酶營養(yǎng)專題知識講座酶營養(yǎng)專題知識講座第1頁本章主要內容

1、微生物酶

2、微生物營養(yǎng)

3、微生物產能代謝

4、微生物合成代謝

代謝：是生命細胞內發(fā)生各種化學反應總稱；產能代謝：也稱異化作用，物質分解反應，放出能量；合成代謝：也稱同化作用，物質合成反應，消耗能量。酶營養(yǎng)專題知識講座第2頁第一節(jié)微生物酶酶概念酶是動植物、微生物等生物合成，催化生物化學反應、并傳遞電子、原子和化學基團生物催化劑。

微生物全部營養(yǎng)和代謝活動必須在酶參加下才能正常進行。產地功用酶營養(yǎng)專題知識講座第3頁

1.酶組成有兩類：①單成份酶，只含蛋白質；②全酶，一些酶，比如氧化-還原酶等，其分子中除了蛋白質外，還含有非蛋白組分.全酶蛋白質個別稱為酶蛋白，非蛋白質個別包含輔酶及金屬離子(或輔助因子cofactor)。酶蛋白與輔助因子組成完整分子稱為全酶。全酶全部組分必須齊全，缺一不可，不然就會失去本有活性，即單純酶蛋白無催化功效.一、酶組成酶營養(yǎng)專題知識講座第4頁微生物酶單成份酶全酶酶蛋白+有機物

脫氫酶酶蛋白+金屬離子

細胞色素氧化酶

酶蛋白+有機物+金屬離子

丙酮酸脫氫酶水解酶結合酶（又稱全酶）=酶蛋白+輔助因子酶營養(yǎng)專題知識講座第5頁

輔酶（維生素、ATP，結合渙散）輔助因子

輔基（金屬離子，結合緊密）酶營養(yǎng)專題知識講座第6頁2.酶各組分功效：①酶蛋白起加速反應作用；②其它輔酶、輔基傳遞電子、原子和化學基團；③金屬離子除傳遞電子，還起激活劑作用。酶營養(yǎng)專題知識講座第7頁幾個主要輔助因子一些小分子物質與酶蛋白結合在一起并協(xié)同實施催化作用，這類分子被稱為輔助因子。輔助因子是一類含有特殊化學結構和功效物質。參加酶促反應主要為氧化-還原反應或基團轉移反應。酶營養(yǎng)專題知識講座第8頁(1)輔酶A(CoA)

輔酶A是生物體內代謝反應中乙?；篙o酶。功效：是傳遞?；?，是形成代謝中間產物主要輔酶。酶營養(yǎng)專題知識講座第9頁(2)NAD+

和NADP+NAD+(煙酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又稱輔酶I)和NADP+(煙酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又稱輔酶II)

功效：是各種主要脫氫酶輔酶。酶營養(yǎng)專題知識講座第10頁(3)FAD和FMNFAD(黃素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黃素單核苷酸)。功效：在脫氫酶催化氧化-還原反應中，起著電子和質子傳遞體作用。酶營養(yǎng)專題知識講座第11頁

(4)輔酶Q(CoQ)輔酶Q又稱為泛醌，其結構為：輔酶Q活性個別是它醌環(huán)結構，主要功效是作為線粒體呼吸鏈氧化-還原酶輔酶，在酶與底物分子之間傳遞電子。酶營養(yǎng)專題知識講座第12頁(5)生物素（維生素H）生物素是羧化酶輔酶。生物素功效是作為CO2遞體，在生物合成中起傳遞和固定CO2作用。酶營養(yǎng)專題知識講座第13頁(6)四氫葉酸(FH4或THFA)四氫葉酸是合成酶輔酶，其前體是葉酸(又稱為蝶酰谷氨酸，維生素B11)。四氫葉酸主要作用是作為一碳基團，如-CH3,-CH2-,-CHO等載體，參加各種生物合成過程。酶營養(yǎng)專題知識講座第14頁

