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1、微生物学第五章第六章第一页，讲稿共八十一页哦一、微生物的化学组成一、微生物的化学组成二、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三、微生物的培养基三、微生物的培养基四、营养物质进入微生物细胞的方式四、营养物质进入微生物细胞的方式第二页，讲稿共八十一页哦第一节第一节 微生物的化学组成（微生物的化学组成（P59)2.2.干物质（干物质（10%-30%10%-30%）有机物（占干物质的有机物（占干物质的90%-97%)90%-97%)：包括蛋白质、核酸、糖类、脂类。包括蛋白质、核酸、糖类、脂类。无机物：包括无机物：包括P P、S S、K K、NaNa、CaCa、MgMg、FeFe、ClC
2、l 微量元素微量元素CuCu、MnMn、ZnZn、B B、MoMo、CoCo、NiNi等。等。微生物细胞中主要元素组成实验式：微生物细胞中主要元素组成实验式：细菌细菌 C C5 5H H7 7NONO2 2 真菌真菌 C C1010H H1717NONO6 6藻类藻类 C C5 5H H8 8NONO2 2 原生动物原生动物 C C7 7H H1414NONO3 3 1.1.水分（水分（70%-90%70%-90%）第三页，讲稿共八十一页哦第二节第二节 微生物的营养物微生物的营养物(P60)1.1.水水2.2.碳素营养源：能供给微生物碳素营养的物质，碳素营养源：能供给微生物碳素营养的物质，包括
3、无机含碳化合物和有机含碳化合物。包括无机含碳化合物和有机含碳化合物。3.3.氮素营养源：能供给微生物氮素营养的物质；氮素营养源：能供给微生物氮素营养的物质；无机氮源无机氮源 有机氮源有机氮源4.4.无机盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐等；无机盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐等；5.5.生长因子：生长因子：V VB B族、族、V VC C、氨基酸、嘌呤、嘧啶、生物素、烟碱等。、氨基酸、嘌呤、嘧啶、生物素、烟碱等。微生物的营养物：凡能满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动微生物的营养物：凡能满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。所需的物质。微生物获得与利用营养物质的过程称为营养。微生物
4、获得与利用营养物质的过程称为营养。第四页，讲稿共八十一页哦 水是微生物生长所必不可少的。水在细胞中的生理功能主要有：水是微生物生长所必不可少的。水在细胞中的生理功能主要有：起到溶剂与运输介质的作用，营养物质的吸收与代谢产物起到溶剂与运输介质的作用，营养物质的吸收与代谢产物的分泌必须以水为介质才能完成；的分泌必须以水为介质才能完成；参与细胞内一系列化学反应；参与细胞内一系列化学反应；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；因因为为水水的的比比热热高高，是是热热的的良良好好导导体体，能能有有效效地地吸吸收收代代谢谢过过程程中中产产生生的的热热并并及及
5、时时地地将将热热迅迅速速散散发发出出体体外外，从从而而有有效效地控制细胞内温度的变化；地控制细胞内温度的变化；保持充足的水分是细胞维持自身正常形态的重要因素。保持充足的水分是细胞维持自身正常形态的重要因素。1.1.水水第五页，讲稿共八十一页哦在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质称为碳源在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质称为碳源 (source of carbon)(source of carbon)。从简单的无机含碳化合物如从简单的无机含碳化合物如COCO2 2和碳酸盐到各种各样的天然和碳酸盐到各种各样的天然有机化合物都可以作为微生物的碳源，但不同的微生物利用含有机化合物都可
6、以作为微生物的碳源，但不同的微生物利用含碳物质具有选择性，利用能力有差异。碳物质具有选择性，利用能力有差异。2.2.碳源碳源 第六页，讲稿共八十一页哦碳源的生理作用碳源的生理作用碳源物质通过复杂的化学变化来构成微生物自身的细胞碳源物质通过复杂的化学变化来构成微生物自身的细胞物质和代谢产物物质和代谢产物构成细胞的物质；构成细胞的物质；多数碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为机体提供维持生多数碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为机体提供维持生命活动的能量命活动的能量;但有些以但有些以COCO2 2为唯一或主要碳源的微生物生长所需的能源为唯一或主要碳源的微生物生长所需的能源则不是来自则不是来自CO2
