1.1廢水處理微生物技術1.2酶及酶反應1.3微生物生長動力學1.4廢水的可生化性第一章廢水生化處理理論基礎第一章廢水生化處理理論基礎1

1.1廢水處理微生物技術1.1.1微生物的呼吸類型1.好氧呼吸好氧呼吸是指有分子氧（O2）參與的生物氧化，反應的最終受氫體是分子氧。1.1好氧微生物的類型（1）異養型微生物1.1廢水處理微生物技術1.1.1微生物2異養型微生物以有機物為底物（電子供體），其終點產物為二氧化碳、氨、和水等無機物，同時釋放出能量（2）自養型微生物

自養型微生物以無機物為底物（電子供體），其終點產物也是無機物，同時放出能量異養型微生物以有機物為底物（電子供體），（2）自養型32.厭氧呼吸

厭氧呼吸是在無分子氧的情況下進行的生物氧化，根據反應過程中最終受氫體的不同可分為發酵和無氧呼吸。（1）發酵指供氫體和受氫體都是有機化合物的生物氧化作用，最終受氫體無需外加，就是供氫體的分解產物（有機物）2.厭氧呼吸厭氧呼吸是在無分子氧的情況下進行的生4（2）無氧呼吸是指以無機氧化物，如等代替體分子氧，作為最終受氫體的生物氧化作用。（2）無氧呼吸是指以無機氧化物，如5治理廢水的生物化學方法：

利用微生物或植物來凈化廢水的技術，稱之為生物化學法。包括好氧法、厭氧法、氧化塘等生物治理方法治理廢水的生物化學方法：利用微生物或植物來凈化廢水6第1章--廢水生化處理--基本原理課件7第1章--廢水生化處理--基本原理課件8

向廢水中供氧的方法有許多種，如鼓風曝氣、表面曝氣、純氧曝氣、生物轉盤、生物濾塔、氧化溝以及深井曝氣、射流曝氣等等。

好氧生化法是應用最為廣泛的廢水治理技術。它可以處理可生化性好的廢水，也可以在大量可生化性好的廢水中，混合一部分可生化性不好的工業廢水，如各種芳香族的有機化合物廢水。向廢水中供氧的方法有許多種，如鼓風曝氣、表面曝9

厭氧法厭氧法利用的微生物有兩大種群。一是兼性微生物。這種細菌在微微有一點氧的水中生存繁殖，它能把大分子的有機物斷裂成小分子有機物，進一步使這些小分子有機物轉變成有機酸，即謂之堿性發酵。另一個種群的細菌是甲烷菌。它們是絕對厭氧菌，只能在完全沒有氧的水中生存繁衍。它們能把有機酸進一步分解為CH4、CO2以及少量的NH3、H2S等等氣體產物，回收沼氣，即謂之堿性發酸。這兩種微生物往往共處同一個設施之中，協同作用。厭氧法10

厭氧法主要用來處理高濃度可生化的有機廢水。如酒精糟液、造紙黑液、印染廢水、含酚廢水、制藥廢水等等，以及污水處理廠產生的剩余污泥。厭氧生化反應可以在三種不同溫度下進行。高溫厭氧50-55℃，中溫厭氧30-38℃，低溫厭氧10-25℃。如果在45℃左右，其處理效果反而不好。厭氧生化反應的反應速度慢，往往需要2-4天甚至更長的時間。隨著厭氧技術的發展，目前某些廢水的厭氧周期可以縮短到8-12小時，甚至可以更短一些。厭氧法主要用來處理高濃度可生化的有機廢水。如酒精11

厭氧技術的操作方法有污泥法和生物膜法。厭氧技術所采用的設施的構型有許多種，而且正在不斷改進之中。如升流式厭氧污泥床、擋板式厭氧反應池、厭氧膨脹床、厭氧流化床、厭氧濾池、厭氧生物轉盤、二級厭氧反應池等等。由于厭氧堿性發酵周期很長，甲烷菌對生存條件的要求又非常苛刻（即非常"嬌氣"），所以近年來有許多工程只讓厭氧過程進行到酸性發酵為止。酸性發酵能使大分子有機物水解、斷裂成低分子量有機物，生成有機酸，從而提高了該廢水的可生化性，然后轉入好氧生化處理。此種方法稱為水解工藝、酸化工藝或H/O工藝。厭氧技術的操作方法有污泥法和生物膜法。厭氧技術所采用的12

