第04章环境工程微生物学

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1、第四章微生物的生理本章主要内容1、微生物的酶2、微生物的营养3、微生物的产能代谢4、微生物的合成代谢代谢：是生命细胞内发生的各种化学反应的总称；产能代谢：也称异化作用，物质分解反应，放出能量；合成代谢：也称同化作用，物质合成反应，消耗能量。第一节微生物的酶酶的概念酶是动植物、微生物等生物合成的，催化生物化学反应的、并传递电子、原子和化学集团的生物催化剂。微生物的所有营养和代谢活动必须在酶的参与下才能正常进行。产地功用1.酶的组成有两类：①单成分酶，只含蛋白质；②全酶，除了蛋白质，还含有辅助因子，如：小分子有机物（不含氮）、金属离子等。全酶的所有组分必须齐

2、全，缺一不可，否则就会失去本有活性。一、酶的组成微生物的酶单成分酶全酶酶蛋白+有机物脱氢酶酶蛋白+金属离子细胞色素氧化酶酶蛋白+有机物+金属离子丙酮酸脱氢酶水解酶2.酶的各组分的功能：①酶蛋白起加速反应作用；②其他辅酶、辅基传递电子、原子和化学集团；③金属离子除传递电子，还起激活剂作用。辅酶辅基：Fe2+、NAD、NADP、FAD、FMN等。辅酶与辅基的区别只在于它们与酶蛋白结合的牢固程度不同，并无严格的界限。前者与蛋白质结合的较松弛，后者则结合较紧。二、酶蛋白的结构酶蛋白也是蛋白质，由20种氨基酸组成。排列顺序不同，蛋白质不同。氨基酸由肽键（-CO-N

3、H-）连接形成多肽链，两条连或单链在卷曲时相邻的基团可以由氢键、盐键、脂键、范德华力及金属键相连接。这样，便使酶蛋白呈现以下四种结构。1.一级结构：多肽链本身结构；2.二级结构：多肽链形成的初级结构，由氢键连接；3.三级结构：在二级结构基础上进一步扭曲形成的更复杂的结构，有氢键、盐键、脂键等；4.四级结构：由多个亚基形成。亚基：由一个或多个多肽链在三级结构的基础上形成的小单位。酶蛋白的结构20种氨基酸一级结构三级结构四级结构二级结构肽键氢键氢键盐键疏水键氢键盐键疏水键范德华力二级结构三级结构四级结构三、酶的活性中心酶的活性中心指的是酶蛋白分子能与底物结合

4、，并发挥催化作用的小部分氨基酸微区。分有结合部位和催化部位。四、酶的分类和命名1.按照催化反应的类型：水解酶、氧化还原酶、转移酶、异构酶、裂解酶、合成酶。a.水解酶：催化大分子有机物水解成小分子。AB+H2OAOH+BHb.氧化还原酶：催化物质的氧化还原反应。AH2+BA+BH2乳酸1.按照催化反应的类型：c.转移酶：催化底物基团转移到另一个有机物上。AR+BA+BRR:氨基、醛基、酮基、磷酸基d.异构酶：催化同分异构体的基团重新排列。AA`如：葡萄糖形成为果糖。1.按照催化反应的类型：e.裂解酶：催化底物裂解为小分子有机物。AC+Bf.合成酶：催化底物

5、的合成反应。A+B+ATPAB+ADP+Pi2.按照酶在细胞的位置：胞内酶（大部分）、胞外酶、表面酶3.按照催化的底物：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶五、酶的催化特性1.酶和一般催化剂的比较　　共性：(1).用量少而催化效率高。(2).仅能改变化学反应的速度，并不能改变化学反应的平衡点。(3).可降低反应的活化能2.酶作为生物催化剂的特性2.酶作为生物催化剂的特性(1)催化效率高：反应速度是无酶催化或普通人造催化剂催化反应速度的103次方至1010次方倍。如：在同样条件下，只是催化剂不同，催化H2O2分解,用H2O2酶1秒可催化105mol，用FeC

6、l3，1秒只催化10-5mol。(2)酶的作用具有高度的专一性一种酶只能催化一种或一类反应。绝对专一性酶的专一性相对专一性立体异构专一性2.酶作为生物催化剂的特性(3)反应条件温和：常温、常压、中性。(4)敏感性：对环境条件极为敏感，酶容易失活。六.影响酶活力的因素通过下列反应：k1k3E+SESE+Pk2酶底物中间产物酶最终产物得出米－门公式（酶促反应方程式）其中Km——米氏常数，表示反应速度为最大速度一半时的底物浓度。从米－门公式可知，酶促反应速度与[E]和[S]有关。实际上，也要受到温度、pH、激活剂、抑制剂的影响。1.[E]对酶促反应的影响理论：

7、当底物分子浓度足够时，酶促反应速度与[E]成正比，即当[S]足够大时，[E]越大，酶促反应速度越快。实际：当[E]达到一定浓度时，酶促反应速度就趋于平缓。[E]v酶浓度与v的关系[S]v2.[S]对酶促反应的影响当[E]为定值，且[S]从零逐渐增大时，酶促反应与[S]成正比。但当所有的E变成了ES后，即使再增加[S]，酶促反应速度也不会增加。当[S]为定值时，酶促反应速度与初始[E0]成正比。底物浓度与v的关系酶0.004酶0.003酶0.002酶0.0013.温度对酶促反应的影响酶在最佳适应范围内，它的活性最高，酶促反应速度最大。温度每升高10℃，酶促

8、反应速度提高1～2倍。用Q10表示，通常在1.4～2.0之间。过高过低的温度都会