微生物与微量元素
人教版化学选修一1.4《微生物和微量元素(第二课时)》实用课件
课程标准导航 1.认识微量元素对人体健康的重要作用. 2.了解如何补充维生素, 如何补充碘、铁等微 量元素.
阅读课本21-22页
•1.组成人体自身的元素约有多少种？人体中含量最 多的非金属元素是哪一种？含量最多的金属元素是 哪一种？这些元素是以什么形式存在的？ •2.常量元素和微量元素划分的依据？它们对人体有 什么作用？（学生阅读和课堂交流）
(2)下列关于维生素C的说法中, 错误的是 ________. A.维生素C是水溶性的, 在洗菜时容易损失 B.维生素C怕高温, 加热时间过长会被破坏 C.维生素C具有还原性, 含维生素C的蔬菜存 放时间越长, 维生素C损失量越大 D.每天通过蔬菜等食物获得的维生素C就能满 足人体的需要
(3)乳酸可以与精制铁粉制备一种药物, 反 应式为: 2CH3CH(OH)COOH＋Fe→ [CH3CH(OH)COO]2Fe＋H2↑ 反应式中, 氧化剂是________, 还原剂是 ________, 产物乳酸亚铁可以治疗的疾病是
即时应用 2.铁元素是人体的重要营养元素, 铁在人体内 的主要功能是以血红蛋白(含低价铁)的形式参 加氧的转运、交换和组织呼吸过程, 以及在体 内用于生产供给生命活动需要的细胞能量 ATP. (1)人体正常的血红蛋白应该含Fe2＋, 若误食 亚硝酸盐,
则导致低铁血红蛋白转化成高铁血红蛋白而 中毒. 服用维生素C可解除亚硝酸盐中毒. 下 列说法中正确的是______. A.亚硝酸盐是还原剂 B.维生素C是还原剂 C.维生素C将Fe3＋还原成Fe2＋ D.亚硝酸盐被氧化
重要功能 (1)参与体内的氧化还原 反应, 维持细胞间质的 正常结构 维 (2)促进伤口愈合, 维持 生 牙齿、骨骼、血管和肌 素 肉的正常功能
微生物蛋白合成原料
微生物蛋白合成原料
微生物蛋白合成原料指的是利用微生物（如细菌、酵母等）进行蛋白质合成的原料，通常包括以下几种：
1. 碳源：如葡萄糖、淀粉、纤维素等，是微生物需要的主要营养物质，供给微生物合成蛋白质所需要的碳元素。
2. 氮源：如硝酸盐、铵盐、氨基酸等，是微生物合成蛋白质所需要的主要元素，可以直接参与蛋白质核酸的结构组成。
3. 磷源：如磷酸盐、磷酸酯等，是微生物合成核酸所必须的元素。
4. 钾、钙等微量元素：如铁、锌、铜、锰等，参与酵素的活性中心，对微生物的生长和合成蛋白质都具有重要作用。
综上所述，微生物蛋白合成原料的选择和提供能否满足微生物合成蛋白质所需要的基本要求，对于提高生产效率、降低成本、保证蛋白质质量等方面都有重要的影响。
土壤微生物对植物所需各大中微量元素的转化作用
土壤微生物对植物所需各大中微量元素的转化作用作者：ets时间：2009-5-15浏览：【字体：小大】作物生长所必需的元素按其需求量分为大、中、微量三种，共13种。
这些元素在土壤中以不同形式存在，有些元素的形式不经转化是不能被植物吸收利用的。
而元素的转化必须在微生物的作用下才能进行。
因此微生物的生命活动在矿质营养元素的转化中起着十分重要的作用。
下面就微生物对这13种元素中的N、P、K、S、Fe、Mn 6种元素的转化作用进行简单介绍。
一、微生物在氮转化中的作用氮循环由6种转化氮化合物的反应组成，包括固氮、同化、氨化（脱氨）、硝化作用、反硝化作用及硝酸盐还原。
氮是生物有机体的主要组成元素，氮循环是重要的生物地球化学循环。
（1）固氮：固氮是大气中氮被转化成氨（铵）的生化过程。
固氮微生物都具有固氮基因和由其编码合成的固氮酶，生物固氮是只有微生物或有微生物参与才能完成的生化过程。
（2）氨化作用:氨化作用是有机氮化物转化成氨的过程。
它是通过微生物的胞外和胞内酶系以及土壤动物释放的酶催化的。
首先是胞外酶降解含氮有机多聚体，然后形成的单聚体被微生物吸收到细胞内代谢，产生的氨释放到土壤中。
氨化作用放出的氨可被微生物固定利用和进一步转化。
（3）硝化作用：硝化作用是有氧条件下氨被氧化成硝酸盐的过程。
硝化作用是由两群化能自养细菌进行的，先是亚硝酸单胞菌将氨氧化为亚硝酸；然后硝酸杆菌再将亚硝酸氧化为硝酸。