穩定塘是指建造或者利用一個面積廣大的水塘，廢水放于其中，讓塘中繁殖起的微生物乃至植物來凈化廢水，就是穩定塘。水深在2.5m以上的是厭氧塘；水深在0.5-2.5m之間的是兼性塘，即有厭氧作用，也有一定的好氧作用；水深在0.5m以下的是氧化塘，具有一定的降解有機污染物的能力，而且運行費用非常低，但是占地面積大，只有在若干特殊的地域才能采用。穩定塘是指建造或者利用一個面積廣大的水塘，廢13

在此，必須特別強調指出，不論什么類型的穩定塘，都必須經過專門的計算、設計和科學論證，不能把排污單位存放廢水的大水坑，任意命名為氧化塘、穩定塘。經過專門設計建造的濕地以及蘆葦塘、水生植物及林地都有一定的凈化廢水的能力，也屬于生物化學法的一種，稱做生態學方法。凡是有廣闊地域可供利用的地方，應大力發展穩定塘和生態學方法。這種方法投資少，運行費用極低。在此，必須特別強調指出，不論什么類型的穩定塘，都必14

第二節酶及其反應第二節酶及其反應151概述酶及其應用方式本質上都是蛋白質生物體內，所有的反應均在酶催化下完成，而且這些反應極為巧妙，且選擇性很高酶很容易失活研究酶反應過程及其應用，就是要保持酶的催化活性．防止或抑制其失活，從而有效地應用酶反應生產有用物質。1概述酶及其應用方式162酶的特性

酶的分類及命名系統命名法

慣用名(即俗名)2酶的特性酶的分類及命名17第1章--廢水生化處理--基本原理課件18酶的特性

酶的催化特性及酶活力

酶的專一性

酶的變形與失活

酶的輔助因子

單體酶、寡聚酶及多酶復合物

酶的特性19酶的催化特性酶作為催化劑,具有催化劑的所有特性。酶參與生物化學反應，加快反應速度，在反應中立體結構和離子價態可以變化，但反應終止時一般酶本身不消耗、并恢復到原來狀態。在熱力學上，與普通催化劑相同，酶能降低反應活化能，但它不能改變反應的平衡常數。換言之，無論有無催化劑存在，平衡常數只決定于反應的自由能。催化劑只能加快反應達到平衡的速度，而不能改變反應自由能。酶的催化特性20酶催化效率的表征分子活力:適當條件下，每摩爾酶在單位時間內催化底物轉化為產物的摩爾數或反應基團的當量數催化中心活力:表示每個催化活力中心單位平均時間內催化底物轉化為產物的分子數大多數酶的分子活力在每分鐘1000左右，但最高可達到一百萬以上

酶催化效率的表征21第1章--廢水生化處理--基本原理課件22酶所催化的反應速率的表征酶單位——在特定條件下(例如250C，最適pH，最適底物濃度等)，每分鐘催化一微摩爾底物轉化為產物的酶量為一個酶單位，或稱國際單位，用U表示。分子活力——指每微摩爾酶蛋白所具有的酶活力單位數，[U/μmol]。比活力——指每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數，[U/mg]。

酶所催化的反應速率的表征23

酶的專一性絕對專一性:一種酶只能催化一種化合物進行一種反應。例脲酶只能催化尿素水解生成二氧化碳和水。相對專一性:一種酶能夠催化一類具有相同化學鍵或化學官能團的物質進行某種類型的反應。如脂肪酶可以催化所有脂類化合物水解，故不僅可水解脂肪，也可水解所有其它的脂肪酸酯。酶的專一性24立體專一性:除了催化立體異構體相互轉變的消旋酶及差向異構酶外，酶只能作用于所有立體異構體的其中一種．這種專一性稱為立體專一性，或稱為立體選擇性。例如，氨基酰化酶能催化酰基—L—氨基酸水解，卻不能催化酰基—D—氨基酸水解。序列專一性:基因工程中常用的限制性核酸內切酶(EC3．1．23類)能識別DNA鏈中4—7個堿基序列，在一定位置將DNA切斷。酶的這種性質稱為序列專一性．立體專一性:除了催化立體異構體相互轉變的消旋酶及差向異構酶外25酶的變性與失活

