第四章 微生物对污染物的降解转化.doc

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1、第四章微生物对污染物的降解转化本章重点：1.掌握酶的概念及酶的活性的影响因素2.营养物质进入微生物的过程3.微生物对含氮、磷、硫、碳等污染物的代谢4.微生物的合成代谢4.1微生物的酶4.1.1酶的概念和催化特点酶(Enzyme)是在活细胞内合成的具有高度专一性和催化效率的蛋白质，具有催化生物化学反应的功能，并传递电子、原子和化学基团，因此又称为生物催化剂(Biologicalcatalyst)。酶催化进行的反应称为酶促反应(Enzymaticreaction)，发生化学反应的物质称为底物(Substrate)，反应生成的物质称为产物(Product)。一般催化剂的催化性质酶特性催化

2、作用的高效性催化作用的高度专一性酶的特有性质酶催化的反应条件温和并对环境条件极为敏感酶活性的可调控性4.1.2酶的分类和命名按酶促反应的类型：氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类异构酶类、合成酶类酶的分类按酶在细胞的部位：胞内酶、胞外酶、表面酶按酶蛋白结构的特点：单体酶、寡聚酶、多酶复合体系习惯命名法：采用底物与反应类型进行命名，如乳酸脱氢酶，对于水解酶类，只需底物名称即可，如蔗糖酶酶的命名系统命名法：包括酶的系统命名和四个数字的酶分类编号，每种酶都有一个四位数字的编号，其中第一位数字代表大类；第二、三位数字代表亚类和亚亚类，由前三位数字就可确定反应的性质；第四位数字则是酶在

3、亚亚类中的顺序。4.1.3酶的组成和结构单纯酶：又称为单成分酶或简单蛋白酶，仅由具有催化活性的蛋白质构成，其基本组成单位仅为氨基酸，其活性仅仅取决于它的蛋白质结构，例如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、酯酶、核糖核（1）酶的组成酸酶等一般水解酶结合酶：除了含有蛋白质主体外，还含有对热稳定的非蛋白质小分子物质，其中的蛋白质主体称为酶蛋白，非蛋白质小分子物质称为辅因子。转氨酶、乳酸脱氢酶、碳酸酐酶以及氧化还原酶类等均属于结合酶。（2）酶蛋白的结构生物体中的酶蛋白20种氨基酸组成，氨基酸按一定的排列顺序，通过肽键(-NH-CO-)连接成多肽链，多肽链之间或一条多肽链卷曲后相邻的基团之间通过氢

4、键、盐键、酯键、疏水键、范德华引力及金属键等相连接，形成酶蛋白的空间结构。酶蛋白的结构分为一级、二级、三级和四级结构。一级结构指多肽链中氨基酸的排列次序；二级结构指由多肽链形成的、重复出现的、稳定的空间结构，例如双螺旋结构、β-折叠、β-转角，由氢键维持；三级结构是在二级结构的基础上，多肽链进一步弯曲盘绕形成更为复杂的构型；四级结构由几个或几十个亚基组成，亚基是由一条或几条多肽链在三级结构基础上形成的小单位，只有少数酶具有四级结构。（3）酶的活性中心酶蛋白分子中直接与底物结合，并催化底物发生化学反应的小部分氨基酸微区，称为酶的活性中心(Activecenter)或活性部位(Acti

5、vesite)。构成酶活性中心的必需基团(Essentialgroup)分为两种：一种是酶与底物结合的基团，称为结合基团(Bindinggroup)，决定酶的专一性；一种是促进底物敏感键发生化学变化的基团称为催化基团(Catalyticgroup)，决定酶的催化能力。图4-3酶活性中心与底物作用示意图酶的活性中心往往位于酶分子表面或凹陷处，是酶催化作用的关键部位，如图4-3所示。、4.1.4酶活力及其影响因素酶活力(Enzymeactivity)指酶催化化学反应的能力，一般用一定条件下酶催化某一生化反应的反应速度来表示。1个酶活力单位指1min内，温度为25℃，其他为最适条件下，转

6、化1μmol底物所需的酶量。化学反应式为：(4-1)式中，E代表酶；S代表底物；ES代表中间产物；P代表最终产物；K1、K-1、K2、K-2分别为各反应的速度常数。酶浓度对反应速度的影响底物浓度对反应速度的影响pH值对反应速度的影响影响酶活力的因素温度对反应速度的影响抑制剂对反应速度的影响激活剂对酶促反应速度的影响4.1.5酶的固定化固相酶是将水溶性的酶利用物理或化学方法处理，使之变成不溶于水但仍具有酶活性的物质。将酶从液相变成固相的过程，称为酶的固定化。在固定化过程中，载体的选择、酶与载体结合的方法是保证酶的高度专一性及温和条件下高效催化特点的关键。酶经固定化后，载体能有效保护酶

7、的空间构象，使之对热、pH值、蛋白质变性剂、抑制剂等的抗性大大提高，因此酶的稳定性提高。4.2营养物质进入微生物细胞的过程微生物没有专门的摄食器官，一般只能通过细胞表面进行物质交换，因此绝大多数微生物属于渗透营养型。影响营养物质进入细胞的因素主要有三个：（1）营养物质本身的性质：相对分子量、溶解性、电负性、极性等都影响营养物质进入细胞的难易程度。（2）微生物所处的环境：温度会影响营养物质的溶解度、细胞膜的流动性及运输系统的活性，从而影响微生物的吸收能力；pH值和离子强