第六章 微生物的生理

第六章微生物的生理

6.1 微生物的酶

1857年,巴斯德等提出酒精发酵是细胞活动的结果。1878年，提出“酶”的名称；Liebig等提出发酵现象是由于溶解于细胞液中的酶引起的；

1897年，Büchner兄弟用不含细胞的酵母汁实现了发酵，证明了发酵与细无关；1913年，Michaelis等提出了酶促动力学原理；

1926年，Sumner第一次从刀豆中提出了脲酶结晶，并证明其具有蛋白质性质；20世纪30年代，Northrop又分离出结晶的蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，确立了酶的蛋白质本质。

1.酶和一般催化剂比较

（1）用量少而催化效率高；

（2）不改变化学反应的平衡点

（3）可降低反应的活化能

2.酶作为生物催化剂的特性

（1）催化效率高：

反应速度是无酶催化或普通人造催化剂催化反应速度的10的6次方至10的16次方倍。

（2）酶的作用具有高度的专一性

(3) 敏感性：对环境条件极为敏感，酶容易失活

(4) 酶活力的调节控制：如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及

激素控制等。调整的本质是酶的活性中心的改变（有或无、优或劣

(5) 酶的催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关，有些酶是复合蛋白质，其中的

小分子物质(辅酶、辅基及金属离子)与酶的催化活性密切相关。若将它们除去，酶就失去活性。

(6) 反应条件温和：常温、常压、中性。

3.酶的化学本质

（1）酶的蛋白质本质

所有的酶都是蛋白质。有的是简单蛋白质，有的是结合蛋白质。

酶同其他蛋白质一样，由氨基酸组成。

不能说所有蛋白质都是酶，只是具有催化作用的蛋白质，才能称为酶

（2）酶的组成

根据组成成分分为：

简单蛋白质酶

结合蛋白质酶（结合非蛋白组分后才表现出酶的活性）两类。酶蛋白结合非蛋白组分后形成的复合物称“全酶”，全酶=酶蛋白+辅助因子。

辅助因子本身无催化作用，它的主要作用是：

1.弥补氨基酸基团催化强度的不足，改变并稳定活性中心或改变底物化学键稳定性（底物—酶的催化对象）。

例如：羧肽酶中的锌离子：可稳定活性中心使肽键失稳、吸附羧氧原子

2.在酶促反应中运输转移电子、原子或某些功能基，如参与氧化还原或运载酰基的作用，协助活性中心基团快速转移。

（3）酶的分类

根据酶蛋白分子的特点又可将酶分为三类

单体酶 (monomericenzyme)：只有一条多肽链。

寡聚酶 (oligomericenzyme)：由几个甚至几十个亚基组成，这些亚基

可以是相同的多肽链，也可以是不同的多肽链。

多酶体系 (multienzyme system)：是由几种酶彼此嵌合形成的复合体。

按照酶所催化的化学反应类型分类

（1）水解酶类

（2）氧化还原酶类

（3）异构酶类

（4）转移酶类

（5）裂解酶类

（6）合成酶类

1）水解酶类

▪ 催化大分子有机物水解成小分子

▪ 反应式可以表示为：

▪ AB+H2O AOH+BH

如：水解细胞壁的？酶

2）氧化还原酶类

▪ 催化氧化还原反应的酶

▪ 反应式为：AH2+B A+BH2

氧化酶：A 、催化底物脱氢，氢由辅酶（FAD 或FMN ）传递给活化氧，两者结合生成H2O2，反应式①：

B 、催化底物脱氢，活化氧和氢结合生成H2O ，反应式② ：

脱氢酶：催化底物脱氢，氢由中间受体NAD 接受，反应式③ ：

如：多酚氧化酶催化含酚基的有机物脱氢，氧化为醌类和水

+ + + +

3）转移酶类

▪ 催化底物的集团转移到另一有机物上的酶 ▪

反应式：AR+B

A+BR

如：谷丙转氨酶催化谷氨酸的氨基转移到丙酮酸上，生成丙氨酸和α-酮戊二酸。 ▪

实际上为取代反应

4

）异构酶

▪ 催化同分异构分子内的集团重新排列

▪

如：6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。

5）裂解酶

催化有机物裂解成小分子有机物

6

）合成酶

▪ 催化底物的合成反应

▪ 蛋白质和核酸的生物合成都需要合成酶参加，需要消耗ATP 以获得能量。 或 其他分类：

▪ 酶在细胞的不同部位：可分为胞外酶、胞内酶和表面酶。

▪ 按酶作用的底物不同，可分为淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、核糖核酸酶等。

▪ 一种酶可以有多个名字，如：淀粉酶也属于水解酶，还属胞外酶

4.影响酶活的因素

米－门公式（酶促反应速度方程）

米氏常数Km 表示反应速度为最大速度一半时的底物浓度。

Km 值越小，表示酶与底物的反应越趋于完全；Km 值越大，表明酶与底物的反应越不完

（1）酶浓度对酶促反应速度的影响 + + + + + + + + ν = K 3[E][S] K m +[S] ( K m = K 2+K 3 K 1 )

在酶促反应中，如果底物浓度足够大，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓度成正比。

底物分子浓度足够时，酶分子越多，底物转化的速度越快。

（2）底物浓度对酶促反应速度的影响

当底物浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，中间络合物的浓度不断增高。反应速度也迅速增加。

当底物浓度很高时，溶液中的酶全部与底物结合成中间产物，虽增加底物浓度也不会有更多的中间产物生成。反应速度的增加也减缓。

（3）温度对酶反应速度的影响

温度对酶促反应速度的影响有两方面：

一方面是当温度升高时，反应速度也加快。

另一方面，随温度升高而使酶逐步变性，即通过减少有活性的酶而降低酶的反应速度，酶的最适温度就是这两种过程平衡的结果。

（4）pH对反应速度的影响

在一定的pH 下，酶具有最大的催化活性，通常称此pH 为最适pH。

pH对酶活的影响表现：

改变底物分子和酶分子的带电状态；

过高或过低的pH会影响酶的稳定性

（5）激活剂对酶反应速度的影响

凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂(activator)，其中大部分是离子或简单有机化合物。

如K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Zn2+、Cl-、Br-等。

作用机理是稳定改变中心、提高亲和力。

（6）抑制剂对酶反应的影响

能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制剂。

可分为两种形式：

竞争性抑制：抑制剂与底物竞争，从而阻止底物与酶的结合。

非竞争性抑制：酶可以同时与底物及抑制剂结合，两者都没有竟争作用

6.2 微生物的营养

几个重要概念：新陈代谢异化作用同化作用

1.微生物细胞的化学元素组成

元素：C、H、O、N、P、S、K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等；

✓其中C、H、O、N、P、S六种元素占微生物细胞干重的97%；

✓其它为微量元素。

细胞组成元素的来源物质称为营养（物质）。