研究生精品课程建设教案第六章生物化学工程基础（一）教学设计1.1本章节内容归纳本章节主要内容包括以下几个方面①水处理中的微生物②细菌的生理③微生物的代谢与合成1.2本章节重点本章节重点：微生物种类、细菌的元素及大分子组成、细菌的生长环境与营养、酶命名、组成、结构与催化、微生物代谢合成与机制、需氧代谢与厌氧代谢机制、微生物合成机制本章节难点：微生物代谢合成与机制、需氧代谢与厌氧代谢机制、微生物合成机制1.3本章节教学内容本章教学内容如下6.生物化学工程基础一应用微生物生物化学6.1水处理中的微生物6.1.2原核细胞微生物6.1.2真核细胞微生物6.1.3病毒6.2细菌的生理6.2.4细菌的成分6.2.5细菌的营养与生长环境6.2.6细菌的生物催化剂一一酶6.2.7分批培养物的生长规律6.2.8细菌的呼吸与生物氧化6.3微生物的代谢与合成6.3.9需氧代谢6.3.10厌氧代谢6.3.11微生物的生物合成1.4本章节教学方法1.情景导入微生物图片入手，引入种类、元素及大分子组成、生长环境与营养、合成机制；酶及催化作用机制图片入手，引入酶命名、组成、结构与催化。1
1 研究生精品课程建设教案 第六章 生物化学工程基础 （一）教学设计 1.1本章节内容归纳 本章节主要内容包括以下几个方面 ①水处理中的微生物 ②细菌的生理 ③微生物的代谢与合成 1.2本章节重点 本章节重点：微生物种类、细菌的元素及大分子组成、细菌的生长环境与营 养、酶命名、组成、结构与催化、微生物代谢合成与机制、需氧代谢与厌氧代谢 机制、微生物合成机制 本章节难点：微生物代谢合成与机制、需氧代谢与厌氧代谢机制、微生物合 成机制 1.3本章节教学内容 本章教学内容如下 6. 生物化学工程基础——应用微生物生物化学 6.1水处理中的微生物 6.1.2 原核细胞微生物 6.1.2 真核细胞微生物 6.1.3 病毒 6.2细菌的生理 6.2.4 细菌的成分 6.2.5 细菌的营养与生长环境 6.2.6 细菌的生物催化剂——酶 6.2.7 分批培养物的生长规律 6.2.8 细菌的呼吸与生物氧化 6.3微生物的代谢与合成 6.3.9 需氧代谢 6.3.10 厌氧代谢 6.3.11 微生物的生物合成 1.4 本章节教学方法 1. 情景导入 微生物图片入手，引入种类、元素及大分子组成、生长环境与营养、合成机 制；酶及催化作用机制图片入手，引入酶命名、组成、结构与催化
2.双案例关联微生物在基础研究方面的应用（案例十一）优势微生物在工程设计方面的应用（案例十二）1.4本章节教学互动与考核在课程双案例教学过程中，引导研究生进行相关的教学讨论。研究生在进行教学讨论之前，主动加强与指导老师的沟通，明确以后研究方向所需要的本门课程的相关理论知识，了解这些理论知识在研究过程中的意义、地位、作用及如何应用，了解基础理论在创新工作中的作用。利用本课程建立的教学网站，并将这类问题变成启发问答式用来和学生互动，通过互动了解研究生对各个知识点掌握情况、学习的主动性、创新性等，并将互动情况作为课程成绩考核的一个部分，主要问题有：（1水处理微生物的类型、②原核细胞微生物作用、③真核细胞微生物特点、④病毒在水处理作用及意义、③细菌的成分与污水成分相互关系、③酶的作用机制、7细菌的呼吸、（8需氧代谢与厌氧代谢应用等。结合最后的理论课闭卷考试完成对课程教学的考核。6.生物化学工程基础一应用微生物生物化学6.1水处理中的微生物6.1.2原核细胞微生物6.1.2真核细胞微生物6.1.3病毒6.2细菌的生理6.2.4细菌的成分6.2.5细菌的营养与生长环境6.2.6细菌的生物催化剂一酶6.2.7分批培养物的生长规律6.2.8细菌的呼吸与生物氧化6.3微生物的代谢与合成6.3.9需氧代谢6.3.10厌氧代谢6.3.11微生物的生物合成（二）教学内容1.水处理中的微生物水处理中的微生物种类、原核细胞、真核细胞、病毒在水处理中的作用机制2.细菌的生理细菌的生理、成分、营养、生长环境、酶、呼吸与生物氧化3.微生物的代谢与合成需氧代谢、厌氧代谢、微生物的生物合成2
