微生物的生理1.pptx

第四章第四章 微生物的生理微生物的生理p第一节第一节 微生物的酶微生物的酶p第二节第二节 微生物的营养微生物的营养p第三节第三节 微生物的产能代谢微生物的产能代谢p第四节第四节 微生物的合成代谢微生物的合成代谢第一节第一节 微生物的酶微生物的酶微生物的营养和代谢需在酶的参与下才能正常进微生物的营养和代谢需在酶的参与下才能正常进行。酶是动物、植物及微生物等生物体内合成的，行。酶是动物、植物及微生物等生物体内合成的，催化生物化学反应的，并传递电子、原子和化学催化生物化学反应的，并传递电子、原子和化学基团的生物催化剂。基团的生物催化剂。一、酶的组成一、酶的组成酶酶酶酶酶蛋白（单一蛋白质）酶蛋白（单一蛋白质）全酶全酶 单成分酶单成分酶简单酶简单酶(单一蛋白质）单一蛋白质）结合酶结合酶金属离子金属离子辅酶（有机物）、辅基（小分辅酶（有机物）、辅基（小分子化合物）子化合物）加速生物化学反应的作用加速生物化学反应的作用传递电子、原子、传递电子、原子、化学基团的作用化学基团的作用除传递电子、原子、除传递电子、原子、化学基团的作用；还化学基团的作用；还起激活剂的作用起激活剂的作用几种重要的辅基：几种重要的辅基：几种重要的辅基：几种重要的辅基：1、铁卟啉，细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等、铁卟啉，细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等的辅基。的辅基。2、CoA，辅酶，辅酶A分子结构含嘌呤核苷酸、泛酸和巯基乙胺等分子结构含嘌呤核苷酸、泛酸和巯基乙胺等部分，在糖代谢和脂肪代谢中起重要作用。部分，在糖代谢和脂肪代谢中起重要作用。3、NAD和和NADP，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。脱氢辅酶。二核苷酸磷酸。脱氢辅酶。4、FMN和和FAD，黄素酶，传递氢。，黄素酶，传递氢。5、CoQ，泛醌，传递电子和氢。，泛醌，传递电子和氢。6、L&TPP，传递氢和酰基。，传递氢和酰基。7、ATP、AMP8、磷酸吡哆，和转氨有关。、磷酸吡哆，和转氨有关。9、生物素，羧化酶的辅基，微生物的生长因子。、生物素，羧化酶的辅基，微生物的生长因子。10、辅酶、辅酶F，传递甲酰基和羟甲基。，传递甲酰基和羟甲基。11、金属离子，激活剂。、金属离子，激活剂。12、辅酶、辅酶M，是专性厌氧的产甲烷菌特有的辅酶，甲基转移酶。，是专性厌氧的产甲烷菌特有的辅酶，甲基转移酶。13、F420，产甲烷菌的辅酶。，产甲烷菌的辅酶。14、F430，参与甲烷形成的末端反应。，参与甲烷形成的末端反应。15、MPT，参与，参与C1还原反应。还原反应。16、MFR在甲烷和乙酸形成过程中起甲基载体作用在甲烷和乙酸形成过程中起甲基载体作用三、酶的活性中心三、酶的活性中心酶的活性中心是指酶蛋白分子中与底物结合，并起酶的活性中心是指酶蛋白分子中与底物结合，并起催化作用的小部分氨基酸微区。催化作用的小部分氨基酸微区。v绝大多数酶是绝大多数酶是绝大多数酶是绝大多数酶是蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质；化学组成化学组成化学组成化学组成：简单酶、结合酶；：简单酶、结合酶；：简单酶、结合酶；：简单酶、结合酶；结构的不同结构的不同结构的不同结构的不同：单体酶、聚合酶；：单体酶、聚合酶；：单体酶、聚合酶；：单体酶、聚合酶；存在位置的不同存在位置的不同存在位置的不同存在位置的不同：胞内酶、胞外酶；：胞内酶、胞外酶；：胞内酶、胞外酶；：胞内酶、胞外酶；催化反应性质的不同催化反应性质的不同催化反应性质的不同催化反应性质的不同：水解酶、氧化还原酶、转移：水解酶、氧化还原酶、转移：水解酶、氧化还原酶、转移：水解酶、氧化还原酶、转移酶、聚合酶、异构化酶、合成酶、裂解酶、激酶等。酶、聚合酶、异构化酶、合成酶、裂解酶、激酶等。酶、聚合酶、异构化酶、合成酶、裂解酶、激酶等。酶、聚合酶、异构化酶、合成酶、裂解酶、激酶等。四、酶的分类四、酶的分类B水解酶催化底物的加速水分解反应。水解酶催化底物的加速水分解反应。水解酶催化底物的加速水分解反应。水解酶催化底物的加速水分解反应。B主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。B例如，脂肪酶例如，脂肪酶例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)(Lipase)(Lipase)催化脂的水解反应：催化脂的水解反应：催化脂的水解反应：催化脂的水解反应：（1 1）水解酶）水解酶 hydrolasehydrolaseI氧化氧化氧化氧化-还原酶催化氧化还原酶催化氧化还原酶催化氧化还原酶催化氧化-还原反应。