7、。第七页，讲稿共八十一页哦微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢微生物利用的碳源物质微生物利用的碳源物质种类种类碳源物质碳源物质备注备注糖糖葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、半纤维素、甲壳素、木质素等半纤维素、甲壳素、木质素等单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于纤维素，纯多糖优于杂多糖。纤维素，纯多糖优于杂多糖。有机酸有机酸糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级脂糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等与
8、糖类比效果较差，有机酸较难进入细胞，与糖类比效果较差，有机酸较难进入细胞，进入细胞后会导致进入细胞后会导致pHpH下降。当环境中缺下降。当环境中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳源利用。源利用。醇醇乙醇乙醇在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利用。用。脂脂脂肪、磷脂脂肪、磷脂主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解为甘油和脂肪酸而加以利用。为甘油和脂肪酸而加以利用。烃烃天然气、石油、石油馏分、石蜡油等天然气、石油、石油馏分、石蜡油等利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂组利用烃的微生物细胞表面
9、有一种由糖脂组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳化后吸收利用。化后吸收利用。COCO2 2COCO2 2为自养微生物所利用。为自养微生物所利用。碳酸盐碳酸盐NaHCONaHCO3 3、CaCOCaCO3 3、白垩等、白垩等为自养微生物所利用。为自养微生物所利用。其他其他芳香族化合物、氰化物芳香族化合物、氰化物蛋白质、肋、核酸等蛋白质、肋、核酸等利用这些物质的微生物在环境保护方面有利用这些物质的微生物在环境保护方面有重要作用。重要作用。当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物作当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物作为碳源而降解利用。为碳源而降解利用。第八页，讲稿共八
10、十一页哦3.3.氮源氮源氮氮源源物物质质常常被被微微生生物物用用来来合合成成细细胞胞中中含含氮氮物物质质，少少数数情情况况下下可可作作能能源源物物质质，如如某某些些厌厌氧氧微微生生物物在在厌厌氧氧条条件件下下可可利利用用某某些些氨氨基基酸作为能源。酸作为能源。能能被被微微生生物物所所利利用用的的氮氮源源物物质质有有蛋蛋白白质质及及其其各各类类降降解解产产物物、铵铵盐盐、硝酸盐、亚硝酸盐、分子态氮、嘌呤、嘧啶、脲、酰胺、氰化物。硝酸盐、亚硝酸盐、分子态氮、嘌呤、嘧啶、脲、酰胺、氰化物。微微生生物物对对氮氮源源的的利利用用具具有有选选择择性性，如如玉玉米米浆浆相相对对于于豆豆饼饼粉粉，NHNH4
11、4+相相对对于于NONO3 3-为为速速效效氮氮源源。铵铵盐盐作作为为氮氮源源时时会会导导致致培培养养基基pHpH值值下下降降，称称为为生生理理酸酸性性盐盐，而而以以硝硝酸酸盐盐作作为为氮氮源源时时培培养养基基pHpH值值会会升升高高，称称为为生理碱性盐。生理碱性盐。第九页，讲稿共八十一页哦微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢微生物利用的氮源物质微生物利用的氮源物质种类种类氮源物质氮源物质备注备注蛋白质蛋白质类类蛋白质及其不同蛋白质及其不同程度降解产物程度降解产物(胨、肽、氨基胨、肽、氨基酸等酸等)大分子蛋白质难进入细胞，一些真菌和少数细菌大分子蛋白质难进入细胞，一些真菌和少数细菌能分泌胞外蛋
12、白酶，将大分子蛋白质降解利用，能分泌胞外蛋白酶，将大分子蛋白质降解利用，而多数细菌只能利用相对分子质量较小其降解产而多数细菌只能利用相对分子质量较小其降解产物物氨及铵氨及铵盐盐NHNH3 3、(NH(NH4 4)2 2SOSO4 4等等容易被微生物吸收利用容易被微生物吸收利用硝酸盐硝酸盐KNOKNO3 3等等容易被微生物吸收利用容易被微生物吸收利用分子氮分子氮N N2 2固氮微生物可利用，但当环境中有化合态氮源时，固氮微生物可利用，但当环境中有化合态氮源时，固氮微生物就失去固氮能力固氮微生物就失去固氮能力其他其他嘌呤、嘧啶、脲、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化胺、酰胺、氰化物物大肠杆菌不能以嘧啶