2 2.双案例关联 微生物在基础研究方面的应用（案例十一） 优势微生物在工程设计方面的应用（案例十二） 1.4 本章节教学互动与考核 在课程双案例教学过程中，引导研究生进行相关的教学讨论。研究生在进行 教学讨论之前，主动加强与指导老师的沟通，明确以后研究方向所需要的本门课 程的相关理论知识，了解这些理论知识在研究过程中的意义、地位、作用及如何 应用，了解基础理论在创新工作中的作用。利用本课程建立的教学网站，并将这 类问题变成启发问答式用来和学生互动，通过互动了解研究生对各个知识点掌握 情况、学习的主动性、创新性等，并将互动情况作为课程成绩考核的一个部分， 主要问题有：①水处理微生物的类型、②原核细胞微生物作用、③真核细胞微生 物特点、④病毒在水处理作用及意义、⑤细菌的成分与污水成分相互关系、⑥酶 的作用机制、⑦细菌的呼吸、⑧需氧代谢与厌氧代谢应用等。结合最后的理论课 闭卷考试完成对课程教学的考核。 6. 生物化学工程基础——应用微生物生物化学 6.1水处理中的微生物 6.1.2 原核细胞微生物 6.1.2 真核细胞微生物 6.1.3 病毒 6.2细菌的生理 6.2.4 细菌的成分 6.2.5 细菌的营养与生长环境 6.2.6 细菌的生物催化剂—酶 6.2.7 分批培养物的生长规律 6.2.8 细菌的呼吸与生物氧化 6.3微生物的代谢与合成 6.3.9 需氧代谢 6.3.10 厌氧代谢 6.3.11 微生物的生物合成 （二）教学内容 1.水处理中的微生物 水处理中的微生物种类、原核细胞、真核细胞、病毒在水处理中的作用机制 2.细菌的生理 细菌的生理、成分、营养、生长环境、酶、呼吸与生物氧化 3.微生物的代谢与合成 需氧代谢、厌氧代谢、微生物的生物合成
水处理中的微生物给水与废水处所涉及的微生物种类很多，根据其细胞结构、功能和组分差异，主要分三类：原核细胞微生物、真核细胞微生物和病毒（噬菌体)。s6.1原核细胞微生物原核细胞微生物的细胞仅有原始的核物质，无核膜与核仁的分化，也无细胞器等。它包括细菌、放线菌、蓝细菌等。1.细菌（真细菌）水处理所涉及的细菌种类很多。对给水处理而言，由于细菌在常规过程中不参与处理作用，因此水中出现的细菌只是一种应被去除的有害杂质；对废水的生物处理而言，细菌是参与处理过程的基本动力，它们直接或间接地氧化分解有机污染物.是生物絮体和生物膜的基本成分。例如：假单胞菌属、动胶菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属、埃希氏菌属等。2.丝状菌丝状茵在废水处理中的作用重要而独特。废水处理中常见的丝状细菌主要有球衣菌属、铁细菌属、贝日阿托氏菌属和发硫菌属。在正常运行的废水生物处理系统中，这些丝状细菌往往是生物絮体或生物膜的骨架，其上附着菌胶团，丝状细菌与菌胶团细菌形成互惠关系。因此这种结构性的丝状细菌对于维持废水处理系统稳定性，提高系统抗冲击负荷能力有重要点义。但丝状细菌过度繁殖，特别是游离于菌胶团之外的非结构性丝状细菌的大量繁殖.会引起废水处理系统的污泥膨胀。在需氧生物处理生物膜法中，球衣菌是构成生物膜的重要菌种。在活性污泥中保持一定数量的球衣菌，对有机物的去除是有利的。但球衣菌在系统中易于游离，在活性污泥中大量繁殖时，会引起污泥膨胀。3.放线菌放线菌为具有分枝的丝状菌，介于细菌与真菌之间，是单细胞微生物。放线菌中的诺卡氏菌属有分解氧化无机氰化物和烃类化合物的能力，在处理含烃类和无机氰化物的废水中起着重要作用。4.蓝细菌蓝细菌有时列入藻类，也称为蓝藻。因其细胞结构为原核，故归入细菌类。蓝细菌是光合型微生物。多数蓝细菌生存于淡水中，是水生系统食物链中的重要一环。当恶性增殖时可形成“水华”，造成水质恶化。海洋中的“赤潮”有时3
