【正文】 吸作用分為需氧呼吸和厭氧呼吸兩大類。通常的最終電子受體為分子氧，但是硫酸鹽、硝酸鹽和碳酸鹽等化合物也是電子最終受體的一些類型。呼吸過程以有機或無機化合物作為電子供體（即使之氧化）開始，以無機化合物為最終電子受體（即使之還原）完成。 2022/2/10 47 第三章 微生物生物化學(xué) 167。 圖 34：分批培養(yǎng)物中細(xì)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(xì)胞分裂結(jié)束； d：靜止期 2022/2/10 46 第三章 微生物生物化學(xué) 圖 34：分批培養(yǎng)物中細(xì)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(xì)胞分裂結(jié)束； d：靜止期 圖中可以看出，單個細(xì)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(xì)菌的質(zhì)量都是變化的。 2022/2/10 44 第三章 微生物生物化學(xué) 在指數(shù)生長階段，細(xì)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(guān)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(xì)菌質(zhì)量。 4）衰亡期：由于細(xì)胞不能維持生命，細(xì)胞數(shù)目下降。 2）對數(shù)增長期：細(xì)胞數(shù)按一定的比生長速度 增加。 m a xsk????? ?2022/2/10 43 第三章 微生物生物化學(xué) ? 2 細(xì)菌的增長曲線 圖 33：細(xì)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 。值增大，生長速率也上升，并得到更大的菌體量。值降低，因而細(xì)菌生長率隨之下降。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(yīng)了該公式的典型曲線， 181。這可以從 181。的關(guān)系如下： d0 .6 9 3t? ?2022/2/10 42 第三章 微生物生物化學(xué) 雖然，細(xì)菌的增殖率公式是一級反應(yīng)的形式，增殖率常數(shù) 181。的單位一般用 h1。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(xì)菌個數(shù)、細(xì)菌質(zhì)量及任何一種細(xì)胞成分（ RNA、 DNA等）的質(zhì)量。 2022/2/10 39 第三章 微生物生物化學(xué) 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(xué) 因此以下三個公式都可以認(rèn)為是細(xì)菌的增殖率公式。如圖 32。當(dāng)細(xì)菌處于平衡生長時，如果生物量增長一倍，則細(xì)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。由于細(xì)菌繁殖一代的時間很短（ 2030min），在一群體細(xì)菌中無法區(qū)分每單個細(xì)菌的生長狀態(tài)，因此，細(xì)菌的生長，實際是以 群體細(xì)胞數(shù)目的增加 作標(biāo)志。 分批培養(yǎng)物的生長規(guī)律 細(xì)菌通過代謝作用將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成細(xì)胞物質(zhì)，增加了菌體重量，這是生長。當(dāng) 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。這種抑制對微生物的代謝是有利的，因為它們準(zhǔn)確地控制產(chǎn)物 D的濃度。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(fù)，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 35 第三章 微生物生物化學(xué) （ 4）抑制劑 有些化學(xué)物質(zhì)可以 減弱、抑制甚至破壞酶的作用 ，稱為酶的抑制劑。 一般認(rèn)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(fù)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(yīng)加速進行。引起激活作用的物質(zhì)叫做激活劑。在酶的最適宜溫度范圍內(nèi)，溫度每升高 10℃ ，反應(yīng)速度相應(yīng)地增加 1～ 2倍。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(fù)電荷的基團時，此時酶最容易與底物相結(jié)合，當(dāng) 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。當(dāng)?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)。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。 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(xué) ? 