《水污染控制原理》课程教学资源（实验指导）第6章 生物化学工程基础

第六章生物化学工程基础对实验的指导6.4细菌的成分细菌也和其它活的生物一样，需要某些营养物才能生长。这些营养物必须包含该细胞的细胞物质中所含的元素，以及酶的活力及运输系统所必需的元素。1.细菌的元素组成细菌所必需的元素可以称为细菌的生物元素。细菌元素可以通过细菌细胞物质的分析得出。细菌和其他微生物成分中所含的主要元素见表6-1。这些元素所占的百分数是以细菌于重计的。由表6-1可看出，大多数元素都占0.5%以上。表6-2列出了细菌成分中的次要的生物元素。表6-1细菌所含主要生物元素（3)元素所占百分数来源代谢功能c50有机化合物，CO细脑物质主要成分0200，HO.CO，有机化合物细胞物质主要成分N14NH.NO"N，有机化合物细胞物质主要成分H8Hz,H0.有机化合物细胞物质主要成分P3HPOR核酸、磷脂、辅酶的或分s150-HS-5°0有机硫化蛋白质成分、某些辅酶成分（如合物辅酶 A、鞘效醇)KtK*细题中主要的阳离子、某些酶的辅因子Na1Nat喷盐细菌（HaiophilicBacteria）蓄要的爽子Mg0.5Mg.多种酸的辅因子（如激酶），细胞Ca0.5Ca2+壁、细胞膜、磷酸脂中均含有重要细独阳离子，某些酵的辅因子（如蛋白醇）Cf0.5cI喷盐细菌需要的高子Fe0.2Fe**,Fe+细胞色素、其它血红素蛋白质及非血红素蛋白质的成分，许多酶的辅子其它0.3注：百分数数字系大肠埃希氏菌的资料。1

1 第六章 生物化学工程基础对实验的指导 6.4 细菌的成分 细菌也和其它活的生物一样，需要某些营养物才能生长。这些营养物必须包含该细胞的 细胞物质中所含的元素，以及酶的活力及运输系统所必需的元素。 1. 细菌的元素组成 细菌所必需的元素可以称为细菌的生物元素。细菌元素可以通过细菌细胞物质的分析 得出。细菌和其他微生物成分中所含的主要元素见表 6-1。这些元素所占的百分数是以细菌 干重计的。由表 6-1 可看出，大多数元素都占 0.5%以上。表 6-2 列出了细菌成分中的次要的 生物元素

表6-2细菌所含次要生物元素[3]源代谢功能元系米Zn7.n乙醇脱氢酶，碱性磷酸酶醛缩酶,RNA及DNA聚合醇中均含有MnMn'*细菌的超氧物歧化酶中含有，某些酶的输因子MaoMoO--硝酸盐还原酶、固氮酶及甲酸脱氨酸中均出现S-0'-Se甘氨酸还原酶及甲酸脱氢酶中均含有CaCo*+在含有辅醇BI的酶中出现（谷氨酸变位酸、甲基丙二酸单酰变位酶）CuCu'*细胞色素氧化酶及加氧酶中含有WWO*某些甲酸脱氨酶中含有Ni2Ni尿酸酶中含有，氢氧化细菌的自养生长所必需表6-1所列的数据，是判别在废水生物处理过程中，水质中所含有的几种主要元素含量是否满足了细菌生长需要量的根据，一般情况下都能满足，故不必加以核实。但表6-2中所列的某种微含量元素缺乏时，代谢作用就会受到影响，废水处理就会出现异常现象。2.细菌的大分子组成细菌或其它的微生物细胞物质主要是由一些大分子组成的，如表6-3所示。其中蛋白质和核酸是微生物细胞进行生命活动的最重要的物质基础。表 6-3微生物细胞的大分子成分[3]大分子含景所占百分数蛋口质52,4多精16.6类脂9.4RNA15.7DNA3.2总计97.3（1）蛋白质的组成微生物细胞的蛋白质分为两种，一种为结合蛋白质，如糖蛋白等，是构成细胞组织的一部分：另一种为溶解性的单纯蛋白质，主要在细胞质中。各种蛋白质的元素组成都很有碳、氢、氧、氮四种元素，大部分还含有硫。有的还含有磷、铁、铜等。α-氨基酸是一切蛋白质的组成单位。组成蛋白质的天然氨基酸主要有20种，如甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、精氨酸、天冬氨酸、色氨酸、氨酸等。氨基酸的基本结构通式为：RNH.COOHC:H上式具有两个特点：第一，具有酸性的-COOH及碱性的-NH2，为两性电解质。第二，如果R手H，，则具有不对称碳原子，因而是光活性物质。氨基酸在中性水溶液中是以两性离子形式存在的。2

