第四章 微生物的生理

第四章微生物的生理第一节微生物的酶

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、原子和化学基团的生物催化剂。一酶的组成酶的组成有两类：a、单成分酶，只含蛋白质。b、全酶，由蛋白质和不含氮的小分子有机物加上金属离子组成。全酶中的各种成分缺一不可，否则全酶会丧失催化活性。酶的组成用下式表示：单成分酶＝酶蛋白如水解酶类全酶＝酶蛋白＋有机物各种脱氢酶类全酶＝酶蛋白＋有机物＋金属离子丙酮酸脱氢酶全酶＝酶蛋白＋金属离子细胞色素氧化酶酶各组分的功能：酶蛋白起加速生物化学反应的作用；辅基和辅酶起传递电子、原子、化学基团的作用；金属离子除传递电子外，还起激活剂的作用。几种重要的辅基如下：1铁卜啉2辅酶A3NAD4FMN和FAD5辅酶Q6硫辛酸和焦磷酸硫胺素7磷酸腺苷及其他核苷酸类8磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺9生物素10四氢叶酸11金属离子12辅酶M13辅酶43014MPT16MFR二酶蛋白的结构酶蛋白是由20种氨基酸组成的。组成酶蛋白的氨基酸按一定的排列顺序由肽键连接成多肽链，两条多肽链之间或一条多肽链卷曲后相邻的基团之间以氢键、盐键、脂键、疏水键、范德华力及金属键等相连接而成。酶蛋白的结构分一级、二级和三级结构，少数酶具有四级结构。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，并起催化作用的小部分氨基酸微区。构成活性中心的微区或处在同一条肽链的不同部位，或处在不同肽链上；在多肽链盘曲成一定空间构型时，他们按一定位置靠近在一起，形成特定的酶活性中心。酶的活性中心有结合部位和催化作用。酶的活性中心对催化作用至关重要，但其他部位也很重要，因为它们在维持酶的空间构型、保持酶的活性中心和催化作用等方面都起着不同程度的作用酶蛋白的结构图四酶的分类与命名（一）按酶所催化的化学反应类型，把酶分为6类，即水解酶类，氧化还原酶类，异构酶类，转移酶类，裂解酶类和合成酶类。1水解酶类水解酶是催化大分子有机物水解成小分子的酶。水解反应的通式AB+H2O=AOH+BH2氧化还原酶类催化氧化还原反应的酶称为氧化还原酶AH2+B=A+BH2这类酶按供氢体的性质分为氧化酶和脱氢酶（1）氧化酶类：氧化酶催化的反应有两种结果a催化底物脱氢生成H2O2反应通式如下AH2+O2=A+H2O2b催化底物脱氢生成H2OAH2+1/2O2=A+H2O（2）脱氢酶类：脱氢酶催化底物脱氢，氢由中间受体NAD接受 CH3CH2OH+NAD=CH3CHO+NADH2

3转移酶类转移酶是催化底物的基团转移到另一有机物上的酶。反应的通式为AR+B=A+BR式中被转移的基团包括氨基、醛基、酮基、磷酸基等4异构酶类异构催化同分异构分子内的基团重新排列。其反应通式为A=A’5裂解酶类裂解酶催化有机物裂解为小分子有机物，反应通式：AB=A+B6合成酶类合成酶催化底物的合成反应。蛋白质和核酸的生物合成都需要合成酶参与，需要消耗ATP以获取能量。反应通式为A+B+ATP=AB+ADP+Pi或A+B+ATP=AB+ADP+PPi