还原反应。还原反应。还原反应。I主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。I如，乳酸如，乳酸如，乳酸如，乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。（2）氧化氧化-还原酶还原酶 Oxidoreductase转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。的基团或原子转移到另一个底物的分子上。的基团或原子转移到另一个底物的分子上。的基团或原子转移到另一个底物的分子上。例如，例如，例如，例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。（3）转移酶）转移酶 Transferase)裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。原子形成双键的反应及其逆反应。)主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。)例如，例如，延胡索酸水合酶催化的反应。延胡索酸水合酶催化的反应。（4）裂合酶）裂合酶 Lyase(异构酶催化各种同分异构体的相互转化，异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。即底物分子内基团或原子的重排过程。例如，例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。（5）异构酶）异构酶 Isomerasel l合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及以及以及C-S C-S 键的形成反应。这类反应必须与键的形成反应。这类反应必须与键的形成反应。这类反应必须与键的形成反应。这类反应必须与ATPATP分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。l lA+B+ATP+H-O-H=A A+B+ATP+H-O-H=A B+ADP+Pi B+ADP+Pi l l例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸丙酮酸 +CO2 2 草酰乙酸草酰乙酸（6）合成酶）合成酶 Ligase or Synthetase酶促反应的基本概念底 物产 物酶促反应酶促反应酶促反应的特点 与一般催化剂的共同点：与一般催化剂的共同点：与一般催化剂的共同点：与一般催化剂的共同点：自身质量不变，少量即可发挥作用自身质量不变，少量即可发挥作用自身质量不变，少量即可发挥作用自身质量不变，少量即可发挥作用只催化热力学允许的反应只催化热力学允许的反应只催化热力学允许的反应只催化热力学允许的反应不改变反应的平衡常数，只加快反应速度不改变反应的平衡常数，只加快反应速度不改变反应的平衡常数，只加快反应速度不改变反应的平衡常数，只加快反应速度催化反应的机理相同，都是降低反应活化能催化反应的机理相同，都是降低反应活化能催化反应的机理相同，都是降低反应活化能催化反应的机理相同，都是降低反应活化能 高效性高效性比非催化高比非催化高1081020倍倍比非酶催化高比非酶催化高1071013倍倍 高度专一性高度专一性 反应条件温和反应条件温和 对环境条件的高度敏感性对环境条件的高度敏感性 酶催化是可调控的酶催化是可调控的酶的高效性是底物与酶酶的高效性是底物与酶酶的高效性是底物与酶酶的高效性是底物与酶之间的极性引力、电子之间的极性引力、电子之间的极性引力、电子之间的极性引力、电子云张力、酸碱催化、共云张力、酸碱催化、共云张力、酸碱催化、共云张力、酸碱催化、共价催化等的共同合力的价催化等的共同合力的价催化等的共同合力的价催化等的共同合力的结果。结果。结果。结果。酶酶催催化化特特性性具有高度的底物专一性具有高度的底物专一性一一一一种种种种酶酶酶酶仅仅仅仅作作作作用用用用于于于于一一一一种种种种或或或或一一一一类类类类化化化化合合合合物物物物，或或或或一一一一定定定定的的的的化化化化学学学学键键键键，催化特定的化学反特性称为酶作用的专一性。催化特定的化学反特性称为酶作用的专一性。催化特定的化学反特性称为酶作用的专一性。催化特定的化学反特性称为酶作用的专一性。