第04章環(huán)境工程微生物學PPT課件

1、本章主要內(nèi)容 1、微生物的酶 2、微生物的營養(yǎng) 3、微生物的產(chǎn)能代謝 4、微生物的合成代謝 代謝：是生命細胞內(nèi)發(fā)生的各種化學反應的總稱； 產(chǎn)能代謝：也稱異化作用，物質(zhì)分解反應，放出能量； 合成代謝：也稱同化作用，物質(zhì)合成反應，消耗能量。第1頁/共107頁第一節(jié) 微生物的酶酶的概念酶是動植物、微生物等生物合成的，催化生物化學反應的、并傳遞電子、原子和化學集團的生物催化劑。 微生物的所有營養(yǎng)和代謝活動必須在酶的參與下才能正常進行。產(chǎn)地功用第2頁/共107頁 1. 酶的組成有兩類：單成分酶，只含蛋白質(zhì)；全酶，除了蛋白質(zhì)，還含有輔助因子，如：小分子有機物（不含氮）、金屬離子等。全酶的所有組分必須齊全，

2、缺一不可，否則就會失去本有活性。一、酶的組成第3頁/共107頁微生物的酶單成分酶全酶酶蛋白+有機物 脫氫酶酶蛋白+金屬離子 細胞色素氧化酶 酶蛋白+有機物+金屬離子 丙酮酸脫氫酶水解酶第4頁/共107頁2.酶的各組分的功能：酶蛋白起加速反應作用；其他輔酶、輔基傳遞電子、原子和化學集團；金屬離子除傳遞電子，還起激活劑作用。輔酶輔基：FeFe2+2+、NADNAD、NADPNADP、FADFAD、FMNFMN等。 輔酶與輔基的區(qū)別只在于它們與酶蛋白結合的牢固程度不同，并無嚴格的界限。前者與蛋白質(zhì)結合的較松弛，后者則結合較緊。 第5頁/共107頁 二、酶蛋白的結構 酶蛋白也是蛋白質(zhì)，由20種氨基酸組

3、成。排列順序不同，蛋白質(zhì)不同。 氨基酸由肽鍵（-CO-NH-CO-NH-）連接形成多肽鏈，兩條連或單鏈在卷曲時相鄰的基團可以由氫鍵、鹽鍵、脂鍵、范德華力及金屬鍵相連接。 這樣，便使酶蛋白呈現(xiàn)以下四種結構。第6頁/共107頁1.1.一級結構：多肽鏈本身結構；2.2.二級結構：多肽鏈形成的初級結構，由氫鍵連接；3.3.三級結構：在二級結構基礎上進一步扭曲形成的更 復雜的結構，有氫鍵、鹽鍵、脂鍵等；4.4.四級結構：由多個亞基形成。亞基：由一個或多個多肽鏈在三級結構的基礎上形成的小單位。第7頁/共107頁酶蛋白的結構2020種種氨氨基基酸酸一一級級結結構構三級結構構四四級級結結構構二二級級結結構構肽

4、鍵氫鍵氫鍵鹽鍵疏水鍵氫鍵鹽鍵疏水鍵范德華力第8頁/共107頁第9頁/共107頁三、酶的活性中心 酶的活性中心指的是酶蛋白分子能與底物結合，并發(fā)揮催化作用的小部分氨基酸微區(qū)。分有結合部位和催化部位。第10頁/共107頁四、酶的分類和命名 1.1.按照催化反應的類型：水解酶、氧化還原酶、轉移酶、異構酶、裂解酶、合成酶。a.a.水解酶：催化大分子有機物水解成小分子。AB+HAB+H2 2O AOH+BHO AOH+BHb.b.氧化還原酶：催化物質(zhì)的氧化還原反應。AHAH2 2+B A+BH+B A+BH2 2第11頁/共107頁乳酸 第12頁/共107頁 1.1.按照催化反應的類型： c.c.轉移酶

5、：催化底物基團轉移到另一個有機物上。AR+B A+BRAR+B A+BRR:R:氨基、醛基、酮基、磷酸基 d.d.異構酶：催化同分異構體的基團重新排列。A AA A如：葡萄糖形成為果糖。第13頁/共107頁第14頁/共107頁 1. 1.按照催化反應的類型：e.e.裂解酶：催化底物裂解為小分子有機物。A C+BA C+Bf.f.合成酶：催化底物的合成反應。A+B+ATP AB+ADP+PiA+B+ATP AB+ADP+Pi第15頁/共107頁2.2.按照酶在細胞的位置：胞內(nèi)酶（大部分）、胞外酶、表面酶3.3.按照催化的底物：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶第16頁/共107頁五、酶的催化特性

