微生物的生理特征
2023-06-24 18:45:16 0 举报AI智能生成
水处理微生物学 微生物的生理特征思维导图
作者其他创作
大纲/内容
酶
概念
酶是生物细胞中自己合成的一种催化剂(生物催化剂)，其基本成分是蛋白质，催化效率比一般的无机催化剂高得多，一般高千、万倍，乃至千万倍。
命名和分类
命名
习惯命名
1.酶的作用底物，如淀粉酶；
2.催化反应的类型，如脱氢酶。
系统命名
规定，每种酶的名称应明确写出底物名称及其催化性质。若酶反应中有两种底物起反应，则这两种底物均需列出，当中用“：”分隔开。
举例来说，习惯名称为谷丙转氨酵.则系统名称是丙氨酸:a-酮戊二酸氨基转移酶。
分类
系统分类法是对酶进行分类编号的规定。每个酶都有一个特定的编号。大类是根据酶促反应的性质来分，一共分成六大类
根据酶促反应性质来区分的六大类酶
1.水解酶
这类酶能促进基质的水解作用及其逆行反应。
2.氧化还原酶
这类酶能引起基质的脱氢或受氢作用，产生氧化还原反应。
(1)脱氢酶
(2)氧化酶
3.转移酶
这类酶能催化一种化合物分子上的基团转移到另一化合物分子上。
4.同分异构酶
这类酶能推动化合物分子内的变化，形成同分异构体。
5.裂解酶
这类酶能催化有机物碳链的断裂，产生碳链较短的产物。
6.合成酶
这类酶能催化合成反应。
酶的作用特征
酶的作用特点
1 高催化效率
可加快反应速度，最高达 10^17倍;
2 高度专一性
大多数酶所作用的基质和催化反应都是高度专一的;
3 调节性
酶浓度、激素水平、抑制剂、产物浓度等因素影响酶催化反应速率;
4 可逆性
很多酶促反应都是可逆的;
5 反应条件严苛性
大多数酶都在很窄的 pH 和温度范围内才具有较好的活性，但通常是常温中性条件。
酶的活性中心
酶的活性
酶活性也称酶活力，是指酶催化一定化学反应的能力。酶的催化能力大小与酶含量有关、酶含量一般很小，很难直接用重量或体积来表示，而且大部分酶容易失活，因而常采用酶活性表示酶含量。
酶的活性中心
酶的活性中心是指酶蛋白肽链中由少数几个氨基酸残基组成的、具有一定空间构象的，与底物结合的，与催化作用密切相关的区域。它从结构上限定了酶的作用特点。酶分子中组成活性中心的氨基酸残基或基团是关键的，必不可少的。其他部位的作用对于酶的催化来说是次要的，它们为活性中心的形成提供结构基础。
子主题
结合部位
基质靠此部位结合到酶分子上
催化部位
基质的键在此处被打断或形成新的键，从而发生一定的化学变化。
酶促反应
影响酶促反应的主要因素
PH
不同的酶具有不同的最适反应 pH，大多数酶的最适 ph在6~7左右。。PH 影响酶活力的原因是，酶的基本组成成分是蛋白质，是其有解离基团的两性电解质。它们的解离与pH 有关。解离形式不同化学性质也就不同。
温度
要发挥酶最大的催化效率，必须保证酶有它最适宜的温度条件。高温会破坏酶蛋白而低温又会使酶作用降低或停止。
酶促反应动力学
酶促反应动力学研究基质浓度对酶催化反应速度的影响。
米氏方程
表示一个酶促反应的起始速度与底物浓度关系的速度方程
E是酶，S是底物，ES是中间复合体，P是产物，K是ES的解离常数。
Km值称为米氏常数，Vmax是酶被底物饱和时的反应速度，[S]为底物浓度。Km值的物理意义为反应速度V达到1/2Vmax时的底物浓度(即Km =[S])，单位一般为mol/L，只由酶的性质决定，而与酶的浓度无关
代谢
基本概念
生物氧化
指有机化合物在细胞中氧化分解，产生CO2和H2O，同时放出能量，又称为呼吸作用
形式
和氧的直接化合
失去电子
化合物脱氢或递氢
呼吸链
部位:位于原核生物细胞膜上或真核生物线粒体膜上
定义:由一系列氧化还原势不同的氢传递体组成的一组链状传递顺序。电子传递伴随ADP磷酸化合成ATP全过程，故又称氧化呼吸链。