二、酶蛋白結構

酶蛋白也是蛋白質，由20種氨基酸組成。含有蛋白質一切特征。氨基酸由肽鍵（-CO-NH-）連接形成多肽鏈，兩條連或單鏈在卷曲時相鄰基團能夠由氫鍵、鹽鍵、酯鍵、范德華力及金屬鍵相連接。這么，便使酶蛋白展現以下四種結構。酶營養(yǎng)專題知識講座第15頁1.一級結構：多肽鏈本身結構；2.二級結構：多肽鏈形成初級結構，由氫鍵連接；3.三級結構：在二級結構基礎上深入扭曲形成更復雜結構，有氫鍵、鹽鍵、酯鍵、疏水鍵等；4.四級結構：由多個亞基形成有氫鍵、鹽鍵、酯鍵、疏水鍵、范德華力等。亞基：由一個或多個多肽鏈在三級結構基礎上形成小單位。普通酶蛋白只有三級結構，少數有四級結構。酶營養(yǎng)專題知識講座第16頁二級結構三級結構四級結構酶營養(yǎng)專題知識講座第17頁三、酶活性中心

酶活性中心指酶蛋白肽鏈中由少數幾個氨基酸殘基組成、含有一定空間構象與催化作用親密相關能與底物結合區(qū)域。

酶活性中心分二個功效部位：結合部位和催化部位。酶營養(yǎng)專題知識講座第18頁水解酶催化底物加水分解反應，催化大分子有機物水解成小分子。AB+H2OAOH+BH主要包含淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。比如，脂肪酶(Lipase)催化脂水解反應：四、酶分類和命名

1.按照催化反應類型分類：水解酶、氧化還原酶、轉移酶、異構酶、裂解酶、合成酶。(1)水解酶hydrolase酶營養(yǎng)專題知識講座第19頁氧化-還原酶催化物質氧化-還原反應。

AH2+BA+BH2主要包含脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸脫氫反應。(2)氧化-還原酶Oxidoreductase1.按照催化反應類型分類酶營養(yǎng)專題知識講座第20頁轉移酶催化基團轉移反應，即將一個底物分子基團轉移到另一個底物分子上。

AR+BA+BRR:氨基、醛基、酮基、磷酸基比如，谷丙轉氨酶（alanineaminotransferase簡稱ALAT）。催化氨基轉移反應。(3)轉移酶Transferase1.按照催化反應類型分類酶營養(yǎng)專題知識講座第21頁裂合酶催化從底物分子中移去一個基團或原子形成雙鍵反應及逆反應。AC+B主要包含醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。比如，醛縮酶催化反應果糖-1，6-二磷酸磷酸二羥丙酮+甘油醛-3-磷酸(4)裂解酶Lyase1.按照催化反應類型分類酶營養(yǎng)專題知識講座第22頁異構酶催化各種同分異構體相互轉化。

如：葡萄糖形成為果糖。比如，6-磷酸葡萄糖異構酶催化反應。(5)異構酶Isomerase1.按照催化反應類型分類酶營養(yǎng)專題知識講座第23頁合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵合成反應。這類反應必須與ATP分解反應相互偶聯(lián)。A+B+ATP+H-O-H===AB+ADP+Pi如CTP合成酶可催化UTP合成CTP。

ATP+UTP+NH3===ADP+Pi+CTP

(6)合成酶LigaseorSynthetase1.按照催化反應類型分類酶營養(yǎng)專題知識講座第24頁(1)習慣命名法:1,依據其催化底物來命名；如淀粉酶、蛋白酶。2,依據所催化反應性質來命名；如水解酶、轉移酶、氧化酶等。3,結合上述兩個標準來命名，4,有時在這些命名基礎上加上酶起源或其它特點。如胃蛋白酶、琥珀酸脫氫酶等。5.依據酶在細胞不一樣部位，分為胞外酶、胞內酶和表面酶。2.酶命名酶營養(yǎng)專題知識講座第25頁

按酶在細胞不一樣部位，可把酶分為胞外酶、胞內酶和表面酶；胞外酶表面酶胞內酶酶營養(yǎng)專題知識講座第26頁(2)國際系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱包含底物名稱、構型、反應性質，最終加一個酶字。比如：習慣名稱:谷丙轉氨酶系統(tǒng)名稱:丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉移酶酶催化反應:丙氨酸+-酮戊二酸丙酮酸+谷氨酸酶營養(yǎng)專題知識講座第27頁五、酶催化特征

