环境工程微生物 第四章 微生物的生理

环境工程微生物 专业课程 章节思维导图，内容详实、条理清晰、易于理解，无论是初学者还是准备参加考试的学生，这张脑图都将是你不可或缺的学习助手。

第四章 微生物的生理

• 第一节 微生物的酶
  • 一，酶的组成 单成分酶和全酶两类
    • （一）酶的组成形式
      • 单成分酶由酶蛋白组成如水解酶类。
      • 全酶3种
        • 酶蛋白+非蛋白质小分子有机物
        • 酶蛋白+非蛋白质小分子有机物+金属离子
        • 酶蛋白+金属离子
    • （二）几种更重要的辅基和辅酶
      • 1. 铁卟啉 传递电子
      • 2. 辅酶A 酰基载体
      • 3. NAD和NADP 传递氢
      • 4. FMN和FAD 氢载体和氧化还原中传递氢
      • 5. 辅酶Q 传递氢和电子
      • 6.硫辛酸和焦磷酸硫胺素。
      • 7. 磷酸腺苷及其它核苷酸类。
      • 8. 磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。
      • 9.生物素 生物素是微生物的生长因子。
      • 10. 四氢叶酸。
      • 11.金属离子。
      • 12 辅酶M。
      • 13，辅酶F420。
      • 14.辅酶F430
      • 15，辅酶MPT
      • 16, 辅酶MFR
      • 17,辅酶HS-HTP
  • 二， 酶蛋白的结构
    • 蛋白酶的结构分一级二级和三级结构。少数酶具有四级结构。
  • 三，酶的活性中心
    • 酶的活性中心有两个功能部位，一个是结合部位一定的底物，靠此部位结合到酶分子上，另一个是催化部位，底物分子中的化学键在此处被打断或形成新的化学键从而发生一系列的化学反应。
  • 四， 酶的分类与命名
    • 1.酶的分类
      • • 1.氧化还原酶类。
        • 2. 转移酶类。
        • 3.水解酶类。
        • 4.裂解酶类。
        • 5.异构酶。
        • 6.合成(连接)酶。
    • 2.酶的命名
      • 1.习惯命名法。
        • (1)按酶的作用底物的不同命名。可把酶分为淀粉酶蛋白酶脂肪酶纤维素酶核糖核酸酶等。
        • （2）根据酶催化反应的性质及类型命名，如水解酶转移酶和氧化酶。
      • 2.国际系统命名法。
        • 国际系统命名法的原则是以每所催化的整体反应为基础，规定每种酶的名称应当明确表明酶的底物及催化反应的特质。
  • 五，酶的催化特性
    • 一，酶具有一般催化性的共性。
      • 酶积极参与与生物化学反应加速反应速率缩短反应到达平衡所需的时间，但不改变平衡点。
    • 二，酶的催化作用，具有高度的专一性。
      • 1，结构专一性。 根据不同美对不同结构底物专一性程度不同，又可分为绝对专一性和相对专一性。
      • 2.立体异构专一性。
        • （1）旋光异构专一性。
        • （2）几何异构专一性。
    • 三，酶的催化反应，条件温和。
    • 四，酶对环境条件的变化极为敏感。
    • 五，酶的催化效率极高。
  • 六， 影响酶促反应的速率（或酶活力）的因素
    • 1，酶的浓度
    • 2，底物浓度
    • 3，温度
    • 4，PH
      • （1）改变底物分子和酶分子的解离状态，从而影响酶和底物的结合。
      • （2）过高过低pH都会影响酶的稳定性进而使酶遭到不可逆性的破坏。
    • 5，活性剂
      • （1）无机离子激活剂。
      • （2）有机化合物。
    • 6，抑制剂
      • （1）不可逆的抑制作用。
        • 有些抑制剂能与酶分子上的某些基团可以以共价键方式结合，导致酶的活性下降或丧失。
      • （2）可逆的抑制作用。
        • a 竞争性抑制。
        • b 非竞争性抑制。
        • c 反竞争性抑制。
• 第二节 微生物的营养
  • 一，微生物细胞的化学组成
    • 1,水分。 不同类型的微生物水分含量不同。
    • 2,干物质. 微生物机体的干物质是由有机物和无机物组成，有机物占干物质质量的90%到70%，包括蛋白质糖类核酸和脂质。
  • 二，微生物的营养物及营养类型
    • 一， 水。 起到了调节细胞温度和保持环境温度的恒定作用。
    • 二， 碳源和能源。 碳源的主要作用是构成微生物细胞的含碳物质碳价和供给微生物生长繁殖及运动所需要的能量。
      • 1，无机营养微生物。
        • 1，光能自养型微生物。
        • 2，化能自养型微生物。
      • 2，有机营养微生物。
        • 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，凡是能够供给微生物含氮物质的营养物称为氮源。
      • 1，固氮微生物。
      • 2，利用无机氮为氮源的微生物。
      • 3，需要某种氨基酸作为氮源的微生物。
      • 4，从分解蛋白质主要为蛋白质水解产物中取得铵盐或氨基酸合成蛋白质的微生物。
    • 四， 无机盐。
      • 1，主要元素。 磷，硫，镁， 铁，钙，钾。