氨和亚硝酸是它们的能源。
（4）硝酸盐还原和反硝化作用：土壤中的硝酸盐可以经由不同途径而被还原，包括同化还原和异化还原两方面，还原产物可以是亚硝酸、氧化氮、氧化亚氮等。
同化还原是指微生物将吸收的硝酸盐逐步还原成氨用于细胞物质还原的过程。
植物、真菌和细菌都能够进行NO3-的同化还原，在同化硝酸酶系催化下先形成NO2-继而还原成NH2OH,最后成为NH3，由细胞同化为有机态氮。
硝酸盐的异化还原比较复杂，有不同途径。
因微生物和条件不同，可以只还原为NO和N2O，也可以还原为分子氮。
微生物的营养来源
1.富含有机氮源，少含或不含糖分。有机氮有利于菌体的生长繁殖，能获得更多的细胞。
2.对于放线菌或霉菌的产孢子培养基，则氮源和碳源均不宜太丰富，否则容易长菌丝而较少形成孢子。
3.斜面培养基中宜加少量无机盐类，供给必要的生长因子和微量元素。
2．发酵培养基
发酵量的原材料，而且也是决定发酵生产成功与否的重要因素。
4．避免产生微生物不能利用的物质或形成沉淀
葡萄糖与铵盐或氨基酸的氨基在灭菌高温下作用形成深褐色物质。这种物质不被微生物利用。因此这两类营养物不宜直接配在一起进行灭菌，而应采用分开灭菌后再加入发酵罐内。
硫酸铵中的SO42-与钙盐易形成难溶的硫酸钙，因此二者也不宜直接配成培养基。
6.金属离子的影响：
有些种类的发酵生产对金属离子相当敏感，因为有些金属离子是中间代谢酶的抑制剂或激活剂。
淀粉：一般要经菌体产生的胞外酶水解成单糖后再被吸收利用。可克服葡萄代谢过快的弊病。来源丰富，价格比较低廉。常用的为玉米淀粉、小麦淀粉和甘薯淀。
油和脂肪：在微生物分泌的脂肪酶作用下水解为甘油和脂肪酸，在溶解氧的参与下，氧化成水和CO2。因此用脂肪作碳源时需比糖代谢供给更多的氧。
(2)氮素化合物
氮是构成微生物细胞蛋白质和核酸的主要元素，而蛋白质和核酸是微生物原生质的主要组成部分。氮素一般不提供能量，但硝化细菌却能利用氨作为氮源和能源。
利用无机氮时应注意引起的pH变化。
实验室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作为有机氮源，工业生产上常用硫酸铵、尿素、氨水、豆饼粉、花生饼粉、麸皮等原料作氮源。
(3)水
（1）水是良好的溶剂，菌体所需要的营养物质都是溶解于水中被吸收的。
（2）渗透、分泌、排泄等作用都是以水为媒介的；
（3）水直接参与代谢作用中的许多反应。所以，水在生物化学反应中占有极为重要的地位。
微生物的营养需求
甲烷氧化菌只能利用甲烷和甲醇
酿酒酵母能利用葡萄糖，但不同利用淀粉
根据微生物碳源不同进行分类鉴定研究
氮源（Nitrogen source）
概念：提供微生物生长繁殖所需要的氮素营养 物质 功能：氮是构成重要生物大分子如蛋白质、核 酸等主要及重要元素，氮占细胞干重的 12%-15%，也是微生物的主要营养物质 一般不提供能量 特殊：化能自养细菌中的亚硝化细菌和硝化细 菌能从NH3和NO2-的氧化过程中获得能 量，氮源和能源
微生物的营养物质及其作用
什么是营养（nutrition）
微生物从环境中摄取营养物质的过程
什么是营养物（nutrient ）
满足微生物生殖繁殖的化学物质
为什么微生物需要营养
微生物需要哪些营养物质？
微生物细胞中含有
干物质：无机物：与有机物结合或单独存在的无机盐类物质 有机物：蛋白质、糖类、脂类、核酸、维生素及 降解产物和一些代谢产物等 水：70%-90%
生长因子（growth factor）
概念：是一类调节微生物正常代谢所必需，但不能 自行合成的需要量很少的一类有机化合物 常见生长因子及功能 对氨基苯甲酸：四氢叶酸的前体，一碳化合物转移 的辅酶 生物素：催化羧化反应的酶的辅酶 泛酸：辅酶A的前体 硫辛酸：丙酮酸脱氢酶复合体的辅基 核黄素：黄素单磷酸（FMN）和FAD的前体，是黄 素蛋白的辅基
1. 微生物的营养需求
大量元素 （Macronutrients ） C, H, O, N, P and S 微量元素 （Trace Elements ）
浓度在10-8-10-6范围 碳水化合物
