌的生理特性第40页一、一、一、一、酶及其命名和分类酶及其命名和分类酶及其命名和分类酶及其命名和分类1、酶概念：酶是生物细胞中自己制成一个催化剂(生物催化剂)，其基本成份是蛋白质，催化效率比普通无机催化剂高得多，普通高达千、万倍，乃至千万倍。2、酶命名和分类酶命名和分类胞内酶胞内酶 胞外酶胞外酶 存在存在部位部位组成酶组成酶 诱导酶诱导酶存在存在 方式方式单成份酶单成份酶 双成份酶双成份酶组成组成 成份成份催化反应类型催化反应类型水解酶、氧化还原酶、转移酶、合成酶、裂解酶等水解酶、氧化还原酶、转移酶、合成酶、裂解酶等第二节第二节 酶及其作用酶及其作用细菌的生理特性第41页组成酶组成酶：与基质存在是否：与基质存在是否无关无关。在体内有相当数量。在体内有相当数量。诱导酶诱导酶：受到各种连续物理化学原因影响，在体内：受到各种连续物理化学原因影响，在体内 产生产生适应新环境酶适应新环境酶。诱导酶产生在废水生物处理中有主要意义。诱导酶产生在废水生物处理中有主要意义。能够经过能够经过环境诱导环境诱导产生能处理对应物质细产生能处理对应物质细菌等微生物（菌等微生物（驯化驯化）。）。胞内酶：在细胞内部起作用，催化细胞合成和呼吸。胞内酶：在细胞内部起作用，催化细胞合成和呼吸。胞外酶：能透过细胞，作用于细胞外物质（大分子）。胞外酶：能透过细胞，作用于细胞外物质（大分子）。细菌无摄食器官，碰到是细菌无摄食器官，碰到是简单简单溶解物质，经过溶解物质，经过胞内酶胞内酶作用；若碰到是作用；若碰到是复杂复杂固体物质，利用固体物质，利用胞胞外酶外酶将吸附在细胞周围大分子物质水解为简单将吸附在细胞周围大分子物质水解为简单小分子物质。小分子物质。细菌的生理特性第42页 酶与普通催化剂共同点n n只能催化热力学上允许进行化学反应。只能催化热力学上允许进行化学反应。n n能缩短反应到达平衡所需时间，而不能改能缩短反应到达平衡所需时间，而不能改变平衡点。变平衡点。n n对可逆反应正反两个方向都含有催化作用。对可逆反应正反两个方向都含有催化作用。但在实际情况下，作用常趋向一个方向。热力学但在实际情况下，作用常趋向一个方向。热力学条件是影响反应方向主要原因。条件是影响反应方向主要原因。细菌的生理特性第43页二、酶作用特征二、酶作用特征二、酶作用特征二、酶作用特征1、酶作用特点酶作用特点 含有蛋白质各种特征：分子量大、两性化合物、含有蛋白质各种特征：分子量大、两性化合物、不耐高温、易被毒物破坏；不耐高温、易被毒物破坏；含有普通催化剂共性：用量少而催化效率高；加紧含有普通催化剂共性：用量少而催化效率高；加紧 化学反应速度，不改改变学反应平衡点，可降低反化学反应速度，不改改变学反应平衡点，可降低反 应活化能；应活化能；高度催化效率、专一性和可逆性；高度催化效率、专一性和可逆性；温和常温、常压、靠近中性就能够起作用；温和常温、常压、靠近中性就能够起作用；催化活性催化活性可调性。可调性。细菌的生理特性第44页2、酶活性与活性中心酶活性与活性中心酶活性即是酶酶活性即是酶活力活力。指催化一定化学反应能力。反。指催化一定化学反应能力。反应应速度速度越越快快，酶，酶活性活性越越高高。怎样确定酶活性大小怎样确定酶活性大小?？酶活性单位酶活性单位 习惯酶活性单位习惯酶活性单位 比酶活性比酶活性 国际酶学会议国际酶学会议1961条要求：条要求：1 1 酶活性单位酶活性单位是是 指在指在25最最适适pH及底物浓度等条件下，在及底物浓度等条件下，在 1min内转化内转化1mol底物酶底物酶量量比酶活性比酶活性是指单位重量酶蛋白所含有酶活性单位数。水处是指单位重量酶蛋白所含有酶活性单位数。水处理中，惯用理中，惯用比酶活性比酶活性来判断不一样起源污泥活性大小。来判断不一样起源污泥活性大小。习惯酶活性单位，即人为确定酶活性单位定义，如淀粉酶，可用每小时催化l ml 2可溶性淀粉液化所需要酶量作为一个酶活性单位。细菌的生理特性第45页 酶活性中心酶活性中心：酶活性中心是指酶蛋白肽链酶活性中心是指酶蛋白肽链中由少数几个氨基酸残基组成、含有一定中由少数几个氨基酸残基组成、含有一定空间构象与催化作用亲密相关区域。