1.酶和普通催化劑比較

共性：

(1).用量少而催化效率高。

(2).機理：降低反應活化能，提升反應速度，不改變平衡點

(3).只起催化作用，本身不消耗。酶營養(yǎng)專題知識講座第28頁2.酶作為生物催化劑特征

(1).催化效率高：反應速度是無酶催化或普通人造催化劑催化反應速度103至1010倍。如：在一樣條件下，只是催化劑不一樣，催化H2O2分解,用H2O2酶1秒可催化105mol，用FeCl3，1秒只催化10-5mol。

(2).酶作用含有高度專一性一個酶只能催化一個或一類反應。絕對專一性酶專一性相對專一性立體異構專一性酶營養(yǎng)專題知識講座第29頁

2.酶作為生物催化劑特征(3).反應條件溫和：常溫、常壓、中性。(4).敏感性：對環(huán)境條件極為敏感，酶輕易失活。高溫、強酸、強堿都能使酶喪失活性。(5).催化活力與輔助因子相關.(6).生物大分子，除極個別RNA為催化本身反應酶外，其余全部酶都是蛋白質。酶營養(yǎng)專題知識講座第30頁六.影響酶活力原因經過以下反應：

k1k3E+S

ESE+Pk2酶

底物

中間產物

酶

最終產物

得出米－門公式（酶促反應方程式）其中Km——米氏常數，表示反應速度為最大速度二分之一時底物濃度。酶營養(yǎng)專題知識講座第31頁

從米－門公式可知，酶促反應速度與[E]和[S]相關。實際上，也要受到溫度、pH、激活劑、抑制劑影響。

1.[E]對酶促反應影響理論：當底物分子濃度足夠時，酶促反應速度與[E]成正比，即當[S]足夠大時，[E]越大，酶促反應速度越快。實際：當[E]到達一定濃度時，酶促反應速度就趨于平緩。[E]v酶濃度與v關系酶營養(yǎng)專題知識講座第32頁[S]v2.[S]對酶促反應影響當[E]為定值，且[S]從零逐步增大時，酶促反應與[S]成正比。但當全部E變成了ES后，即使再增加[S]，酶促反應速度也不會增加。當[S]為定值時，酶促反應速度與初始[E0]成正比。底物濃度與v關系酶0.004酶0.003酶0.002酶0.001酶營養(yǎng)專題知識講座第33頁3.溫度對酶促反應影響酶在最正確適應范圍內，它活性最高，酶促反應速度最大。溫度每升高10℃，酶促反應速度提升1～2倍。用Q10表示，通常在1.4～2.0之間。過高過低溫度都會影響酶促反應。但也有很大不一樣：高溫時，酶會受到破壞，發(fā)生不可逆變性，甚至完全失去活性。低溫時，可降低酶活性，但不會失去活性，當溫度恢復時，活性即恢復。Tv溫度與v關系酶營養(yǎng)專題知識講座第34頁4.pH對酶促反應影響酶在最適pH值范圍內才表現出正?；钚裕^高過低pH值都會降低酶活性。pH對酶活性影響：a.改變底物分子和酶分子帶電狀態(tài)，從而影響酶和底物結合；

b.過高、過低pH值都會影響酶穩(wěn)定性，使酶受到不可逆破壞。酶最適pH，因酶而異，大多數酶最適pH在7.0左右。酶營養(yǎng)專題知識講座第35頁5.激活劑影響能提升（酶）活性物質——

（酶）激活劑a.無機離子陽離子

K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Zn2+等陰離子

Cl-、Br-等機理穩(wěn)定改變中心、提升親和力。1.與底物結合，使底物形狀更適合酶活性中心2.與別構酶別構中心結合，使酶構象改變，更適合與底物結合。酶營養(yǎng)專題知識講座第36頁b.中等大小有機分子1.一些還原劑如Vc、半胱氨酸、氰化物機理：還原酶活性中心二硫鍵-S-S-→-SH+-SH參加催化2.EDTA（乙二胺四乙酸）提問：機理？答案：解除重金屬抑制酶營養(yǎng)專題知識講座第37頁6.抑制劑影響使酶活性降低物質。抑制作用分可逆抑制與不可逆抑制?？赡嬉罁耗芊裼猛肝觥⒊瑸V等物理方法除去抑制劑，使酶復活

