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Chapter4MicroorganismphysiologySection1Enzyme一、酶的组成◦单组分酶◦全酶全酶＝酶蛋白＋辅酶或辅基◦辅酶或辅基铁卟啉：传递电子辅酶A：转酰基反应NAD辅酶I和NADP辅酶II：传递氢FMN（黄素单核苷酸）和FAD（黄素嘌呤二核苷酸）：传递氢辅酶Q（CoQ)：传递氢和电子LTPP：传递酰基和传递氢AMP、ADP、ATP生物素：CO2固定和脂肪固定辅酶F金属离子辅酶M辅酶420辅酶430MPTMFR二、酶蛋白结构氨基酸→肽链→蛋白质◦一级结构◦二级结构◦三级结构◦四级结构一级结构二级结构三级结构四级结构蛋白质的分子结构OHNH亮丝苏半半谷异甘21。氨基酸在蛋白质多肽链中的排列顺序2。肽键是蛋白质一级结构的基本结构键1.蛋白质的二级结构是指多肽链本身折叠或盘曲所形成的局部空间构象2.维持蛋白质二级结构主要依靠氢键3.主要类型是α一螺旋蛋白质的分子结构1.蛋白质在二级结构形式的基础上进一步盘曲.折叠而形成特定格式的三级结构2.三级结构主要依靠疏水键3.具有三级结构的某些蛋白质多肽链即可表现生物学活性蛋白质的分子结构1.不少蛋白质是由两个以上具有三级结构的多肽链组成的。这些多肽链之间没有共价键连接，而是借次级键缔合在一起。蛋白质的这种结构形式称为蛋白质的四级结构。2.此类蛋白质只有完整四级结构才有生物学活性蛋白质的分子结构一.一级结构决定空间结构1.相似结构相似功能2.不同结构不同功能3.一级结构改变可导致分子病二.蛋白质生物功能的表达依赖于其完整的构象《阿西莫夫最新科学指南·蛋白质》三、酶的活性中心四、酶的分类与命名◦（一）根据化学反应类型1.氧化还原酶2.转移酶3.水解酶4.裂解酶5.异构酶6.合成酶◦（二）不同部位◦（三）作用底物的不同◦酶的命名(一)习惯命名法1.一般采用底物加反应类型而命名，如蛋白水解酶、乳酸脱氢酶、磷酸己糖异构酶等。2.对水解酶类，只要底物名称即可，如蔗糖酶、胆硷酯酶、蛋白酶等。3.有时在底物名称前冠以酶的来源，如血清谷氨酸－丙酮酸转氨酶、唾液淀粉酶等。习惯命名法简单，应用历史长，但缺乏系统性，有时出现一酶数名或一名数酶的现象。(二)系统命名法鉴于新酶的不断发展和过去文献中对酶命名的混乱，国际酶学委员会规定了一套系统的命名法，使一种酶只有一种名称。它包括酶的系统命名和4个数字分类的酶编号。例如对催化下列反应酶的命名。ATP+D—葡萄糖→ADP+D—葡萄糖-6-磷酸该酶的正式系统命名是：ATP：葡萄糖磷酸转移酶，表示该酶催化从ATP中转移一个磷酸到葡萄糖分子上的反应。它的分类数字是：E.C.2.7.1.1,E.C代表按国际酶学委员会(IEC)规定的命名，第1个数字(2)代表酶的分类名称(转移酶类)，第2个数字(7)代表亚类(磷酸转移酶类)，第3个数字(1)代表亚亚类(以羟基作为受体的磷酸转移酶类)，第4个数字(1)代表该酶在亚-亚类中的排号(D葡萄糖作为磷酸基的受体)。五、酶的催化特性◦催化特性◦高度专一性◦催化条件温和◦对环境条件的变化极为敏感◦效率极高六、影响酶活力的因素米－门公式SE◦酶的浓度◦底物浓度◦温度◦pH◦激活剂◦抑制剂第二节微生物的营养新陈代谢◦异化作用（分解代谢）：分解物质，放出能量◦同化作用（合成代谢）合成物质，吸收能量一、微生物的化学组成◦（一）水分70%~90%◦（二）干物质有机物：90%~97%无机物：3%~10%微生物的化学组成实验式C5H8O2N二、微生物的营养物及营养类型◦（一）水溶剂化学组成参加反应调节温度◦（二）碳源和能源占细胞干重的50%以上1.无机营养微生物（自养型微生物）光能自养微生物化能自养微生物2.有机营养微生物（异养微生物）光能异养微生物化能异养微生物3.混合营养微生物◦（三）氮源1.固氮微生物2.利用无机氮作为氮源的微生物3.需要某种氨基酸作为氮源的微生物4.从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸的微生物◦（四）无机盐生理功能构成细胞组分构成酶的组分和维持酶的活性调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位供给自养微生物能源无机盐种类大量元素：10-3~10-4mol/L，磷、硫、镁、铁、钙、钾微量元素：10-6~10-8mol/L，锰、锌、钴、镍、铜（五）生长因素某些微生物在生长过程中不能自身合成的，但同时又是生长所必需的，须由外界供给的营养物质，称作生长因素◦三、碳氮磷比100:5:1四、微生物的培养基◦培养基是根据各种微生物营养需要，包括水、碳源、氮源、无机盐及生长因素按一定的比例配制而成的，用以培养微生物的基质。