【正文】 10t C 1 0 Ct C Q? ? ???在（ ）的反應(yīng)速率時的反應(yīng)速率2022/2/10 34 第三章 微生物生物化學 （ 3）激活劑 許多酶促反應(yīng)必須有其它適當物質(zhì)存在時才能表現(xiàn)酶的催化活性或加強催化效力，這種作用稱為酶的激活作用。 2022/2/10 38 第三章 微生物生物化學 ? 1 分批培養(yǎng)物的生長 在一給定容積的培養(yǎng)基中生長的細菌，稱為分批培養(yǎng)物。隨營養(yǎng)物質(zhì)濃度 ρ的變化，當營養(yǎng)物質(zhì)濃度很低時， 181。 細菌的呼吸與生物氧化 細菌的呼吸可以定義為產(chǎn)生 ATP的代謝過程。因此需氧呼吸的最終受氫體是游離的氧。例如，酵母菌對葡萄糖的作用，在有氧條件下為： C6H12O6 + 6O2 → 6CO 2 + 6H2O + 2872 kJ 在無氧條件下則為： C6H12O6 → 2CH 3CH2OH + 2CO2 + 109 kJ 2022/2/10 53 第三章 微生物生物化學 分子外無氧呼吸 的兼性細菌在有氧時可靠脫氫酶和氧化酶全部呼吸酶體系的作用，進行有氧呼吸；在無氧時，由于它們具有特殊的氧化酶，能使某些無機氧化物如硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽中的氧活化而作為受氫體，接受底物中被脫氫酶活化的氫生成水，硝酸鹽被還原為氮氣或氨等。 降解代謝的起始物質(zhì)不外乎蛋白質(zhì)、多糖類、脂類和烷烴，而合成代謝的最終產(chǎn)物也只是蛋白質(zhì)、多糖類和脂類。 纖維素的分解必須經(jīng)微生物（主要是細菌）外酶的水解，才能成為可溶性的纖維二糖或葡萄糖而被利用。 α氨基酸先與 α酮戊二酸起轉(zhuǎn)氨基作用，形成谷氨酸，再經(jīng)谷氨酸脫氫酶作用進行氧化性脫氨基，生成 氨 。但不同的微生物在進一步處理丙酮酸上卻有很大差別，形成多種發(fā)酵類型。 2022/2/10 79 第三章 微生物生物化學 雖然 CO2 是 CH4生成的最主要還原劑，但甲酸甲烷桿菌卻能利用 CO生成CO2， CO2再被氫還原成 CH4： CO + 3H2 → CH 4 + H2O 2022/2/10 80 第三章 微生物生物化學 另一種為乙酸形成甲烷說 ，由 Busewell和 Sollo于 1948年提出，他們利用示蹤原子研究的結(jié)果，認為甲烷是由乙酸直接分解而得。 葡萄糖經(jīng)分解生成的磷酸二羥丙酮，在 α磷酸甘油脫氫酶的催化下生成α磷酸甘油。結(jié)果表明，DNA、 tRNA、 mRNA和 rRNA以及氨基酸活化酶在蛋白質(zhì)的生物合成中均起了決定性的作用。 2022/2/10 77 第三章 微生物生物化學 有關(guān)甲烷形成的機理，存在著多種學說，歸納起來主要有兩種， 一種是二氧化碳還原論 ，最早由 Van Niel于 1930年提出，反應(yīng)機理為 CO2 + 4H2 → CH 4 + 2H2O 2022/2/10 78 第三章 微生物生物化學 到目前為止，已知的甲烷細菌都能氧化 H2并還原 CO2，上述反應(yīng)中，產(chǎn)甲烷細菌的特有的一種輔酶，參與甲基的傳遞。第一階段是由 兼性細菌 產(chǎn)生的水解酶類，將大分子物質(zhì)或不溶性物質(zhì)水解成 低分子可溶性的有機物 ，如葡萄糖（已糖）、氨基酸、脂肪酸和甘油等。氨基酸生成的酮酸進入 三羧酸循環(huán) 。 最重要的多糖是淀粉、纖維素、糖元、果膠及細菌多糖等。這種氧化作用不徹底，最終形成還原性產(chǎn)物，因此只放出一部分自由能。厭氧菌對氧氣很敏感，這是由于在有氧存在時，活化的氫和氧結(jié)合生成過氧化氫，而厭氧菌缺乏分解過氧化氫的酶，過氧化氫的積累對細胞發(fā)生毒害作用。 2022/2/10 49 第三章 微生物生物化學 1）需氧呼吸： 需氧呼吸的過程是底物營養(yǎng)物質(zhì)進入需氧細菌細胞后，通過一系列氧化還原反應(yīng)獲得能量的過程。 ddtdx Ydt???g / gY??細菌產(chǎn)量 / 限制營養(yǎng)物消耗量時間 時間2022/2/10 45 第三章 微生物生物化學 在細菌生長的各個 i時期中，細菌的大小和成分的變化見圖 34。相當于反應(yīng)速率常數(shù) k，但兩者還是還有不同的一面。 312 EEEA B C D??? ??? ???2022/2/10 37 第三章 微生物生物化學 167。 酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，因而具有兩性解離特性， pH值的改變會改變酶的活性部位上有關(guān)基團的解離狀態(tài)，從而影響酶與底物的結(jié)合。酶蛋白非活性部位的分子的功能可以使活性部位的組分保持適當?shù)南鄬ξ恢煤投ㄏ?。