3 水处理中的微生物 给水与废水处所涉及的微生物种类很多，根据其细胞结构、功能和组分差异， 主要分三类：原核细胞微生物、真核细胞微生物和病毒(噬菌体)。 §6.1 原核细胞微生物 原核细胞微生物的细胞仅有原始的核物质，无核膜与核仁的分化，也无细胞 器等。它包括细菌、放线菌、蓝细菌等。 1. 细菌（真细菌） 水处理所涉及的细菌种类很多。对给水处理而言，由于细菌在常规过程中不 参与处理作用，因此水中出现的细菌只是一种应被去除的有害杂质；对废水的生 物处理而言，细菌是参与处理过程的基本动力，它们直接或间接地氧化分解有机 污染物．是生物絮体和生物膜的基本成分。例如：假单胞菌属、动胶菌属、产碱 杆菌属、黄杆菌属、埃希氏菌属等。 2. 丝状菌 丝状茵在废水处理中的作用重要而独特。废水处理中常见的丝状细菌主要有 球衣菌属、铁细菌属、贝日阿托氏菌属和发硫菌属。在正常运行的废水生物处理 系统中，这些丝状细菌往往是生物絮体或生物膜的骨架，其上附着菌胶团，丝状 细菌与菌胶团细菌形成互惠关系。因此这种结构性的丝状细菌对于维持废水处理 系统稳定性，提高系统抗冲击负荷能力有重要点义。但丝状细菌过度繁殖，特别 是游离于菌胶团之外的非结构性丝状细菌的大量繁殖．会引起废水处理系统的污 泥膨胀。 在需氧生物处理生物膜法中，球衣菌是构成生物膜的重要菌种。在活性污泥 中保持一定数量的球衣菌，对有机物的去除是有利的。但球衣菌在系统中易于游 离，在活性污泥中大量繁殖时，会引起污泥膨胀。 3. 放线菌 放线菌为具有分枝的丝状菌，介于细菌与真菌之间，是单细胞微生物。放线 菌中的诺卡氏菌属有分解氧化无机氰化物和烃类化合物的能力，在处理含烃类和 无机氰化物的废水中起着重要作用。 4. 蓝细菌 蓝细菌有时列入藻类，也称为蓝藻。因其细胞结构为原核，故归入细菌类。 蓝细菌是光合型微生物。多数蓝细菌生存于淡水中，是水生系统食物链中的重要 一环。当恶性增殖时．可形成“水华”，造成水质恶化。海洋中的“赤潮”有时
也系蓝细菌大量繁殖所致。86.2.真核细胞微生物真核细胞微生物的细胞核分化程度较高，有核膜和核仁。真核生物的结构更复杂。真菌、单细胞藻类及原生动物等均属于真核细胞微生物1.原生动物总结起来，在废水及废水处理过程中，从重要性及数量上说，原生动物为仅次于细菌的微生物。原生动物所起的最主要作用是吞食细菌。吞食细菌一方面起了净化废水的作用，另一方面控制了细菌的增殖速度。保持了微生物群体的生态平衡。另外，原生动物也可以直接从废水中吞食固体有机物，吸收溶解的有机物，直接发挥净化废水的作用。2.真菌废水处理的生物膜中，可能有很多的真菌组成膜网。今年来也发现某些霉菌如镰刀霉等能有效地氧化分解无机氰化物，去除率可达90%以上，对有机氰化物（晴）的处理效果则差些。因此国内外都在进行利用霉菌处理含氧等废水的研究。3.藻类藻类是含有能进行光合作用的叶绿素的低等植物。一般都很微小，须借助显微镜才能看见。藻类以其色素的颜色分成绿藻、蓝藻、红藻及褐藻等。由于光在废水中透过较差，故其在废水处理中所起的作用是有限的，另外，湖水或水库中的藻类，能使水质产生色度、异味和异臭等，并导致过滤设备的堵塞。S6.3病毒病毒为没有细胞结构的唯一的微生物，大多病毒只是核酸与蛋白质组成的大分子，而且只含有DNA或RNA一种类型的核酸。是自然界最小的生物，能通过细菌滤器，1.病毒的大小与形态病毒的体积大小差别很大，大多数病毒直接为100nm左右。2.病毒的结构大多数病毒是由蛋白质与核酸组成，只有少数几种较大病毒含有脂类和多糖等。一种病毒只含有DNA和RNA一种类型的核酸。噬菌体大多数只含有DNA，只有少数含有RNA。核酸位于病毒的中心，形成病毒的核髓。蛋白质是病毒的主要组成，主要作用是构成病毒粒子的衣壳，保护病毒核酸，4
4 也系蓝细菌大量繁殖所致。 §6.2 真核细胞微生物 真核细胞微生物的细胞核分化程度较高，有核膜和核仁。真核生物的结构更 复杂。真菌、单细胞藻类及原生动物等均属于真核细胞微生物。 1. 原生动物 总结起来，在废水及废水处理过程中，从重要性及数量上说，原生动物为仅 次于细菌的微生物。原生动物所起的最主要作用是吞食细菌。吞食细菌一方面起 了净化废水的作用，另一方面控制了细菌的增殖速度。保持了微生物群体的生态 平衡。另外，原生动物也可以直接从废水中吞食固体有机物，吸收溶解的有机物， 直接发挥净化废水的作用。 2. 真菌 废水处理的生物膜中，可能有很多的真菌组成膜网。