酶常因變性而活力降低，部分或完全失去活力，即失活

酶的變性多數不可逆

物理因素:熱、壓力、紫外線、x線、聲波、振蕩和凍結等化學因素:酸、堿、丙酮、乙醇、尿素、表面活性劑、重金屬鹽或氧化劑(包括空氣中的氧)等化學藥品的影響相界面的吸附作用也會引起變性，即界面變性

酶的變性與失活26熱變性

在不同溫度下分別進行酶反應實驗，并在反應一定時間后測定生成的產物量，可發現在某一溫度時的產率最高。使產物產率最高的溫度稱為酶反應的最適溫度。從溫血動物組織中提出的酶，最適濕度—般在36℃至40℃之間，植物酶的最適溫度稍高，在40℃一50℃之間，從細菌中分離出的某些酶(如TaqDNA聚合酶)的最遁溫度可達70℃。熱變性在不同溫度下分別進行酶反應實驗，并在反應一定時間后27酸堿變性

酶蛋白質中游離氨基及羧基的存在，使酶的離子狀態因pH大小而異。適當改變pH，酶的離子狀態也會相應變化，而且往往底物的離子狀態也發生變化。

最適pH是本身的固有參數酶反應通常在其最適pH的緩沖溶液中進行各種酶的最適PH近似于生產這種酶的生物體內的pH大多數酶的雖適PH在5.0一9.0之間

即使在最適pH的緩沖溶液中，溶液濃度或離子強度也會影響酶活性酸堿變性酶蛋白質中游離氨基及羧基的存在，使酶的離子狀態因28酶活力與pH的關系(1)酵母的蔗糖酶(2)桿菌種的-淀粉酶，(3)米曲霉的氨基酰化酶(4)桿菌種的堿蛋白酶第1章--廢水生化處理--基本原理課件29氧化變性

巰基(SH)是某些酶特別是氧化還原酶保持其活性的必要基團。這些酶稱為巰基酶或SH酶．這種酶容易被空氣中的氧等許多氧化劑氧化，使與巰基縮合形成S-S鍵而失活。保存和管理這些酶一定要特別注意不被氧化。

氧化變性巰基(SH)是某些酶特別是氧化還原酶保持其活性的必30

酶的輔助因子輔酶、輔基、金屬離子、輔底物金屬離子能與酶有效結合的金屬離子有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+、Mn2+、Co2+、Fe3+、Mo6+等輔酶若非蛋白質部分與酶蛋白結合得不牢固，易用滲析方法分離時稱為輔酶多數輔酶屬于維生素類物質

輔基非蛋白質部分與酶蛋白結合得比較牢固，不易用滲析方法將其與酶蛋白分離的稱為輔基酶的輔助因子31輔底物

在酶催化反應中，化學狀態發生變化的輔酶或輔基有時稱為輔底物，或計量性輔酶

NAD+、NADP+、泛醌（輔酶Q）、谷胱苷肽、ATP、輔酶A和四氫葉酸等

輔底物在反應中作為第二底物，以一定摩爾比即以一定化學計量關系與原底物作用，反應后其化學狀態發生變化，不能獲復到原來狀態

輔底物的熱穩定性

輔底物32第1章--廢水生化處理--基本原理課件33

單體酶、寡聚酶及多酶復合物單體酶是由一條多肽鏈構成的。寡聚酶許多酶是由多條被稱為亞基的多肽鏈組成，這種酶稱為寡聚酶。寡聚酶的每個亞基都有一個催化中心。現已知存在由60多個亞基構成的寡聚酶。寡聚酶的分子量約等于亞基數與亞基分子量的乘積，大約為幾萬到幾百萬。寡聚酶中有一類稱之為變構酶的調節酶。這些酶由多個分別具有調節中心和催化中心的亞基構成