脂类（lipids ） 蛋白质（Proteins ）
核酸（nucleic acids）
发酵对食品中镁、钾等微量元素的浓度影响
发酵对食品中镁、钾等微量元素的浓度影响发酵是一种利用微生物代谢作用进行的生物化学反应过程，可以应用于食品加工过程中。
在食品发酵过程中，微生物会产生各种酶和代谢产物，这些物质不仅影响食品的味道和质地，还会对食品中的微量元素浓度产生一定的影响。
本文将探讨发酵对食品中镁、钾等微量元素的浓度的影响。
首先，我们来了解一下发酵对镁、钾等微量元素浓度的影响机制。
发酵过程中的微生物主要通过代谢产物对食品中的微量元素发挥作用。
首先是酸性代谢产物，比如乳酸和醋酸，这些酸性代谢产物可以与食品中的钙、镁等元素结合形成可溶性盐，从而提高食品中的微量元素浓度。
其次，微生物在发酵过程中还会产生蛋白质水解酶和肽酶等酶类物质，这些酶可以促进食物中蛋白质的水解，释放出一些原本结合在蛋白质中的微量元素，从而增加食品中微量元素的含量。
此外，发酵还能改变食品的酸碱度，促进微量元素的释放和吸收。
接下来，我们以两种常见的发酵食品——酸奶和蔬菜酱菜为例，来具体分析发酵对镁、钾等微量元素浓度的影响。
首先是酸奶。
酸奶是利用乳酸菌对乳制品进行乳酸发酵得到的一种食品。
在酸奶发酵过程中，乳酸菌会产生乳酸，乳酸可以与食品中的钾、钙等元素形成可溶性盐，增加酸奶中这些微量元素的含量。
此外，酸奶中乳酸菌还会分泌蛋白质水解酶和肽酶，促进乳制品中蛋白质的水解，释放出原本结合在蛋白质中的微量元素。
因此，酸奶中镁、钾等微量元素的含量相对于原料乳制品来说可能会略有提高。
其次是蔬菜酱菜。
蔬菜酱菜是利用乳酸菌对蔬菜进行发酵得到的一种食品。
在蔬菜酱菜的发酵过程中，乳酸菌会产生乳酸，与蔬菜中的钙、钾等元素结合形成可溶性盐，增加酱菜中微量元素的含量。
此外，乳酸菌还会分泌酶类物质，促进蔬菜中蛋白质的水解，释放出微量元素。
同时，酱菜中的盐分也会有一定的促进作用，增加微量元素的释放和吸收。
因此，蔬菜酱菜中镁、钾等微量元素的含量相比于原料蔬菜可能会有所增加。
总的来说，发酵对食品中镁、钾等微量元素的浓度有一定的影响。
微生物名词解释
65.选择培养基：根据不同微生物的营养需求或对某种化学物质敏感性不同，在培养基中加入相应营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，将所需微生物从复杂的微生物群体中选择分离出来。
66.透过屏障：微生物细胞表面由原生质膜、细胞壁、荚膜及粘液层组成的限制物质进出细胞的屏障。
9.霉菌：以多细胞丝状群体形式生存的真菌。
10.真菌：有线粒体，无叶绿体，没有根茎叶分化，以无性和有性孢子进行繁殖的真核微生物。
11.酵母菌：单细胞真菌。
12.藻类：能进行光合作用的真核微生物。
13.原生动物：缺少真正细胞壁，具有运动能力，进行吞噬营养的单细胞真核微生物。
14.原核生物：一大类细胞微小，只有称作核区（无细胞膜包裹的裸露DNA）的原核单细胞生物。所有原核生物都是微生物，包括真细菌和古生菌两大类群。原核生物与真核生物的主要区别是：1基因组由无核膜包裹的双链DNA环组成。2缺少单位膜分隔而成的细胞器。3核糖体为70S型。
1、晶体：苏云金芽孢杆菌等少数芽孢杆菌在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体（内毒素），称为半胞晶体。
2、糖被：包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。糖被有数种：1，形态固定、层次厚的为荚膜。2、形态固定，层次薄的为微荚膜。3、形态不固定、结构松散的为黏液层。4、包裹在细菌群体上有一定形态的糖被称菌胶团。糖被的主要功能是保护菌体免受干旱损伤或被宿主免疫活性细胞吞噬。
1.菌落：单个微生物细胞在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体。
2.菌苔：固体培养基表面众多菌落连成一片时所形成的微生物生长群体。
微生物与微量元素
第二节 脂溶性维生素