v 绝对专一性绝对专一性一种酶只能作用于特定结构的底物，只催化一种专一反应，生成特定结构产一种酶只能作用于特定结构的底物，只催化一种专一反应，生成特定结构产物。物。例如，脲酶只催化尿素水解。例如，脲酶只催化尿素水解。v 相对专一性相对专一性一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键，催化一类化学反应。一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键，催化一类化学反应。例如，胰蛋白酶催化由碱性氨基酸的羧基形成的肽键。例如，胰蛋白酶催化由碱性氨基酸的羧基形成的肽键。v 立体异构专一性立体异构专一性一种酶只能作用于某个化合物立体异构体的一种，称为立体异构特异性。一种酶只能作用于某个化合物立体异构体的一种，称为立体异构特异性。例如，乳酸脱氢酶仅催化例如，乳酸脱氢酶仅催化L-乳酸，不催化乳酸，不催化D-乳酸。乳酸。米米-门方程门方程nKm 即为米氏常数，即为米氏常数，nVmax为最大反应速度为最大反应速度l当反应速度等于最大速度当反应速度等于最大速度一半时底物的浓度，即一半时底物的浓度，即V=1/2 Vmax，Km=S l上式表示，米氏常数是反上式表示，米氏常数是反应速度为最大值的一半时的应速度为最大值的一半时的底物浓度。底物浓度。l因此，米氏常数的单位为因此，米氏常数的单位为mol/L。影响酶活力的因素影响酶活力的因素酶的活力大小用酶所催化反应的酶的活力大小用酶所催化反应的酶的活力大小用酶所催化反应的酶的活力大小用酶所催化反应的反应速度反应速度反应速度反应速度来表示来表示来表示来表示米氏常数米氏常数Km的意义的意义不同的酶具有不同不同的酶具有不同不同的酶具有不同不同的酶具有不同K Kmm值，它是酶的一个重要值，它是酶的一个重要值，它是酶的一个重要值，它是酶的一个重要的特征物理常数。的特征物理常数。的特征物理常数。的特征物理常数。K Kmm值只是在固定的底物，一定的温度和值只是在固定的底物，一定的温度和值只是在固定的底物，一定的温度和值只是在固定的底物，一定的温度和pHpH条条条条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的具有不同的具有不同的具有不同的K Kmm值。值。值。值。K Kmm值表示酶与底物之间的亲和程度：值表示酶与底物之间的亲和程度：值表示酶与底物之间的亲和程度：值表示酶与底物之间的亲和程度：K Kmm值大值大值大值大表示亲和程度小，酶的催化活性低；表示亲和程度小，酶的催化活性低；表示亲和程度小，酶的催化活性低；表示亲和程度小，酶的催化活性低；K Kmm值小值小值小值小表示亲和程度大，酶的催化活性高。表示亲和程度大，酶的催化活性高。表示亲和程度大，酶的催化活性高。表示亲和程度大，酶的催化活性高。米氏常数的求法米氏常数的求法求求倒倒数数斜率斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax双倒数作图法双倒数作图法影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素在低底物浓度时在低底物浓度时在低底物浓度时在低底物浓度时,反应速度反应速度反应速度反应速度与底物浓度成正比，表现为与底物浓度成正比，表现为与底物浓度成正比，表现为与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。一级反应特征。一级反应特征。一级反应特征。当底物浓度达到一定值，几当底物浓度达到一定值，几当底物浓度达到一定值，几当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，乎所有的酶都与底物结合后，乎所有的酶都与底物结合后，乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值反应速度达到最大值反应速度达到最大值反应速度达到最大值（V Vmaxmax），此时再增加底），此时再增加底），此时再增加底），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，物浓度，反应速度不再增加，物浓度，反应速度不再增加，物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。表现为零级反应。表现为零级反应。表现为零级反应。1.底物浓度对酶促反应速度的影响底物浓度对酶促反应速度的影响JJ在底物浓度足够时在底物浓度足够时在底物浓度足够时在底物浓度足够时,酶浓酶浓酶浓酶浓度越高，酶促反应越快。度越高，酶促反应越快。度越高，酶促反应越快。