13、作为唯一氮源，在氮限量的大肠杆菌不能以嘧啶作为唯一氮源，在氮限量的葡萄糖培养基上生长时，可通过诱导作用先合成葡萄糖培养基上生长时，可通过诱导作用先合成分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可不同程分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可不同程度地被微生物作为氮源加以利用度地被微生物作为氮源加以利用第十页，讲稿共八十一页哦在机体中的生理功能主要是：在机体中的生理功能主要是：构成细胞组分（大量元素和微量元素）；构成细胞组分（大量元素和微量元素）；是是微微生生物物生生长长必必不不可可少少的的一一类类营营养养物物质质，是是构构成成酶酶活活性性中中心的组成部分、维持酶的活性；心的组成部分、维持酶的活性；调节并维
14、持细胞的渗透压平衡、控制细胞的氧化还原电位；调节并维持细胞的渗透压平衡、控制细胞的氧化还原电位；供给自养微生物生长的能源物质。供给自养微生物生长的能源物质。4.4.无机盐无机盐第十一页，讲稿共八十一页哦微量元素微量元素微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素，通常需要量机体对这些元素的需要量极其微小的元素，通常需要量在在1010-6-6-10-10-8-8mol/L(mol/L(培养基中含量培养基中含量)。微量元素一般参与酶的。微量元素一般参与酶的组成或使酶活化。组成或使酶活化。第十二页，讲稿共八十一页
15、哦无机盐及其生理功能无机盐及其生理功能元素元素化合物形式化合物形式(常用常用)生理功能生理功能磷磷KHKH2 2POPO4 4，K K2 2HPOHPO4 4核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及ATPATP等高能分子的成等高能分子的成分，作为缓冲系统调节培养基分，作为缓冲系统调节培养基pHpH硫硫(NH(NH4 4)2 2SOSO4 4，MgSOMgSO4 4含硫氨基酸含硫氨基酸(半胱氨酸、甲硫氨酸等半胱氨酸、甲硫氨酸等)、维生素的成分，、维生素的成分，谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位镁镁MgSOMgSO4 4己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶
16、等活己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶等活性中心组分，叶绿素和细菌叶绿素成分性中心组分，叶绿素和细菌叶绿素成分钙钙CaClCaCl2 2，Ca(NOCa(NO3 3)2 2某些酶的辅因子，维持酶某些酶的辅因子，维持酶(如蛋白酶如蛋白酶)的稳定性，芽孢的稳定性，芽孢和某些孢子形成所需，建立细菌感受态所需和某些孢子形成所需，建立细菌感受态所需钠钠NaClNaCl细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些酶细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些酶的稳定性的稳定性钾钾KHKH2 2POPO4 4，K K2 2HPOHPO4 4某些酶的辅因子，维持细胞渗透压，某些嗜盐细菌某些酶的辅因子，维持细
17、胞渗透压，某些嗜盐细菌核糖体的稳定因子核糖体的稳定因子铁铁FeSOFeSO4 4细胞色素及某些酶的组分，某些铁细菌的能源物质，细胞色素及某些酶的组分，某些铁细菌的能源物质，合成叶绿素、白喉毒素所需合成叶绿素、白喉毒素所需第十三页，讲稿共八十一页哦微量元素与生理功能微量元素与生理功能元素元素生理功能生理功能锌锌存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、醛缩酶、存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、醛缩酶、RNARNA与与DNADNA聚合酶中聚合酶中锰锰存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中钼钼存在于硝酸盐还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶中存在于硝酸盐还原酶、固氮酶
