1.酶的催化特性
酶是指由活细胞合成的，起催化作用的生物催化剂。绝大多数酶的基本成分是蛋白质，下面主要介绍基本成分为蛋白质的酶。
（1）酶的分类
1）根据促反应性质分类。酶可分为六大类，分别是水解酶、氧化还原酶、转移酶、同分异构酶、裂解酶和合成酶。
①水解酶：该类酶能促进基质的水解作用及其逆行反应。
②氧化还原酶：该类酶能引起基质的脱氢或受氢作用，催化氧化还原反应。
③转移酶：该类酶能催化化合物中某些基团的转移，即一种化合物分子上的基团转移到另一化合物上。
④同分异构酶：催化同分异构体化合物之间的互变。
⑤裂解酶：催化一种有机物碳链断裂，产生几个碳链较短的产物。
⑥合成（连接）酶：催化两种或两种以上的物质合成一种物质的反应。
2）根据酶的存在位置分类
①胞外酶：细胞内合成后，到细胞外起作用的酶类，如水解酶类。
②胞内酶：作用于细胞内物质的酶。
3）根据酶的组分分类
①单成分酶=蛋白质，常见如水解酶类，比较简单。
②全酶=蛋白质+辅助因子。辅助因子的成分可以是有机物，或金属离子，或是有机物加金属离子。绝大多数酶为全酶。全酶中蛋白质的作用是识别底物和加速反应。辅助因子作用是传递电子、化学基团等。
（2）酶的作用机理
1）活性中心。酶分子中与底物结合，并起催化作用的小部分氨基酸区域，称为活性中心。活性中心包括结合部位和催化部位，结合部位的作用是识别并结合底物分子，催化部位的作用是打开和形成化学键。活性中心对催化作用至关重要。
2）酶的作用机理。公认用“诱导契合假说”解释。内容是当酶与底物接近时，酶蛋白受底物分子的诱导，其构象发生有利于底物结合的变化，并形成了酶-底物中间复合物（中间产物），酶与底物在此基础上互补契合、进行反应，最终形成反应产物。
（3）酶的催化特性
1）加速反应速度，缩短反应到达平衡的时间，但不改变反应的平衡点。酶在反应前、后，其性质和数量不变。
2）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）作用条件温和。酶只需在常温、常压和近中性的水溶液中就可催化反应。
4）对环境条件极为敏感。高温、强酸、强碱、重金属等都能使酶丧失活性。
5）催化效率极高。比无机催化剂的催化效率高几千倍至百亿倍。如1mol过氧化氢酶在1s时间内催化105molH2O2，而铁离子在相同的条件下，只催化10-5molH2O2分解。
其中，1）是一般催化剂的共性，其余四点为普通催化剂所不具备的。
2.影响酶活力的因素
米契里斯和门坦根据中间产物学说，列出化学反应式，并推导出酶促反应速度方程式（米-门公式）。具体如下：
米-门公式：
式中，υ表示反应速度；[S]表示底物浓度；
，称为米氏常数；Vmax表示最大反应速度。
米氏常数Km是表示反应速度为最大速度一半时的底物浓度。不同的酶具有不同Km值，它是酶的一个重要的特征物理常数。Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的Km值。表示酶与底物之间的亲和程度：Km值大，亲和程度小；Km值小，亲和程度大。
由米-门公式可知酶促反应速度受酶浓度和底物浓度的影响，也受温度、pH、激活剂和抑制剂的影响。
（1）酶浓度 其他条件一定，从米-门公式的中间推导式υ=k3[E0][S]/（Km+[S]）（如图11-21所示）可以看出酶促反应速度与酶分子的浓度成正比，酶分子越多，反应速度越快。[E0]表示酶的初始浓度。
（2）底物浓度 其他条件一定，底物的起始浓度较低时，酶促反应速度与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而增加。当所有的酶与底物结合生成中间产物后，即使再增加底物浓度，中间产物浓度也不会增加，酶促反应速度也不能再增加，如图11-22所示。
（3）温度 各种酶在最适温度范围内，酶活性最强，酶促反应速度最大，如图11-23所示，在适宜的温度范围内，温度每升高10℃，酶促反应速度可相应提高1～2倍。不同微生物体内酶的最适温度不同。过高或过低的温度都会降低酶促反应速度。
（4）pH 酶在最适pH范围内表现出活性，大于或小于最适pH，都会降低酶活性。图11-24所示是一组酶活力（或酶促反应速度）与pH的关系曲线，处于曲线高峰相应的pH为最适pH。
图11-21 酶浓度与酶促反应速度的关系
图11-22 不同酶浓度下的底物浓度 与酶促反应速度的关系
pH对酶活力的影响主要表现在：①改变底物分子和酶分子的带电状态，从而影响酶和底物的结合；②过高或过低的pH都会影响酶的稳定性，进而使酶遭到不可逆的破坏。
图11-23 温度对酶促反应速度的影响