空间构象与催化作用亲密相关区域。酶活性中心分二个功效部位酶活性中心分二个功效部位：第一是：第一是结合结合部位部位，底物靠此部位结合到酶分子上；第，底物靠此部位结合到酶分子上；第二是二是催化部位催化部位，底物键在此处被打断或形，底物键在此处被打断或形成新键，从而发生一定化学改变。成新键，从而发生一定化学改变。细菌的生理特性第46页细菌的生理特性第47页细菌的生理特性第48页酶作用机制酶作用机制诱导契合假说（诱导契合假说（中间产物学说中间产物学说）：）：酶在发挥催化作用前，必须先与底物结合，酶在发挥催化作用前，必须先与底物结合，生成酶生成酶-底物复合物即底物复合物即中间产物中间产物（ESES），然后），然后底物在酶作用下发生变形，处于不稳定过渡底物在酶作用下发生变形，处于不稳定过渡态，易受酶攻击，只需较少能量便可进入活态，易受酶攻击，只需较少能量便可进入活化态，底物快速转变为产物，并释放出酶。化态，底物快速转变为产物，并释放出酶。S+E ES E+P 细菌的生理特性第49页诱导契合假说诱导契合假说细菌的生理特性第50页三三三三 酶促反应影响原因及动力学酶促反应影响原因及动力学酶促反应影响原因及动力学酶促反应影响原因及动力学酶促反应与酶活力相关。酶促反应与酶活力相关。影响酶促反应（酶活力）原因有：影响酶促反应（酶活力）原因有：1 温度温度 2 pH值值 3 基质浓度基质浓度 4酶浓度酶浓度5激活激活剂剂6 毒物或抑制剂毒物或抑制剂细菌的生理特性第51页1、温度温度要求：确保酶最适宜温度条件。要求：确保酶最适宜温度条件。每种酶都有自己每种酶都有自己最适温度最适温度。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温度温度.微生物体内微生物体内303060601-1-半乳糖苷酶半乳糖苷酶 2 2 酰化氨基酸水解酶酰化氨基酸水解酶 3 3 葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶不一样耐温细菌生长适宜温度不一样耐温细菌生长适宜温度不一样耐温细菌生长适宜温度不一样耐温细菌生长适宜温度细菌的生理特性第52页1.1.酶最适温度酶最适温度不是不是酶酶特征性常数特征性常数，可随反应，可随反应时间缩短而提升。时间缩短而提升。2.2.低温低温使酶活性降低但使酶活性降低但并不使酶破坏并不使酶破坏。温度。温度回升后，酶又能恢复活性。回升后，酶又能恢复活性。3.3.高温高温时因为时因为酶酶变性失活变性失活，反应速度降低。，反应速度降低。注意：注意：细菌的生理特性第53页在废水处理污泥消化中，人们早就认识到在废水处理污泥消化中，人们早就认识到控制温度控制温度主要性。在生物滤池设计中，也主要性。在生物滤池设计中，也考虑了对于不一样气候条件选择不一样设考虑了对于不一样气候条件选择不一样设计数据。但对于活性污泥法曝气池设计，计数据。但对于活性污泥法曝气池设计，温度原因还未加以考虑，这是因为它们影温度原因还未加以考虑，这是因为它们影响原因十分复杂，难于用数学方法来处理，响原因十分复杂，难于用数学方法来处理，其中其中与温度相关主要原因有与温度相关主要原因有：(1)所需曝气所需曝气时间；时间；(2)单位时间单位体积所需氧气；单位时间单位体积所需氧气；(3)溶解氧改变。溶解氧改变。细菌的生理特性第54页细菌的生理特性第55页2、pH值值 n npH对酶促反应速度影响，通常为一对酶促反应速度影响，通常为一“钟形钟形”曲线，即曲线，即pH过高或过低均可造成酶催过高或过低均可造成酶催化活性下降。化活性下降。n n酶催化活性最高时溶液酶催化活性最高时溶液pH值就称为酶最适值就称为酶最适pH。细菌的生理特性第56页 pHpH对酶促反应速度影响对酶促反应速度影响 木瓜蛋白酶 胃蛋白酶 红血球胆酯酶 胰蛋白酶 细菌的生理特性第57页大多数酶最适pH值在67左右。废水生物处理主要利用土壤微生物混合群，应保持pH在69之间。为何为何pH值影响酶活力？值影响酶活力？酶基本成份是蛋白质，是含有离解基团两性电解质。