今年来也发现某些霉菌 如镰刀霉等能有效地氧化分解无机氰化物，去除率可达 90%以上，对有机氰化物 （腈）的处理效果则差些。因此国内外都在进行利用霉菌处理含氰等废水的研究。 3. 藻类 藻类是含有能进行光合作用的叶绿素的低等植物。一般都很微小，须借助显 微镜才能看见。藻类以其色素的颜色分成绿藻、蓝藻、红藻及褐藻等。由于光在 废水中透过较差，故其在废水处理中所起的作用是有限的，另外，湖水或水库中 的藻类，能使水质产生色度、异味和异臭等，并导致过滤设备的堵塞。 §6.3 病毒 病毒为没有细胞结构的唯一的微生物，大多病毒只是核酸与蛋白质组成的大 分子，而且只含有 DNA 或 RNA 一种类型的核酸。是自然界最小的生物，能通 过细菌滤器， 1. 病毒的大小与形态 病毒的体积大小差别很大，大多数病毒直接为 100nm 左右。 2. 病毒的结构 大多数病毒是由蛋白质与核酸组成，只有少数几种较大病毒含有脂类和多糖 等。 一种病毒只含有 DNA 和 RNA 一种类型的核酸。噬菌体大多数只含有 DNA， 只有少数含有 RNA。核酸位于病毒的中心，形成病毒的核髓。 蛋白质是病毒的主要组成，主要作用是构成病毒粒子的衣壳，保护病毒核酸
决定病毒感染的特异性.并具有抗原性。3.病毒的感染与繁殖病毒是以复制方式繁殖。繁殖过程可分为吸附、侵入与脱壳、复制与合成装配和释放五步。s6.4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。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。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。3.核酸核酸又称多核苷酸，是单核苷酸的多聚体，它与蛋白质结合成核蛋白。核酸是构成微生物细胞核中染色体及细胞质内核糖体和质粒的主要成分。基因工程是通过对遗传物质的直接操纵、改组、重建来实现对遗传性状定向的改造。目前基本采用把遗传物质从一种细胞中提取出来，在体外施行外科手术”，然后再把它导人另一细菌细胞中，改变其遗传结构，使其产生符合人类需要的新遗传特性，定向地创造新生物类型。在废水处理的研究中，已有不少运用遗传工程的例子。1983年瑞士学者Kulla利用两种假单胞菌分别具有降解印染废水中两种染料的能力，将两个菌株的两种基因接合到一个菌株内，获得具有降解两种染料的新菌种。s6.5细菌的营养与生长环境细菌与其它生物一样，需要不断地进行新陈代谢活动以维持生命。1.细菌的营养类型细菌可分为光能和化能两种营养类型，分述如下。（1）光能营养光能营养菌具有一整套光合作用机构，它能将光能转化为ATP的高能磷酸键。光合细菌能利用各种有机碳化物和氧化物，因而近几年利用光合细菌净化有机废水取得较好效果，例如可以使洗毛废水BOD的去除率达98%。（2）化能营养大多数细菌依靠各种氧化还原反应以获得ATP。在反应中5
5 决定病毒感染的特异性．并具有抗原性。 3. 病毒的感染与繁殖 病毒是以复制方式繁殖。繁殖过程可分为吸附、侵入与脱壳、复制与合成、 装配和释放五步。 §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。 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。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。 3. 核酸 核酸又称多核苷酸，是单核苷酸的多聚体，它与蛋白质结合成核蛋白。核酸 是构成微生物细胞核中染色体及细胞质内核糖体和质粒的主要成分。 基因工程是通过对遗传物质的直接操纵、改组、重建来实现对遗传性状定向 的改造。目前基本采用把遗传物质从一种细胞中提取出来，在体外施行“外科手 术”，然后再把它导人另一细菌细胞中，改变其遗传结构，使其产生符合人类需 要的新遗传特性，定向地创造新生物类型。在废水处理的研究中，已有不少运用 遗传工程的例子。