成员:电子传递体主要包括FMN,CoQ.细胞色素bc1,ca,a3.和铁硫蛋白，这些电子传递体传递电子的顺序，按照它们的氧化还原势大小排列。
功能: 接受、释放电子，产生H,O;合成ATP
产能方式
底物水平磷酸化:ATP的形成直接由一个代谢中间产物上的高能磷酸基团转移到ADP分子上的作用。
氧化水平磷酸化:有氧呼吸的电子传递链中将释放的能量合成ATP
光合水平磷酸化: 在光照的条件下，光合细菌中释放的电子通过电子传递链，在传递电子的过程中释放的能量合成ATP。
发酵
EMP途径(糖酵解途径或已糖二磷酸途径)
所有原核生物和真核生物的糖酵解EMP途径均在细胞质中
大多数微生物定位在细胞质中的一条代谢途径，通过该途径将糖(如葡萄糖和果糖) 分解为丙酮酸，并产生两分子ATP。生成的丙酮酸再进入三羚酸循环，并产生包括ATP和NADH等高能化合物。
HMP途径
开始:1分子葡萄糖为底物
结果:2种产物:NADPH+H (还原型辅酶I ) 、CO2
特点
1、葡萄糖不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化
2、产生大量NADPH+H+ 形式的还原力 (12分子NADPH+H+ =36ATP)
3.多种重要中间代谢产物
多数好氧菌和兼性厌氧菌中都有存在HMP途径，通常还与EMP途径同时存在
ED途径
某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有
过程:葡萄糖一丙酮酸
结果:2分子丙酮酸、1分子ATP
4种产物 : 1分子还原型辅酶|、1分子还原型辅酶I1、丙酮酸、ATP
呼吸
好氧呼吸（TCA循环）
概念
底物脱氢后，经完整的呼吸链递氢，最终由O，受H而产生水和ATP的生物氧化方式。
途径
EMP，TCA(丙酮酸的有氧分解)
在好氧呼吸过程中，葡萄糖的氧化分解分两阶段(1)葡萄糖经EMP途径酵解形成中间产物-丙酮酸，此过程不消耗O,(2)丙酮酸的有氧分解
在好氧呼吸过程中，葡萄糖的氧化分解分两阶段(1)葡萄糖经EMP途径酵解形成中间产物-丙酮酸，此过程不消耗O,(2)丙酮酸的有氧分解
特点
(1) 完整呼吸链。(2) 最终电子受体是O2。(3) 最终产物为CO,和HO。(4) 基质氧化最彻底，释放能量最多
TCA循环
三羧酸循环是需氧生物体内普遍存在的代谢途径。原核生物中分布于细胞质，真核生物中分布在线粒体。指由丙酮酸经过一系列循环式反应而彻底氧化、脱羧，形成CO2、H2O和NADH2的过程。
特点
1.氧虽不直接参与其中的反应，但必须在有氧条件下运转
2.每分子丙酮酸可产生 4个 NADH+H+、1个 FADH2和1个GTP，总共相当于12.5个 ATP，产能效率极高;
3.TCA位于一切分解代谢途径和合成代谢途径中的枢纽地位，可为微生物的生物合成提供各种碳架原料。TCA 循环与发酵生产密切相关。
最终电子受体是分子氧，就是有氧( 好氧)呼吸
厌氧呼吸
特点
(1) 最终电子受体为氧化态化合物
(2) 产物有有机物，也有无机物
(3) 氧化不彻底
(4) 部分呼吸链
(5)放能水平较低
最终电子受体为氧化型化合物，就是无氧( 厌氧 )呼吸
无机物呼吸
（1）硝酸盐呼吸
（2）硫酸盐呼吸
（3）碳酸盐呼吸
是指以CO,为呼吸链最终电子受体的生物氧化过程。也是无氧呼吸的一种。
一是在严格厌氧条件下，由产甲烷菌以CO2为底物形成甲烷的CO2呼吸，二是在严格厌氧条件下，由同型产乙酸细菌以CO2为底物形成乙酸的CO2呼吸
(4)硫呼吸
(5)铁呼吸
有机物呼吸
延胡索酸呼吸
(延胡索酸--琥珀酸)
甘氨腹呼吸
(甘氨酸一乙酸)
氧化三甲胺呼吸
(氧化三甲胺--三甲胺)
无氧呼吸是指在厌氧条件下，厌氧或兼性厌氧微生物以外源无机氧化物或有机物作为末端氢（电子）受体时发生的一类产能效率较低的特殊呼吸。
营养
微生物细胞化学组成