同功酶：同一生物體內幾個性質極為相似、能催化同一反應的酶多功能酶：在不同反應條件下能催化不同的寡聚酶，。單體酶、寡聚酶及多酶復合物34多酶復合物有許多具有不同功能的酶高度聚合，成為多酶復合物

多酶復合物353酶促反應速度E+SESE+PE是酶，S是基質，ES是酶與基質的復合物，P是產物，k是反應速度常數ES形成速度：v1=k1[E][S]ES分解速度：v2＋v3=k2[ES]+k3[ES]平衡時：v1=v2＋v3k1[E][S]=k2[ES]+k3[ES]k1k2k33酶促反應速度E+SES36[E][S]＝(k2+k3)/k1×[ES]＝km[ES]([E0]-[ES])＝[E]([E0]-[ES])[S]＝km[ES][E0][S]＝[ES]×(km+[S])v3=k3[ES][E0][S]＝v/k3×(km+[S])v=k3[E0][S]/(km+[E])v=Vmax[S]/(km+[E])[E][S]＝(k2+k3)/k1×[ES]＝km37第三節微生物生長動力學什么是微生物生長動力學？

微生物生長動力學是研究微生物生長過程的速率及其影響速率的各種因素，從而獲得相關信息。微生物生長動力學可反映細胞適應環境變化的能力。

第三節微生物生長動力學什么是微生物生長動力學？38一、微生物生長曲線

細胞的生長過程可以用細胞濃度的變化來描述和表達。若取細胞濃度的對數值與細胞生長時間對應作圖，可得到分批培養時的細胞濃度變化曲線。一、微生物生長曲線細胞的生長過程可以用細胞濃度的變化來描述39分批培養細胞的五個生長階段延遲期：細胞濃度無明顯變化對數期：細胞濃度隨時間呈指數生長減速期：細胞的生長速率開始減緩靜止期：細胞濃度不再增加，為最大值衰亡期：細胞開始死亡，細胞生長速率為負值分批培養細胞的五個生長階段延遲期：細胞濃度無明顯變化40二、微生物生長動力學1、比生長速率若細胞物質或細胞數目增長一倍的時間間隔是常數，則微生物是以指數速率增長，可用數學模型來描述。（1）

（2）式（1）表明，細胞物質隨時間的增加而增加式（2）表明，細胞數目隨時間的增加而增加二、微生物生長動力學1、比生長速率41若μ為常數，則：

對式（1）積分得：

在大多數情況下，生長是以物質的增加衡量的，因而得到應用。

此式可在△t=td（td為倍增時間）時求得，td即在時所需時間，于是td=ln2/μ=0.693/μ。

為比生長速率，單位是h-1。若μ為常數，則：對式（1）積分得：在大多數情況下，生長42

例題：某微生物的＝0.125h-1，求td。第1章--廢水生化處理--基本原理課件43

比生長速率的意義

比生長速率是菌體繁殖速率與培養基中菌體濃度之比，它與微生物的生命活動有聯系

在對數生長期，是一個常數，這時

比生長速率的意義

44

2、無抑制的細胞生長動力學

——Monod方程

現代細胞生長動力學的奠基人Monod在1942年指出，在培養基中無抑制劑存在的情況下，細胞的比生長速率與限制性基質濃度的關系可用下式表示：

2、無抑制的細胞生長動力學

45

Monod方程是典型的均衡生長模型，其基本假設如下：①細胞的生長為均衡式生長，因此描述細胞生長的唯一變量是細胞的濃度；②培養基中只有一種基質是生長限制性基質，而其它組分為過量，不影響細胞的生長；③

細胞的生長視為簡單的單一反應，細胞生長速率為一常數。

Monod方程是典型的均衡生長模型，46

Monod方程中為比生長速率(h-1)；為最大比生長速率(h-1)，S為限制性基質濃度(g／L)；Ks為飽和常數(g/L)，其值等于比生長速率為最大比生長速率一半時（）的限制性基質濃度。