度越高，酶促反应越快。JJ当酶浓度很高时，酶促当酶浓度很高时，酶促当酶浓度很高时，酶促当酶浓度很高时，酶促反应速度趋于平缓，表反应速度趋于平缓，表反应速度趋于平缓，表反应速度趋于平缓，表现为零级反应。现为零级反应。现为零级反应。现为零级反应。2 酶浓度对酶促反应速度的影响酶浓度对酶促反应速度的影响Concentration of Enzyme(mol/L)3.pH 的影响的影响JJ在一定的在一定的在一定的在一定的pH pH 下下下下,酶酶酶酶具有最大的催化活具有最大的催化活具有最大的催化活具有最大的催化活性性性性,通常称此通常称此通常称此通常称此pH pH 为为为为最适最适最适最适 pHpH。4.温度的影响温度的影响一方面是温度升高一方面是温度升高一方面是温度升高一方面是温度升高,酶促反酶促反酶促反酶促反应速度加快。应速度加快。应速度加快。应速度加快。另一方面另一方面另一方面另一方面,温度升高温度升高温度升高温度升高,酶的高酶的高酶的高酶的高级结构将发生变化或变性，级结构将发生变化或变性，级结构将发生变化或变性，级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。导致酶活性降低甚至丧失。导致酶活性降低甚至丧失。导致酶活性降低甚至丧失。因此大多数酶都有一个最因此大多数酶都有一个最因此大多数酶都有一个最因此大多数酶都有一个最适温度。适温度。适温度。适温度。在最适温度条件在最适温度条件在最适温度条件在最适温度条件下下下下,反应速度最大。反应速度最大。反应速度最大。反应速度最大。QQ1010=1.4-2.0=1.4-2.0QQ1010=2-3=2-3（化学催化）（化学催化）（化学催化）（化学催化）5.激活剂对酶活性的影响激活剂对酶活性的影响l l使酶表现出催化活性或强化其催化活性的现象，称为使酶表现出催化活性或强化其催化活性的现象，称为使酶表现出催化活性或强化其催化活性的现象，称为使酶表现出催化活性或强化其催化活性的现象，称为酶的激活作用。酶的激活作用。酶的激活作用。酶的激活作用。l l能够激活酶的活性的化合物则称为激活剂。能够激活酶的活性的化合物则称为激活剂。能够激活酶的活性的化合物则称为激活剂。能够激活酶的活性的化合物则称为激活剂。激活剂的种类：激活剂的种类：a.无机阳离子无机阳离子b.无机阴离子无机阴离子C.有机化合物有机化合物有些酶被合成后呈现无活性状态，这种酶成为酶原。经激有些酶被合成后呈现无活性状态，这种酶成为酶原。经激活剂激活后才具有活性。活剂激活后才具有活性。6.抑制剂对酶活性的影响抑制剂对酶活性的影响使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。作用。作用。作用。能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：1.1.能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。形成比较稳定的复合体或结合物。形成比较稳定的复合体或结合物。形成比较稳定的复合体或结合物。2.2.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似。过渡状态相似。过渡状态相似。过渡状态相似。（1）抑制剂）抑制剂-形成复合体或结合物形成复合体或结合物 a.a.不可逆抑制不可逆抑制不可逆抑制不可逆抑制 抑制剂与酶反应中心的活性基团以共抑制剂与酶反应中心的活性基团以共抑制剂与酶反应中心的活性基团以共抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合，引起酶的永久性失活。价形式结合，引起酶的永久性失活。价形式结合，引起酶的永久性失活。价形式结合，引起酶的永久性失活。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。b.可逆抑制可逆抑制抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分通过透析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。或全部恢复酶的活性。（a a）竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制-可逆可逆可逆可逆S某些抑制剂的化学结构与底某些抑制剂的化学结构与底某些抑制剂的化学结构与底某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竞争物相似，因而能与底物竞争物相似，因而能与底物竞争物相似，因而能与底物竞争与酶活性中心结合。