水处理微生物学双语21

SectionB-MicrobialmetabolismB1Heterotrophic（异养的）PathwaysB2ElectronTransport,OxidativePhosphorylation（磷酸化作用）B3Autotrophic（自养的）ReactionsB4Biosynthetic（生物合成的）PathwaysmetabolismCatabolism（分解代谢）Anabolism（合成代谢）HeterotrophicAutotrophic1.Nutritionaltypeofmicrobe?1.1AdistinctionshouldbemadebetweentheHeterotrophicandAutotrophic.1.2Carbonsource1.3EnergysourceOrganicmoleculeLightorchemistryenergyOrganiccompoundsCarbondioxide1.Nutritionaltypeofmicrobe?1.4Chmo-organotroph\Chmo-lithotrophsPhoto-organotroph\Photo-lithotrophsOrganiccompoundsCarbondioxideOrganicmoleculeLightChmo-organotroph化能异养OrganiccompoundsCarbondioxideChmo-lithotrophs化能自养Photo-organotroph光能异养Photo-lithotrophs光能自养chemistryenergy补充1：微生物的酶一、酶的生物学意义：微生物的新陈代谢反应是物质同化与异化的过程，也是物质合成与分解的过程，微生物细胞内的物质合成与分解都是在酶的催化下进行的。例如：酿造酸奶生产酒精二、酶的化学本质：酶是有催化活性的蛋白质。C6H12O6CH3CHOHCOOHC6H12O6CH3CH2OH乳酸菌酵母菌补充1：微生物的酶三、酶的分子组成：单纯酶（催化活性仅仅决定于他的蛋白质结构）；结合酶（催化活性除了蛋白质部分外，还需要金属离子或有机物等非蛋白成分）；结合酶的活性：酶蛋白+辅助因子=全酶结合因子可分为辅酶（于酶蛋白结合松散）和辅基（与酶蛋白结合紧密）两种。例如常见的辅酶有：辅酶Ⅰ（NAD+）和辅酶Ⅱ（NADP+），它们的作用是转移H和电子；又如常见的辅基有：黄素腺嘌呤单核苷酸（FMA）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。补充1：微生物的酶NAD+和NADP+辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸补充1：微生物的酶H2CCHCOOHHOOCOH+NAD+HOOCCOOHCCH2O+NADH+H+苹果酸脱氢酶MH+NAD+M+NADH+H+补充1：微生物的酶补充1：微生物的酶补充1：微生物的酶补充1：微生物的酶辅酶A（CoA-SH）转移酰基（CH2COO-）CHHCOO补充1：微生物的酶转氨酶的辅酶补充1：微生物的酶四、酶的命名：酶有两种命名法，习惯命名法和系统名法。1.习惯命名法：例1：谷丙转氨酶补充1：微生物的酶例2：乳酸脱氢酶例3：淀粉酶，脂肪酶，纤维素酶等等。这种命名法一般遵循两个原则：根据酶催化的底物；根据酶催化的性质。补充1：微生物的酶2.系统命名法：丙氨酸：α—酮戊二酸转氨酶补充1：微生物的酶五、酶的分类。根据酶所催化的性质，分为六大类：1.氧化还原酶类（oxido-reductases)：催化氧化还原反应。脱氢酶：乳酸脱氢酶氧化酶：A-2H+BA+B-2HA-2H+O2A+H2O2A-2H+1/2O2A+H2O补充1：微生物的酶2.转移酶类（transferases）：催化基团转移反应，如谷丙转氨酶。3.水解酶（hydrolases）：催化水解反应，麦芽糖酶AB+CA+BC补充1：微生物的酶4.裂合酶（lyases）：催化一种化合物的裂解或者合成，如柠檬酸合成酶。ABA+B补充1：微生物的酶5.异构酶类（isomerases)：催化同分异构体相互转化。AA’补充1：微生物的酶6.合成酶类（ligases）：消耗ATP的能量，使两分子化合物结合的酶。六、酶促反应的特点：1.酶具有一般催化剂的特性：用量少，催化效率高；仅能改变化学反应速度，不能改变反应的平衡点；酶本身反应前后不发生变化；降低反应的活化能。2.酶具有一般催化剂不具有的特性：高度专一性；催化效率高；易失活。A+B+ATPAB+ADP+Pi补充1：微生物的酶酶的专一性：例，α-葡萄糖苷酶补充1：微生物的酶酶的专一性：例，胰蛋白酶补充1：微生物的酶七、酶蛋白的结构与功能1.蛋白质是由氨基酸组成的。补充1：微生物的酶2.蛋白质的一级结构补充1：微生物的酶3.蛋白质的二级结构补充1：微生物的酶4.蛋白质的三级结构补充1：微生物的酶5.蛋白质的四级结构血红蛋白四级结构示意图补充1：微生物的酶6.酶蛋白的活性中心补充1：微生物的酶7.酶催化的机制补充1：微生物的酶八、酶促反应速度的影响因素1.底物浓度对酶促反应速度的影响补充1：微生物的酶v=Vmax[S]Km+[S]v1=KmVmax[S]+[S]Vmax[S]1Vmax+1[S].VmaxKm=补充1：微生物的酶2.pH值对酶促反应的影响所有的酶都有其最适pH值。pH值对酶活性的影响主要在于pH值能够改变酶蛋白、底物和辅酶的解离状态。在不同的pH值条件下，他们的解离状态不同，所带电荷也不同，造成他们的结合状态也不同。微生物的最适pH一般为4.5~6.5补充1：微生物的酶3.温度对酶促反应的影响所有的酶都有其最适反应温度。因为酶促反应也是一种化学反应，当温度升高时反应速度加快；但是酶是一种蛋白质，当温度高于一定值时，酶会发生变性，活性降低，直至丧失。补充1：微生物的酶4.酶浓度对酶促反应的影响在一定的条件下，酶浓度与反应速度成正比。因为酶催化反应时，酶必须首先和底物结合在一起。E+SESE+P补充1：微生物的酶5.抑制剂对酶促反应的影响凡是能够通过与酶分子上某些必需基团结合，使酶活性下降甚至丧失的物质，称谓抑制剂。例如：竞争性抑制和非竞争性抑制。