6、1.1.酶和一般催化劑的比較共性：(1).(1).用量少而催化效率高。(2).(2).僅能改變化學反應的速度，并不能改變化學反應的平衡點。(3).(3).可降低反應的活化能 2.2.酶作為生物催化劑的特性第17頁/共107頁2.酶作為生物催化劑的特性 (1)(1)催化效率高：反應速度是無酶催化或普通人造催化劑催化反應速度的10103 3次方至10101010次方倍。如：在同樣條件下，只是催化劑不同，催化H H2 2O O2 2分解, ,用H H2 2O O2 2酶1 1秒可催化10105 5molmol，用FeClFeCl3 3，1 1秒只催化1010-5-5 mol mol。 (2)(2)酶

7、的作用具有高度的專一性 一種酶只能催化一種或一類反應。 絕對專一性 酶的專一性 相對專一性 立體異構專一性第18頁/共107頁 2.酶作為生物催化劑的特性(3)(3)反應條件溫和：常溫、常壓、中性。(4)(4)敏感性：對環(huán)境條件極為敏感，酶容易失活 。第19頁/共107頁六.影響酶活力的因素 通過下列反應： k1 k3E + SE + S ES E + PE + P k2酶 底物 中間產(chǎn)物 酶 最終產(chǎn)物 得出米門公式（酶促反應方程式）3SKSEkvm132kkkKm其中K Km m米氏常數(shù)，表示反應速度為最大速度一半時的底物濃度。第20頁/共107頁 從米門公式可知，酶促反應速度與EE和SS有

8、關。實際上，也要受到溫度、pHpH、激活劑、抑制劑的影響。 1.E1.E對酶促反應的影響理論：當?shù)孜锓肿訚舛茸銐驎r，酶促反應速度與EE成正比，即當SS足夠大時，EE越大，酶促反應速度越快。實際：當EE達到一定濃度時，酶促反應速度就趨于平緩。Ev酶濃度與v的關系3SKSEkvm第21頁/共107頁Sv2.S.S對酶促反應的影響當EE為定值，且SS從零逐漸增大時，酶促反應與SS成正比。但當所有的E E變成了ESES后，即使再增加SS，酶促反應速度也不會增加。當SS為定值時，酶促反應速度與初始EE0 0 成正比。底物濃度與v的關系酶0.004酶0.003酶0.002酶0.001第22頁/共107頁3

9、.溫度對酶促反應的影響酶在最佳適應范圍內(nèi)，它的活性最高，酶促反應速度最大。溫度每升高1010，酶促反應速度提高1 12 2倍。用Q Q1010表示，通常在1.41.42.02.0之間。過高過低的溫度都會影響酶促反應。但也有很大不同：高溫時，酶會受到破壞，發(fā)生不可逆變性，甚至完全失去活性。低溫時，可降低酶的活性，但不會失去活性，當溫度恢復時，活性即恢復。Tv溫度與v的關系第23頁/共107頁4.pHpH對酶促反應的影響酶在最適pHpH值范圍內(nèi)才表現(xiàn)出正常活性，過高過低的pHpH值都會降低酶的活性。pHpH對酶活性的影響：a.a.改變底物與酶的帶電狀態(tài)，影響二者結合；b.b.過高、過低pHpH值都

10、會影響酶的穩(wěn)定性，使酶受到不可逆破壞。第24頁/共107頁5.激活劑對酶促反應的影響能夠?qū)γ钙鸺せ钭饔玫奈镔|(zhì)稱為激活劑。如：FeFe2+2+、CuCu2+2+、BrBr、SOSO4 42-2-、維生素等。某些酶必須在加入激活劑后才會真正表現(xiàn)出催化性能或增強催化性能。微生物體內(nèi)有的酶雖然形成了，但并不起催化作用，稱為酶原。當加入了催化劑后才會表現(xiàn)為催化作用。第25頁/共107頁6.抑制劑對酶促反應的影響有些物質(zhì)可減弱、抑制、破壞酶活性，稱為抑制劑。如：重金屬離子（AgAg+ +、HgHg2+2+）、COCO、H H2 2S S等。抑制劑作用機理：a.a.競爭性抑制b.b.非競爭性抑制第26頁/共

