第四章 微生物的生理

第四章微生物的生理第一節(jié)微生物的酶

酶是動物，植物及微生物等生物體內(nèi)合成的，催化生物化學(xué)反應(yīng)的，并傳遞電子、原子和化學(xué)基團的生物催化劑。一酶的組成酶的組成有兩類：a、單成分酶，只含蛋白質(zhì)。b、全酶，由蛋白質(zhì)和不含氮的小分子有機物加上金屬離子組成。全酶中的各種成分缺一不可，否則全酶會喪失催化活性。酶的組成用下式表示：單成分酶＝酶蛋白如水解酶類全酶＝酶蛋白＋有機物各種脫氫酶類全酶＝酶蛋白＋有機物＋金屬離子丙酮酸脫氫酶全酶＝酶蛋白＋金屬離子細胞色素氧化酶酶各組分的功能：酶蛋白起加速生物化學(xué)反應(yīng)的作用；輔基和輔酶起傳遞電子、原子、化學(xué)基團的作用；金屬離子除傳遞電子外，還起激活劑的作用。幾種重要的輔基如下：1鐵卜啉2輔酶A3NAD4FMN和FAD5輔酶Q6硫辛酸和焦磷酸硫胺素7磷酸腺苷及其他核苷酸類8磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺9生物素10四氫葉酸11金屬離子12輔酶M13輔酶43014MPT16MFR二酶蛋白的結(jié)構(gòu)酶蛋白是由20種氨基酸組成的。組成酶蛋白的氨基酸按一定的排列順序由肽鍵連接成多肽鏈，兩條多肽鏈之間或一條多肽鏈卷曲后相鄰的基團之間以氫鍵、鹽鍵、脂鍵、疏水鍵、范德華力及金屬鍵等相連接而成。酶蛋白的結(jié)構(gòu)分一級、二級和三級結(jié)構(gòu)，少數(shù)酶具有四級結(jié)構(gòu)。三酶的活性中心酶的活性中心是指酶蛋白分子中與底物結(jié)合，并起催化作用的小部分氨基酸微區(qū)。構(gòu)成活性中心的微區(qū)或處在同一條肽鏈的不同部位，或處在不同肽鏈上；在多肽鏈盤曲成一定空間構(gòu)型時，他們按一定位置靠近在一起，形成特定的酶活性中心。酶的活性中心有結(jié)合部位和催化作用。酶的活性中心對催化作用至關(guān)重要，但其他部位也很重要，因為它們在維持酶的空間構(gòu)型、保持酶的活性中心和催化作用等方面都起著不同程度的作用酶蛋白的結(jié)構(gòu)圖四酶的分類與命名（一）按酶所催化的化學(xué)反應(yīng)類型，把酶分為6類，即水解酶類，氧化還原酶類，異構(gòu)酶類，轉(zhuǎn)移酶類，裂解酶類和合成酶類。1水解酶類水解酶是催化大分子有機物水解成小分子的酶。水解反應(yīng)的通式AB+H2O=AOH+BH2氧化還原酶類催化氧化還原反應(yīng)的酶稱為氧化還原酶AH2+B=A+BH2這類酶按供氫體的性質(zhì)分為氧化酶和脫氫酶（1）氧化酶類：氧化酶催化的反應(yīng)有兩種結(jié)果a催化底物脫氫生成H2O2反應(yīng)通式如下AH2+O2=A+H2O2b催化底物脫氫生成H2OAH2+1/2O2=A+H2O（2）脫氫酶類：脫氫酶催化底物脫氫，氫由中間受體NAD接受 CH3CH2OH+NAD=CH3CHO+NADH2

3轉(zhuǎn)移酶類轉(zhuǎn)移酶是催化底物的基團轉(zhuǎn)移到另一有機物上的酶。反應(yīng)的通式為AR+B=A+BR式中被轉(zhuǎn)移的基團包括氨基、醛基、酮基、磷酸基等4異構(gòu)酶類異構(gòu)催化同分異構(gòu)分子內(nèi)的基團重新排列。其反應(yīng)通式為A=A’5裂解酶類裂解酶催化有機物裂解為小分子有機物，反應(yīng)通式：AB=A+B6合成酶類合成酶催化底物的合成反應(yīng)。蛋白質(zhì)和核酸的生物合成都需要合成酶參與，需要消耗ATP以獲取能量。反應(yīng)通式為A+B+ATP=AB+ADP+Pi或A+B+ATP=AB+ADP+PPi