补充1：微生物的酶磺胺类药-对氨基苯磺酰胺的杀菌机理补充1：微生物的酶补充1：微生物的酶6.激活剂对酶促反应的影响凡是能够提高酶活力的物质都称力酶的激活剂；例如，经透析过的唾液淀粉酶活力不高，若加入少量的NaCl则酶的活力大大增加，因此NaCl（更准确地说Cl-）就是唾液淀粉酶的激活剂。许多酶的激活剂是一些金属离子或其他无机离子。补充2：高能化合物ATP（三磷酸腺苷）NNNNNH2HOHHOHHHOPOOCH2OO--OPOO--OPOO--H2O+31.4kJPO43H+HAPOOPOHOOOHOHOPOHOHOOPOHOOPAphosphoenolpyruvate磷酸烯醇式丙酮酸CCHOCOOHPOHOOHADPATPCOOHOCHCHOHOPOHCOOHOCHC补充2：高能化合物SectionBMicrobialmetabolismB1HeterotrophicPathways异养代谢途径1.Glycolysis糖酵解（EMP)6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油酸磷酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸葡萄糖1.1糖酵解过程：OCH2OHOHOHOHOHHHHHMgOCH2OPO3H2OHOHOHOHHHHH己糖磷酸激酶葡萄糖6－磷酸葡萄糖HOH磷酸己糖异构酶6-磷酸果糖H2O3POHOHOHCH2OHCH2OH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OOHHHOHOHCH2OHCH2OHOOHH磷酸果糖激酶己糖激酶ATPADPMgATPADPATPADPMg果糖1,6-二磷酸果糖（1）葡萄糖1,6-二磷酸果糖1,6-二磷酸果糖HOHH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OCH2OPO3H2CCH2OHOCH2OPO3H2CHOHCHO磷酸二羟丙酮3－磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶96％4％醛缩酶（2）1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛3－磷酸甘油醛CH2OPO3H2CHOHCHOCH2OPO3H2CHOHCOPO3H2ONAD+NADH+H+1,3-二磷酸甘油酸CH2OPO3H2CHOHCOHOADPATPMg磷酸甘油酸激酶CH2OHCHOPO3H2COHO3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶（底物水平磷酸化）（3）3-磷酸甘油醛2-磷酸甘油酸+Pi2-磷酸甘油酸CH2OHCHOPO3H2COHOCH2COPO3H2COHO烯醇化酶Mg+2磷酸烯醇式丙酮酸COHOCHOHCH2COOHCCH3OADPATP2Mg+丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸丙酮酸（底物水平磷酸化）（4）2-二磷酸甘油酸丙酮酸1.Glycolysis糖酵解（EMP)1.2糖酵解：在微生物的细胞质中，有氧或者无氧条件下，葡萄糖经过酶催化作用降解成丙酮酸，并伴随生成ATP的过程。1.3糖酵解的意义：（1）为细胞生命活动提供ATP和NADH；（2个ATP、2个NADH2）（2）生成丙酮酸，为葡萄糖彻底降解打下基础；（3）中间的代谢产物，为细胞的生物合成提供原料。Glucose葡萄糖Hexokinase己糖激酶Glucose6-phosphate葡萄糖6-磷酸ATPADPPhosphoglucoisomerase磷酸葡萄糖变位酶Fructose6-Phosphate果糖6-磷酸PhosphofructokinaseATPADPFructose1,6-bisphosphate果糖1，6-二磷酸Aldolase醛缩酶DihydroxyacetonePhosphate磷酸二羟丙酮Glyceraldehyde3-phosphate甘油醛3-磷酸Triosephosphateisomerase丙糖磷酸异构酶1,3-Bisphosphoglycerate1,3-二磷酸甘油酸Glyceraldehyde3-phosphatedehydrogenaseNAD++PiNADHATPADPPhosphoglyceratekinase3-phosphoglycerate2-phosphoglyceratePhosphoglyceratemutaseEnolase烯醇酶H2OPhosphoenolpyruvate磷酸烯醇式丙酮酸ATPADPPyruvate丙酮酸PyruvatekinaseCitricacidcycleEthanolLactate2、Thecitricacidcycle柠檬酸循环（TCA）2.1丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。2.2葡萄糖完全氧化成二氧化碳。2.3每一圈循环生成3个NADH2，1个FADH2，1个GTP。CH3CCOOHO+HS-CoANAD+CH3COSCoA+CO2NADH丙酮酸脱氢酶系＋＋丙酮酸辅酶A乙酰辅酶ACitricacidcycleOxaloacetate（Isocitrate）（SuccinylCOA）FumarateMalateCH3COSCoA（Citra）HOCH2COOHCCHCOOHHCOOHCH2COOHCCH2COOHHOCOOHHOCH2COOHCCOCOOHH2（α-Ketoglutarate）HOCH2COOHCCO~SCOAH2CH2COOHCH2COOH（Succinyl）CHCOOHCHCOOHCH2COOHCHCOOHHOCH2COOHCOCOOH3.Fermentation（发酵）3.1发酵：发酵是一种有机物不完全氧化的过程，在发酵过程中电子供体被还原，能量产生是来自底物水平的磷酸化。3.2Substratelevelphosphorylation（底物水平磷酸化）：底物在氧化过程中产生某些高能化合物的