第三章微生物的代谢与发酵

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1、第三章第三章 微生物的代谢与发酵微生物的代谢与发酵一一 酶酶 活细胞产生的，具有蛋白质性质的有机催化剂。活细胞产生的，具有蛋白质性质的有机催化剂。 19世纪末德国生物学家毕希纳（世纪末德国生物学家毕希纳（Edward Buchner）证明酵母无细胞提取液能使糖发）证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出酶，目前酵产生酒精，第一次提出酶，目前,人类已经人类已经发现并鉴定出发现并鉴定出3000多酶。多酶。酶作为一种催化剂，已被广泛地应用于各个生酶作为一种催化剂，已被广泛地应用于各个生产领域。产领域。 将饲料分解为可消化吸收的小分子物质，直将饲料分解为可消化吸收的小分子物质，直接提高饲料的

2、利用率接提高饲料的利用率 去除抗营养因子，改善消化机能，促进动物去除抗营养因子，改善消化机能，促进动物机体对营养物质的吸收机体对营养物质的吸收 扩大饲料的来源扩大饲料的来源 改善动物的内分泌，增强抗病能力，促进动改善动物的内分泌，增强抗病能力，促进动物生长物生长 高效性高效性: :极少量的酶也具有较强的催化作用极少量的酶也具有较强的催化作用.酶的催化效率比没有催化剂催化的反应高酶的催化效率比没有催化剂催化的反应高10810810201020倍，倍，比一般催化剂催化的反应高比一般催化剂催化的反应高10710710131013倍，如脲酶水倍，如脲酶水解尿素的反应效率比酸水解尿素高解尿素的反应效率比

3、酸水解尿素高7 710121012倍左右。倍左右。 专一性专一性: :一种酶只催化一种反应或一类反应。一种酶只催化一种反应或一类反应。 反应条件温和反应条件温和: :酶的催化作用一般在常温、常压、酶的催化作用一般在常温、常压、接近中性接近中性pH等较温和的条件下进行。等较温和的条件下进行。 敏感性敏感性: :微生物酶的分类微生物酶的分类( (传统分类法传统分类法):): 淀粉酶淀粉酶: :淀粉酶是能够分解淀粉糖苷键的一类酶的淀粉酶是能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称总称. .主要是黑曲霉主要是黑曲霉( (左美曲霉、泡盛曲霉左美曲霉、泡盛曲霉) )、根霉、根霉( (雪白根酶、德氏根霉雪白根酶、德氏

4、根霉) )、拟内孢霉、红曲霉。、拟内孢霉、红曲霉。 蛋白酶蛋白酶: :蛋白酶系催化分解蛋白质肽键的一群酶的蛋白酶系催化分解蛋白质肽键的一群酶的总称，它作用于蛋白质。总称，它作用于蛋白质。酸性蛋白酶酸性蛋白酶( (最适最适pH=2pH=25)5)产生菌主要是黑曲霉、米曲霉、产生菌主要是黑曲霉、米曲霉、根霉、微小毛霉、似青霉、青霉、血红色螺孔菌等的某些根霉、微小毛霉、似青霉、青霉、血红色螺孔菌等的某些种；种；中性蛋白酶中性蛋白酶( (最适最适pH=7pH=78)8)产生菌主要是枯草杆菌、巨大芽产生菌主要是枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌、米曲霉、栖土曲霉、灰色链霉菌、孢杆菌、腊状芽孢杆菌、米曲

5、霉、栖土曲霉、灰色链霉菌、微白色链霉菌、耐热性解蛋白质杆菌等；微白色链霉菌、耐热性解蛋白质杆菌等；碱性蛋白酶碱性蛋白酶( (最适最适pH=9pH=911)11)主要产生菌为枯草杆菌、腊状芽主要产生菌为枯草杆菌、腊状芽孢杆菌、米曲霉、栖土曲霉、灰色链霉菌、镰刀菌等。孢杆菌、米曲霉、栖土曲霉、灰色链霉菌、镰刀菌等。 纤维素酶纤维素酶:一类酶的总称，因此纤维素酶又有纤维素酶复合一类酶的总称，因此纤维素酶又有纤维素酶复合物之称。微生物主要是木菌、黑曲霉、青霉和根霉，此外，物之称。微生物主要是木菌、黑曲霉、青霉和根霉，此外，漆斑霉、反刍动物瘤胃菌、嗜纤维菌、产黄纤维单孢菌、侧漆斑霉、反刍动物瘤胃菌、嗜纤