当抑制与酶活性中心结合。当抑制与酶活性中心结合。当抑制与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物剂与活性中心结合后，底物剂与活性中心结合后，底物剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其被排斥在反应中心之外，其被排斥在反应中心之外，其被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。结果是酶促反应被抑制了。结果是酶促反应被抑制了。结果是酶促反应被抑制了。S竞争性抑制通常可以通过增竞争性抑制通常可以通过增竞争性抑制通常可以通过增竞争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的大底物浓度，即提高底物的大底物浓度，即提高底物的大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。竞争能力来消除。竞争能力来消除。竞争能力来消除。（2）抑制剂）抑制剂-结构相似结构相似（b b）非竞争性抑制）非竞争性抑制）非竞争性抑制）非竞争性抑制-不可逆不可逆不可逆不可逆FF酶可同时与底物及抑制剂结合，酶可同时与底物及抑制剂结合，酶可同时与底物及抑制剂结合，酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至引起酶分子构象变化，并导至引起酶分子构象变化，并导至引起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并酶活性下降。由于这类物质并酶活性下降。由于这类物质并酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的不是与底物竞争与活性中心的不是与底物竞争与活性中心的不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制结合，所以称为非竞争性抑制结合，所以称为非竞争性抑制结合，所以称为非竞争性抑制剂。剂。剂。剂。FF如某些金属离子（如某些金属离子（如某些金属离子（如某些金属离子（CuCu2+2+、AgAg+、HgHg2+2+）以及）以及）以及）以及EDTAEDTA等，通常等，通常等，通常等，通常能与酶分子的调控部位中的能与酶分子的调控部位中的能与酶分子的调控部位中的能与酶分子的调控部位中的-SHSH基团作用，改变酶的空间基团作用，改变酶的空间基团作用，改变酶的空间基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。构象，引起非竞争性抑制。构象，引起非竞争性抑制。构象，引起非竞争性抑制。底物影响酶反应速度的方程表达式底物影响酶反应速度的方程表达式底物影响酶反应速度的方程表达式底物影响酶反应速度的方程表达式米氏方程米氏方程米氏方程米氏方程 v v反应速度；反应速度；反应速度；反应速度；V V最大反应速度；最大反应速度；最大反应速度；最大反应速度；S S底物浓度；底物浓度；底物浓度；底物浓度；KmKm米氏常数米氏常数米氏常数米氏常数 KmKm大小反映了酶与底物亲合力的大小。大小反映了酶与底物亲合力的大小。大小反映了酶与底物亲合力的大小。大小反映了酶与底物亲合力的大小。底物影响微生物生长速度的方程底物影响微生物生长速度的方程底物影响微生物生长速度的方程底物影响微生物生长速度的方程莫氏方程莫氏方程莫氏方程莫氏方程 v v微生物比增长速度微生物比增长速度；V V最大比增长速度最大比增长速度；S S底物浓度；底物浓度；底物浓度；底物浓度；KsKs莫氏常数莫氏常数莫氏常数莫氏常数 Ks Ks 反映微生物与底物亲和的大小。反映微生物与底物亲和的大小。底物影响污染物生物降解速度方程底物影响污染物生物降解速度方程底物影响污染物生物降解速度方程底物影响污染物生物降解速度方程劳伦斯方程劳伦斯方程劳伦斯方程劳伦斯方程 v v总污染物微生物降解速度总污染物微生物降解速度总污染物微生物降解速度总污染物微生物降解速度；V V最大反应速度；最大反应速度；最大反应速度；最大反应速度；X X微生物浓度微生物浓度微生物浓度微生物浓度第二节第二节 微生物的营养微生物的营养微生物从外界环境中不断地摄取营养物质，经过一微生物从外界环境中不断地摄取营养物质，经过一系列的生物化学反应，转变成细胞的组分，同时产系列的生物化学反应，转变成细胞的组分，同时产生废物并排泄到体外，这个过程称新陈代谢。生废物并排泄到体外，这个过程称新陈代谢。