Monod方程中為比生長速率(h-1)；47細胞的比生長速率與限制性基質濃度的關系細胞的比生長速率與限制性基質濃度的關系48

將Monod方程變為并作圖。通過該圖，即可以獲得兩個重要的動力學參數。將Monod方程變為49第1章--廢水生化處理--基本原理課件50Ks和μm值隨菌種、限制性基質種類

的變化微生物限制生長基質Ksμm（hr）大腸桿菌葡萄糖0.22--大腸桿菌乳糖0.58--啤酒酵母乳糖2.6~3.00.18啤酒酵母葡萄糖0.56--纖維素分解菌葡萄糖0.860.125固氮菌葡萄糖0.16~0.330.13青霉菌氧氣0.0070.35Ks和μm值隨菌種、限制性基質種類

的變化微生物限制生長基質51

Monod方程雖然表述簡單，但它不足以完整地說明復雜的生化反應過程，并且已發現它在某些情況與實驗結果不符，因此人們又提出了另外一些方程,歸納于下表

Monod方程雖然表述簡單，但它不足以完整地說明復雜52單基質限制的細胞生長動力學模型單基質限制的細胞生長動力學模型53

第四節廢水的可生化性

廢水的可生化性，是指該廢水中的污染物被微生物降解的可能性。確定污水的可生化性，對進行污水處理工藝的選擇及污水治理規劃的制定具有重要意義目前，普遍采用BOD5/CODcr比值衡量污水的可生化性。當BOD5/CODcr大于0.3時，污水可考慮用生物方法處理。國外用BOD5/TOD及BOD5/TOC比值作指標，比值大于0.6及比值大于1.0時污水是可生化的。比值小于0.2及比值小于0.3時污水是不可能生物處理的。第四節廢水的可生化性廢水的可生化性541.1廢水處理微生物技術1.2酶及酶反應1.3微生物生長動力學1.4廢水的可生化性第一章廢水生化處理理論基礎第一章廢水生化處理理論基礎55

1.1廢水處理微生物技術1.1.1微生物的呼吸類型1.好氧呼吸好氧呼吸是指有分子氧（O2）參與的生物氧化，反應的最終受氫體是分子氧。1.1好氧微生物的類型（1）異養型微生物1.1廢水處理微生物技術1.1.1微生物56異養型微生物以有機物為底物（電子供體），其終點產物為二氧化碳、氨、和水等無機物，同時釋放出能量（2）自養型微生物

自養型微生物以無機物為底物（電子供體），其終點產物也是無機物，同時放出能量異養型微生物以有機物為底物（電子供體），（2）自養型572.厭氧呼吸

厭氧呼吸是在無分子氧的情況下進行的生物氧化，根據反應過程中最終受氫體的不同可分為發酵和無氧呼吸。（1）發酵指供氫體和受氫體都是有機化合物的生物氧化作用，最終受氫體無需外加，就是供氫體的分解產物（有機物）2.厭氧呼吸厭氧呼吸是在無分子氧的情況下進行的生58（2）無氧呼吸是指以無機氧化物，如等代替體分子氧，作為最終受氫體的生物氧化作用。（2）無氧呼吸是指以無機氧化物，如59治理廢水的生物化學方法：

利用微生物或植物來凈化廢水的技術，稱之為生物化學法。包括好氧法、厭氧法、氧化塘等生物治理方法治理廢水的生物化學方法：利用微生物或植物來凈化廢水60第1章--廢水生化處理--基本原理課件61第1章--廢水生化處理--基本原理課件62

向廢水中供氧的方法有許多種，如鼓風曝氣、表面曝氣、純氧曝氣、生物轉盤、生物濾塔、氧化溝以及深井曝氣、射流曝氣等等。

好氧生化法是應用最為廣泛的廢水治理技術。它可以處理可生化性好的廢水，也可以在大量可生化性好的廢水中，混合一部分可生化性不好的工業廢水，如各種芳香族的有機化合物廢水。向廢水中供氧的方法有許多種，如鼓風曝氣、表面曝63