18、、甲酸脱氢酶中硒硒存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氢酶中存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氢酶中钴钴存在于谷氨酸变位酶中存在于谷氨酸变位酶中铜铜存在于细胞色素氧化酶中存在于细胞色素氧化酶中钨钨存在于甲酸脱氢酶中存在于甲酸脱氢酶中镍镍存在于脲酶中，为氢细菌生长所必需存在于脲酶中，为氢细菌生长所必需第十四页，讲稿共八十一页哦生生长长因因子子(growth(growth factor)factor)通通常常指指那那些些微微生生物物生生长长所所必必需需而而且且需需要要量量很很小小，但但微微生生物物自自身身不不能能合合成成或或合合成成量量不不足足以以满满足足机机体体生生长长需需要要的的有有机机化化合合物物。根根据据生
19、生长长因因子子的的化化学学结结构构和和它它们们在在机机体体中中的的生生理理功功能能的的不不同同，可可将将生生长长因因子子分分为为维维生生素素(vitamin)(vitamin)、氨基酸、嘌呤与嘧啶三大类。、氨基酸、嘌呤与嘧啶三大类。5.5.生长因子生长因子第十五页，讲稿共八十一页哦 维维生生素素：在在机机体体中中所所起起的的作作用用主主要要是是作作为为酶酶的的辅辅基基或或辅辅酶酶参参与与新新陈代谢；陈代谢；氨氨基基酸酸：有有些些微微生生物物自自身身缺缺乏乏合合成成某某些些氨氨基基酸酸的的能能力力，因因此此必必须须在在培培养养基基中中补补充充这这些些氨氨基基酸酸或或含含有有这这些些氨氨基基酸酸的
20、的小小肽肽类物质，微生物才能正常生长；类物质，微生物才能正常生长；嘌嘌呤呤与与嘧嘧啶啶：在在微微生生物物机机体体内内的的作作用用主主要要是是作作为为酶酶的的辅辅酶酶或辅基，以及用来合成核苷、核苷酸和核酸。或辅基，以及用来合成核苷、核苷酸和核酸。第十六页，讲稿共八十一页哦碳氮磷比碳氮磷比由由于于不不同同的的微微生生物物细细胞胞的的元元素素组组成成比比例例不不同同，对对各各种种营营养养元元素的比例要求也不同。通常用碳氮比（或碳氮磷比）来衡量。素的比例要求也不同。通常用碳氮比（或碳氮磷比）来衡量。在在污污生生物物水水处处理理中中，为为保保证证污污水水生生物物处处理理的的效效果果，需需按按碳碳氮氮磷磷
21、比比配给营养物质。配给营养物质。废水生物处理中好氧微生物群体为废水生物处理中好氧微生物群体为 BONBON5 5:N:P=100:5:1:N:P=100:5:1 厌氧消化污泥中对碳氮磷比要求为厌氧消化污泥中对碳氮磷比要求为 BONBON5 5:N:P=100:6:1:N:P=100:6:1第十七页，讲稿共八十一页哦光能无机自养型光能无机自养型(photolithoautotrophy)(photolithoautotrophy)、光能有机异养型光能有机异养型(photoorganoheterophy)(photoorganoheterophy)、化能无机自养型化能无机自养型(chemolith
22、oautotrophy)(chemolithoautotrophy)化能有机异养型化能有机异养型(chemoorganoheterotrophy(chemoorganoheterotrophy)第三节第三节 微生物的营养类型微生物的营养类型第十八页，讲稿共八十一页哦光光能能无无机机自自养养型型 也也称称光光能能自自养养型型，这这是是一一类类以以COCO2 2为为唯唯一一碳碳源源或或主主要要碳碳源源并并利利用用光光能能进进行行生生长长的的微微生生物物，它它们们能能以以无无机机物物如如水水、硫硫化化氢氢、硫硫代代硫硫酸酸钠钠或或其其他他无无机机化化合合物物为为电电子子供供体体（供供氢氢体体），使使
23、COCO2 2固固定定还还原原成成细细胞胞物物质质，并并且且伴伴随随元元素素氧氧（硫）的释放。（硫）的释放。光能无机自养型光能无机自养型第十九页，讲稿共八十一页哦藻类、蓝细菌和光合细菌属于这一类营养类型。藻类和蓝藻类、蓝细菌和光合细菌属于这一类营养类型。藻类和蓝细菌细菌产氧：产氧：这与高等植物光合作用是一致的。这与高等植物光合作用是一致的。这与藻类、蓝细菌和高等植物是不同的。这与藻类、蓝细菌和高等植物是不同的。光合细菌光合细菌不产氧：不产氧：第二十页，讲稿共八十一页哦 光能有机营养型光能有机营养型 或称光能异养型，这类微生物不或称光能异养型，这类微生物不能以能以COCO2 2作为唯一碳源或主要
24、碳源，需以有机物作为供作为唯一碳源或主要碳源，需以有机物作为供氢体，利用光能将氢体，利用光能将COCO2 2还原为细胞物质。还原为细胞物质。光能有机异养型光能有机异养型第二十一页，讲稿共八十一页哦红螺属的一些细菌就是这一营养类型的代表：红螺属的一些细菌就是这一营养类型的代表：光能有机营养型细菌在生长时通常需要外源的生长因子。光能有机营养型细菌在生长时通常需要外源的生长因子。第二十二页，讲稿共八十一页哦 化化能能无无机机自自养养型型 或或称称化化能能自自养养型型，这这类类微微生生物物不不进进行行光光合合作作用用，而而是是利利用用无无机机物物氧氧化化过过程程中中放放出出的的化化学学能能作作为为它它