新陈新陈代谢代谢异化作用：物质分解反应异化作用：物质分解反应将一样物质和细胞将一样物质和细胞物质分解的过程，放出能量。物质分解的过程，放出能量。同化作用：物质合成反应同化作用：物质合成反应将营养物质转变为将营养物质转变为机体组分的成果吸收能量。机体组分的成果吸收能量。一、微生物的化学组成一、微生物的化学组成微生物机体质量的微生物机体质量的70%90%为水分，其余为水分，其余10%30%为干物质。为干物质。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（一）水（一）水水对细菌有哪些作用？水对细菌有哪些作用？A.溶剂作用溶剂作用B.运输物质的载体运输物质的载体C.参与生化反应（如脱水、加水反应）参与生化反应（如脱水、加水反应）（二）无机盐（二）无机盐阴离子盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、阴离子盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。碳酸氢盐。阳离子盐：氨、钾、钠、钙、镁、铁的盐阳离子盐：氨、钾、钠、钙、镁、铁的盐P和和S、Fe、Mg的需求量较大的需求量较大同时还需要锌、锰、钴、铝、铜、硼、钒、镍等同时还需要锌、锰、钴、铝、铜、硼、钒、镍等微量元素。微量元素。许多微量元素是酶的组分，或是酶的激活剂。许多微量元素是酶的组分，或是酶的激活剂。一般培养基中微量元素的质量浓度为一般培养基中微量元素的质量浓度为0.1mg/L左右。左右。过量的微量元素会引起微生物中毒。单独一种微量元过量的微量元素会引起微生物中毒。单独一种微量元素过量其毒性更大。素过量其毒性更大。（1 1）构成细胞组成；构成细胞组成；构成细胞组成；构成细胞组成；（2 2）酶的辅基和激活剂；酶的辅基和激活剂；酶的辅基和激活剂；酶的辅基和激活剂；（3 3）特殊细菌的能源，铁细菌、硫细菌分别以铁）特殊细菌的能源，铁细菌、硫细菌分别以铁）特殊细菌的能源，铁细菌、硫细菌分别以铁）特殊细菌的能源，铁细菌、硫细菌分别以铁 和硫为产能物质；和硫为产能物质；和硫为产能物质；和硫为产能物质；（4 4）维持一定的渗透压、氢离子浓度、氧化还原）维持一定的渗透压、氢离子浓度、氧化还原）维持一定的渗透压、氢离子浓度、氧化还原）维持一定的渗透压、氢离子浓度、氧化还原 电位等。电位等。电位等。电位等。高浓度盐抑制微生物生长。高浓度盐抑制微生物生长。高浓度盐抑制微生物生长。高浓度盐抑制微生物生长。无机盐的功能无机盐的功能（三）碳源和能源（三）碳源和能源1）碳源）碳源 供碳元素来源的物质供碳元素来源的物质供碳元素来源的物质供碳元素来源的物质细菌细胞中的碳素含量占细菌细胞中的碳素含量占细菌细胞中的碳素含量占细菌细胞中的碳素含量占干物质质量的干物质质量的干物质质量的干物质质量的5050左右左右左右左右。细菌对碳素的需求量最大。细菌对碳素的需求量最大。碳源作用碳源作用碳源作用碳源作用细细细细胞胞胞胞的的的的碳碳碳碳骨骨骨骨架架架架、大大大大多多多多还还还还是是是是能源物质能源物质能源物质能源物质。凡是能供给微生物碳素凡是能供给微生物碳素营养的物质，称为碳源。营养的物质，称为碳源。碳源的主要作用是构成碳源的主要作用是构成微生物细胞的含碳物质微生物细胞的含碳物质（碳架）和供给微生物（碳架）和供给微生物生长、繁殖及运动所需生长、繁殖及运动所需要的能量。要的能量。微生物最好的碳源是微生物最好的碳源是糖糖。2）能源）能源细菌的能源种类细菌的能源种类细菌的能源种类细菌的能源种类分为分为分为分为化学化学化学化学能、光能能、光能能、光能能、光能哪些物质可以产生化学能哪些物质可以产生化学能哪些物质可以产生化学能哪些物质可以产生化学能？1 1、有机碳源、有机碳源、有机碳源、有机碳源2 2、特殊的无机物、特殊的无机物、特殊的无机物、特殊的无机物（如（如（如（如S S、FeFe）什么样的细菌利用光能？什么样的细菌利用光能？什么样的细菌利用光能？什么样的细菌利用光能？含有含有含有含有光合色素光合色素光合色素光合色素所有细菌细胞内能量传所有细菌细胞内能量传所有细菌细胞内能量传所有细菌细胞内能量传递体都是递体都是递体都是递体都是ATPATP营养型细菌分类营养型细菌分类营养型细菌分类营养型细菌分类根据根据根据根据碳源碳源碳源碳源不同不同不同不同分为分为分为分为无机营养和有机营无机营养和有机营无机营养和有机营无机营养和有机营养养养养（自养自养自养自养和和和和异养异养异养异养）无机营养细菌（自养菌）无机营养细菌（自养菌）无机（自养）无机（自养）无机（自养）无机（自养）、COCO和和和和 提问：提问：提问：提问：能否也利用有机物呢？