2 表 6-1 所列的数据，是判别在废水生物处理过程中，水质中所含有的几种主要元素含 量是否满足了细菌生长需要量的根据，一般情况下都能满足，故不必加以核实。但表 6-2 中 所列的某种微含量元素缺乏时，代谢作用就会受到影响，废水处理就会出现异常现象。 2. 细菌的大分子组成 细菌或其它的微生物细胞物质主要是由一些大分子组成的，如表 6-3 所示。其中蛋白 质和核酸是微生物细胞进行生命活动的最重要的物质基础。 （1）蛋白质的组成 微生物细胞的蛋白质分为两种，一种为结合蛋白质，如糖蛋白等， 是构成细胞组织的一部分；另一种为溶解性的单纯蛋白质，主要在细胞质中。 各种蛋白质的元素组成都很有碳、氢、氧、氮四种元素，大部分还含有硫。有的还含 有磷、铁、铜等。 α-氨基酸是一切蛋白质的组成单位。组成蛋白质的天然氨基酸主要有 20 种，如甘氨 酸、丙氨酸、亮氨酸、精氨酸、天冬氨酸、色氨酸、氨酸等。 氨基酸的基本结构通式为： 上式具有两个特点： 第一，具有酸性的-COOH 及碱性的-NH2，为两性电解质。 第二，如果 R≠H，则具有不对称碳原子，因而是光活性物质。 氨基酸在中性水溶液中是以两性离子形式存在的

RCH-NHRCH-NHCOOHCOO-氨基酸两性离子一个氨基酸的氨基与另一氨基酸的羧基可以缩合成肽，其键称肽键。肽链R-CH--CCOHHN-CH--COOHR-CH--CNCH-COOH+ H,0i1+」NH2HR'NHOHR（2）蛋白质的结构蛋白质是由A一氨基酸结合而成，水解后产生一氨基酸。根据氢基酸分子数目、排列次序，以及肽链数目和空间结构的不同，形成了不同的蛋白质。蛋白质的结构可分为一级、二级、三级和四级结构。（3）蛋白质分子中的重要化学键蛋白质分子中的化学键可分为共价键与非共价键两大类。共价键如肽键、酯键，非共价键即次级键，如氢键、静电作用、范德华力等。（4）蛋白质的重要性质蛋白质是大分子物质，在水中形成胶体溶液，不能透过半透膜，能与水结合，在分子周围形成一层水膜。首先，蛋白质也是一种两性电解质。但其离解情况远比氨基酸复杂，可简化表示为NHNHNH,-H*-H*PPK+ H++H*COOHCO0-CO0-正离子两性离子负离子（pH等电点）上式表明蛋白质在不同pH溶液中可为正离子、负离子或两性离子。其次，蛋白质存在变性现象。当蛋白质受物理或化学因素的影响，其分子内部原有的高度规则性的空间排列发生变化，以致其原有性质发生部分或全部丧失的现象，称蛋白质的变性。变性的蛋白质分子互相凝聚为固体的现象称凝固。引起蛋白质变性的因素很多，热(60~70℃)、酸、碱、有机溶剂（如乙醇、丙酮)、光（X射线、紫外线）、尿素浓溶液水杨酸负离子、高压、剧烈振荡等均可引起蛋白质的变性。6.2理论对实验的指导（1）依据废水的分析结果计算去除BOD所需投加元素：（2）提供条件BOD坪值、BODL、总氮、有机氮、硝态氮、亚硝态氮、总p、、Fe、Mg、Ca、S等;（3）计算产生细菌量；（4）依据本节提供的细菌化学成分表核算，所需要投加的元素量。3

3 一个氨基酸的氨基与另一氨基酸的羧基可以缩合成肽，其键称肽键。 （2）蛋白质的结构 蛋白质是由α—氨基酸结合而成，水解后产生α—氨基酸。根据氨基酸分子数目、排 列次序，以及肽链数目和空间结构的不同，形成了不同的蛋白质。蛋白质的结构可分为一级、 二级、三级和四级结构。 （3）蛋白质分子中的重要化学键 蛋白质分子中的化学键可分为共价键与非共价键两 大类。共价键如肽键、酯键，非共价键即次级键，如氢键、静电作用、范德华力等。 （4）蛋白质的重要性质 蛋白质是大分子物质，在水中形成胶体溶液，不能透过半透 膜，能与水结合，在分子周围形成一层水膜。 首先，蛋白质也是一种两性电解质。但其离解情况远比氨基酸复杂，可简化表示为 上式表明蛋白质在不同 pH 溶液中可为正离子、负离子或两性离子。 其次，蛋白质存在变性现象。当蛋白质受物理或化学因素的影响，其分子内部原有的 高度规则性的空间排列发生变化，以致其原有性质发生部分或全部丧失的现象，称蛋白质的 变性。变性的蛋白质分子互相凝聚为固体的现象称凝固。 引起蛋白质变性的因素很多，热(60~70℃)、酸、碱、有机溶剂(如乙醇、丙酮)、光（X 射线、紫外线）、尿素浓溶液水杨酸负离子、高压、剧烈振荡等均可引起蛋白质的变性。 6.2 理论对实验的指导 （1）依据废水的分析结果计算去除 BOD 所需投加元素； （2）提供条件 BOD 坪值、BODL、总氮、有机氮、硝态氮、亚硝态氮、总 p、Fe、Mg、 Ca、S 等； （3）计算产生细菌量； （4）依据本节提供的细菌化学成分表核算，所需要投加的元素量