11、107頁營養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎，而營養(yǎng)是微生物維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過程。營養(yǎng)物質(zhì):能夠滿足機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需要的物質(zhì)。第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)微生物不斷獲得營養(yǎng)物質(zhì)，將其變成細胞組分，并將廢棄物排出體外的過程稱為新陳代謝。營養(yǎng):微生物獲得和利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程。第27頁/共107頁一、微生物的化學組成主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵、氯等微量元素：銅、鋅、錳、鉬、硒、鈷等微生物體內(nèi)的7090為水，剩下的為干物質(zhì)。干物質(zhì)，則主要為有機物和無機物組成。其中，有機物約占干重的90%97,主要為蛋白質(zhì)、核酸、糖和脂肪。其中，C、H、O、N是所有生物的有機元

12、素。第28頁/共107頁 二、微生物的營養(yǎng)物及營養(yǎng)類型五大要素：水、碳源、氮源、生長因子、無機鹽。 1.1.水水是微生物本身組分；溶劑；有利于對營養(yǎng)的吸收；生化反應在溶液中進行。第29頁/共107頁2.2.碳源在微生物生長過程中能為微生物提供碳素來源的物質(zhì)。碳源有機碳無機碳異養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物光能異養(yǎng)化能異養(yǎng)光能自養(yǎng)化能自養(yǎng)第30頁/共107頁微生物利用的碳源物質(zhì)主要有糖類、有機酸、醇、脂類、烴、COCO2 2及碳酸鹽等。微生物最好的碳源是糖尤其是葡萄糖、蔗糖。對于為數(shù)眾多的化能異養(yǎng)微生物來說，碳源是兼有能源功能營養(yǎng)物。 第31頁/共107頁凡是能夠供給微生物氮素營養(yǎng)的物質(zhì)稱為氮源。氮源的作用

13、是為蛋白質(zhì)的合成提供原料。3.氮源氮源氨基酸蛋白質(zhì)核 酸尿 素有機氮無機氮硝酸鹽銨 鹽NH3N2第32頁/共107頁4.無機鹽作用1.細胞組成部分；2.構成酶的組分和維持酶的活性；3.調(diào)節(jié)滲透壓、pH、氧化還原電位；4.能源；5.酶的激活劑；微量元素:是指那些在微生物生長過程中起重要作用，而機體對這些元素的需要量極其微小的元素。通常需要量在106108mol/L。如：鋅、錳、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。 根據(jù)微生物對礦質(zhì)元素需要量大小可以把它分成:大量元素： P 、S、 K、 Na、Mg、Ca、Fe等。第33頁/共107頁1 1）P PP P對于微生物的作用很重要，所有的微生物都需要磷源。a

14、.a.合成核酸、核蛋白、磷脂及其他含磷物質(zhì)的重要元素。b.b.是一些輔酶的組成部分。如：NADNAD、ATPATP、ADPADP等。c.c.在磷酸化中起作用。d.d.高能磷酸鍵。e.e.緩沖劑。2 2）S SS S是一些氨基酸的組分，一般為硫氫基（SHSH）的形式。S S及硫化物是好氧微生物的能源。第34頁/共107頁5.生長因子生長因子：那些微生物生長所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以滿足機體生微生物自身不能合成的或合成量不足以滿足機體生長需要的有機化合物長需要的有機化合物。生長因子主要有：維生素C、B維生素、氨基酸、堿基對等。 第35頁/共107頁三 微生物的營養(yǎng)類

15、型異養(yǎng)型生物自養(yǎng)型生物生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)生物生長過程中能量的來源光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型第36頁/共107頁1.1.光能無機自養(yǎng)型2.2.光能有機異養(yǎng)型3.3.化能無機自養(yǎng)型4.4.化能有機自養(yǎng)型根據(jù)碳源、能源及電子供體性質(zhì)的不同，可將微生物分為：第37頁/共107頁營養(yǎng)類型劃分依據(jù)劃分依據(jù)營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型特點特點碳源碳源自養(yǎng)型自養(yǎng)型以以COCO2 2 為唯一或主要碳源為唯一或主要碳源異養(yǎng)型異養(yǎng)型以有機物為碳源以有機物為碳源能源能源光能營養(yǎng)型光能營養(yǎng)型以光為能源以光為能源化能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型以有機、無機物氧化釋放的以有機、無機物氧化釋放的化學能為能源化學能為能源電子供體電子供體無機營養(yǎng)型無機營養(yǎng)