1983 年瑞士学者 Kulla 利用两种假单胞菌分别具有降解印染废 水中两种染料的能力，将两个菌株的两种基因接合到一个菌株内，获得具有降解 两种染料的新菌种。 §6.5 细菌的营养与生长环境 细菌与其它生物一样，需要不断地进行新陈代谢活动以维持生命。 1. 细菌的营养类型 细菌可分为光能和化能两种营养类型，分述如下。 （1）光能营养 光能营养菌具有一整套光合作用机构，它能将光能转化为 ATP 的高能磷酸键。 光合细菌能利用各种有机碳化物和氧化物，因而近几年利用光合细菌净化有 机废水取得较好效果，例如可以使洗毛废水 BOD 的去除率达 98%。 （2）化能营养 大多数细菌依靠各种氧化还原反应以获得 ATP。在反应中
一种底物被还原，另一种底物被氧化。化能无机营养菌也称化能自养菌，能利用无机物、氢、硫化氢、亚硝酸盐或氨等作为电子供体，按其能源又可分成下列几类：硝化细菌、硫黄细菌、铁细菌，它们均是需氧菌。2.营养物质的传递各种营养物质的进出细菌菌体，直接依赖于细菌细胞膜的功能，营养物质从周围环境通过细胞膜进入细胞质有以下三种方式。（1）渗透作用（被动扩散）（2）促进扩散（3）主动运输3.细菌的生长环境在废水生物处理中，把有计划、有目的地控制细菌的生长条件，使细菌遗传性有利于处理某种废水的定向诱导过程叫驯化。在工业废水的生物处理中，往往要利用细菌对营养要求、温度、pH值和耐毒力的变异，以改善处理效果。（1）温度大多数细菌生长适宜的温度为20~40℃。按照温度的不同，可将微生物（主要是细菌）分为低温、中温和高温菌三类。（2）pH值大多数细菌在PH=6.5、7.5之间生长最好。PH的控制，在废水的生物处理中具有重要的意义，废水的pH值太高或太低都应作适当的调整。（3）氧化还原电势各种细菌生活时要求的氧化还原条件不同。在废水生物处理的一般运转情况下，需氧的活性污泥法系统，氧化还原电势在200-400mV之间。（4）光线除少数光和细菌外，大多数细菌不需要光线。（5）压力压力对细菌的作用可分为渗透压、机械压和气体压力。当细菌周围水溶液的渗透压与其细胞内液体的渗透压相等时，细菌生活得最好；废水生物处理的废水渗透压问题是否需考虑有待在实践中解决。另外，细菌在溶液中可以抵抗很高的压力，但高氧压环境对细菌是有害的。（6）干燥环境过于干燥，细菌就不能生长。一般没有荚膜、芽孢的细菌对环境的干燥比较敏感。由于细菌等微生物在干燥环境中不能生长发育，因而人们广泛用干燥法来保存食品，防止食品腐败。（7）化学药剂一些化学药物对细菌的生活影响很大。强氧化剂可使细菌正常代谢受到阻碍，甚至死亡。高锰酸钾的消毒作用即属这一类。有些有机物在达到一定浓度时对细菌具有毒害作用。s6.6细菌的生物催化剂一酶酶是由活细菌细胞产生的一类具有高度催化专一性的特殊蛋白质。在酶作用下进行化学变化的物质叫底物，有酶催化的化学反应称为酶促反应。酶也可以被6
6 一种底物被还原，另一种底物被氧化。 化能无机营养菌也称化能自养菌，能利用无机物、氢、硫化氢、亚硝酸盐或 氨等作为电子供体，按其能源又可分成下列几类：硝化细菌、硫黄细菌、铁细菌， 它们均是需氧菌。 2. 营养物质的传递 各种营养物质的进出细菌菌体．直接依赖于细菌细胞膜的功能，营养物质从 周围环境通过细胞膜进入细胞质有以下三种方式。 （1）渗透作用（被动扩散）（2）促进扩散 （3）主动运输 3. 细菌的生长环境 在废水生物处理中，把有计划、有目的地控制细菌的生长条件，使细菌遗传 性有利于处理某种废水的定向诱导过程叫驯化。在工业废水的生物处理中，往往 要利用细菌对营养要求、温度、pH 值和耐毒力的变异，以改善处理效果。 （1）温度 大多数细菌生长适宜的温度为 20~40℃。按照温度的不同，可 将微生物（主要是细菌）分为低温、中温和高温菌三类。 （2）pH 值 大多数细菌在 PH =6.5、7.5 之间生长最好。PH 的控制，在废 水的生物处理中具有重要的意义，废水的 pH 值太高或太低都应作适当的调整。 （3）氧化还原电势 各种细菌生活时要求的氧化还原条件不同。在废水生 物处理的一般运转情况下，需氧的活性污泥法系统，氧化还原电势在 200-400mV 之间。 （4）光线 除少数光和细菌外，大多数细菌不需要光线。 （5）压力 压力对细菌的作用可分为渗透压、机械压和气体压力。 当细菌周围水溶液的渗透压与其细胞内液体的渗透压相等时，细菌生活得最 好；废水生物处理的废水渗透压问题是否需考虑有待在实践中解决。另外，细菌 在溶液中可以抵抗很高的压力，但高氧压环境对细菌是有害的。 （6）干燥 环境过于干燥，细菌就不能生长。一般没有荚膜、芽孢的细菌 对环境的干燥比较敏感。 由于细菌等微生物在干燥环境中不能生长发育，因而人们广泛用干燥法来保 存食品，防止食品腐败。 （7）化学药剂 一些化学药物对细菌的生活影响很大。强氧化剂可使细菌 正常代谢受到阻碍，甚至死亡。高锰酸钾的消毒作用即属这一类。 有些有机物在达到一定浓度时对细菌具有毒害作用。 §6.6 细菌的生物催化剂——酶 酶是由活细菌细胞产生的一类具有高度催化专一性的特殊蛋白质。在酶作用 下进行化学变化的物质叫底物，有酶催化的化学反应称为酶促反应。酶也可以被
分离出来．做成酶剂或固定化酶，在废水生物处理中应用。1.酶的命名与分类（1）酶的命名目前采用的是1961年由国际酶学委员会制定的分类法。每一种酶的编号有四种数字，用圆点分开，如E·C·1·1·1·1前三个数字表示该酶所属的大类、亚类、次亚类，第四个数为该酶在次亚类中的位置，E·C为酶委员会代号。（2）酶的分类酶的分类除由国际酶学委员会进行编号并制定检索表外，根据酶在细胞内外的不同，可分为外酶和内酶两类：大多数微生物的酶的产生与底物的存在与否无关，这些酶称为固有酶：在某些情况下，微生物会在体内产生出适应新环境的酶，这种酶则称为适应酶，适应酶的产生在废水生物处理中具有重要意义。2.酶的组成与性质（1）酶的组成酶按其组成，可分为单成分酶和双成分酶（复合酶）。（2）酶的性质经研究证明，所有的酶皆是蛋白质，因而酶具有蛋白质的理化性质。另外，酶是真正的催化剂、酶能够在常温和pH值近乎中性的温和条件下发挥其催化功能、酶的催化具有高效性，其效率要比一般催化剂的催化效率高得多。3.酶的结构与催化机理酶的催化功能是由酶的分子结构，特别是由酶的特殊的空间构象所决定的。当酶的构象发生改变时，酶的催化功能将相应地发生改变。酶的催化本质是降低反应能阈、减少活化能、使反应能够进行。关于酶的催化机理，目前较公认的是1913年由Michaelis和Menten首先提出的中间产物学说。基本论点是，首先酶(E)和底物(S)结合生成中间产物(ES)，然后中间产物再形成产物(P)，同时使酶更新游离出来，表示为下列反应：E+SES→P+E对于有两种底物的酶促反应，可以下式表示：E+S ESES+S→E+P4.影响酶催化活性的因素（1）pH值氢离子浓度对酶反应速度的影响很大。每种酶都有其特定的最适宜pH值，大于或小于这个数值，酶的活力就要降低，甚至引起酶蛋白变性而失去活性。（2）各种酶的反应有其最适宜的温度，此时，酶的反应速率最快。温度对酶反应速率的影响通常用温度系数Q10来表示：7
7 分离出来．做成酶剂或固定化酶，在废水生物处理中应用。 1. 酶的命名与分类 （1）酶的命名 目前采用的是 1961 年由国际酶学委员会制定的分类法。每 一种酶的编号有四种数字，用圆点分开，如 E·C·1·1·1·1 前三个数字表示 该酶所属的大类、亚类、次亚类，第四个数为该酶在次亚类中的位置，E·C 为 酶委员会代号。 （2）酶的分类 酶的分类除由国际酶学委员会进行编号并制定检索表外， 根据酶在细胞内外的不同，可分为外酶和内酶两类；大多数微生物的酶的产生与 底物的存在与否无关，这些酶称为固有酶；在某些情况下，微生物会在体内产生 出适应新环境的酶，这种酶则称为适应酶，适应酶的产生在废水生物处理中具有 重要意义。 2. 酶的组成与性质 （1）酶的组成 酶按其组成，可分为单成分酶和双成分酶（复合酶）。 （2）酶的性质 经研究证明，所有的酶皆是蛋白质，因而酶具有蛋白质的 理化性质。另外，酶是真正的催化剂、酶能够在常温和 pH 值近乎中性的温和条 件下发挥其催化功能、酶的催化具有高效性，其效率要比一般催化剂的催化效率 高得多。 