25、们们生生长长所所需需的的能能量量，以以COCO2 2或或碳碳酸酸盐盐作作为为的的唯唯一一或或主主要要碳碳源源合合成成有有机机物物。如如利利用用电电子子供供体体如如氢氢气气、硫硫化化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使COCO2 2还原成细胞物质。还原成细胞物质。绝绝大大多多数数化化能能无无机机自自养养菌菌是是好好氧氧菌菌。如如硫硫化化细细菌菌、硝硝化化细细菌、氢细菌、铁细菌等。菌、氢细菌、铁细菌等。化能无机自养型化能无机自养型第二十三页，讲稿共八十一页哦例如氢细菌：例如氢细菌：第二十四页，讲稿共八十一页哦 化能有机营养型化能有机营养型 或称化能异养营养型，这类微生物生长或称
26、化能异养营养型，这类微生物生长所需的能量来自有机物氧化过程放出的化学能，生长所需所需的能量来自有机物氧化过程放出的化学能，生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等，也即化能有机营养型微生物里的有机物通常既有机酸等，也即化能有机营养型微生物里的有机物通常既是它们生长的碳源物质又是能源物质。是它们生长的碳源物质又是能源物质。化能有机异养型化能有机异养型大大多多数数微微生生物物属属于于化化能能有有机机营营养养型型：绝绝大大多多数数的的细细菌菌、全全部真菌、原生动物以及病毒。部真菌、原生动物以及病毒。第二十五页，讲稿共八十
27、一页哦微生物营养类型微生物营养类型()()划分划分依据依据营养类型营养类型特点特点碳源碳源自养型自养型(autotrophs)(autotrophs)以以COCO2 2为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源异养型异养型(heterotrophs)(heterotrophs)以有机物为碳源以有机物为碳源能源能源光能营养型光能营养型(phototrophs)(phototrophs)以光为能源以光为能源化能营养型化能营养型(chemotrophs)(chemotrophs)以有机物氧化释放的化学以有机物氧化释放的化学能为能源能为能源电子电子供体供体无机营养型无机营养型(lithotrophs)(lith
28、otrophs)以还原性无机物为电子供以还原性无机物为电子供体体有机营养型有机营养型(organotrophs)(organotrophs)以有机物为电子供体以有机物为电子供体第二十六页，讲稿共八十一页哦 微生物的营养类型微生物的营养类型()()营养类型营养类型电子供体电子供体碳源碳源能源能源代表类群代表类群光能无机自养型光能无机自养型H H2 2、H H2 2S S、S S、或、或H H2 2O OCOCO2 2光能光能着色细菌、蓝细菌、着色细菌、蓝细菌、藻类藻类光能有机异养型光能有机异养型有机物有机物有机物有机物光能光能红螺细菌红螺细菌化能无机自养型化能无机自养型H H2 2、H H2 2
29、S S、FeFe2+2+、NHNH3 3、或、或NONO-2 2COCO2 2化学能化学能(无机物氧化无机物氧化)氢细菌、硫杆菌、氢细菌、硫杆菌、亚硝化单胞菌属亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)(Nitrosomonas)、硝化杆菌属硝化杆菌属(Nitrobacter)(Nitrobacter)、甲烷杆菌属甲烷杆菌属(Methanobacterium)(Methanobacterium)、醋酸杆菌属醋酸杆菌属(Acetobacter)(Acetobacter)化能有机异养型化能有机异养型有机物有机物有机物有机物化学能化学能(有机物氧化有机物氧化)假单胞菌属、芽孢杆假单胞菌属、芽孢杆菌属
30、、乳酸菌属、真菌属、乳酸菌属、真菌、原生动物菌、原生动物第二十七页，讲稿共八十一页哦培养基培养基 (culture medium)(culture medium)是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。生代谢产物的营养基质。无论是以微生物为材料的研究，还是利用微生物生产生物制品，无论是以微生物为材料的研究，还是利用微生物生产生物制品，都必须进行培养基的配制，它是微生物学研究和微生物发酵生产都必须进行培养基的配制，它是微生物学研究和微生物发酵生产的基础。的基础。培培养养基基中中应应含含满满足足微微生生物物生生长长发发育育的的：水水分分、碳碳源