（二）按酶在細胞的不同部位，可把酶分為胞外酶、胞內(nèi)酶和表面酶（三）按酶作用底物的不同，可把酶分為淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、核糖核酸酶以上三種分類和命名方法可有機地聯(lián)系和統(tǒng)一起來。五酶的催化特性1酶積極參與生物化學(xué)反應(yīng)，加速反應(yīng)速度，縮短反應(yīng)到達平衡的時間，但不改變反應(yīng)的平衡點。2酶的催化作用具有專一性。酶的專一性分絕對專一性，相對專一性和立體異構(gòu)專一性。3酶的催化作用條件溫和。4酶對環(huán)境條件極為敏感。5酶的催化效率極高，比無機催化劑的催化效率高幾千倍至百億倍。酶催化效率極高是因為酶降低反應(yīng)的能閥，從而降低反應(yīng)物所需的活化能。六影響酶活力的因素1酶濃度2底物濃度3溫度4PH5激活劑6抑制劑第二節(jié)微生物的營養(yǎng)新陳代謝包括同化作用和異化作用。異化作用：物質(zhì)分解反應(yīng)（將營養(yǎng)物質(zhì)和細胞物質(zhì)分解的過程），放出能量同化作用：物質(zhì)合成反應(yīng)（將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C體組分的過程），吸收能量一微生物的化學(xué)組成微生物機體質(zhì)量的70%~90%為水分，其余10%~30%為干物質(zhì)。(一)水分不同類型的微生物水分含量不同。（二）干物質(zhì)有機物占干物質(zhì)質(zhì)量的90%~97%，包括蛋白質(zhì)，核酸，糖類及脂類。無機物占干物質(zhì)質(zhì)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。

二微生物的營養(yǎng)物及營養(yǎng)類型根據(jù)微生物對各種碳素營養(yǎng)物的同化能力的不同，可把微生物分為無機營養(yǎng)微生物和有機營養(yǎng)微生物兩種。1無機營養(yǎng)微生物這一類型的微生物具有完備的酶系統(tǒng)，合成有機物的能力強，CO2,CO和CO32-中的碳素為其唯一的碳源，能利用光能或化學(xué)能在細胞內(nèi)合成復(fù)雜的有機物，以構(gòu)成自身的細胞成分。（1）光能自養(yǎng)微生物利用陽光（或燈光）作為能源，利用CO2和H2O或H2S合成有機物，構(gòu)成自身細胞成分。（2）化能自養(yǎng)微生物它們合成有機物所需的能量來自于它們氧化S、H2S、H2、NH3、Fe等時，通過氧化磷酸化產(chǎn)生的ATP。CO2是化能自養(yǎng)微生物的唯一碳源。

2有機營養(yǎng)微生物有機營養(yǎng)微生物也稱為異養(yǎng)微生物，只能利用有機碳化合物作為碳素營養(yǎng)和能量來源。異養(yǎng)微生物又分為光能異養(yǎng)微生物和化能異養(yǎng)微生物。光能異養(yǎng)微生物是以光為能源，以有機物為供氫體，還原CO2，合成有機物的一類厭氧微生物。化能異養(yǎng)微生物是一群依靠氧化有機物產(chǎn)生化學(xué)能而獲得能量的微生物。3混合營養(yǎng)微生物混合營養(yǎng)微生物是既可以利用無機碳（CO2,CO32-等）作為碳素營養(yǎng)，又可以利用有機碳化合物作為碳素營養(yǎng)，即為兼性自養(yǎng)微生物。（三）氮源氮源的作用是提供微生物合成蛋白質(zhì)的原料。根據(jù)對氮源要求的不同，將微生物分為4類。1固氮微生物它們能利用空氣中的氮分子（N2）合成自身的氨基酸和蛋白質(zhì)。2利用無機氮作為氮源的微生物3需要某種氨基酸作為氮源的微生物它們不能利用簡單的無機氮化物合成蛋白質(zhì)，而必須供給某些現(xiàn)成的氨基酸才能生長繁殖。4從分解蛋白質(zhì)中取得銨鹽或氨基酸的微生物它們都要分解蛋白質(zhì)的能力，產(chǎn)生NH3，氨基酸和肽，進而合成細胞蛋白質(zhì)。（四）無機鹽無機鹽的生理功能包括a構(gòu)成細胞成分；b構(gòu)成酶的組分和維持酶的活性；c調(diào)節(jié)滲透壓、氫離子濃度、氧化還原電位等；d供給自養(yǎng)微生物能源。微生物需要的無機鹽有磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽。這些無機鹽中含有鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等元素，其中，微生物對磷和硫的需求量最大。此外，微生物還需要鋅、錳、鈷、鉬、銅、硼、釩、鎳等微量元素。微量元素之間有協(xié)同作用，也有拮抗作用。（五）生長元素微生物需要的生長因子有B族維生素、微生物C、氨基酸、嘌呤、嘧啶、生物素及煙酸等。多數(shù)異養(yǎng)微生物及自養(yǎng)微生物有合成生長因子的能力

三碳氮磷比水、碳源、氮源、無機鹽及生長因子為微生物共同需要的物質(zhì)。由于不同微生物細胞的元素組成比例不同，對各營養(yǎng)元素的比例要求也不同，主要指碳氮磷比。

四微生物的培養(yǎng)基根據(jù)各種微生物的營養(yǎng)要求，將水、碳源、氮源、無機鹽及生長因子等物質(zhì)按一定的比例配制而成的，用以培養(yǎng)微生物的基質(zhì)，即培養(yǎng)基。配制培養(yǎng)基有一定的原則和順序。燒杯中一定量的蒸餾水（或去離子水或自來水，視實驗要求而定），按配方稱取各營養(yǎng)成分，然后將各營養(yǎng)成分逐一加入，待每種成分溶解后方可加下一成分，否則會引起沉淀物形成。為避免產(chǎn)生金屬沉淀，可加入螯合劑，使金屬與之絡(luò)合并保持溶解狀態(tài)。螯合劑有EDTA和NTA。EDTA常用質(zhì)