16、型以還原性無機物為電子供體以還原性無機物為電子供體有機營養(yǎng)型有機營養(yǎng)型以有機物為電子供體以有機物為電子供體第38頁/共107頁1 1光能無機自養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）能以CO2為主要唯一或主要碳源；進行光合作用獲取生長所需要的能量；以無機物如H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體，使CO2還原為細胞物質(zhì)；例如，藻類及藍細菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），進行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細胞物質(zhì)。而紅硫細菌，以H2S為電子供體，產(chǎn)生細胞物質(zhì)，并伴隨硫元素的產(chǎn)生。CO2+ 2H2S光能光合色素 CH2O + 2S+ H2O第39頁/共107頁2 2光能有機異養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）不能以CO2為主要或唯一的

17、碳源；以有機物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細胞物質(zhì)；在生長時大多數(shù)需要外源的生長因子；例如，紅螺菌屬中的一些細菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細胞物質(zhì)，同時積累丙酮。CHOH + CO2H3CH3C2光能光合色素2 CH3C0CH3 + CH2O + H2O第40頁/共107頁3 3化能無機自養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）生長所需要的能量來自無機物氧化過程中放出的化學能；以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進行生長時，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作為電子供體使CO2還原成細胞物質(zhì)。化能無機自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無機及無光的環(huán)境中生長。它們廣泛分布于土壤及水環(huán)境中,

18、,參與地球物質(zhì)循環(huán)；第41頁/共107頁4 4化能有機異養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）生長所需要的能量均來自有機物氧化過程中放出的化學能；生長所需要的碳源主要是一些有機化合物， 如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等。有機物通常既是碳源也是能源；大多數(shù)細菌、真菌、原生動物都是化能有機異養(yǎng)型微生物；所有致病微生物均為化能有機異養(yǎng)型微生物；第42頁/共107頁 上述四大類型微生物的劃分不是絕對的，在它們之間也存在過渡類型。 第43頁/共107頁第44頁/共107頁五、微生物的培養(yǎng)基培養(yǎng)基是人工根據(jù)微生物的營養(yǎng)要求，將水、碳源、氮源、無機鹽、生長因子等物質(zhì)按照一定得比例配制的，用以培養(yǎng)微生物（生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物）的

19、營養(yǎng)基質(zhì)。培養(yǎng)基幾乎是一切對微生物進行研究和利用工作的基礎。任何培養(yǎng)基都應該為微生物生長提供五大營養(yǎng)要素。第45頁/共107頁(一)配置培養(yǎng)基的順序和原則目的明確營養(yǎng)協(xié)調(diào)理化條件適宜經(jīng)濟節(jié)約2.配置培養(yǎng)基的原則1.配置培養(yǎng)基的順序燒杯加水 依次加入營養(yǎng)物質(zhì)各成分的順序：1)緩沖化合物；2)無機元素；3)微量元素；4)生長因子。最后調(diào)節(jié)pH。無菌第46頁/共107頁3)3)營養(yǎng)協(xié)調(diào)培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時微生物才能生長良好，營養(yǎng)物質(zhì)濃度過低時不能滿足微生物正常生長所需，濃度過高時則可能對微生物生長起抑制作用。培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比也直接影響微生物的生長繁殖和代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中

20、碳氮比（C/NC/N）的影響較大。2)2)目的明確根據(jù)不同的微生物的營養(yǎng)要求配制針對強的培養(yǎng)基。1)1)無菌第47頁/共107頁例如，在利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的過程中，培養(yǎng)基碳氮比為4/1時，菌體量繁殖，谷氨酸積累少；當培養(yǎng)基碳氮比為3/1時，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量則大量增加。第48頁/共107頁培養(yǎng)基的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。通常培養(yǎng)條件：細菌與放線菌：pH77.5酵母菌和霉菌：pH4.56范圍內(nèi)生長為了維持培養(yǎng)基pH的相對恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑，如K2HPO4、(NH4)2SO4或在進行工業(yè)發(fā)酵時補加酸、堿。有些緩沖劑既

21、可調(diào)節(jié)pH也是營養(yǎng)物質(zhì)。4)理化條件適宜 pH第49頁/共107頁(二) 培養(yǎng)基的類型及應用培養(yǎng)基種類繁多，根據(jù)其成分、物理狀態(tài)和用途可將培養(yǎng)基分成多種類型。按成分不同劃分含用化學成分還不清楚或化學成分不恒定的天然有機物牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、麥芽汁培養(yǎng)基化學成分完全了解的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基半合成培養(yǎng)基無機物+ +有機物第50頁/共107頁按物理狀態(tài)不同劃分在液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固劑，使其成為固體狀態(tài)，瓊脂含量一般為1.5%1.5%2.0%2.0%瓊脂含量一般為0.5%1%不加任何凝固劑液體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基常用來進行微生物的分離、鑒定、活菌計數(shù)及菌種