能否也利用有机物呢？能否也利用有机物呢？能否也利用有机物呢？绝大多数能，绝大多数能，绝大多数能，绝大多数能，“能吃苦也能享福能吃苦也能享福能吃苦也能享福能吃苦也能享福”，优先利用优先利用优先利用优先利用；又根据又根据又根据又根据能源能源能源能源不同不同不同不同又分为又分为光能自养型光能自养型光能自养型光能自养型细菌和细菌和化能自养型化能自养型化能自养型化能自养型细菌。细菌。（1）光能自养细菌（无氧有光）光能自养细菌（无氧有光）只有只有只有只有紫紫紫紫硫细菌硫细菌硫细菌硫细菌和和和和绿绿绿绿硫细菌硫细菌硫细菌硫细菌在自然界的作用是什么呢？在自然界的作用是什么呢？早期无氧地球，清除早期无氧地球，清除早期无氧地球，清除早期无氧地球，清除HH2 2S S毒物毒物毒物毒物（H2S类似类似植物光合作用植物光合作用植物光合作用植物光合作用中的中的H2O）较洁净的光照池塘无氧臭（较洁净的光照池塘无氧臭（H2S)区区 紫硫、绿硫紫硫、绿硫紫硫、绿硫紫硫、绿硫细菌代谢方式细菌代谢方式细菌代谢方式细菌代谢方式菌绿素菌绿素菌绿素菌绿素（与叶绿素大同小异）（与叶绿素大同小异）（与叶绿素大同小异）（与叶绿素大同小异）紫硫细菌紫硫细菌湖中湖中4m硫化物硫化物*这个深度紫硫这个深度紫硫细菌多细菌多?（2）化能自养细菌（有氧）化能自养细菌（有氧）种种种种类类类类：硫硫细细菌菌(硫硫硫硫化化化化细细细细菌菌菌菌和和和和硫硫硫硫磺磺磺磺细细细细菌菌菌菌)、（亚亚）硝硝化化细菌细菌及及及及铁细菌、氢细菌铁细菌、氢细菌。化能自养微生物不具有光合色素，不能进行光合作化能自养微生物不具有光合色素，不能进行光合作化能自养微生物不具有光合色素，不能进行光合作化能自养微生物不具有光合色素，不能进行光合作用。用。用。用。自养自养自养自养碳源碳源碳源碳源化能化能化能化能以以以以 S S、H2SH2S、H2H2、NH3NH3、FeFe物质物质物质物质氧化产能氧化产能氧化产能氧化产能eg.eg.亚硝化细菌进行有机物合成反应如下：亚硝化细菌进行有机物合成反应如下：亚硝化细菌进行有机物合成反应如下：亚硝化细菌进行有机物合成反应如下：化能自养化能自养化能自养化能自养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？能，脱氨、脱硫；条件容易能，脱氨、脱硫；条件容易ATP 有机营养细菌（异养菌）有机营养细菌（异养菌）有机（异养）有机（异养）有机（异养）有机（异养）以有机物为碳源以有机物为碳源以有机物为碳源以有机物为碳源自养、异养菌哪种繁殖快？自养、异养菌哪种繁殖快？自养、异养菌哪种繁殖快？自养、异养菌哪种繁殖快？“吃砖头和吃粮食的区别吃砖头和吃粮食的区别吃砖头和吃粮食的区别吃砖头和吃粮食的区别”异养菌是异养菌是异养菌是异养菌是有机有机有机有机污水处理的主角污水处理的主角污水处理的主角污水处理的主角根据根据根据根据能源的不同能源的不同能源的不同能源的不同（1）光能异养与化能异养）光能异养与化能异养以有机物作为碳源和能源的的细菌。以有机物作为碳源和能源的的细菌。以有机物作为碳源和能源的的细菌。以有机物作为碳源和能源的的细菌。绝大多数的细菌都属于化能异养菌绝大多数的细菌都属于化能异养菌绝大多数的细菌都属于化能异养菌绝大多数的细菌都属于化能异养菌。.化能异养菌化能异养菌化能异养菌化能异养菌不受氧气限制，尤其不受氧气限制，尤其适于高浓度有机废水适于高浓度有机废水适于高浓度有机废水适于高浓度有机废水（食品（食品行业）的高效处理行业）的高效处理(*(*(*(*红螺菌用于污水处理现状如红螺菌用于污水处理现状如红螺菌用于污水处理现状如红螺菌用于污水处理现状如何何何何?)?)?)?).光能异养细菌（无氧有光）光能异养细菌（无氧有光）小分子有机物碳源小分子有机物碳源小分子有机物碳源小分子有机物碳源在污水处理中的优势是什么？在污水处理中的优势是什么？在污水处理中的优势是什么？在污水处理中的优势是什么？问题：与水分离困难，光照问题问题：与水分离困难，光照问题主要指红螺菌（有氧无光时可化能异养生存）主要指红螺菌（有氧无光时可化能异养生存）主要指红螺菌（有氧无光时可化能异养生存）主要指红螺菌（有氧无光时可化能异养生存）l l人工投加光合细菌人工投加光合细菌人工投加光合细菌人工投加光合细菌（PSB,PSB,红螺菌）有利红螺菌）有利红螺菌）有利红螺菌）有利于水产养殖，原因？于水产养殖，原因？于水产养殖，原因？于水产养殖，原因？