同济大学环境科学与工程学院：环境工程微生物学（乐毅全）_第四章 微生物生理

第四章微生物生理 主要内容:生物的酶 微生物的营养 微生物的能量代谢 微生物的合成代谢

第四章 微生物生理 主要内容： 生物的酶 微生物的营养 微生物的能量代谢 微生物的合成代谢

第一节酶 酶的概念 催化剂 在化学中,能改变化学反应的速度而其本身在反应 前后没有发生变化的物质称为催化剂。例如:蔗 糖→葡萄糖-果糖,少量盐酸(HCL)可以大大促 进该反应的速度,即为催化剂。 由催化剂加速反应速度的现象称为催化作用

第一节 酶 一、酶的概念 催化剂 在化学中，能改变化学反应的速度而其本身在反应 前后没有发生变化的物质称为催化剂。例如：蔗 糖→葡萄糖+果糖，少量盐酸（HCL）可以大大促 进该反应的速度，即为催化剂。 由催化剂加速反应速度的现象称为催化作用

第一节酶(续) 一般的化学催化剂作用往往要求一定的条件,如高 温、高压等。如在合成复工业中,使用以铁为主 体的多成分催化剂(铁触媒),反应条件要求 500℃、2×107~5×107Pa(约200~500atm),这就 对反应的容器等提出较高的要求。 1atm=101325Pa

第一节 酶（续） 一般的化学催化剂作用往往要求一定的条件，如高 温、高压等。 如在合成氨工业中，使用以铁为主 体的多成分催化剂（铁触媒），反应条件要求： 500℃、2×107 ~ 5×107 Pa(约200~500atm)，这就 对反应的容器等提出较高的要求。 1atm=101325Pa

第一节酶(续) 在生物体内不断地进行着大量而复杂的化学反应 (生物化学反应),这些反应要求以极快的速 度进行,而且要求十分精确,才能适应生物体 生理活动的要求。另外,生物体内的条件是温 和的。为了满足生物体内生物化学反应的要求, 必须由特别的催化剂—酶来催化。 定义:酶是生物体内合成的一种具有催化性能的 蛋白质,它是生物催化剂

第一节 酶（续） 在生物体内不断地进行着大量而复杂的化学反应 （生物化学反应），这些反应要求以极快的速 度进行，而且要求十分精确，才能适应生物体 生理活动的要求。另外，生物体内的条件是温 和的。为了满足生物体内生物化学反应的要求， 必须由特别的催化剂——酶来催化。 定义：酶是生物体内合成的一种具有催化性能的 蛋白质，它是生物催化剂

第一节酶(续) 酶的催化特性 酶积极参与生物化学反应,加速反应速度,但不能改 变反应平衡点,在反应前后无变化; 2.酶的催化作用具有专一性;一种酶只能作用于一种物 质或一类物质,或者说只能催化一种或一类化学反应; 3.酶的催化作用条件温和;在常温、常压和近中性的水 溶液中进行(生物体内环境); 4.酶对环境条件极为敏感;高温、强酸、强碱、重金属 离子等会能使酶丧失活性;由于酶是蛋白质,容易失 活 5.酶具有极高的催化效率;如过氧化氢酶的催化效率比 铁离子Fe3+(一般催化剂)要高1010倍

第一节 酶（续） 二、酶的催化特性 1．酶积极参与生物化学反应，加速反应速度，但不能改 变反应平衡点，在反应前后无变化； 2．酶的催化作用具有专一性；一种酶只能作用于一种物 质或一类物质，或者说只能催化一种或一类化学反应； 3．酶的催化作用条件温和；在常温、常压和近中性的水 溶液中进行（生物体内环境）； 4．酶对环境条件极为敏感；高温、强酸、强碱、重金属 离子等会能使酶丧失活性；由于酶是蛋白质，容易失 活； 5．酶具有极高的催化效率；如过氧化氢酶的催化效率比 铁离子Fe3+（一般催化剂）要高1010倍

第一节酶(续) 酶的组成 酶的组成有两类:(1)单成分酶:只有蛋白质; (2)全酶:由蛋白质和非蛋 白成分组成。 非蛋白成分可以是:有机物、金属烹子、有机物 和金属离子。 通常把它分为辅酶和辅基,与酶蛋白结合得牢的 称为辅基,与酶蛋白结合得不牢的,称为辅酶