图11-24 缓冲剂种类及pH对酶促反应速度的影响
a—乙酸盐 b—柠檬酸盐 c—磷酸盐
（5）激活剂能够激活酶活性的物质称为激活剂。如无机阳离子类（Na+、K+）、无机阴离子类（C-l、NO-3）、有机化合物。
（6）抑制剂 能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质，称为酶的抑制剂。如重金属离子、硫化氢、氟化物、表面活性剂等。有的物质既可作一种酶的抑制剂，又可作另一种酶的激活剂。
抑制剂分可逆性和不可逆性抑制剂。可逆性抑制剂又分竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂。竞争性抑制剂为与底物结构类似的物质，可争先与酶的活性中心结合，通过增加底物浓度最终可以解除抑制。非竞争性抑制剂与活性中心以外的结合位点结合后，底物仍可与酶的活性中心结合，但酶不显活性，不能通过增加底物浓度解除抑制。
3.营养类型的划分
（1）微生物细胞的化学组成 包括水、无机盐和有机物。湿重中，水是主要成分。干重中，有机物是主要成分，占90%以上。
（2）微生物所需的六大营养
1）水。水构成细菌细胞的主要成分，占70%～90%。
2）无机盐。为微生物提供除了N、C源以外的各种金属盐类。根据含量多少可分成微量元素和大量元素。
3）碳源。为细胞提供C元素来源的营养物质，统称碳源。糖类、蛋白质、脂肪、烃类等为有机碳源。CO2、CO2-3等为无机碳源。能够利用有机碳源的微生物，称为异养微生物；能利用无机碳源的微生物，称为自养微生物。
碳源的功能：①构成细胞组分和代谢物中C素的来源；②生命活动能量的主要来源。(www.xing528.com)
4）氮源。为细胞提供N元素来源的营养源的物质，统称为氮源。蛋白质、氨基酸、蛋白胨为有机氮源。NH4Cl、NH4NO3等为无机氮源。
5）生长因子。微生物代谢必不可少，不能用简单的碳源和氮源合成的有机物，如氨基酸、维生素等。
6）能源。微生物提供最初能量来源的营养物质和辐射能。依靠光（辐射能）作为能源进行生长的微生物称为光能营养型微生物；依靠物质氧化过程中放出的能量进行生长的微生物称为化能营养型微生物。
（3）营养类型划分 划分营养类型的方法有多种。通常根据碳源和能源同时划分，可将微生物分为以下四种营养类型：
1）光能自养型。利用光作为能源，利用CO2作为碳源来合成细胞物质的营养类型。藻类、蓝细菌和某些光合细菌等为此营养类型。例如
藻类和蓝细菌 
红色硫细菌和绿硫细菌 
2）化能自养型。利用无机物氧化所产生的能量，以CO2（或碳酸盐）等无机碳为碳源来合成细胞物质的营养类型。硝酸菌、亚硝酸菌、硫磺细菌、铁细菌等为此营养类型。例如
亚硝酸菌 
硫磺细菌 
3）光能异养型。利用光作为能源，以有机化合物为碳源来合成细胞物质的营养类型。非常少见，例如，红色非硫细菌在含有机物和缺氧条件下，能利用有机酸、醇等有机物。
4）化能异养型。以有机化合物作为碳源和能源的营养类型。在许多情况下，同一有机化合物既是碳源又是能源。这是极为常见的营养类型，绝大多数细菌和放线菌，几乎全部真菌和原生动物、后生动物都属于这种类型。
微生物各营养类型的比较见表11-1。
表11-1 微生物各营养类型的比较
4.呼吸类型
微生物吸收营养物质后，进行新陈代谢（各种生物化学反应的总称）维持生命。微生物体内产能代谢主要靠呼吸作用完成。
呼吸作用的本质是氧化和还原的统一过程，在这个过程中伴随能量的产生。其中，失去电子和氢的一方称为供氢体；得到电子和氢的一方称为受氢体。
（1）呼吸类型 根据受氢体的不同，可将呼吸类型划分为三类：好氧呼吸、无氧呼吸及发酵。
1）好氧呼吸。O2作受氢体，且氢和电子经呼吸链（又称为电子传递链）传递给O2的呼吸类型。供氢体可以是有机物或无机物。
好氧异养微生物的好氧呼吸，电子和供氢体为有机物。以常见的有机物葡萄糖为例，在好氧呼吸过程中，葡萄糖的氧化分解分两阶段：①葡萄糖经EMP途径酵解，这一过程不需要消耗氧，形成中间产物——丙酮酸。②丙酮酸的有氧分解。丙酮酸氧化过程的一系列步骤总称为三羧酸循环（即TCA）循环。在好氧过程中，微生物氧化分解1mol葡萄糖分子总共可生成38mol ATP。
自养微生物的好氧呼吸，电子和供氢体为无机物，无机物最终被氧化。如硫细菌和亚硝化细菌的呼吸：
2）厌氧呼吸（无氧呼吸）。基质脱下的氢被外源氧化物（多数为无机物，少数为有机物）中的氧所接受的呼吸类型。如反硝化细菌、硫酸盐还原菌、产甲烷菌等的呼吸。
①以NO-3作为最终电子受体
②以SO2-4为最终电子受体。硫酸还原菌或称反硫化细菌，在硫酸还原酶催化下，将SO2-4还原为H2S。
