第四章 微生物的生理

1. 酶是什么？它有哪些组成？各有什么生理功能？

答：酶是动物、植物及微生物等生物体内合成的，催化生物化学反应的，并传递电子、原子和化学基团的生物催化剂。酶的组成有两种：①单成分酶，只含蛋白质；②全酶，由蛋白质和不含氮的小分子有机物组成，或由蛋白质和不含氮的小分子有机物加上金属离子组成。每个组分的生理功能为：酶蛋白起加速生物化学反应的作用；辅基和辅酶起传递电子、原子和化学基团的作用；金属离子除传递电子外，还起激活剂的作用。

2. 什么是辅基？什么是辅酶？有哪些物质可以作辅基或辅酶？

答：辅基是与酶蛋白共价结合的金属离子或一类有机化合物，辅基在整个酶促反应过程中始终与酶的特定部位结合，用透析法不能除去。辅酶是某些为催化活性所必需的，与酶蛋白疏松结合的小分子有机物质，用透析和其它方法很易将它们与酶分开。辅酶A、NAD、FMN、辅酶Q、磷酸腺苷、生物素、四氢叶酸、金属离子、辅酶M、MPT等可以作辅基或辅酶。

3. 简述酶蛋白的结构和酶的活性中心。

答：酶蛋白是由20种氨基酸组成。组成酶蛋白的氨基酸按一定的排列顺序由肽键连成多肽链，两条多肽链之间或一条多肽链卷曲后相邻的基团之间以氢键、疏水键、范德华引力及金属键等相连而成。酶的活性中心是指酶蛋白分子中与底物结合，并起催化作用的小部分氨基酸微区。

4. 按酶所在细胞的不同部位，酶可分成哪几类？按催化化学反应类型可分为哪几类？这两种划分如何联系和统一？

答：按酶所在细胞的不同部位，酶可分成：胞外酶、胞内酶和表面酶；

按催化化学反应类型酶可分为：水解酶类、氧化还原酶类、异构酶类、转移酶类、裂解酶类和合成酶类。

5. 酶的催化作用有哪些特征？

答：(1) 酶积极参与生物化学反应，加快反应速度，缩短反应到达平衡的时间，但不改变反应的平衡点。酶在参与反应的前后，其性质和数量不变。(2) 酶的催化具有专一性，一种酶只作用于一种物质或一类物质，或催化一种或一类化学反应，产生一定的产物。(3) 酶的催化作用条件温和，酶只需在常温常压和中性溶液中就可催化反应的进行。(4) 酶对环境条件极为敏感。高温高压、强酸强碱都可使酶失去活性。(5) 酶的催化效率极高，比无机催化剂的催化效率高几千倍至几百万倍。

6. 影响酶活力（酶促反应速度）的主要因素有哪些？并加以讨论。

答：(1) 酶浓度对酶促反应的影响：酶促反应速度与酶分子的浓度成正比。但是，当酶的浓度很高时，底物转化速度逐渐平缓。(2) 底物浓度对酶促反应的影响：底物的起始浓度较低时，酶促反应速度与底物浓度成正比，当所有酶与底物结合后，即使再增加底物浓度，中间产物浓度也不会增加了。(3) 温度对酶促反应的影响：各种酶在最适范围内，酶活性最强，酶促反应速度最大。在适宜温度范围内，温度每升高10度，酶促反应速度可提高1-2倍。(4) pH对酶促反应的影响：酶在最适pH范围内表现出来的活性，大于或小于最适pH，都会降低酶的活性。(5) 激活剂对酶促反应的影响：许多酶只有当某种激活剂存在时，才表现出催化剂活性或强化其催化活性。(6) 抑制剂对酶促反应的影响：抑制剂能减弱甚至破坏酶活性，它可降低酶促反应速度。

7. 微生物含有哪些化学组分?各组分占的比例多少？

答：(1) 水分，占微生物机体质量的70%-90% (2) 干物质：占微生物机体质量的10%-30%，由有机物和无机物组成。有机物占干物质质量的90%-97%，无机物占干物质质量的3%-10%

