【文章內(nèi)容簡介】 應到達平衡的時間，但酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，尚有自己的特性。 酶能夠在 常溫和 pH值近乎中性的溫和條件下 發(fā)揮其催化功能。但一般催化劑卻需要高溫高壓、強酸強堿等劇烈條件，而這些條件會使酶變性而喪失其催化能力。 酶的催化 具有高效性 ，其效率要比一般的催化劑的催化效率高得多。同等條件下，氧化氫酶比 Fe3+酶催化 H2O2分解為水和氧氣，催化效率要高 1010倍。 2022/2/10 31 第三章 微生物生物化學 ? 5 酶的催化機理 酶的催化本質(zhì)是 降低反應能閾、減少活化能 ，使反應能夠進行。 關于酶的催化機理，目前較公認的是 1913年由 Michue lis 和 Menten首先提出的中間產(chǎn)物學說?；菊擖c是，首先由酶（ E）和底物（ S）結(jié)合生成中間產(chǎn)物（ ES），然后中間產(chǎn)物再形成產(chǎn)物（ P），同時使酶（ E）重新游離出來，表示為下列反應： 對于有兩種底物的酶促反應，可以下式表示： 中間產(chǎn)物學說的關鍵，在于中間產(chǎn)物的形成。酶和底物可以通過共價鍵、氫鍵、離子鍵等結(jié)合成中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物穩(wěn)定性較低，易于分解成產(chǎn)物并使酶游離出來。 E + S E S P + E ??? ???? ??1112E + S E S E S S E P??? ? ??? ??? ?2022/2/10 32 第三章 微生物生物化學 ? 6 影響酶催化活性的因素 因為酶是蛋白質(zhì)，同時又具有催化化學反應的特性，因而易受到各種環(huán)境因素的影響。 （ 1） pH值 氫離子濃度對酶反應速度的影響很大。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。 pH值對酶活力的影響主要因為 pH值改變底物和酶分子的帶電狀態(tài) 。當?shù)孜餅閮尚噪娊赓|(zhì)時，它們隨著 pH值的變化表現(xiàn)出不同的解離狀態(tài)，而酶的活性部位往往只能作用于底物的某一種解理狀態(tài)。 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基團的解離狀態(tài)，從而影響酶與底物的結(jié)合。假定酶在某一 pH值時，酶分子的活性部位上存在一個帶正電的基團和帶負電荷的基團時，此時酶最容易與底物相結(jié)合，當 pH偏高或偏低時，活性部位帶電情況改變，酶與底物的結(jié)合能力便降低。 2022/2/10 33 第三章 微生物生物化學 （ 2）溫度 各種酶的反應有其最適宜的溫度，此時，酶的反應速率最快。在酶的最適宜溫度范圍內(nèi)，溫度每升高 10℃ ，反應速度相應地增加 1～ 2倍。溫度對酶反應速率的影響通常用溫度系數(shù) Q10來表示： 10t C 1 0 Ct C Q? ? ???在（ ）的反應速率時的反應速率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。引起激活作用的物質(zhì)叫做激活劑。它與輔酶或輔基不同，無激活劑存在時，酶仍能表現(xiàn)一定的活性，而輔酶不存在時，酶完全失去活性。 一般認為，金屬離子的激活作用是由于金屬離子與酶結(jié)合后，再與底物結(jié)合成三位一體的“酶 金屬 底物”的復合物，這里的金屬離子使底物更有利于同酶的活性部位的催化部位和結(jié)合部位相結(jié)合，使反應加速進行。金屬離子起了某種搭橋作用。 2022/2/10 35 第三章 微生物生物化學 （ 4）抑制劑 有些化學物質(zhì)可以 減弱、抑制甚至破壞酶的作用 ，稱為酶的抑制劑。重金屬離子如 Ag+、 Hg2+、 Cu2+等以及 CO、 H2S、 HCN等都是典型的抑制劑。有的抑制作用可加入其它物質(zhì)或用其它方法解除，使酶活性恢復，這種抑制稱為可逆性抑制；有的抑制作用不能因加入某種物質(zhì)而解除，這種抑制稱為不可逆抑制。 2022/2/10 36 第三章 微生物生物化學 （ 5）反饋抑制作用 下列反應中， 起始物 A被酶 E E E3轉(zhuǎn)化為所需要的產(chǎn)物 D，產(chǎn)物 D對酶 E1具有專一的可逆的抑制作用，稱為 反饋抑制 。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。當 D達到一定濃度時，通過反饋抑制了E1的活性，阻止了 A轉(zhuǎn)化為 B的作用， D的合成速率降低，中間產(chǎn)物 B和 C不能積累，起始物就讓給需要它的其它反應。當 D的濃度降低時，對酶 E1的抑制作用減低， D的合成再繼續(xù)進行。 312 EEEA B C D??? ??? ???2022/2/10 37 第三章 微生物生物化學 167。 