      • 2.微量元素。 锰，锌，钴，铜，钼，钒，碘，溴和硼等。
    • 五， 生长因子。 生长因子是一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳氮源自行结合的有机物。 广义的生长因子除了维生素外，还包括碱基嘌呤嘧啶生物素等。狭义的生长因子是指维生素。
  • 三，碳氮磷比
    • 由于不同微生物的细胞元素组成比例不同，对各营养元素的比例要求也不同。这里主要指碳氮比。
      • 好氧微生物碳氮磷比BOD5:N:P=100:5:1
      • 厌氧微生物碳氮磷比BOD5:N:P=100:6:1
  • 四，微生物的培养基
    • （一） 培养基的配制。
    • （二）培养基的种类
      • 1，按培养基组成物的性质分类。
        • 1 合成培养基合 成培养基中各组分是已知结构的纯化学物质。
        • 2 天然培养基 天然有机配制而成的培养基。
        • 3 复合培养基 由已知的化学组成物质，同时还加有某些天然成分而配制的培养基。
      • 2，按培养基的物理性状分类。
        • 1 固体培养基。
        • 2 半固体培养基。
        • 3 液体培养基。
      • 3.按培养基对微生物的功能和用途分类。
        • 1 选择培养基。
        • 2 鉴别培养基 几种细菌由于对培养基中某一成分的分解。 能力不同，其菌落通过指示剂显示出不同的颜色，而被区别分开。
        • 3 加富（富集）培养基。
  • 五，营养物进入微生物细胞的方式
    • 1，单纯扩散。
      • 无载体蛋白，速度慢顺浓度梯度，不需要能量，运输前后溶质分子不变，无抑制剂，运输对象有水，气体，甘油，乙醇
    • 2，促进扩散。
      • 有载体蛋白，速度较快，顺浓度梯度，不需要能量，运输前后溶质分子不变，有抑制剂，运输对象有糖类，离子等
    • 3，主动运输。
      • 有载体蛋白，速度快，逆浓度梯度，需要能量，运输前后溶质分子不变，有抑制剂，运输对象有氨基酸，Na，Ca离子，乳酸等无机离子
    • 4， 基团转位
      • 有载体蛋白，速度快，逆浓度梯度，需要能量，运输前后溶质分子改变，有抑制剂，运输对象有葡萄糖、果糖嘌呤，核酸
• 第四节 微生物的合成代谢
  • 一，产甲烷菌的合成代谢
    • 1，产甲烷菌同化二氧化碳的途径。
    • 2，甲烷形成中的主要反应。
  • 二，化能自养微生物的合成代谢
    • 1，亚硝化细菌（氨氧化细菌）的合成代谢。
    • 2，硝化细菌（亚硝酸氧化细菌）的合成代谢。
    • 3，硫氧化细菌的合成代谢。
    • 4，铁氧化细菌的合成代谢。
    • 5，氢氧化细菌的合成代谢。
  • 三，光合作用
    • 一，藻类的光合作用和呼吸作用。
    • 二，细菌的光合作用。
    • 三，盐细菌的光合磷酸化。
    • 四，卡尔文循环。
    • 五，有机光合细菌的光合作用。
    • 六，藻类光合作用和细菌光合的作用的比较。
  • 四，异养微生物的合成代谢
    • 益阳微生物利用现成的有机物做碳源和能源，在各种酶的催化下，大分子有机物转为许多中间产物并产生能量。微生物就是利用这种中间代谢产物。 如有机酸氨基酸胺硝酸硝酸盐硫酸盐及其他无机元素钾钠钙镁等。
• 第三节 微生物的能量代谢
  • 一，微生物的生物氧化和产能
    • 一，生物能量的转移中心——ATP。
    • 二，ATP的生成方式。
      • 1，基质（底物）水平磷酸化。
      • 2，氧化磷酸化。
      • 3，光合磷酸化。
  • 二，生物氧化类型产与产能代谢
    • 1，发酵。
      • 1,发酵的类型, 乙醇发酵 乳酸同型发酵 乳酸异型发酵 混合酸发酵。
      • 2.乙醇发酵。
        • 1,糖酵解作用 被认为是一种骨最古老最原始获得能量的一种方式。
        • 2. 生成乙醇。
    • 2,好氧呼吸。
      • 1, 葡萄糖的酵解。
        • 子主题
          • 1mol葡萄糖完全氧化总共产生38molATP
      • 2,三羧酸循环。
      • 3,电子传递体系。 电子体系传递存在于线粒体。
      • 好氧呼吸的外源性呼吸和内源性呼吸
    • 3,无氧呼吸。
      • 1,以硝酸根离子作为最终电子受体（硝酸盐呼吸）。
      • 2，以硫酸根为最终电子受体（硫酸盐呼吸）。
      • 3，以一氧化碳和二氧化碳为最终电子受体（碳酸盐呼吸）。
        • 1，参与产甲烷菌产生代谢的酶和辅酶。
        • 2，甲烷形成中的主要反应 产甲烷菌的电子传递系统。
        • 3，以甲烷过程中能量的产生
        • 4， 以延胡索酸为最终电子受体（延胡索酸呼吸）。
  • 三，3种生物氧化类型比较（以葡萄糖为例）
    • 1，电子数不一样。
    • 2，参与酶不一样。
    • 3，最终产物不一样。
  • 四，其他代谢途径
    • 1， 磷酸己糖途径。
    • 2，脱氧核糖核酸途径。
    • 3，磷酸酮糖裂解途径。 （PK途径）
  • 五，微生物发光机制与其应用
    • 发光细菌对赌气毒药麻醉剂氰化物等抑制剂也异常敏感。当这些物质的质量分数仅为十的负六次时，就能使发光细菌发光。 发光细菌已被制成生物探测器应用环境监测及其他领域。