3. 酶的结构与催化机理 酶的催化功能是由酶的分子结构，特别是由酶的特殊的空间构象所决定的。 当酶的构象发生改变时，酶的催化功能将相应地发生改变。 酶的催化本质是降低反应能阈、减少活化能、使反应能够进行。 关于酶的催化机理，目前较公认的是 1913 年由 Michae Iis 和 Menten 首 先提出的中间产物学说。基本论点是，首先酶(E)和底物(S)结合生成中间产物 (ES)，然后中间产物再形成产物(P)，同时使酶更新游离出来，表示为下列反应： E + S ES →P+ E 对于有两种底物的酶促反应，可以下式表示： E + S1 ES1 ES1 + S2 → E + P 4. 影响酶催化活性的因素 （1）pH 值 氢离子浓度对酶反应速度的影响很大。每种酶都有其特定的最 适宜 pH 值，大于或小于这个数值，酶的活力就要降低，甚至引起酶蛋白变性而 失去活性。 （2）各种酶的反应有其最适宜的温度，此时，酶的反应速率最快。温度对 酶反应速率的影响通常用温度系数 Q10 来表示：
在（t℃+10℃）的反应速率Q10=tC时的反应速率（3）激活剂许多酶促反应必须有其它适当物质存在时才能表现酶的催化活性或加强催化效力，这种作用称酶的激活作用。引起激活作用的物质叫激活剂。激活剂的种类很多，其中有无机阳离子、无机阴离子、有机物分子和一些酶。（4）抑制剂有些化学物质可以减弱、抑制甚至破坏酶的作用，称为酶的抑制剂。由于抑制而引起的作用称为抑制作用。酶的抑制剂有许多种：重金属离子、硫化氢、有机阳离子、表面活性剂等。有的抑制作用可加入其它物质或用其它方法解除，使酶活性恢复；有的不能。能使筑基氧化或改变的抑制剂有：氧化剂、烷化剂、含重金属的有机化合物。（5）反馈抑制作用月在下列反应式中：AEl→BE2>CE3→D起始物A被酶E1，E2，E3转化为所需要的产物D，产物D对酶Ei具有专一的可逆的抑制作用，称为反馈抑制。S6.7分批培养物的生长规律细菌通过代谢作用将营养物质转变成细胞物质，增加了菌体重量，这是生长。实际上，细菌的生长是以群体细胞数日的增加作标志。1.分批培养物的生长在一给定容积的培养基中生长的细菌，称为分批培养物。平衡生长条件是通常的细菌增殖率公式表达的前提。平衡生长的细菌培养物的增值率可同时用下列三个公式来表示：dNd=ANdxdi=rdz _=AZdt另一个常用来描述细菌增殖率的参数称为倍增时间，或称增代时间，指细菌培养物的各种成分都增为原来的二倍所需要的时间。增代时间（td）与μ的关系如下：μ= 0.693ta2.细菌的生长曲线细菌的增殖过程可用生长曲线来表示。一般用半对数坐标把生长曲线表示的形式来介绍。生长曲线共分成滞后、指数生长、静正和死亡四个期。8
8 时的反应速率 在（ ）的反应速率 t C C 10 C 10 + = t Q （3）激活剂 许多酶促反应必须有其它适当物质存在时才能表现酶的催化 活性或加强催化效力，这种作用称酶的激活作用。引起激活作用的物质叫激活剂。 激活剂的种类很多，其中有无机阳离子、无机阴离子、有机物分子和一些酶。 （4）抑制剂 有些化学物质可以减弱、抑制甚至破坏酶的作用，称为酶的 抑制剂。由于抑制而引起的作用称为抑制作用。酶的抑制剂有许多种：重金属离 子、硫化氢、有机阳离子、表面活性剂等。 有的抑制作用可加入其它物质或用其它方法解除，使酶活性恢复；有的不能。 能使巯基氧化或改变的抑制剂有：氧化剂、烷化剂、含重金属的有机化合物。 （5）反馈抑制作用 在下列反应式中： A B C D ⎯⎯E1→ ⎯⎯E2→ ⎯⎯E3→ 起始物 A 被酶 E1，E2，E3 转化为所需要的产物 D，产物 D 对酶 E1 具有专一的可 逆的抑制作用，称为反馈抑制。 §6.7 分批培养物的生长规律 细菌通过代谢作用将营养物质转变成细胞物质，增加了菌体重量，这是生长。 实际上，细菌的生长是以群体细胞数日的增加作标志。 1. 分批培养物的生长 在一给定容积的培养基中生长的细菌，称为分批培养物。平衡生长条件是通 常的细菌增殖率公式表达的前提。 平衡生长的细菌培养物的增值率可同时用下列三个公式来表示： N dt dN = X dt dx = Z dt dZ = 另一个常用来描述细菌增殖率的参数称为倍增时间，或称增代时间，指细菌 培养物的各种成分都增为原来的二倍所需要的时间。增代时间（td）与 的关系 如下： d t 0.693 = 2. 细菌的生长曲线 细菌的增殖过程可用生长曲线来表示。一般用半对数坐标把生长曲线表示的 形式来介绍。生长曲线共分成滞后、指数生长、静止和死亡四个期