31、源、氮氮源源、生生长长因因子子以以及及基基本本的的离离子子，磷磷、硫硫、钠钠、钙钙、镁镁、钾钾和和铁铁及及各各种种微量元素。微量元素。此此外外，培培养养基基还还应应具具有有适适宜宜的的酸酸碱碱度度(pH(pH值值)和和一一定定缓缓冲冲能能力力及及一一定定的氧化还原电位和合适的渗透压。的氧化还原电位和合适的渗透压。第三节第三节 微生物的培养基微生物的培养基第二十八页，讲稿共八十一页哦培养基的类别培养基的类别1.1.按培养基的成份可分为：按培养基的成份可分为：合成培养基合成培养基 天然培养基天然培养基 复合培养基复合培养基2.2.按培养基的物理状态可分为：按培养基的物理状态可分为：液体培养基液体培
32、养基 固体培养基固体培养基 半固体培养基半固体培养基3.3.按实验目的和用途可分为：按实验目的和用途可分为：基础培养基基础培养基 选择培养基选择培养基 鉴别培养基鉴别培养基 加富培养基和富集培养加富培养基和富集培养第二十九页，讲稿共八十一页哦理理想想的的凝凝固固剂剂应应具具备备以以下下条条件件：不不被被所所培培养养的的微微生生物物分分解解利利用用；在在微微生生物物生生长长的的温温度度范范围围内内保保持持固固体体状状态态，在在培培养养嗜嗜热热细细菌菌时时，由由于于高高温温容容易易引引起起培培养养基基液液化化，通通常常在在培培养养基基中中适适当当增增加加凝凝固固剂剂来来解解决决这这一一问问题题；凝
33、凝固固剂剂凝凝固固点点温温度度不不能能太太低低，否否则则将将不不利利于于微微生生物物的的生生长长；凝凝固固剂剂对对所所培培养养的的微微生生物物无无毒毒害害作作用用；凝凝固固剂剂在在灭灭菌菌过过程程中中不不会会被被破破坏坏；透透明明度度好好，粘粘着力强；着力强；配制方便且价格低廉。配制方便且价格低廉。常用的凝固剂有琼脂常用的凝固剂有琼脂(agar)(agar)、明胶、明胶(gelatain)(gelatain)和硅胶和硅胶(silica gel)(silica gel)。第三十页，讲稿共八十一页哦第三十一页，讲稿共八十一页哦第四节第四节 营养物质进入微生物细胞的方式（营养物质进入微生物细胞的方式
34、（P65)1 1、单纯扩散、单纯扩散:2 2、促进（成）扩散、促进（成）扩散3 3、主动扩散、主动扩散 钠钾泵主动运输钠钾泵主动运输 离子浓度梯度主动运输离子浓度梯度主动运输 氢离子浓度梯度主动运输氢离子浓度梯度主动运输4 4、基团转位、基团转位第三十二页，讲稿共八十一页哦第三十三页，讲稿共八十一页哦四种运送营养物质方式的比较四种运送营养物质方式的比较比较项目比较项目 单纯扩散单纯扩散 促进扩散促进扩散 主动运送主动运送 基团转位基团转位特异载体蛋白特异载体蛋白 无无 有有 有有 有有运送速度运送速度 慢慢 快快 快快 快快物质运送方向物质运送方向 由浓到稀由浓到稀 由浓到稀由浓到稀 由稀到浓
35、由稀到浓 由稀到浓由稀到浓平衡时内外浓度平衡时内外浓度 内外相等内外相等 内外相等内外相等 内部高得多内部高得多内部高得多内部高得多运送分子运送分子 无特异性无特异性 特异性特异性 特异性特异性 特异性特异性能量消耗能量消耗 不需要不需要 不需要不需要需要需要需要需要运送前后物质分子运送前后物质分子 不变不变 不变不变 不变不变 改变改变载体饱和效应载体饱和效应 无无 有有 有有 有有与营养物质类似物与营养物质类似物 无竞争性无竞争性 有竞争性有竞争性 有竞争性有竞争性 有竞争性有竞争性运送抑制剂运送抑制剂 无无 有有 有有有有运送对象举例运送对象举例H H2 20 0、O O2 2、COCO
36、2 2、甘油、乙醇、甘油、乙醇、少数氨基酸、少数氨基酸、盐类等盐类等SOSO4 42-2-、POPO4 43-3-、糖（真核、糖（真核生物）等生物）等氨基酸、乳糖、氨基酸、乳糖、NaNa+、CaCa2+2+等等葡萄糖、果葡萄糖、果糖、甘露糖糖、甘露糖嘌呤、核苷、嘌呤、核苷、脂肪酸等脂肪酸等第三十四页，讲稿共八十一页哦第六章第六章 微生物的酶和酶促反应微生物的酶和酶促反应一、酶（一、酶（EnzymeEnzyme）的概念）的概念酶酶是是活活细细胞胞产产生生的的一一类类具具有有催催化化功功能能的的蛋蛋白白质质，亦亦称称为为生生物物催化剂催化剂 Biocatalysts Biocatalysts。绝大
37、多数的酶都是蛋白质绝大多数的酶都是蛋白质 (Enzyme(Enzyme和和Ribozyme)Ribozyme)。酶催化的生物化学反应，称为酶促反应酶催化的生物化学反应，称为酶促反应Enzymatic reactionEnzymatic reaction。在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物substratesubstrate。第三十五页，讲稿共八十一页哦二、二、酶的组成酶的组成辅酶或辅基辅酶或辅基C C、H H、O O、N N、S S、P P、CuCu、FeFe、I I、ZnZn、MoMo单成分酶单成分酶 =酶蛋白酶蛋白 双成份酶（全酶）双成份酶（全