（二）按酶在细胞的不同部位，可把酶分为胞外酶、胞内酶和表面酶（三）按酶作用底物的不同，可把酶分为淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、核糖核酸酶以上三种分类和命名方法可有机地联系和统一起来。五酶的催化特性1酶积极参与生物化学反应，加速反应速度，缩短反应到达平衡的时间，但不改变反应的平衡点。2酶的催化作用具有专一性。酶的专一性分绝对专一性，相对专一性和立体异构专一性。3酶的催化作用条件温和。4酶对环境条件极为敏感。5酶的催化效率极高，比无机催化剂的催化效率高几千倍至百亿倍。酶催化效率极高是因为酶降低反应的能阀，从而降低反应物所需的活化能。六影响酶活力的因素1酶浓度2底物浓度3温度4PH5激活剂6抑制剂第二节微生物的营养新陈代谢包括同化作用和异化作用。异化作用：物质分解反应（将营养物质和细胞物质分解的过程），放出能量同化作用：物质合成反应（将营养物质转变为机体组分的过程），吸收能量一微生物的化学组成微生物机体质量的70%~90%为水分，其余10%~30%为干物质。(一)水分不同类型的微生物水分含量不同。（二）干物质有机物占干物质质量的90%~97%，包括蛋白质，核酸，糖类及脂类。无机物占干物质质量的3%~10%，包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl和微量元素Cu、Mn、Zn、B、Mo、Co等。

二微生物的营养物及营养类型根据微生物对各种碳素营养物的同化能力的不同，可把微生物分为无机营养微生物和有机营养微生物两种。1无机营养微生物这一类型的微生物具有完备的酶系统，合成有机物的能力强，CO2,CO和CO32-中的碳素为其唯一的碳源，能利用光能或化学能在细胞内合成复杂的有机物，以构成自身的细胞成分。（1）光能自养微生物利用阳光（或灯光）作为能源，利用CO2和H2O或H2S合成有机物，构成自身细胞成分。（2）化能自养微生物它们合成有机物所需的能量来自于它们氧化S、H2S、H2、NH3、Fe等时，通过氧化磷酸化产生的ATP。CO2是化能自养微生物的唯一碳源。

2有机营养微生物有机营养微生物也称为异养微生物，只能利用有机碳化合物作为碳素营养和能量来源。异养微生物又分为光能异养微生物和化能异养微生物。光能异养微生物是以光为能源，以有机物为供氢体，还原CO2，合成有机物的一类厌氧微生物。化能异养微生物是一群依靠氧化有机物产生化学能而获得能量的微生物。3混合营养微生物混合营养微生物是既可以利用无机碳（CO2,CO32-等）作为碳素营养，又可以利用有机碳化合物作为碳素营养，即为兼性自养微生物。（三）氮源氮源的作用是提供微生物合成蛋白质的原料。根据对氮源要求的不同，将微生物分为4类。1固氮微生物它们能利用空气中的氮分子（N2）合成自身的氨基酸和蛋白质。2利用无机氮作为氮源的微生物3需要某种氨基酸作为氮源的微生物它们不能利用简单的无机氮化物合成蛋白质，而必须供给某些现成的氨基酸才能生长繁殖。4从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸的微生物它们都要分解蛋白质的能力，产生NH3，氨基酸和肽，进而合成细胞蛋白质。（四）无机盐无机盐的生理功能包括a构成细胞成分；b构成酶的组分和维持酶的活性；c调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等；d供给自养微生物能源。微生物需要的无机盐有磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。这些无机盐中含有钾、钠、钙、镁、铁等元素，其中，微生物对磷和硫的需求量最大。此外，微生物还需要锌、锰、钴、钼、铜、硼、钒、镍等微量元素。微量元素之间有协同作用，也有拮抗作用。（五）生长元素微生物需要的生长因子有B族维生素、微生物C、氨基酸、嘌呤、嘧啶、生物素及烟酸等。多数异养微生物及自养微生物有合成生长因子的能力

三碳氮磷比水、碳源、氮源、无机盐及生长因子为微生物共同需要的物质。由于不同微生物细胞的元素组成比例不同，对各营养元素的比例要求也不同，主要指碳氮磷比。

四微生物的培养基根据各种微生物的营养要求，将水、碳源、氮源、无机盐及生长因子等物质按一定的比例配制而成的，用以培养微生物的基质，即培养基。配制培养基有一定的原则和顺序。烧杯中一定量的蒸馏水（或去离子水或自来水，视实验要求而定），按配方称取各营养成分，然后将各营养成分逐一加入，待每种成分溶解后方可加下一成分，否则会引起沉淀物形成。为避免产生金属沉淀，可加入螯合剂，使金属与之络合并保持溶解状态。螯合剂有EDTA和NTA。EDTA常用质