不可逆抑制提問：原因？答案：活性區(qū)與之以牢靠共價鍵相連；均為劇毒物質重金屬、有機磷、有機汞、有機砷、氰化物、青霉素、毒鼠強等。酶營養(yǎng)專題知識講座第38頁

七、酶應用因為蛋白酶起源豐富，除從動、植物中提取外，還可由細菌大量發(fā)酵生產，已廣泛應用于醫(yī)療、食品、制革、繅絲等工業(yè)，也可作為主要生化試劑。

1.皮革脫毛傳統(tǒng)方式：灰堿法（生石灰和硫化鈉）缺點：污染、勞動強度大、效率低。蛋白酶法：蛋白酶分解優(yōu)點：效率高、勞動條件好；無污染。2.生物制漿利用微生物酶分解原料中木質素，形成纖維素用于造紙。3.其它，胰蛋白酶對去除壞死組織，消炎化膿，愈合傷口有顯著效果；尿激酶、鏈激酶用于治療靜脈血栓，脈管炎；激肽釋放酶用于改進冠心病，使微血管舒張，血壓下降；彈性蛋白酶對血管硬化有一定療效；細菌蛋白酶用于蠶絲脫膠。凝乳酶用于制造乳酪制品；木瓜或菠蘿蛋白酶用作啤酒穩(wěn)定劑，能消除因為啤酒冷藏而產生蛋白質沉淀等。

酶營養(yǎng)專題知識講座第39頁一、微生物化學組成主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵、氯等微量元素：銅、鋅、錳、鉬、硒、鈷、鎳等其中，C、H、O、N是全部生物有機元素。第二節(jié)微生物營養(yǎng)

化學組成蛋白質、核酸、多糖和脂質這四類生物大分子，占到細胞干重96％。其余就是組成它們單體以及無機鹽等。水也是微生物細胞主要組成成份，通常微生物細胞70％~90%是水。另外還有機酸、維生素、激素等有機化合物。這些形形色色化學物質化學元素組成：酶營養(yǎng)專題知識講座第40頁這些化學元素都來自于胞外環(huán)境。微生物細胞利用含這些化學元素物質制造其細胞物質和組分，并深入將它們組織成為微生物細胞結構。外界環(huán)境中可為細胞提供結構組分、能量、代謝調整物質和良好生理環(huán)境化學物質稱為營養(yǎng)物質或養(yǎng)料(nutrient)。微生物不停取得營養(yǎng)物質，將其變成細胞組分，并將廢棄物排出體外物質交換過程稱為新陳代謝。酶營養(yǎng)專題知識講座第41頁

二、微生物營養(yǎng)物及營養(yǎng)類型

五大要素：水、碳源、氮源、生長因子、無機鹽。

（一）水各類微生物都含有大量水分,占90%左右。普通說低等微生物含水量大于高等微生物,幼齡菌含水量大于老齡菌。存在有兩種狀態(tài)：自由水和結合水。自由水含量占絕對優(yōu)勢，水作為細菌營養(yǎng)物作用主要是自由水作用提問：水有哪些作用？①微生物機體主要組成;②直接參加各種代謝反應;③是微生物代謝反應中間介質;④調整微生物細胞溫度;⑤水維持細胞膨壓。

酶營養(yǎng)專題知識講座第42頁酶營養(yǎng)專題知識講座第43頁（二）碳源和能源1）碳源

種類？有機物、無機碳化合物隨細菌不一樣，各有偏好細菌最喜好碳源是？提供碳元素起源物質細菌細胞中碳素含量占干物質質量50％左右。細菌對碳素需求量最大。碳源作用—細胞碳骨架、大多還是能源物質。