滞后期：幼龄菌菌体内物质增加显著，菌体体积增大，代谢机能却非常活跃但抵抗力较低。该期长短与细菌菌种、菌龄和培养条件等有关。指数生长期：这一期细菌按式V=MN的关系增长。dt静止期：细菌的生长速度逐渐降低，增代时间延长，细胞活力减退，或者是产生了有毒代谢物质，抑制乐自身生长繁殖。静止期的长短，随菌种和培养情况而异。死亡期：细菌死亡或变成休眠状态，活细菌呈对数直线关系下降。真实的典型生长曲线见下图。生长曲线分为七个期，即初静止期、滞后期、指数生长期、减速生长期、最大生长期、加速死亡期、指数死亡期。在细菌生长的各个时期中，单个细菌的质量.只有在指数生长期才是恒定的，并且在指数期的单位质量中所含RNA及DNA量都是恒定的，S6.8微生物的代谢与合成1.代谢作用：是微生物最基本的特征之一，它包括生物体内一切分解和合成的作用。在生物处理过程中，细菌光对废水中的冉机物（也包括无机物)进行分解，然后用分解所得的化合物以及水中其他成分提供能量和细胞物质所需的成分，合成新的细胞进行增值。2.降解代谢与合成代谢定义：生物降解与生物合成的两个过程分别称为降解代谢与合成代谢。3.微生物代谢分类：根据所处氧环境可分为需氧代谢和厌氧代谢。86.9需氧化谢需氧生物代谢过程的主要途径降解或合成代谢，都可分为三个阶段：水解、酯解和三羧酸循环。S6.10厌氧代谢厌氧生物代谢过程分为三个阶段。第一阶段是由兼性细菌产生的水解购类，将大分子物质或不溶性物质水解成低分子可溶性有机物，如葡萄糖（已9
9 滞后期：幼龄菌菌体内物质增加显著，菌体体积增大，代谢机能却非常活跃， 但抵抗力较低。该期长短与细菌菌种、菌龄和培养条件等有关。 指数生长期：这一期细菌按式 N dt dN = 的关系增长。 静止期：细菌的生长速度逐渐降低，增代时间延长，细胞活力减退，或者是 产生了有毒代谢物质，抑制乐自身生长繁殖。静止期的长短，随菌种和培养情况 而异。 死亡期：细菌死亡或变成休眠状态，活细菌呈对数直线关系下降。 真实的典型生长曲线见下图。生长曲线分为七个期，即初静止期、滞后期、 指数生长期、减速生长期、最大生长期、加速死亡期、指数死亡期。 在细菌生长的各个时期中，单个细菌的质量．只有在指数生长期才是恒定的， 并且在指数期的单位质量中所含 RNA 及 DNA 量都是恒定的。 §6.8 微生物的代谢与合成 1.代谢作用：是微生物最基本的特征之一，它包括生物体内一切分解和合成 的作用。在生物处理过程中，细菌光对废水中的冉机物(也包括无机物)进行分解， 然后用分解所得的化合物以及水中其他成分提供能量和细胞物质所需的成分，合 成新的细胞进行增值。 2.降解代谢与合成代谢定义： 生物降解与生物合成的两个过程分别称为降解代谢与合成代谢。 3. 微生物代谢分类： 根据所处氧环境可分为需氧代谢和厌氧代谢。 §6.9 需氧化谢 需氧生物代谢过程的主要途径降解或合成代谢，都可分为三个阶段：水解、 酯解和三羧酸循环。 §6.10 厌氧代谢 厌氧生物代谢过程分为三个阶段。第一阶段是由兼性细菌产生的水解购 类，将大分子物质或不溶性物质水解成低分子可溶性有机物，如葡萄糖(己
糖)、氨基酸、脂肪酸和甘油等。第二阶段是由产酸细菌把可溶性有机物氧化成为低分子的有机酸、醇等，并合酸细胞物质。第三阶段是由产甲烷细菌把第二阶段的产物近一步氧化成甲烷、二氧化碳等，并合成新的细胞物质。10
10 糖)、氨基酸、脂肪酸和甘油等。第二阶段是由产酸细菌把可溶性有机物氧 化成为低分子的有机酸、醇等，并合酸细胞物质。第三阶段是由产甲烷细菌 把第二阶段的产物近一步氧化成甲烷、二氧化碳等，并合成新的细胞物质