22、保藏 觀察微生物的運動特征、分類鑒定大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)及在實驗室進行微生物的基礎理論和應用方面的研究 第51頁/共107頁用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基在基礎培養(yǎng)基中加入某些特殊營養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基基礎培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基加富培養(yǎng)基按用途不同劃分牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是最常用的基礎培養(yǎng)基第52頁/共107頁選擇培養(yǎng)基：利用微生物對某些物質(zhì)的敏感程度不同，在培養(yǎng)基中加入一些敏感物質(zhì)，這樣就可以利用這些物質(zhì)來抑制非目的性微生物的生長，從而使得所需的微生物大量繁殖。如：在培養(yǎng)基中有革蘭氏陰性菌也有革蘭氏陽性菌，但想培養(yǎng)的是革蘭氏陰

23、性菌，就可以加入膽汁酸鹽，抑制陽性菌的繁殖。第53頁/共107頁鑒別培養(yǎng)基：利用幾種細菌對某一物質(zhì)的分解能力不同，借助指示劑的顯色不同進行菌種鑒別和區(qū)分的培養(yǎng)基。如：大腸桿菌中的大腸埃希氏菌、枸櫞酸鹽桿菌、產(chǎn)氣桿菌、副大腸桿菌四個，對乳糖的分解能力不同。其中副大腸桿菌不能分解，大腸埃希氏菌最強，菌落呈紫紅色且?guī)Ы饘俟鉂?；枸櫞酸鹽桿菌次之，菌落呈紫紅色或深紅色；產(chǎn)氣桿菌最低，菌落呈淡紅色。第54頁/共107頁根據(jù)物質(zhì)運輸過程的特點，可將物質(zhì)的運輸方式分為：1.1.單純擴散2.2.促進擴散3.3.主動運輸4.4.基團轉位六、營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式四種運輸方式也稱為四種跨膜方式第55頁/共107頁1

24、 1單純擴散原生質(zhì)膜是一種半透性膜，營養(yǎng)物質(zhì)通過原生質(zhì)膜上的小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)進行擴散。特點物質(zhì)在擴散過程中沒有發(fā)生任何反應；不消耗能量；不能逆濃度運輸；運輸速率較慢，與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比第56頁/共107頁水、O O2 2、COCO2 2是可以通過擴散自由通過原生質(zhì)膜的分子，脂溶性物質(zhì)被磷脂溶解也可通過單純擴散進出細胞，并比水溶性物質(zhì)速度快。 第57頁/共107頁單純擴散速度慢，不能滿足微生物要求，有些物質(zhì)也無法靠單純擴散進入細胞。這些營養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無機鹽等。為了能夠獲得這些營養(yǎng)，微生物通過特殊的生理結構來幫助上述物質(zhì)進入。這些特殊結構實際就是

25、特異性蛋白質(zhì)，可與營養(yǎng)物質(zhì)進行可逆性結合，在細胞質(zhì)膜內(nèi)外循環(huán)往來運輸營養(yǎng)物質(zhì)，稱其為載體蛋白。因其具有類似酶的一些性質(zhì)，如專一性，又被稱為滲透酶。一種酶只對同一物質(zhì)或同類進行運輸，因此，為了能夠獲得多重營養(yǎng)，細胞質(zhì)膜上有多種載體蛋白來完成一些營養(yǎng)物質(zhì)的促進擴散。 不耗能量，動力仍為濃度梯度。2 2促進擴散第58頁/共107頁2 2促進擴散第59頁/共107頁特點不消耗能量參與運輸?shù)奈镔|(zhì)本身的分子結構不發(fā)生變化不能進行逆濃度運輸運輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比需要載體參與第60頁/共107頁3 3主動運輸它的一個重要特點是物質(zhì)運輸過程中需要消耗能量和載體，而且可以進行逆濃度運輸。運輸過程需要三

26、種滲透酶的作用即：單向轉運載體、同向轉運載體、反向轉運載體。主動運輸?shù)淖饔脵C理有3 3種：分別為鈉鉀泵主動運輸、離子濃度梯度主動運輸、H H+ +濃度梯度主動運輸。主動運輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質(zhì)運輸方式。第61頁/共107頁以H H+ +濃度梯度主動運輸機制為例講解主動運輸：細菌將ATPATP水解后形成的H H+ +（好氧呼吸氧化營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生H H+ +）排出膜外，產(chǎn)生的電子與O O2 2結合形成OHOH- -。如此就形成了細胞膜兩側的H H+ +離子濃度梯度。H H+ +可與營養(yǎng)物質(zhì)結合。滲透酶上有特異性的位點，可以與營養(yǎng)物質(zhì)和H H+ +結合。三者在電位差的作用下，將低濃度區(qū)