共同特点 ﹡均为非极性疏水的异戊二烯衍生物 ﹡不溶于水，溶于脂类及脂肪溶剂 ﹡在食物中与脂类共存，并随脂类一同 吸收 ﹡吸收的脂溶性维生素在血液与脂蛋白 及某些特殊结合蛋白特异结合而运输
暗处
光
视蛋白
11-顺视黄醛
(视网膜) 异构酶
全反视黄醛
视黄醛还原酶
异构酶
11-顺视黄醇
(肝)
全反视黄醇
（二）生化作用及缺乏症
1.生化作用 ＊构成视觉细胞内 感光物质 ＊参与糖蛋白的合 成，维持上皮组织 的分化与健全 ＊其他作用，如影 响细胞的分化
2.缺乏症： 夜盲症，干眼病； 皮肤干燥等
小分子有机化合物在催化中的作用
O CH2 O
O
O
O
OH
NADP+：R为 P O
OH
尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸
OH OR
NAD+：R为 H
尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸
.. 双电子传递体
功能：
转运
一对
H原
子
（氢
负离
子，
两个
..
电
子）。
四、维生素B6和磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺
（一）化学本质及性质
﹡维生素B6包括吡哆醇，吡哆醛及吡哆胺 ﹡体内活性形式为磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺
视黄醛
15 15‘
β-胡萝卜素分子
视黄醇
一个β-胡萝卜分子
两分子VA
转化是在(在动物的肠粘膜及肝脏中) 。
二、维生素D（抗佝偻病维生素）
（一）化学本质和性质
12 H 13 17
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氢原子（质子） NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸，辅酶I） NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸磷酸，辅酶II） FMN （黄素单核苷酸） FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸） 醛基 TPP（焦磷酸硫胺素） 酰基 辅酶A（CoA） 硫辛酸 烷基 钴胺素辅酶类 二氧化碳 生物素 氨基 磷酸吡哆醛 甲基、甲烯基、 四氢叶酸 甲炔基、甲酰基 等一碳单位
（维持暗视觉所必须的）构酶
光
11-顺视黄醛
全反视黄醛
视黄醛还原酶
11-顺视黄醇
异构酶 (肝 )
全反视黄醇
6
（二）生化作用及缺乏症
1.生化作用 ＊构成视觉细胞内 感光物质 ＊参与糖蛋白的合 成，维持上皮组织 的分化与健全 ＊其他作用，如影 响细胞的分化 2.缺乏症： 夜盲症，干眼病； 皮肤干燥等
是环戊烷多氢 菲的衍生物
﹡种类：
严格说不是一种维生素
阳光
VitD2（麦角钙化醇） 麦角固醇（植物甾醇） VitD3（胆钙化醇） 7-脱氢胆固醇 胆固醇
阳光
维生素D源
10
﹡在体内的转变
维生素D3 （胆钙化醇）
肝25-羟化酶
肾,骨,胎盘中的 1α-羟化酶
25-羟维生素D3 （25-羟胆钙化醇）
肾,骨,胎盘、软骨 中的24-羟化酶
S S
FAD
O HS CH3 C S
CO2
S S
E1 E2 E3
丙酮酸脱 氢酶系作 用示意图
TPP
FAD
TPP
FAD E1 E2 E3
CoASH CH3CO-SCoA HS HS
E1 E2 E3 NADH+H+ + NAD
TPP S S
E1：丙酮酸脱氢酶 E2:二氢硫辛酰转乙酰酶
E3:二氢硫辛酸脱氢酶
2. 缺乏表现: 易出血 维生素K的来源： 食物（绿色植物）来源和肠 道微生物合成。人体一般不会缺乏。
17
第 三 节 水溶性维生素
共同特点
﹡易溶于水，故易随尿液排出。 ﹡体内不易储存，必须经常从食物中摄取。
种类
B族维生素和维生素C和硫辛酸. B族维生素包括：B1，B2，B6，B12， PP，泛酸，叶酸，生物素。
3.来源
鱼肝油含有丰富的VD，肝、奶及蛋黄中。