6、维菌、产黄纤维单孢菌、侧孢菌、粘细菌、梭状芽孢杆菌等也能产生纤维素酶。孢菌、粘细菌、梭状芽孢杆菌等也能产生纤维素酶。 半纤维素酶半纤维素酶:半纤维素酶是分解半纤维素半纤维素酶是分解半纤维素(包括各种降戊糖与包括各种降戊糖与聚己糖聚己糖)的一类酶的总称。曲霉、根霉、木霉发酵产生的一类酶的总称。曲霉、根霉、木霉发酵产生 果胶酶果胶酶:果胶酶是分解果胶的酶的通称，也是一个多酶复合果胶酶是分解果胶的酶的通称，也是一个多酶复合物物.主要是霉菌，常用菌种有文氏曲霉、苹果青霉、黑曲霉、主要是霉菌，常用菌种有文氏曲霉、苹果青霉、黑曲霉、白腐核菌、米曲霉、酵母等，此外，木质壳霉、芽孢杆菌、白腐核菌、米曲霉、酵母

7、等，此外，木质壳霉、芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、葡萄孢霉、镰刀霉也能产生果胶酶。梭状芽孢杆菌、葡萄孢霉、镰刀霉也能产生果胶酶。 脂肪酶脂肪酶:脂肪酶作用于脂肪中的酯键，将脂肪分解成脂肪酸脂肪酶作用于脂肪中的酯键，将脂肪分解成脂肪酸和甘油。主要有假丝酵母、园酵母、黑曲霉、根霉、白腐核和甘油。主要有假丝酵母、园酵母、黑曲霉、根霉、白腐核菌、白地霉、青霉、毛霉、镰刀霉及假单孢菌、无色杆菌、菌、白地霉、青霉、毛霉、镰刀霉及假单孢菌、无色杆菌、葡萄球菌等。葡萄球菌等。 植酸酶植酸酶:植酸酶是降解饲料中植酸及其盐的酶。微生物主要植酸酶是降解饲料中植酸及其盐的酶。微生物主要是酵母菌、霉菌和细菌。是酵母菌、霉菌和

8、细菌。 酶的分类酶的分类 国际酶学委员会（国际酶学委员会（Enzyme Commission, ECEnzyme Commission, EC）将所有的）将所有的酶按它们所催化的反应的性质分为六大类。酶按它们所催化的反应的性质分为六大类。分类分类序号序号酶的类型酶的类型催化反应的性质催化反应的性质举举 例例1 1氧化还原酶类氧化还原酶类(oxidoreductase)(oxidoreductase)脱氢酶、氧化酶、过氧脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、加氧酶化物酶、加氧酶2 2转移酶类转移酶类(transferase)(transferase)谷丙转氨酶、已糖激酶谷丙转氨酶、已糖激酶3 3水解酶类水

9、解酶类(hydrolase) (hydrolase) 酯酶、蛋白酶、淀粉酶酯酶、蛋白酶、淀粉酶AH2+BA+BH2AR+BA+BRAB+H2OAOH+BH分类分类序号序号酶的类型酶的类型催化反应的性质催化反应的性质举举 例例4 4裂解酶类裂解酶类(lyase) (lyase) 醛缩酶、水合酶、脱醛缩酶、水合酶、脱氨酶、脱羧酶氨酶、脱羧酶5 5异构酶类异构酶类(isomerase) (isomerase) 差向异构酶、顺反异差向异构酶、顺反异构酶、酮醛异构酶构酶、酮醛异构酶6 6合成酶类合成酶类( (连接酶连接酶类类)(ligase)(ligase)羧化酶、氨酰羧化酶、氨酰-tRNA-tRNA合

10、成酶、天冬酰胺合合成酶、天冬酰胺合成酶成酶ABXYA BXYAAABABATPADPPi第二节第二节 微生物的代谢微生物的代谢微生物代谢微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应：微生物细胞所进行的化学反应的总和。的总和。微生物的代谢微生物的代谢物质代谢物质代谢能量代谢能量代谢产能代谢产能代谢耗能代谢耗能代谢分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢资料资料1.1.若干微生物和动物、植物组织的呼吸速率若干微生物和动物、植物组织的呼吸速率生物材料生物材料消耗消耗O O2 2ul/mgul/mg生物干重生物干重/h/hazotobacterazotobacter固氮菌固氮菌20002000Acetobacter

11、Acetobacter醋杆菌醋杆菌18001800面包酵母面包酵母110110肾和肝组织肾和肝组织10-2010-20根和叶组织根和叶组织0.5-40.5-4微生物代谢的特点微生物代谢的特点相同时间、相同干重前提下耗氧量高。相同时间、相同干重前提下耗氧量高。 大肠杆菌每小时分解的糖是自身重量的大肠杆菌每小时分解的糖是自身重量的2000倍。倍。 利用乳糖的细菌在利用乳糖的细菌在1小时内可分解其自重小时内可分解其自重1000-10000倍的乳糖。倍的乳糖。 产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用牛强倍，比食用牛强10万倍。万倍。结论：代谢活动极其旺