分批培養(yǎng)物的生長規(guī)律 細菌通過代謝作用將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成細胞物質(zhì)，增加了菌體重量，這是生長。單細胞生物的生長往往伴隨著細胞的分裂繁殖。由于細菌繁殖一代的時間很短（ 2030min），在一群體細菌中無法區(qū)分每單個細菌的生長狀態(tài)，因此，細菌的生長，實際是以 群體細胞數(shù)目的增加 作標志。 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。當細菌處于平衡生長時，如果生物量增長一倍，則細菌體內(nèi)所有可量測物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、RNA、 DNA及胞內(nèi)水分也增長了一倍。也就是說，平衡生長的細菌，其化學組成是恒定的。如圖 32。這一現(xiàn)象簡化了細菌培養(yǎng)物增殖率的測定工作，因為測量細菌培養(yǎng)物中任何一種成分的增長率就足以代表細菌的增殖率。 2022/2/10 39 第三章 微生物生物化學 圖 32：營養(yǎng)物濃度對比增殖率的影響 2022/2/10 40 第三章 微生物生物化學 因此以下三個公式都可以認為是細菌的增殖率公式。 181。為增殖率常數(shù)，或稱比增值率； N、 X及 Z分別表示每毫升溶液中的細菌個數(shù)、細菌質(zhì)量及任何一種細胞成分（ RNA、 DNA等）的質(zhì)量。 dN Ndt ??dx Xdt ??dz Zdt ??2022/2/10 41 第三章 微生物生物化學 181。的單位一般用 h1。前面已講過倍增時間（ doubling time） td，是指細菌培養(yǎng)物的各種成分都增為原來二倍的時間，倍增時間（ td）與 181。的關系如下： d0 .6 9 3t? ?2022/2/10 42 第三章 微生物生物化學 雖然，細菌的增殖率公式是一級反應的形式，增殖率常數(shù) 181。相當于反應速率常數(shù) k，但兩者還是還有不同的一面。這可以從 181。與限制營養(yǎng)物濃度 ρ的關系看出來，由 Monod方程 181。max— 底物濃度不是限制條件時的比增長速度，即最大比增長速度（ 1/h）； 圖 32即反應了該公式的典型曲線， 181。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。值降低，因而細菌生長率隨之下降。隨營養(yǎng)物濃度的提高， 181。值增大，生長速率也上升，并得到更大的菌體量。但由于曲線隨著營養(yǎng)物濃度的繼續(xù)增加而逐漸平緩下來，細菌的生長速率也必然緩慢下來。 m a xsk????? ?2022/2/10 43 第三章 微生物生物化學 ? 2 細菌的增長曲線 圖 33：細菌的生長曲線 微生物的增長一般需要經(jīng)過如下幾個階段 。 1）停滯期：細胞物質(zhì)有所增加，但細胞總數(shù)沒有增加。 2）對數(shù)增長期：細胞數(shù)按一定的比生長速度 增加。 3）靜止期：由于缺乏底物（養(yǎng)料的消耗）或抑制物質(zhì)的積累等原因，微生物的生長繁殖處于停止狀態(tài)。 4）衰亡期：由于細胞不能維持生命，細胞數(shù)目下降。這時的細菌稱為老齡菌，以別于指數(shù)生長期的幼齡菌。 2022/2/10 44 第三章 微生物生物化學 在指數(shù)生長階段，細菌的增殖速率 dx/dt 與限制營養(yǎng)物的減少速率 dρ/dt之間存在著下列正比例關系： 式中 Y稱為產(chǎn)率因數(shù)（ yield factor），它的涵義在把上式寫成下式后就更明顯了： 從上式可以看出， Y代表每克營養(yǎng)物所產(chǎn)生的細菌質(zhì)量。 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。 圖 34：分批培養(yǎng)物中細菌的大小及成分 A：滯后期結(jié)束； b：指數(shù)生長期結(jié)束； c：指數(shù)生長期細胞分裂結(jié)束； d：靜止期 2022/2/10 46 第三章 微生物生物化學 圖 34：分批培養(yǎng)物中細菌的大小及成分 A：滯后期結(jié)束； b：指數(shù)生長期結(jié)束； c：指數(shù)生長期細胞分裂結(jié)束； d：靜止期 圖中可以看出，單個細菌的質(zhì)量，只有在指數(shù)生長期才是恒定的，在滯后期以及靜止期以后，單個細菌的質(zhì)量都是變化的。另外，在指數(shù)生長期單位質(zhì)量中所含 RNA以及 DNA量都是恒定的。 2022/2/10 47 第三章 微生物生物化學 167。 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。呼吸過程以有機或無機化合物作為