③以CO2和CO为最终电子受体
3）发酵。无氧条件下，基质脱氢，未经呼吸链而直接交给中间产物。如乳酸菌产乳酸过程。
（2）微生物根据呼吸分类 微生物根据呼吸类型，分为三类，好氧微生物、厌氧微生物、兼性微生物。好氧微生物在好氧条件下生存，进行好氧呼吸。厌氧微生物在厌氧条件下生存，进行厌氧呼吸或发酵。兼性微生物有无氧气均可生存，可以进行好氧呼吸、厌氧呼吸或发酵，如酵母菌即可进行好氧呼吸又可进行发酵。
（3）呼吸中的能量问题 底物的氧化分解产生能量，微生物体内物质的合成则需要能量。在这两者之间存在能量转移的中心ATP。呼吸中ATP生成的具体方式有底物水平磷酸化和氧化磷酸化。底物水平磷酸化是指直接利用底物反应释放的能量合成ATP的方式。氧化磷酸化是指ATP的合成和呼吸链相偶联的方式，即电子在传递过程中产生能量用于ATP的合成。
5.微生物的生长曲线
微生物的生长分为个体生长和群体生长。由于微生物个体小，研究起来有困难，意义不大。所以，通常研究的是群体生长。群体生长主要表现在数量和重量等的变化上。培养微生物的方式有连续培养和分批培养（或称为间歇培养），两种方式有不同的生长规律。
（1）微生物生长的测定方法
数量的测定：
1）直接计数法：快速，但无法区分细菌的死活。包括显微镜直接计数法（涂片染色法、计数器测定法、比例计数法）和比浊计数法。
2）间接计数法：测定时间较长，测定结果不包含死菌。具体常见的方法有平板菌落计数法、薄膜计数法、液体计数法（MPN法）。
重量的测定：常用测干重的方法，如混合液悬浮固体（MLSS）或混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）的测定。
（2）分批培养 是将少量微生物接种到一定体积的封闭容器内，并保持一定的温度、pH、溶解氧等进行培养的方式。微生物生长变化规律，可用以微生物数量的对数或重量为纵坐标，以培养时间为横坐标画曲线来表示。图11-25所示的曲线以数量的对数为纵坐标，培养时间为横坐标。生长曲线可以分为以下四个时期。
1）迟缓期。迟缓期又称迟滞期、适应期或缓慢期。当菌种接种到新鲜培养基后，细菌并不立即生长繁殖，而要经过一段时间的调整和适应，以合成多种酶，并完善体内的酶系统和细胞的其他成分。
该时期特点是：①细菌数目几乎没有变化；②细菌的生长速度为零。
图11-25 细菌生长曲线
1、2—迟缓期 3—对数期 4、5—稳定期 6—衰亡期
2）对数期。迟缓期做好准备后，反应器内营养丰富，微生物进行快速分裂，进入对数期。以细菌数的对数与培养时间作图则成一直线。
该时期特点是：①细菌数呈几何级增长（以X=X02n增长，X0是指t0时刻的细菌数，n是指到t时刻细菌繁殖的代数，X即为t时刻的细菌总数），极少有细菌死亡。②世代时间（指细菌繁殖一代或细菌数目增加一倍所用的时间，用G表示，
最短。代时稳定，是测定世代时间的最佳时期，为研究工作的理想材料。③生长速度最快。
3）稳定期。由于营养物质不断被消耗，同时，某些有毒性的代谢产物不断积累，致使微生物分裂的速率降低，繁殖速度与死亡速度近乎相等，生长进入稳定期。
该时期特点是：①细菌新生数等于死亡数，故细菌数目基本恒定；②生长速度为零；③荚膜、芽孢、内含物形成、有毒物质等进行积累。
4）衰亡期。微生物的活力继续衰退，死亡率远大于繁殖率。主要依赖于内源呼吸，即微生物将自身储藏物，甚至细胞的组成部分，用作呼吸以维持生命的现象。
该时期的特点是：①微生物进行内源呼吸；②很少有微生物繁殖，死亡数远大于新生数，细菌数目不断减少；③生长速度为负增长。
以上各时期在废水处理中有重要意义。迟缓期，应尽量缩短和避免，可以通过加大接种污泥量、接种处于对数期污泥或将污泥用反应物（废水）预先培养的方法来使细菌尽快适应培养条件。对数期，微生物繁殖最快，但是处理效果却不好，因为此时期微生物活力大，不易絮凝，且出水水质差，含有机物浓度较高，故不采用。稳定期，常运用于水处理。这个时期细菌体内积累内含物，芽孢也在此时形成，污泥的絮凝和沉降性较好。衰亡期，在污泥消化、延时曝气时应用。
（3）连续培养 一边连续进一边连续出培养基的培养方式，称为连续培养。它可以分为恒浊连续培养和恒化连续培养两种。恒浊连续培养的特点是调节进水量，使细菌保持一定浊（浓）度。恒化连续培养，是指营养物为限制因子，进出培养基量相同，水处理时多采用此种方法。恒化连续培养通常使细菌生长维持在相当于分批培养生长曲线的某个生长阶段（时期）。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