單成分酶一般僅由蛋白質(zhì)分子組成，不含非蛋白成分，大多數(shù)水解酶就屬于這一類。 此外，干燥程度、化學藥劑等對細菌的生活影響也很大。厭氧生物處理中污泥消化池中 E值常保持在 100～ 200mV的范圍內(nèi)。廢水處理中，把有計劃、有目的的控制細菌的生長條件，使細菌遺傳有利于處理某種廢水的定向誘導過程叫馴化。 化能自養(yǎng)菌 能利用 無機物、氫、硫化氫、亞硝酸鹽或氨等 作為電子供體。而 DNA主要存在于細胞核的染色體內(nèi)。各種蛋白質(zhì)的 氮含量 都接近于 16%，所以可以根據(jù)樣品的總氮量估算蛋白質(zhì)含量， 1g氮含量相當于 蛋白質(zhì)含量。 細菌的成分 167。 Hoover提出廢水處理中，通常用實驗式 C5H7O2N來代表細菌的有機組成部分。 2022/2/10 7 第三章 微生物生物化學 2）核酸和核苷酸 （約占 20%）：是構(gòu)成微生物細胞核中染色體及細胞質(zhì)內(nèi)核糖體和質(zhì)粒的主要成分，在微生物遺傳變異和蛋白質(zhì)生物合成中具有特殊重要功能。這一氧化還原反應(yīng)是一個放能反應(yīng)，它所釋放的能量通過某種中間體的作用傳給了 ADP+Pi的反應(yīng)， ADP轉(zhuǎn)化為 ATP的反應(yīng)是一個吸能反應(yīng)。 2022/2/10 15 第三章 微生物生物化學 （ 3）主動運輸 ：首先， 載體對底物具有專一性 ，運輸營養(yǎng)物質(zhì)的載體透酶在細胞膜的外側(cè)，與底物形成透酶 底物的復合體；其次，主動運輸 需要代謝能 ，細胞外側(cè)透酶對底物具有高度親和力，而在細胞內(nèi)側(cè)透酶對底物的親和力降低，因此透酶的這種變構(gòu)需要能量；第三，運輸并釋放到細胞內(nèi)的底物 性質(zhì)不發(fā)生改變 。 一般 需氧細菌要求 E在 ～ ，但 E在 ； 厭氧菌則需要 E在 才能生活；對于兼性細菌來說， E在 ，進行需氧呼吸， E在 ，則進行厭氧呼吸。更高的氧壓可使其致死。在生物體內(nèi)分布最廣，數(shù)量也多，應(yīng)用也最廣泛。 2022/2/10 29 第三章 微生物生物化學 活性部位由為數(shù)不多的氨基酸殘基組成（有的還有金屬離子），它們在肽鏈上不一定是相鄰近的，而是肽鏈的折疊或是肽鏈的空間構(gòu)象中，按一定的相對位置相互接近在一起。每種酶都有其特定的最適宜 pH值，大于或小于這個數(shù)值，酶的活力就會降低，甚至引起酶蛋白變性而失去活性。這種抑制對微生物的代謝是有利的，因為它們準確地控制產(chǎn)物 D的濃度。的單位一般用 h1。 4）衰亡期：由于細胞不能維持生命，細胞數(shù)目下降。 厭氧菌只有在沒有氧氣的環(huán)境中才能生長，氧氣甚至對它還有毒害作用。在整個厭氧呼吸過程中底物氧化不徹底，在其最終代謝產(chǎn)物中有的還可以燃燒，還含有相當多的能量，故 釋放的能量較少 （有氧氧化的最終產(chǎn)物是含能量最低的二氧化碳和水，故釋放能量多）。這些傳遞體所構(gòu)成的鏈稱為呼吸鏈，也稱為電子傳遞體系或電子傳遞鏈。脂類不溶于水，但溶于脂溶劑等，可以被生物所利用，作為構(gòu)造、修補組織或供給能量之用。 2022/2/10 67 第三章 微生物生物化學 （ 4）氨基酸的代謝 蛋白質(zhì)水解后生成各種氨基酸。脂肪酸的有氧徹底氧化可以產(chǎn)生大量能量，一分子的 C16飽和脂肪酸被徹底氧化時可獲得 130個 ATP。 甲烷是有機物中最還原的化合物，其生成處于發(fā)酵微生物鏈的末端。還原性氨基化反應(yīng)是酮基酸氨基化作用中最主要的反應(yīng)，也是固定氮的主要反應(yīng)。 2022/2/10 85 第三章 微生物生物化學 ? 單糖的生物合成 各類微生物合成單糖的主要途徑是從丙酮酸、磷酸烯醇丙酮酸合成 6磷酸葡萄糖。 微生物的生物合成 廢水的生物處理過程中，有機物質(zhì)的生物降解與微生物細胞物質(zhì)的合成同時進行。梭狀芽孢桿菌所進行的發(fā)酵產(chǎn)物中有 丁酸、乙酸、乙醇、丙酮 等。例如甘氨酸還原性脫氨基反應(yīng)生成 乙酸和氨 （大腸桿菌，熒光桿菌）。 CH3COCOOH+NAD+CoASH ———— →CH 3COSCoA+CO2+NADH2 丙酮酸氧化脫羧酶 乙酰輔酶 A 2022/2/10 65 第三章 微生物生物化學 （ 3）三羧酸循環(huán)（ TCA環(huán)） 三羧酸循環(huán)是因為循環(huán)中有檸檬酸等幾個含有三個羧基的有機酸而得名的。 2022/2/10 58 第三章 微生物生物化學 需氧代謝三階段 圖 37： 實線箭頭：降解代謝 ①：水解； ②：末端甲基氧化； ③：酵解； ④：磷酸甘油 EMP途徑； ⑤： β氧化； ⑥：氨化作用（脫氨基） 虛線箭頭：合成代謝 2022/2/10 59 第三章 微生物生物化學 ? 1 大分子有機物的水解 大