8. 微生物需要那些营养物质？供给营养时应注意些什么？为什么？

答：(1) 水;　(2) 碳源和能源; (3) 氮源; (4) 无机盐; (5) 生长因子

供给营养时要注意碳氮磷的比例，因为不同微生物细胞的元素组成比例不同，对各营养元素要求的比例也不同，因此要合适的碳氮磷的比例。

9. 根据微生物对碳源和能源的需要不同可把微生物分成哪几种类型？

答：根据微生物对碳源和能源的需要不同可把微生物分成：无机营养微生物；有机营养微生物；混合营养微生物；

10. 当处理某一工业废水时，怎样着手和考虑配给营养？

答：污水生物处理中好氧微生物群体要求碳氮磷比为BOD5:N:P=100:5:1

11. 什么叫培养基？按物质的不同，培养基可分为哪几类？按试验目的和用途的不同，可分为哪几类？

答：根据各种微生物的营养要求，将水、碳源、氮源、无机盐及生长因子等物质按一定比例配制而成的，用以培养微生物的基质，即培养基。

按物质的不同，培养基可分为:合成培养基；天然培养基；复合培养基；

按试验目的和用途的不同，可分为：基础培养基；选择培养基；鉴别培养基；富集培养基。

12. 什么叫选择培养基？那些培养基属于选择培养基？

答：用以抑制非目的微生物的生长并使所要分离的微生物生长繁殖的培养基。麦康盖培养基为含胆汁酸盐的培养基，用于大肠杆菌的培养的选择培养基；乳糖发酵培养基也是适用于大肠杆菌生长的选择培养基。

13. 什么叫鉴别培养基？那些培养基属于鉴别培养基？

答：几种细菌由于对培养基中某一成分的分解能力不同，其菌落通过指示剂显示出不同的颜色而被区分开，这种其鉴别和区别不同细菌作用的培养基，叫做鉴别培养基。远藤氏培养基能区别大肠埃希氏菌，枸橼酸盐杆菌，产气杆菌，副大肠杆菌。此外，还有醋酸铅培养基，伊红-美蓝培养基。

14. 如何从粪便污染的水样中将大肠杆菌群中的四种菌逐一鉴别出来？

答：使用鉴别培养基，大肠埃希氏菌，枸橼酸盐杆菌，产气杆菌，副大肠杆菌均能在远藤氏培养基上生长，但它们对乳糖的分解能力不同：前三者能分解乳糖，但分解能力有强有弱，大肠埃希氏菌分解能力最强，菌落呈紫红色带金属光泽；枸橼酸盐杆菌次之，菌落呈紫红或深红色；产气杆菌第三，菌落呈淡红色，副大肠杆菌不能分解乳糖，菌落无色透明。这样，这四种菌被鉴别出来了。

15. 如何判断某水样是否被粪便污染？

答：如果水样中检测出有大肠杆菌群，则认为该水样被粪便污染。

16. 营养物质是如何进入细胞的？

答：各种营养物质依靠细胞质膜的功能进入细胞。不同营养物质进入细胞的方式也不同，一共有：单纯扩散；促进扩散；主动转运以及基团转位四种方式。单纯扩散是物理过程，不包括细胞的主动代谢。杂乱运动的、水溶性的溶质分子通过细胞质膜中含水的小孔从高浓度区向低浓度区扩散，不与膜上的分子发生反应。这一过程不需要消耗能量。促进扩散是在细胞质膜外表面与营养物质发生可逆结合，携带营养物质通过细胞质膜进入细胞，然后与营养物质分离，它本身再返回细胞质膜外表面与另一营养物质可逆性结合，如此不断循环。主动运输是当微生物内所积累的营养物质的浓度高于细胞外的浓度时，营养物质就不能按浓度梯度扩散但细胞内，而是逆浓度梯度被“抽”进细胞内。这种逆浓度梯度积累营养物质的过程，叫主动运输。基团转位是由一种需要代谢能量的运输方式。通过基团转位进入细胞的物质有糖、嘌呤、嘧啶、乙酸等。