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(xué)反應(yīng)的特性，因而易受到各種環(huán)境因素的影響。基本論點是，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(yīng)： 對于有兩種底物的酶促反應(yīng)，可以下式表示： 中間產(chǎn)物學(xué)說的關(guān)鍵，在于中間產(chǎn)物的形成。 2022/2/10 31 第三章 微生物生物化學(xué) ? 5 酶的催化機理 酶的催化本質(zhì)是 降低反應(yīng)能閾、減少活化能 ，使反應(yīng)能夠進行。 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。 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。 2022/2/10 30 第三章 微生物生物化學(xué) ? 4 酶的性質(zhì) 酶是真正的催化劑，因為酶 并不改變它們所催化的反應(yīng)的平衡點，在催化過程中，本身也不消耗 。 活性部位也包含活力需要的輔酶，活性部位的一部分與底物的結(jié)合有關(guān)（結(jié)合部位），而另外部分承擔(dān)著化學(xué)鍵的生成或斷裂（即催化部分）。 2022/2/10 29 第三章 微生物生物化學(xué) 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。因酶所催化的底物通常是低相對分子質(zhì)量的，大分子的酶僅有一小部分酶蛋白與底物接觸并直接參與催化反應(yīng)。由數(shù)條相同或相似的肽鍵組成的酶呈四級結(jié)構(gòu)，其中每一條肽鍵稱為一個亞基。當(dāng)酶的構(gòu)象發(fā)生改變時，酶的催化功能將相應(yīng)的發(fā)生改變。 酶蛋白（主酶）部分決定化合物的專一性，即決定哪一種化合物可被催化，許多情況下，酶蛋白還決定反應(yīng)的方向；而輔酶（或輔基）則決定催化反應(yīng)的性質(zhì)。 ??雙成分酶 酶蛋白 輔酶（或輔基）（全酶） （主酶）2022/2/10 27 第三章 微生物生物化學(xué) 在這種雙成分酶中，如酶蛋白與非蛋白質(zhì)部分結(jié)合得比較牢固，不易分離時，這種非蛋白質(zhì)部分稱 輔基 ，一般只有酶蛋白與輔基結(jié)合在一起，才具有催化活性，兩者單獨分開后均無催化活性。雙成分酶除蛋白質(zhì)部分（酶蛋白）外，還有非蛋白質(zhì)部分（輔酶或輔基）。這類酶關(guān)系著許多重要生命物質(zhì)的合成，如蛋白質(zhì)，核酸等的生物合成 表 36 酶的分類 2022/2/10 26 第三章 微生物生物化學(xué) ? 2 酶的組成 酶按其組成可分為 單成分酶 和 雙成分酶（復(fù)合酶） 。在生物體內(nèi)分布最廣，數(shù)量也多，應(yīng)用也最廣泛。氧化酶類能活化分子氧（空氣中的氧）作為氫的受體而形成水，或使過氧化氫中的氧轉(zhuǎn)移到另一個物質(zhì)而使前者還原；脫氫酶類能催化直接從底物上脫氫 2 轉(zhuǎn)移酶類 （ transferase） 此類酶能催化一種化合物分子上的基團，轉(zhuǎn)移到另一種化合物分子上 3 水解酶類（ hydrolase） 此類酶催化大分子物質(zhì)加水分解為小分子物質(zhì)。 酶的分類見表 36。 2022/2/10 24 第三章 微生物生物化學(xué) ? 1 酶的分類 已知的酶有數(shù)千種，還有許多酶有待發(fā)現(xiàn)。在酶作用下進行化學(xué)變化的物質(zhì)叫底物，有酶催化的化學(xué)反應(yīng)稱為酶促反應(yīng)。酶（ enzyme）是由活細(xì)菌細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有高度催化專一性的特殊蛋白質(zhì)。 2022/2/10 23 第三章 微生物生物化學(xué) 167。氮氣對細(xì)菌無大影響， 12MPa的 N2也不致使細(xì)菌死亡。更高的氧壓可使其致死。培養(yǎng)細(xì)菌的培養(yǎng)基中無機鹽的滲透壓為 ～ ，加入糖后可產(chǎn)生總的滲透壓約 ～ 。因此培養(yǎng)細(xì)菌時，不僅要注意無機鹽的種類，還需注意其濃度。細(xì)菌生活在高滲透壓溶液中，細(xì)胞就要失水，發(fā)生質(zhì)壁分離，影響細(xì)胞生命活動甚至死亡。紫外線照射造成部分核酸的損傷，細(xì)菌細(xì)胞內(nèi) RNA發(fā)生突變，對微生物的誘變育種具有重要意義。能起殺菌作用的光主要是紫外線。 2022/2/10 21 第三章 微生物生物化學(xué) （ 4）光線 除少數(shù)光和細(xì)菌外，大多數(shù)細(xì)菌不需要光線。生物濾池（高負(fù)荷）法濾池出水的 E隨著濾池處理效率的降低，自 311mV降至 39mV，二次沉淀池出水 E可降至 89mV，這是由于氧的消耗和還原性物質(zhì)如氫的硫化氫的產(chǎn)生造成的。 一般 需氧細(xì)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(xì)菌來說， E在 ，進行需氧呼吸， E在 ，則進行厭氧呼吸。 2022/2/10 20 第三章 微生物生物化學(xué) （ 3）氧化還原電勢 各種細(xì)菌生活時要求