27、的營養(yǎng)物質(zhì)送到細胞內(nèi)部。第62頁/共107頁3 3主動運輸?shù)?3頁/共107頁基團轉位又稱為磷酸烯醇丙酮酸磷酸糖轉移酶運輸系統(tǒng)（PTSPTS），PTS PTS 包括酶I I、酶IIII和一種熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)（HPrHPr）。4 4基團轉位基團轉位是另一種類型的主動運輸，它與主動運輸方式的不同之處在于它有一個復雜的運輸系統(tǒng)來完成物質(zhì)的運輸，而物質(zhì)在運輸過程中發(fā)生化學變化。PEP-P + HPr HPr-p + 丙酮酸鹽 P - HPr +糖 糖-P +HPr酶I酶I I第64頁/共107頁基團轉移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細胞中，主要用于糖的運輸，脂肪酸、核苷、堿基等也可以通過這種方式運輸。第65

28、頁/共107頁比較項目比較項目 單純擴散單純擴散促進擴散促進擴散主動運輸主動運輸 基團移位基團移位特異載體蛋白特異載體蛋白 無無有有有有有有運送速度運送速度 慢慢快快快快快快溶質(zhì)運送方向溶質(zhì)運送方向 由濃至稀由濃至稀由濃至稀由濃至稀由稀至濃由稀至濃由稀至濃由稀至濃能量消耗能量消耗 不需要不需要不需要不需要需要需要需要需要運送前后溶質(zhì)運送前后溶質(zhì)分子狀態(tài)分子狀態(tài) 不變不變 不變不變不變不變改變改變運送對象舉例運送對象舉例 水、水、O2 糖、糖、SO42-氨基酸、氨基酸、乳糖乳糖糖、嘌呤糖、嘌呤四種運輸方式比較第66頁/共107頁第三節(jié) 微生物的產(chǎn)能代謝同化作用新陳代謝異化作用細胞物質(zhì)合成（營養(yǎng)被

29、轉變?yōu)闄C體組分）產(chǎn)生能量需要能量營養(yǎng)物質(zhì)分解第67頁/共107頁一、產(chǎn)能代謝與呼吸的關系呼吸本質(zhì)：氧化還原的統(tǒng)一過程。其中有能量的產(chǎn)生與轉移。呼吸類型：發(fā)酵、好氧呼吸、無氧呼吸在呼吸過程中，都會發(fā)生電子轉移。提供電子的物質(zhì)被氧化，接受電子的物質(zhì)被還原。所謂的產(chǎn)能代謝就是通過三種呼吸來實現(xiàn)的。第68頁/共107頁一、產(chǎn)能代謝與呼吸的關系微生物產(chǎn)能種類：1.1.電能：電子轉移產(chǎn)生的能量；2.2.化學能：物質(zhì)反應（氧化）過程中釋放的能量；3.3.機械能：鞭毛運動、細胞質(zhì)流動等產(chǎn)生的能量；4.4.光能：發(fā)光菌產(chǎn)生的能量。這些能量有的被用于生化反應，有的以熱量的形式散發(fā)，有的被貯存在ATPATP中。第6

30、9頁/共107頁一、產(chǎn)能代謝與呼吸的關系ATPATP生物能量轉移中心物質(zhì)氧化放出能量 細胞合成需要能量ATP是在發(fā)酵、好氧呼吸、無氧呼吸中形成。具體方式：1.1.底物水平磷酸化厭氧微生物或兼性微生物的底物被氧化，會產(chǎn)生高能中間體，并把高能鍵（）交給ADPADP，從而形成ATPATP。2.2.氧化磷酸化好氧微生物呼吸，通過電子傳遞體系形成ATPATP。3.3.光合磷酸化光可引發(fā)葉綠素、菌綠素等放出電子，電子在被傳遞過程中形成ATPATP。第70頁/共107頁ATPATP含有高能磷酸鍵（31.4KJ31.4KJ），但僅是能量的暫時貯存物質(zhì)，如果能量確實過剩，不能用ATPATP，而用其他內(nèi)含顆粒來長