17. 营养物质顺浓度梯度进入细胞的方式有哪些？是如何进入？

答：有单纯扩散和促进扩散。单纯扩散是物理过程，不包括细胞的主动代谢。杂乱运动的、水溶性的溶质分子通过细胞质膜中含水的小孔从高浓度区向低浓度区扩散，不与膜上的分子发生反应。这一过程不需要消耗能量。促进扩散是在细胞质膜外表面与营养物质发生可逆结合，携带营养物质通过细胞质膜进入细胞，然后与营养物质分离，它本身再返回细胞质膜外表面与另一营养物质可逆性结合，如此不断循环。

18. 营养物质逆浓度梯度进入细胞的方式有哪些？是如何进入？

答：有主动运输和基团转运。主动运输是当微生物内所积累的营养物质的浓度高于细胞外的浓度时，营养物质就不能按浓度梯度扩散但细胞内，而是逆浓度梯度被“抽”进细胞内。这种逆浓度梯度积累营养物质的过程，叫主动运输。基团转位是由一种需要代谢能量的运输方式。通过基团转位进入细胞的物质有糖、嘌呤、嘧啶、乙酸等。

19. 什么叫主动运输？什么叫基团转位？

答：主动运输是当微生物内所积累的营养物质的浓度高于细胞外的浓度时，营养物质就不能按浓度梯度扩散但细胞内，而是逆浓度梯度被“抽”进细胞内。这种逆浓度梯度积累营养物质的过程，叫主动运输。基团转位是由一种需要代谢能量的运输方式。通过基团转位进入细胞的物质有糖、嘌呤、嘧啶、乙酸等。

20. 什么叫新陈代谢？

答：微生物从外界环境中不断的摄取营养物质，经过一系列的生物化学反应，转变成细胞的组分，同时产生出废物并排泄到体外，这个过程叫新陈代谢。

21. 微生物呼吸作用的本质是什么？可分为哪几种类型？各类型有什么特点？

答：微生物呼吸作用的本质是氧化与还原的统一过程，这过程中有能量的产生和转移。微生物呼吸作用的可分为发酵、好氧呼吸和无氧呼吸。发酵：在无电子受体时，微生物氧化一些有机物。有机物仅发生部分氧化，以它的中间产物为最终电子受体，是放少量能量，其余的能量保留在最终产物中。好氧呼吸：当存在外在的最终电子受体—分子氧时，底物可全部被氧化成二氧化碳和水，并产生ATP。无氧呼吸：在电子传递体系中，氧化NADH2时的最终电子受体不是氧气，而是氧气以外的无机化合物。无氧呼吸的氧化底物一般为有机物，如葡萄糖、乙酸和乳酸。它们被氧化成二氧化碳，有ATP生成。

22. 葡萄糖在好氧条件下是如何氧化彻底的？

葡萄糖在好氧呼吸过程中，氧化分解分两个阶段：1. 葡萄糖经EMP途径酵解。这一过程不耗氧，形成中间产物——丙酮酸。2. 丙酮酸的有氧分解。氧化过程的一系列步骤总称为三羧酸循环（即TCA）循环。

23. 什么叫底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化？

基质（底物）水平磷酸化：厌氧微生物和兼性厌氧微生物在基质氧化过程中，产生一种含高自由能的中间体，如发酵中产生含高键能的1，3-二磷酸甘油酸。这一中间体将高键能交给ADP，使ADP磷酸化而生成ATP。

氧化磷酸化：好氧微生物在呼吸时，通过电子传递体系产生ATP的过程。

光合磷酸化：光引起叶绿素、菌绿素或菌紫素逐出电子，通过电子传递产生ATP的过程。

24. 何谓光合作用？比较产氧光合作用和不产氧光合作用的异同。

利用CO2和H2O合成有机物，构成自身细胞物质，叶绿素是将光能转化为化学能的基本物质。