迅速转化毒物（迅速转化毒物（水族水族水族水族排泄物被细菌分解后排泄物被细菌分解后排泄物被细菌分解后排泄物被细菌分解后的氨、有机酸的氨、有机酸的氨、有机酸的氨、有机酸）为高）为高蛋白的菌体，作为鱼蛋白的菌体，作为鱼的饲料，且的饲料，且不消耗氧不消耗氧不消耗氧不消耗氧；优势生长时能优势生长时能抑制水抑制水抑制水抑制水族病原菌族病原菌族病原菌族病原菌的生长的生长 肺结核杆菌肺结核杆菌肺结核杆菌肺结核杆菌 痢疾志贺氏菌痢疾志贺氏菌痢疾志贺氏菌痢疾志贺氏菌 以腐生为主兼营寄生的兼性寄生细菌，因而可以通过水源、食物传播，是水处理中需要监控和杀灭的对象。各种营养型的比较各种营养型的比较营养类型营养类型营养类型营养类型能源能源能源能源氢供体氢供体氢供体氢供体基本碳源基本碳源基本碳源基本碳源微生物举例微生物举例微生物举例微生物举例光能无机营养光能无机营养光能无机营养光能无机营养(光能自养型光能自养型光能自养型光能自养型)光光光光无机物无机物无机物无机物二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳蓝细菌蓝细菌蓝细菌蓝细菌绿色硫细菌绿色硫细菌绿色硫细菌绿色硫细菌藻类藻类藻类藻类光能有机营养光能有机营养光能有机营养光能有机营养(光能异养型光能异养型光能异养型光能异养型)光光光光有机物有机物有机物有机物二氧化碳及简二氧化碳及简二氧化碳及简二氧化碳及简单有机物单有机物单有机物单有机物紫色非硫细菌紫色非硫细菌紫色非硫细菌紫色非硫细菌化能无机营养化能无机营养化能无机营养化能无机营养(化能自养型化能自养型化能自养型化能自养型)无机物无机物无机物无机物无机物无机物无机物无机物二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳硝化细菌硝化细菌硝化细菌硝化细菌氢细菌氢细菌氢细菌氢细菌化能有机营养化能有机营养化能有机营养化能有机营养(化能异养型化能异养型化能异养型化能异养型)有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物大多数已知细大多数已知细大多数已知细大多数已知细菌和全部真核菌和全部真核菌和全部真核菌和全部真核微生物微生物微生物微生物（四）氮源（四）氮源工业投加的细菌氮源？工业投加的细菌氮源？工业投加的细菌氮源？工业投加的细菌氮源？尿素、粪便尿素、粪便尿素、粪便尿素、粪便氮源的作用：氮源的作用：氮源的作用：氮源的作用：提供微生物合成蛋白质的原料提供微生物合成蛋白质的原料提供微生物合成蛋白质的原料提供微生物合成蛋白质的原料哪些物质可作为细菌的氮源？哪些物质可作为细菌的氮源？哪些物质可作为细菌的氮源？哪些物质可作为细菌的氮源？有机氮有机氮有机氮有机氮（氨基酸和蛋白质）、（氨基酸和蛋白质）、（氨基酸和蛋白质）、（氨基酸和蛋白质）、无机氮无机氮无机氮无机氮（N2N2、NH3NH3、铵盐、硝酸盐）等。铵盐、硝酸盐）等。铵盐、硝酸盐）等。铵盐、硝酸盐）等。实验室中实验室中实验室中实验室中有机氮源有机氮源有机氮源有机氮源蛋白胨蛋白胨蛋白胨蛋白胨（五）磷源和硫源（五）磷源和硫源磷源比较单一，主要是磷源比较单一，主要是无机磷酸盐或偏磷酸盐无机磷酸盐或偏磷酸盐。硫源硫源从还原性的从还原性的S2-化合物化合物、元元素硫素硫一直到最高氧化态的一直到最高氧化态的S042-化合化合物物，都可以作为硫源。，都可以作为硫源。通常不缺通常不缺工业污水常补加工业污水常补加磷酸三钠磷酸三钠等。等。（六）生长因子（六）生长因子必需，但不能自身合成的有机物必需，但不能自身合成的有机物必需，但不能自身合成的有机物必需，但不能自身合成的有机物种类：种类：嘌呤、嘧啶类、维生素类嘌呤、嘧啶类、维生素类嘌呤、嘧啶类、维生素类嘌呤、嘧啶类、维生素类作用：？作用：？作用：？作用：？嘌呤和嘧啶参与合成核酸和辅酶；嘌呤和嘧啶参与合成核酸和辅酶；维生素，重要辅酶维生素，重要辅酶多数细菌不存在生长因子问题。多数细菌不存在生长因子问题。多数细菌不存在生长因子问题。多数细菌不存在生长因子问题。只有少数细菌需要外界提供现成的生长因子，才能生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，因此只能生活在这些长，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。物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。1.营养要求小范围可改变营养要求小范围可改变指细菌对碳源等的种类、数量指细菌对碳源等的种类、数量一定程度上可一定程度上可驯化驯化适应（酶的诱导、易变异）适应（酶的诱导、易变异）2.“营养要平衡营养要平衡”，存在一定比例搭配的现象，存在一定比例搭配的现象主要是指碳氮磷的比例关系，通常称主要是指碳氮磷的比例关系，通常称碳氮磷碳氮磷比比。在实际应用中还应注意在实