糖類物質尤其是葡萄糖及其多糖酶營養(yǎng)專題知識講座第44頁酶營養(yǎng)專題知識講座第45頁2）能源細菌能源種類化學能、光能能夠產生化學能物質？有機碳源特殊無機物（如S2-、Fe2+、NH3)利用光能細菌？含有光合色素全部細菌細胞內能量傳遞體都是ATP營養(yǎng)型細菌分類依據碳源不一樣分為無機營養(yǎng)——有機營養(yǎng)（或自養(yǎng)——異養(yǎng)）酶營養(yǎng)專題知識講座第46頁①無機營養(yǎng)細菌（自養(yǎng)菌）無機（自養(yǎng)）—CO2、CO和CO32-又依據能源不一樣又分為光能自養(yǎng)型細菌和化能自養(yǎng)型細菌。酶營養(yǎng)專題知識講座第47頁（1）光能自養(yǎng)細菌紫硫細菌和綠硫細菌酶營養(yǎng)專題知識講座第48頁

紫硫、綠硫細菌代謝方式

光照

CO2+H2S

→[CH2O]（糖）+H2O+2S↓

菌綠素（與葉綠素大同小異）提問：在自然界作用是什么呢？早期無氧地球，去除H2S毒物（H2S類似植物光合作用中H2O）條件苛刻，不是污水處理菌較潔凈光照池塘無氧臭（H2S)區(qū)酶營養(yǎng)專題知識講座第49頁（2）化能自養(yǎng)細菌（有氧）自養(yǎng)——碳源CO32－化能——以？物質氧化產能S、H2S、H2、NH3、Fe2+種類：硫細菌、（亞）硝化細菌及鐵細菌、氫細菌。酶營養(yǎng)專題知識講座第50頁比如，亞硝化細菌進行有機物合成反應以下

2NH3

+2O2

HNO2

+4H+619千焦耳

ATPCO2+4H[CH2O]+H2O提問：化能自養(yǎng)細菌能用于污水處理嗎？能，脫氨；條件輕易酶營養(yǎng)專題知識講座第51頁（3）化能異養(yǎng)與光能異養(yǎng)以有機物作為碳源和能源細菌。絕大多數細菌都屬于化能異養(yǎng)菌。.Ⅰ化能異養(yǎng)菌酶營養(yǎng)專題知識講座第52頁不受氧氣限制，尤其適于高濃度有機廢水（食品行業(yè)）高效處理Ⅱ.光能異養(yǎng)細菌（無氧有光）

光能+色素有機物+CO2→菌體[CH2O]小分子有機物碳源主要指紅螺菌（有氧無光時可化能異養(yǎng)生存）

提問：在污水處理中優(yōu)勢是什么？問題：與水分離困難，光照問題酶營養(yǎng)專題知識講座第53頁提問：人工投加光合細菌（PSB,紅螺菌）有利于水產養(yǎng)殖，原因？快速轉化毒物（水族排泄物被細菌分解后氨、有機酸）；為高蛋白菌體，作為魚飼料，且不消耗氧；優(yōu)勢生長時能抑制水族病原菌生長酶營養(yǎng)專題知識講座第54頁酶營養(yǎng)專題知識講座第55頁提問：自養(yǎng)、異養(yǎng)菌哪種繁殖快？污水處理中異養(yǎng)產能率高、有機污染物充分，異養(yǎng)菌是污水處理主角酶營養(yǎng)專題知識講座第56頁（三）氮源提問：哪些物質可作為細菌氮源？有機氮（氨基酸和蛋白質）、無機氮（N2、NH3、銨鹽、硝酸鹽）等。試驗室中有機氮源——蛋白胨工業(yè)投加細菌氮源？——尿素、糞便酶營養(yǎng)專題知識講座第57頁酶營養(yǎng)專題知識講座第58頁（四）無機鹽

陰離子鹽：磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽。陽離子鹽：氨、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵鹽P和S、Fe、Mg需求量較大同時還需要鋅、錳、鋁、銅、硼、釩、鎳、鈷、鉬等微量元素。

酶營養(yǎng)專題知識講座第59頁酶營養(yǎng)專題知識講座第60頁磷源和硫源磷源比較單一，主要是無機