12
13
三、维生素E
（一）化学本质与性质
R1 HO R2
﹡种类：生育酚，生育三烯酚
10
O
5 7 8
R3
3 1
α-生育酚 ﹡易自身氧化，故能保护其他物质。
14
（二）生化作用及缺乏症
抗氧化作用 维持生殖机能 促进血红素代谢 缺乏症 •雌性不育 •贫血
1, 25-二羟维生素D3 24, 25-二羟维生素D3 （1, 25-二羟胆钙化醇） （24, 25-二羟胆钙化醇） 促进钙、磷吸收
11
（二）生化作用及缺乏症
1. 生化作用
作用于小肠粘膜、肾及肾小管，促进钙 磷吸收，有利于新骨的形成、钙化。
2. 缺乏症
儿童——佝偻病 成人——骨质疏松、软骨症、肌肉无力等。
来源：肝、蛋、玉米油、大豆油、 小麦、甜瓜等。
15
四、维生素K（凝血维生素）
（一）化学本质及性质
天然形式：K1、K2 人工合成：K3、K4
O
（是异戊二烯衍生物）
2
1
CH3
O
维生素K是2-甲基萘醌的衍生物
16
（二）生化作用及缺乏症
1. 生化作用
维持体内凝血因子Ⅱ、Ⅶ 、 Ⅸ和Ⅹ的正常水平，参与凝血 作用
19
一、维生素B1和硫胺素焦磷酸
（一）化学本质及性质
结构式为：由一个嘧啶环和噻唑环组成。
﹡维生素B1又名硫 胺素(thiamine)
﹡体内活性形式 硫胺素焦磷酸 (TPP)
涉及羰基碳（醛和酮）合成与裂解反应的辅酶
20
TPP在丙酮酸脱羧中的作用
21
OH CH3 O O CH3 C H C C O TPP
18
B族维生素
最初在米糠中发现了抗脚气病因子，并 称之为维生素B，后来随着研究的进展，发 现以前命名的维生素B其实是一族物质，因 此将它们称为“B族维生素”，并沿用至今。 B族维生素是溶于水的，很容易被代谢， 在体内几乎无法长时间蓄积，必须每日补充。 B族维生素主要通过汗液和尿液排泄。 几乎只有四种食物含有全部的B族维生素： 即肝脏、酵母、米糠、麦芽，其中以酵母含 量最为丰富、比例最为合理。
7
小分子有机化合物在催化中的作用
转移的基团 小分子有机化合物(辅 酶 或 辅 基) 名 称 所含的维生素 尼克酰胺（维生素PP之一） 尼克酰胺（维生素PP之一） 维生素B2 （核黄素） 维生素B2 （核黄素） 维生素B1（硫胺素） 泛酸 硫辛酸 维生素B12 生物素 吡哆醛（维生素B6之一） 叶酸
2
水溶性维生素
共同特点
﹡易溶于水，故易随尿液排出。 ﹡体内不易储存，必须经常从食物中摄取。
种类 B族维生素、维生素C和硫辛酸。 B族维生素包括：B1，B2，B6，B12，PP， 泛酸，叶酸，生物素。
3
第二节 脂溶性维生素
共同特点 ﹡均为非极性疏水的异戊二烯衍生物 ﹡不溶于水，溶于脂类及脂肪溶剂 ﹡在食物中与脂类共存，并随脂类一同 吸收 ﹡吸收的脂溶性维生素在血液与脂蛋白 及某些特殊结合蛋白特异结合而运输
种类 VitA, VitD, VitE, VitK
4
一、维生素A（抗干眼病维生素）
（一）化学本质与性质（异戊二烯衍生物）
17 16
维 生 素 A1
11 1 5 6
15
12
18
视黄醇 视黄醛 活性形式是：11－顺视黄醛
维 生 素 A2
3
4
3-脱氢视黄醇
A2活性更高
5
视紫红质的合成、分解与视黄醛的 关系
第一节
维生素概述
一、维生素的定义 维生素 (vitamin) 是机体维持正常功 能所必需，但在体内不能合成或合成量 很少，必须由食物供给的一组低分子量 有机物质。
1
二、维生素的命名与分类
分类:
脂溶性维生素 (lipid-soluble vitamin) VA,VD,VE,VK 水溶性维生素 (water-soluble vitamin) B族维生素、硫辛酸、Vc
（三）来
源
动物：海水鱼、动物肝，乳制品，蛋黄等。 植物： (含有维生素A的前体物质—β 胡萝卜素)
15 15‘
β-胡萝卜素分子 视黄醛 视黄醇
一个β-胡萝卜分子
转化是在(在动物的肠粘膜及肝脏中) 。
两分子VA
9
二、维生素D（抗佝偻病维生素）
（一）化学本质和性质
12 H 11 1 2 A 3 4 5 6 H 10 9 H B C H 8 7 13 17 D 14 15 H 16