水，约占细胞总重量的 80%，一般为 70%~90%，其他 10%~30%为干物质。干物质中有机物占 90%~97%左右，其主要化学元素是 C、H.0、N、P、S;另外约 3%~10%为无机盐分 (或称灰分)
营养基质
碳源
定义:能提供微生物营养作用所需的碳元素的营养源。
作用:提供细胞组分、代谢物质中的碳元素的来源，许多碳源也可为生命活动提供所需要的能源
有机碳源:脂类、糖类、蛋白质、有机酸、烃类
无机碳源: CO2、HCO3-、CO32-
氮源
定义:能提供微生物所需氮元素的营养源称氮源
作用:提供细胞的合成材料。在某些情况下 (e.g.糖类能源缺乏情况下)也可提供能量。
能源
能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物质和辐射能，称为能源
生长因子
生长因子是一类调节微生物正常代谢所必需，但不能利用简单的碳、氨源自行合成的有机物
广义的生长因子包括维生素、碱基、卟咻、及其衍生物、留醇、胺类、C4~C6的分枝或直链脂肪酸，有时还包括氨基酸.狭义的生长因子一般指维生素。
1.生长因子自养型微生物它们不需要从外界吸收任何生长因子,多数真菌、放线菌和不少细菌等都属于这类。
2.生长因子异养型微生物它们需要从外界吸收生长因子才能正常生长，如各种乳酸菌、动物致病菌、支原体和原生动物等。
3.生长因子过量合成型微生物 少数微生物在其代谢活动中，能合成并大量分泌维生素等生长因子，这些微生物可作为维生素生产菌种.
无机盐
无机盐或矿质元素主要为微生物提供碳、氮源以外的各种重要元素
大量元素
凡生长所需浓度在 10-3~10-4mol/L 范围
如P、S、K、Mg、Na和Fe等
微量元素
生长所需浓度在 10-6~10-8mol/L 范围
如 Cu、Zn、Mn、Ni、Co、Mo、Sn、Se 等
水
除蓝细菌等少数微生物能利用水中的氢来还原 CO2以合成糖类以外，其他微生物并非真正把水当营养物
生理作用
溶剂作用
参与生化反应
运输物质的载体
维持和调节机体的温度
光合作用中的还原剂
营养类型
光能自养
属于这一类的徽生物都含有光合色素，能以光作为能源，CO。作为碳源。
光能异养
这类微生物利用光能作为能源，以有机物作为电子供体，其碳源来自有机物，也可用CO2
化能自养
这一类微生物的生长需要无机物、在氧化无机物的过程中获取能源，同时无机物又作为电于供休，使CO2还原为有机物
化能异养
大部分细菌都以这种营养方式生活和生长，利用有机物作为生长所需的碳源和能源
培养基
概念
培养基指由人工配制的、适合微生物生长繁殖或产代谢产物的混合营养物。
分类
根据物理状态
液体培养基
(无琼脂)
固体培养基
(琼脂1-2.5%)
半固体培养
(琼脂0.5 -0.8%)
脱水培养基
根据培养基组分
天然培养基
合成培养基
半合成培养基
根据培养基用途
选择性培养基
按某微生物的特殊营养要求设计的培养基，可使该微生物得到选择性的生长和分离，抑制其他微生物的生长，从而提高微生物的分离效果
鉴别培养基
一类在成分中加有能与目的菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂，从而达到只须用肉眼辨别颜色就能方便的从近似菌落中找出目的菌菌落的培养基。例如，伊红美蓝乳糖培养基（EMB）。
加富培养基
人为加入所需的营养物质，从而促进微生物的大量繁殖主要用于菌的富集培养。e.g.苯、甲苯降解菌的培养等
营养物质的吸收和运输
单纯扩散
促进扩散
主动运输
基团转位
特点
与主动运输相似，需特异性载体蛋白，耗能。但运输前后溶质分子发生变化(蛋白与溶质发生反应)
主要运输葡萄糖、果糖、甘露糖、漂吟、脂肪酸等。
主要依靠磷酸转移酶系统。
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