◦配制培养基有一定的原则和顺序原则：有的放矢，营养协调、条件适宜、经济节约顺序：缓冲化合物、无机元素、微量元素、维生素和其他生长因子◦（一）按培养基组成物分合成培养基：人工合成化合物天然培养基：天然有机物复合培养基：天然＋人工◦（二）按培养基形态分液体培养基固体培养基半固体培养基◦（三）按实验目的分基础培养基选择培养基(selectivemedium)鉴别培养基(differentialmedium)加富培养基(enrichedmedium)◦（四）按生产目的分种子培养基：营养丰富而完全，含氮量高发酵培养基：含氮量低，有利于代谢产物的积聚四、营养物质进入细胞的方式◦单纯扩散passivediffusion◦促进扩散facilitateddiffusion◦主动运输activetransport◦基团转位grouptranslocationSection3微生物的产能代谢一、产能代谢与呼吸作用的关系◦微生物的呼吸类型发酵好氧呼吸无氧呼吸◦能量转移的中心ATP(adenosinetriphosphate)基质水平磷酸化厌氧或兼氧微生物氧化磷酸化光合磷酸化1molATP水解释放31.8KJ/mol的能量二、产能代谢和呼吸类型（一）发酵◦无外在电子受体◦有机物部分氧化，以中间产物为最终电子受体◦糖酵解EMP过程（如图）◦能量利用率低26%◦发酵的底物不能过分氧化，也不能过分还原中间产物可参与底物水平磷酸化（二）好氧呼吸◦◦以O2作为最终的电子受体◦1、TCA循环（如图）◦2、能量平衡1mol葡萄糖可转化为38molATP转化效率高42%◦3、电子传递体系传递电子合成ATP◦4、内源呼吸与外源呼吸（三）无氧呼吸◦以NO3-为最终电子受体◦以SO42－为最终电子受体◦以CO2为最终电子受体（四）其它代谢途径◦HMP途径磷酸己糖裂解途径◦ED途径脱氧核糖酸途径◦PK途径磷酸酮糖裂解途径第四节微生物的合成代谢微生物合成细胞物质需三个先决条件能量（ATP）还原剂（NADH2）◦化能异养微生物◦化能自养微生物直接偶联式电子反向式◦光能细菌简单无机物或有机物第五节微生物的代谢调节微生物生长的环境条件常发生变化，满足细胞合成和繁殖所需的代谢途径各式各样，为适应环境因子的变化，也为协调各种代谢途径之间的关系，微生物发展了多种调节机制。因为代谢作用是细胞生长的基础，是在酶的催化下进行的，所以代谢调节作用主要是调节酶的合成和酶的活力。一、酶合成的调节◦1.酶合成的诱导（1）组成酶和诱导酶组成酶经常存在于细胞内，不论底物存在与否。诱导酶的合成依赖于底物或底物结构类似物，诱使诱导酶合成的物质叫做诱导剂。诱导酶只在有诱导剂存在时才生成。酶诱导生成的调节，使微生物在需要时才合成某些酶，不需要便不产生，这样便避免了能量和代谢物的浪费。（2）诱导酶底物和底物类似物。在大多数情况下，诱导酶的底物就是有效的诱导剂，但诱导剂不一定是诱导酶的底物。（3）顺序诱导和协同顺序诱导作用必须在前面的反应产物达一定浓度时才能诱导下一个酶的合成，因此底物转化和细胞生长的速度均很慢。底物降解代谢过程中所有酶的协同合成对细胞是有利的，因为这使细胞在该底物存在时能迅速进行代谢。◦2.酶合成的阻遏酶合成的阻遏与酶合成的诱导相反，是由于某种化合物的存在而阻止了酶的合成。如果这种化合物是某一合成途径的终点产物，则谓终点产物阻遏或反馈阻遏；若这种化合物是分解代谢途径中的产物，则谓分解代谢物阻遏(1)分解代谢物阻遏作用酶的生成往往被易分解利用的碳源（如葡萄糖）所阻遏作（葡萄糖效应）。当环境中有几种底物存在时，微生物往往首先利用常用底物，其他底物的利用被抑制。葡萄糖效应这种现象普遍存在于许多代谢途径中（包括分解途径与合成途径），被阻遏的酶可以是诱导酶，也可以是组成酶，但在大多数情况下是诱导酶。加人有效的诱导剂，常可解除这种阻遏。葡萄糖效应是由某种分解代谢产物引起的，这种产物阻遏了能够产生该物质的酶的生成。(2）末端（终点）产物阻遏作用一个生物合成途径的终点产物，往往同时阻止涉及此合成途径中所有酶的生成,通常又称为反馈阻遏。由于微生物具有终点产物阻遏的调节系统，使微生物在已合成足够它需要的物质时，或由外源加人该物质时，就停止生成与其合成有关的酶类；当该物质缺乏时，又开始生成这些酶。这样，就节约了大量的能量和原料。◦3.酶合成的调节机制二、酶活性的调节酶活性的调节是通过激活或抑制已有酶分子的活性来控制代谢的速率。在这类酶的分子上有二个中心，一个是与底物结合的活性中心，另一个是与调节物（激活剂或抑制剂）相结合的调节中心。