31、期貯存。第71頁/共107頁二、呼吸類型根據(jù)最終電子受體可將微生物呼吸分為：發(fā)酵、好氧呼吸、無氧呼吸三種。( (一) )發(fā)酵不存在外在的電子受體，底物進行部分氧化，用氧化產(chǎn)物作為最終電子受體。這個過程，能量有少量釋放，多數(shù)仍保留在產(chǎn)物中。以葡萄糖為例，講解發(fā)酵。葡萄糖被分解的成丙酮酸的過程稱為糖酵解過程，也叫EMPEMP過程。糖酵解是微生物所共有的代謝途徑。第72頁/共107頁糖酵解分為兩大步驟：1.1.預備反應，不發(fā)生氧化還原反應。產(chǎn)物是3 3磷酸甘油醛。2.2.氧化還原反應，產(chǎn)生ATPATP，產(chǎn)物為丙酮酸，進一步發(fā)酵可產(chǎn)生乙醇和COCO2 2。整個過程，1mol1mol葡萄糖轉變成2mol

32、ATP2molATP，2mol2mol乙醇， 2mol2mol水， 2molCO2molCO2 ，即產(chǎn)生能量2 231.4KJ31.4KJ62.8KJ62.8KJ。產(chǎn)能率為62.8/238.362.8/238.32626第73頁/共107頁第74頁/共107頁丙酮酸是微生物糖酵解的必然產(chǎn)物，如果進一步發(fā)酵，可形成多種產(chǎn)物。因此，有可將發(fā)酵分為很多類型：如乙醇發(fā)酵；混合酸發(fā)酵等。其中，混合酸發(fā)酵是多數(shù)大腸桿菌的特征。人們利用V.PV.P試驗進行大腸埃希氏桿菌和產(chǎn)氣桿菌的區(qū)分。大腸埃希氏桿菌的發(fā)酵產(chǎn)物為甲酸、乙酸、乳酸、CO2CO2等。產(chǎn)氣桿菌也能進行混合酸發(fā)酵，丙酮酸經(jīng)過縮合、脫羧后形成乙酰甲基

33、甲醇，可在堿性條件下被迅速氧化為二乙酰，二乙?？膳c蛋白胨水解出的精氨酸所含胍基反應形成紅色化合物。稱為陽性反應。第75頁/共107頁另外，還可以用甲基紅試驗進行區(qū)別。產(chǎn)氣桿菌在混合酸發(fā)酵時會產(chǎn)生中性的乙酰甲基醇，但大腸埃希氏桿菌的混合酸發(fā)酵產(chǎn)生多種有機酸，使培養(yǎng)液呈酸性，p H在4.2左右甚至更低。當用甲基紅滴入時 ，大腸埃希氏桿菌培養(yǎng)液為紅色，稱之為陽性反應；產(chǎn)氣桿菌培養(yǎng)液為橙黃色，為甲基紅反應陰性。第76頁/共107頁2.2.好氧呼吸電子受體為O O2 2，底物被徹底的完全氧化成COCO2 2和H H2 2O O，并有大量ATPATP產(chǎn)生。在好氧呼吸過程中，電子并不是直接傳遞給O O2 2

34、，而是先轉移給NADNAD，成為NADHNADH2 2，然后NADHNADH2 2被氧化后，電子傳遞給電子傳遞體系，最后由電子傳遞體系轉給O O2 2。得到電子的O O2 2與H H結合形成H H2 2O O。仍然以葡萄糖為例子，講解好氧呼吸過程。葡萄糖的好氧呼吸分為兩個階段：1.1.糖酵解階段，形成丙酮酸，即EMPEMP途徑酵解階段；2.2.丙酮酸有氧分解階段，即三羧酸循環(huán)（TCATCA循環(huán)）階段。第77頁/共107頁第78頁/共107頁第79頁/共107頁酮戊二酸第80頁/共107頁第81頁/共107頁第82頁/共107頁1mol1mol葡萄糖可在EMPEMP途徑形成2mol2mol丙酮酸

35、，則在TCATCA循環(huán)中可形成: :2 2151530molATP;30molATP;由于葡萄糖的好氧呼吸包括兩部分，TCATCA已知產(chǎn)生30mol30mol。那EMPEMP途徑呢，在發(fā)酵時凈剩2mol2mol，在發(fā)酵過程中，可產(chǎn)生2mol2mol的NADHNADH2 2, ,則可換算成2 23 36molATP ,6molATP ,因此， 1mol1mol葡萄糖可產(chǎn)生：30+2+630+2+638molATP.38molATP.第83頁/共107頁好氧微生物氧化分解1 mol1 mol葡萄糖分子總共可生成38molATP38molATP，共有1193kJ1193kJ的能量轉變?yōu)锳TPATP。