它们离解与pH相关，电离形式不一样，催化性质也就不一样，比如，蔗糖酶只有处于等电状态时才含有酶活性，在酸或碱溶液中酶活性都要减弱或丧失。另外，酶作用还决定于基质电离情况。比如，胃蛋白酶只能作用于蛋白质正离子，而胰蛋白酶则只能分解蛋白质负离子，所以胃蛋白酶和胰蛋白酶作用最适pH分别在比等电点偏酸或偏碱一边。细菌的生理特性第58页1.1.人体内大多数酶最适人体内大多数酶最适pH在在6.58.0之间。之间。2.2.酶最适酶最适pH不是酶特征性常数。不是酶特征性常数。3.3.pH对酶促反应速度影响，是因为对酶促反应速度影响，是因为pH改变了酶改变了酶分子中必需基团解离状态，所以影响到活性分子中必需基团解离状态，所以影响到活性中心空间构象，进而影响酶活性。另外底物中心空间构象，进而影响酶活性。另外底物和辅酶解离状态也受环境和辅酶解离状态也受环境pH影响，从而影响影响，从而影响酶与底物结合，影响酶发挥催化作用。酶与底物结合，影响酶发挥催化作用。注意：注意：细菌的生理特性第59页3、基质浓度基质浓度 S Michaelis&Menten 于于1913年推导出反年推导出反应速度与底物浓度数学表示式，即著名应速度与底物浓度数学表示式，即著名米米-门公式门公式。米米-门公式门公式细菌的生理特性第60页：酶促反应速度酶促反应速度 VmaxVmax:酶促酶促最大反应速度最大反应速度 KmKm：米氏常数米氏常数 SS：基质浓度基质浓度S浓度对反应速浓度对反应速度影响是酶促反应度影响是酶促反应动力学动力学主要内容。主要内容。S浓度怎样影响酶促反应？浓度怎样影响酶促反应？细菌的生理特性第61页米门公式图示米门公式图示在一定范围内反应速度随基质浓度提升在一定范围内反应速度随基质浓度提升而加紧，但当基质浓度很大时，反应速而加紧，但当基质浓度很大时，反应速度就与基质浓度无关了。度就与基质浓度无关了。细菌的生理特性第62页1.1.1.1.当当当当=1/2Vmax=1/2Vmax时，时，时，时，Km=SKm=S。所以，所以，所以，所以，KmKm等于酶促反应速度达等于酶促反应速度达等于酶促反应速度达等于酶促反应速度达最大值二分之一时底物浓度。最大值二分之一时底物浓度。最大值二分之一时底物浓度。最大值二分之一时底物浓度。KmKm值是酶特征性常数，只值是酶特征性常数，只值是酶特征性常数，只值是酶特征性常数，只与酶结构、酶催化底物和反应环境相关，与酶浓度无关。与酶结构、酶催化底物和反应环境相关，与酶浓度无关。与酶结构、酶催化底物和反应环境相关，与酶浓度无关。与酶结构、酶催化底物和反应环境相关，与酶浓度无关。2.2.2.2.KmKm能够反应酶与底物亲和力大小。能够反应酶与底物亲和力大小。能够反应酶与底物亲和力大小。能够反应酶与底物亲和力大小。KmKm越小，酶与底物亲和越小，酶与底物亲和越小，酶与底物亲和越小，酶与底物亲和力越大，反之力越大，反之力越大，反之力越大，反之KmKm越大，酶与底物亲和力越小。越大，酶与底物亲和力越小。越大，酶与底物亲和力越小。越大，酶与底物亲和力越小。3.3.3.3.KmKm能够判断酶作用最适底物。能够判断酶作用最适底物。能够判断酶作用最适底物。能够判断酶作用最适底物。KmKm最小底物为最适底物。最小底物为最适底物。最小底物为最适底物。最小底物为最适底物。4 4 4 4.VmaxVmax是酶完全被底物饱和时反应速度，与酶浓度呈正比。是酶完全被底物饱和时反应速度，与酶浓度呈正比。是酶完全被底物饱和时反应速度，与酶浓度呈正比。是酶完全被底物饱和时反应速度，与酶浓度呈正比。KmKm与与VmaxVmax意义意义:细菌的生理特性第63页细菌的生理特性第64页4 4、酶浓度酶浓度 当反应系统中底物浓度足够大时，酶当反应系统中底物浓度足够大时，酶促反应速度与酶浓度促反应速度与酶浓度成正比成正比，即，即=kS。细菌的生理特性第65页酶浓度影响米酶浓度影响米-门公式中门公式中和和 V大小。大小。在水处理中，为了加紧反应速度，往往需在水处理中，为了加紧反应速度，往往需要培养尽可能多细菌用以提升酶总浓度，从而要培养尽可能多细菌用以提升酶总浓度，从而增加反应器处理能力和速率。增加反应器