38、酶）全酶全酶 =酶蛋白酶蛋白 +全酶全酶 =酶蛋白酶蛋白 +全酶全酶 =酶蛋白酶蛋白 +辅酶：指与酶蛋白结合比较松散的小分子有机物。辅酶：指与酶蛋白结合比较松散的小分子有机物。辅基：指与酶蛋白结合紧密的小分子有机物辅基：指与酶蛋白结合紧密的小分子有机物酶各组分的作用：酶各组分的作用：铁卟啉、辅酶铁卟啉、辅酶A A、NADNAD（辅酶（辅酶I I）和）和NADPNADP（辅酶（辅酶）、）、ATPATP等等有机物（不含氮）有机物（不含氮）有机物有机物 +金属离子金属离子金属离子金属离子酶蛋白：加速生物化学反应酶蛋白：加速生物化学反应辅基和辅酶：传递电子、原子和化学基团辅基和辅酶：传递电子、原子和化
39、学基团金属离子：传递电子、起激活剂作用。金属离子：传递电子、起激活剂作用。第三十六页，讲稿共八十一页哦三、酶的分类三、酶的分类单成分酶、全酶（双成份酶）单成分酶、全酶（双成份酶）按成分分类；按成分分类；胞内酶，胞外酶，表面酶胞内酶，胞外酶，表面酶酶在细胞内外的部位；酶在细胞内外的部位；水解酶、氧化还原酶、转移酶、异构酶、裂解酶、合成酶水解酶、氧化还原酶、转移酶、异构酶、裂解酶、合成酶按酶促按酶促反应性质。反应性质。第三十七页，讲稿共八十一页哦四、酶的作用原理四、酶的作用原理酶酶蛋白的活性中心蛋白的活性中心（一）（一）基本概念：基本概念：酶的活性中心是指结合底物和将底物转酶的活性中心是指结合底物
40、和将底物转化为产物的区域，通常由少数几个氨基酸残基组成。化为产物的区域，通常由少数几个氨基酸残基组成。酶的活性中心包括两个功能部位：结合部位和催化部位。酶的活性中心包括两个功能部位：结合部位和催化部位。1 1结合部位（结合部位（Binding siteBinding site）酶分子中与底物结合的部位或区域。此部位决定酶的专一酶分子中与底物结合的部位或区域。此部位决定酶的专一性。性。2 2催化部位（催化部位（catalytic site catalytic site）酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。此此部位决定酶所催化反应的性质。部
41、位决定酶所催化反应的性质。第三十八页，讲稿共八十一页哦五、酶作为生物催化剂的特性五、酶作为生物催化剂的特性酶的催化作用可使反应速度提高酶的催化作用可使反应速度提高1010 10101 1倍。倍。例如：过氧化氢分解例如：过氧化氢分解 2H2H2 2O O2 2 2H 2H2 2O +OO +O2 2用用FeFe3+3+催催化化，效效率率为为6X106X10-4-4 mol/molmol/mol.S S，而而用用过过氧氧化化氢氢酶酶催催化，效率为化，效率为6X106X106 6 mol/mol.Smol/mol.S。1 1高效性（酶具有极高的催化效率）高效性（酶具有极高的催化效率）第三十九页，讲稿
42、共八十一页哦2 2专一性（专一性（又称为特异性）又称为特异性）酶的专一性是指酶在催化生化反应时对底物的选择性，即一种酶酶的专一性是指酶在催化生化反应时对底物的选择性，即一种酶只能作用于某一类或某一种特定的物质。亦即酶只能催化某一类只能作用于某一类或某一种特定的物质。亦即酶只能催化某一类或某一种化学反应。或某一种化学反应。例如：蛋白酶催化蛋白质的水解；淀粉酶催化淀粉的水解；核例如：蛋白酶催化蛋白质的水解；淀粉酶催化淀粉的水解；核酸酶催化核酸的水解。酸酶催化核酸的水解。第四十页，讲稿共八十一页哦酶酶促促反反应应一一般般在在pH pH 5-8 5-8 水水溶溶液液中中进进行行，反反应应温温度度范范围
43、围为为20-20-4040 C C。高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。3 3反应条件温和反应条件温和第四十一页，讲稿共八十一页哦酶易失活酶易失活凡凡能能使使蛋蛋白白质质变变性性的的因因素素如如强强酸酸、强强碱碱高高温温等等条条件件都都能能使使酶酶破破坏坏而而完完全全失失去去活活性性。所所以以酶酶作作用用一一般般都都要要求求比比较较温温和和的的条条件如常温、常压和接近中性的酸碱度。件如常温、常压和接近中性的酸碱度。第四十二页，讲稿共八十一页哦.酶活力可调节控制酶活力可调节控制如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活如抑制剂调节、
44、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。及激素控制等。.某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关第四十三页，讲稿共八十一页哦六六.酶促反应动力学酶促反应动力学 酶催化过程:1913年，Michaelis和Menten在前人工作的基础上，假定 E+S ES 快速建立平衡，底物浓度远远大于酶浓度，ES分解产物的逆反应忽略不计，推导出下列方程：E+S ES E+P米-门方程Vmax最大反应速率；S基质浓度；V反应速率 Km米氏常数。当当SSKmKm时，时，v=VmaxS/Kmv=VmaxS/Km当当SSKmKm时时,v=Vmax,v=Vmax当当S=Km