36、1 mol1 mol葡萄糖分子完全氧化產(chǎn)生的總能量大約為2876 U2876 U。這樣，好氧呼吸利用能量的效率大約是4242，其余的能量以熱的形式散發(fā)掉。發(fā)酵l moll mol葡萄糖分子的能量利用率只有2626。可見，進行發(fā)酵的厭氧微生物為了滿足能量的需要，消耗的營養(yǎng)物要比好氧微生物多。第84頁/共107頁3.3.乙醛酸循環(huán)TCATCA循環(huán)的一個支路4.4.電子傳遞體系: :有氧呼吸中傳遞電子的一系列 偶聯(lián)反應 組成：NADNAD或NADPNADP、FADFAD或FMNFMN、輔酶Q Q、細胞色素a a、a a3 3、b b、c c、c c1 1等。第85頁/共107頁作用：a.接受電子供體

37、放出的電子，最終傳遞給O2。b.合成ATP，把電子傳遞過程中釋放的能量收集貯存。其在細胞中的位置：真核細胞是線粒體，原核細胞是細胞質(zhì)膜。 第86頁/共107頁第87頁/共107頁 在好氧呼吸中，由前面EMP和TCA產(chǎn)生的H（NADH2和FADH2），通過電子傳遞體系（呼吸鏈），最終到達分子氧，形成水。在這一傳遞過程中，產(chǎn)生ATP。（稱為氧化磷酸化）第88頁/共107頁好氧呼吸分為兩種：外源呼吸和內(nèi)源呼吸。1.1.外源呼吸：正常條件下的呼吸，利用外界營養(yǎng)、能源進行呼吸。2.2.內(nèi)源呼吸：外界不能供給能源，利用自身貯存的能源物質(zhì)進行呼吸。好氧呼吸的條件：取決于O O2 2的體積分數(shù)，微生物環(huán)境中O

38、 O2 2達到0.20.2（大氣中氧的體積分數(shù)的1 1）或0.20.2以上，可以進行好氧呼吸，達不到，則無法進行好氧呼吸。第89頁/共107頁( (三) )無氧呼吸無氧呼吸的最終電子受體不是未徹底氧化的有機物，也不是O O2 2，而是除了O O2 2以外的含氧無機物，如NONO3 3- -、SOSO4 42-2-、COCO3 32-2-及COCO2 2、COCO等。以NONO3 3- -為最終電子受體為例講解無氧呼吸。NONO3 3- -接受電子，形成NONO2 2- -、N N2 2O O、N N2 2。第90頁/共107頁NONO3 3- -NONO3 3- -N N2 2這個過程稱為脫氮

39、作用。亦稱為反硝化作用或硝酸鹽還原作用。以其他無機氧化物為最終電子受體的情況： 以SO42-為最終電子受體 如：2CH2CH3 3CHOHCOOH+ HCHOHCOOH+ H2 2SOSO4 4 - - 2CH2CH3 3COOH+2COCOOH+2CO2 2+H+H2 2S+2HS+2H2 2O+1125kJO+1125kJ 以COCO2 2和COCO為最終電子受體 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+CO-CH+C

40、O-CH4 4+H+H2 2O O第91頁/共107頁三種呼吸類型的比較呼吸類呼吸類型型最終電子最終電子受體受體參與反應的酶與電子傳遞體參與反應的酶與電子傳遞體系系最終產(chǎn)物最終產(chǎn)物釋放能量釋放能量乙醇發(fā)乙醇發(fā)酵酵中間代謝中間代謝產(chǎn)物產(chǎn)物脫氫酶、脫羧酶脫氫酶、脫羧酶輔酶輔酶NAD低分子有機物、低分子有機物、CO2、ATP(2)238.3KJ好氧呼好氧呼吸吸氧氣氧氣脫氫酶、脫羧酶脫氫酶、脫羧酶輔酶輔酶NAD、FAD輔酶輔酶Q細胞色素細胞色素a、a3、b、c、c1CO2、H2O、ATP(38)、SO42-2876KJ無氧呼無氧呼吸吸NO3-CO32-SO42-脫氫酶、脫羧酶、脫氫酶、脫羧酶、硝酸還原酶、硝酸還原酶、硫酸還原酶硫酸還原酶輔酶輔酶NAD、細胞色素細胞色素b、cCO2、H2O、N2、ATP反硝化反硝化1756KJ反硫化反硫化1125KJ