第一节 酶（续） 三、酶的组成 酶的组成有两类：（1）单成分酶：只有蛋白质； （2）全酶：由蛋白质和非蛋 白成分组成。 非蛋白成分可以是：有机物、金属离子、有机物 和金属离子。 通常把它分为辅酶和辅基，与酶蛋白结合得牢的， 称为辅基，与酶蛋白结合得不牢的，称为辅酶

第一节酶(续) 常见的辅酶和辅基有:辅酶A(CoA或 COASH)、NAD(辅酶I)和NADP(辅酶 Ⅱ)、FMN(黄素单核苷酸)和FAD(黄 素腺嘌呤二核苷酸)、辅酶Q(CoQ) 磷酸腺苷及其他核苷酸类(包括AMP、 ADP、ATP、GTP、UTP、CTP等)。专 性厌氧菌特有的辅酶∶辅酶M、F420(辅 酶40)、F430(辅酶430)等

第一节 酶（续） 常见的辅酶和辅基有：辅酶A（CoA或 CoASH）、NAD（辅酶I）和NADP（辅酶 II）、FMN（黄素单核苷酸）和 FAD（黄 素腺嘌呤二核苷酸）、辅酶Q（CoQ）、 磷酸腺苷及其他核苷酸类（包括AMP、 ADP、ATP、GTP、UTP、CTP等）。 专 性厌氧菌特有的辅酶：辅酶M、F420（辅 酶420）、F430（辅酶430）等

第一节酶(续) 四、酶蛋白的结构 在生物体中的酶蛋白,由20种氨基酸组成 Aa(丙氨酸)Arg(精氨酸)Asn(天门冬酰胺 Asp(天门冬氨酸)Cys(半胱氨酸)Gin(谷氨酰胺) Glu(谷氨酸)G(甘氨酸)His(组氨酸 Ie(异亮氨酸)Leu(亮氨酸)Is(赖氨酸) Met(蛋氨酸)Phe(苯丙氨酸)Pro(脯氦酸) Ser(丝氨酸)Thr(苏氨酸)Trp(色氨酸) Tyr(酪氨酸)wal(缬氨酸)

第一节 酶（续） 四、酶蛋白的结构 在生物体中的酶蛋白，由20种氨基酸组成: Ala（丙氨酸） Arg（精氨酸） Asn（天门冬酰胺） Asp（天门冬氨酸） Cys（半胱氨酸）Gln（谷氨酰胺) Glu（谷氨酸） Gly（甘氨酸） His（组氨酸） Ile（异亮氨酸）Leu（亮氨酸） Lys（赖氨酸） Met（蛋氨酸） Phe（苯丙氨酸） Pro（脯氨酸） Ser（丝氨酸） Thr（苏氨酸） Trp（色氨酸） Tyr（酪氨酸） Val（缬氨酸）

第一节酶(续) 氨基酸之间通过肽键(-NH-CO-)连接成多肽链。多肽 链之间或一条多肽链卷曲后相邻的基团之间通过氢键、 盐键、酯键、疏水键、范德华引力及金属键等相连接, 形成蛋白质的空间结构。 氨基 羧基 HH CHh HH CH3H 脱水合成 HO-C-C-N-H+HO-C-C-N-H HOC一C一N-C-C-N-H+瑪 O H 甘氨酸 丙氨酸 二肽 水 图2-5两个氨基酸间肽键的形成

第一节 酶（续） 氨基酸之间通过肽键（- NH - CO -）连接成多肽链。多肽 链之间或一条多肽链卷曲后相邻的基团之间通过氢键、 盐键、酯键、疏水键、范德华引力及金属键等相连接， 形成蛋白质的空间结构

第一节酶(续) 级结构指多肽链本身的结构;二级结构是由多 肽链形成的初级空间结构,由氢键维持;三级 结构是在二级结构的基础上,多肽链进一步弯 曲盘绕形成更复杂的构型;四级结构是由几个 或几十个亚基形成,亚基是由一条或几条多肽 链在三级结构基础上形成的小单位。少数酶具 有四级结构(图)

第一节 酶（续） 一级结构指多肽链本身的结构；二级结构是由多 肽链形成的初级空间结构，由氢键维持；三级 结构是在二级结构的基础上，多肽链进一步弯 曲盘绕形成更复杂的构型；四级结构是由几个 或几十个亚基形成，亚基是由一条或几条多肽 链在三级结构基础上形成的小单位。少数酶具 有四级结构（图）