45、S=Km时时,v=Vmax/2,v=Vmax/2米-门方程式从酶促反应中推导得出的，但也适用于细菌等微生物的生物反应情况。第四十四页，讲稿共八十一页哦 降低反应的活化能（降低反应的活化能（activation energyactivation energy）酶促反应：酶促反应：E+S =ES=ESE+S =ES=ES*EP EP E+P E+P 非酶促反应：非酶促反应：S S P P催化剂的作用是降低反应活化能催化剂的作用是降低反应活化能,从而起到提高反应速度的作用。从而起到提高反应速度的作用。酶作用高效率的机制酶作用高效率的机制第四十五页，讲稿共八十一页哦反应过程中能的变化反应过程中能的变化
46、实例实例：H H2 2O O2 2的分解的分解无无 催催 化化 剂剂 时时 活活 化化 能能 为为75.24 KJ/mol;75.24 KJ/mol;铂为催化剂时铂为催化剂时48.9;48.9;H H2 2O O2 2酶为催化剂酶为催化剂8.368.36反应进程反应进程H H2 2O O2 2酶酶无催化剂无催化剂自自由由能能能能底物底物产物产物ESESESES*EPEP铂催化剂铂催化剂第四十六页，讲稿共八十一页哦七、影响酶活力的因素七、影响酶活力的因素1.1.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2.2.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3.3.温度对酶促反
47、应速度的影响温度对酶促反应速度的影响4.pH4.pH对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响5.5.激活剂对酶促反应速度的影响激活剂对酶促反应速度的影响6.6.抑制剂对酶促反应速度的影响抑制剂对酶促反应速度的影响第四十七页，讲稿共八十一页哦1 1、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在在酶酶促促反反应应体体系系中中，当当底底物物浓浓度度大大大大超超过过酶酶的的浓浓度度，使使酶酶被被底底物物饱饱和和时时，反反应应速速度度与与酶酶的的浓浓度度变变化化成成正正比比关关系系。V=KV=K3 3EE。VE第四十八页，讲稿共八十一页哦在在低低底底物物浓浓度度时时,反反应应速速度度与与底底
48、物物浓浓度度成成正正比比，表表现现为为一一级级反应特征。反应特征。当当底底物物浓浓度度达达到到一一定定值值，反反应应速速度度达达到到最最大大值值（V Vmaxmax），此此时时再再增增加加底底物物浓浓度度，反反应应速速度度不再增加，表现为零级反应。不再增加，表现为零级反应。19031903年，年，HenriHenri用蔗糖酶水解蔗糖的实验用蔗糖酶水解蔗糖的实验2 2、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第四十九页，讲稿共八十一页哦3 3、温度对酶促反应速度的影响、温度对酶促反应速度的影响一一方方面面是是温温度度升升高高,酶酶促促反反应应速速度度加加快快(温温度度系系数数Q
49、10Q10：反反应应温温度度提提高高1010 C C，其其反反应应速速度度与与原原来来的反应速度之比的反应速度之比)。另另一一方方面面,温温度度升升高高,酶酶的的高高级级结结构构将将发发生生变变化化或或变变性性，导导致致酶酶活活性性降低甚至丧失。降低甚至丧失。因因此此大大多多数数酶酶都都有有一一个个最最适适温温度度。在在最最适适温温度度(optimum(optimum temperature temperature)条条件件下下,反应速度最大。反应速度最大。不同的酶，其最适温度不同。不同的酶，其最适温度不同。第五十页，讲稿共八十一页哦4 4、pH pH 对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响
50、pHpH可影响酶分子尤其是活性中心上必需基团和催化基团的解可影响酶分子尤其是活性中心上必需基团和催化基团的解离程度，也可影响底物和辅酶的解离程度，从而影响酶与底离程度，也可影响底物和辅酶的解离程度，从而影响酶与底物的结合。在特定物的结合。在特定pHpH条件下，酶、底物和辅酶的解离情况适宜于相条件下，酶、底物和辅酶的解离情况适宜于相互结合，使酶反应速度达到最大值，这个互结合，使酶反应速度达到最大值，这个pHpH称为最适称为最适pHpH（optimum optimum pH pH）。）。酶在最适酶在最适PHPH范围内表现出活性，大于或小于最适范围内表现出活性，大于或小于最适PHPH，酶活性都会，酶