厭氧法厭氧法利用的微生物有兩大種群。一是兼性微生物。這種細菌在微微有一點氧的水中生存繁殖，它能把大分子的有機物斷裂成小分子有機物，進一步使這些小分子有機物轉變成有機酸，即謂之堿性發酵。另一個種群的細菌是甲烷菌。它們是絕對厭氧菌，只能在完全沒有氧的水中生存繁衍。它們能把有機酸進一步分解為CH4、CO2以及少量的NH3、H2S等等氣體產物，回收沼氣，即謂之堿性發酸。這兩種微生物往往共處同一個設施之中，協同作用。厭氧法64

厭氧法主要用來處理高濃度可生化的有機廢水。如酒精糟液、造紙黑液、印染廢水、含酚廢水、制藥廢水等等，以及污水處理廠產生的剩余污泥。厭氧生化反應可以在三種不同溫度下進行。高溫厭氧50-55℃，中溫厭氧30-38℃，低溫厭氧10-25℃。如果在45℃左右，其處理效果反而不好。厭氧生化反應的反應速度慢，往往需要2-4天甚至更長的時間。隨著厭氧技術的發展，目前某些廢水的厭氧周期可以縮短到8-12小時，甚至可以更短一些。厭氧法主要用來處理高濃度可生化的有機廢水。如酒精65

厭氧技術的操作方法有污泥法和生物膜法。厭氧技術所采用的設施的構型有許多種，而且正在不斷改進之中。如升流式厭氧污泥床、擋板式厭氧反應池、厭氧膨脹床、厭氧流化床、厭氧濾池、厭氧生物轉盤、二級厭氧反應池等等。由于厭氧堿性發酵周期很長，甲烷菌對生存條件的要求又非常苛刻（即非常"嬌氣"），所以近年來有許多工程只讓厭氧過程進行到酸性發酵為止。酸性發酵能使大分子有機物水解、斷裂成低分子量有機物，生成有機酸，從而提高了該廢水的可生化性，然后轉入好氧生化處理。此種方法稱為水解工藝、酸化工藝或H/O工藝。厭氧技術的操作方法有污泥法和生物膜法。厭氧技術所采用的66

穩定塘是指建造或者利用一個面積廣大的水塘，廢水放于其中，讓塘中繁殖起的微生物乃至植物來凈化廢水，就是穩定塘。水深在2.5m以上的是厭氧塘；水深在0.5-2.5m之間的是兼性塘，即有厭氧作用，也有一定的好氧作用；水深在0.5m以下的是氧化塘，具有一定的降解有機污染物的能力，而且運行費用非常低，但是占地面積大，只有在若干特殊的地域才能采用。穩定塘是指建造或者利用一個面積廣大的水塘，廢67

在此，必須特別強調指出，不論什么類型的穩定塘，都必須經過專門的計算、設計和科學論證，不能把排污單位存放廢水的大水坑，任意命名為氧化塘、穩定塘。經過專門設計建造的濕地以及蘆葦塘、水生植物及林地都有一定的凈化廢水的能力，也屬于生物化學法的一種，稱做生態學方法。凡是有廣闊地域可供利用的地方，應大力發展穩定塘和生態學方法。這種方法投資少，運行費用極低。在此，必須特別強調指出，不論什么類型的穩定塘，都必68

第二節酶及其反應第二節酶及其反應691概述酶及其應用方式本質上都是蛋白質生物體內，所有的反應均在酶催化下完成，而且這些反應極為巧妙，且選擇性很高酶很容易失活研究酶反應過程及其應用，就是要保持酶的催化活性．防止或抑制其失活，從而有效地應用酶反應生產有用物質。1概述酶及其應用方式702酶的特性

酶的分類及命名系統命名法

慣用名(即俗名)2酶的特性酶的分類及命名71第1章--廢水生化處理--基本原理課件72酶的特性

酶的催化特性及酶活力

酶的專一性

酶的變形與失活

酶的輔助因子

單體酶、寡聚酶及多酶復合物

酶的特性73酶的催化特性酶作為催化劑,具有催化劑的所有特性。酶參與生物化學反應，加快反應速度，在反應中立體結構和離子價態可以變化，但反應終止時一般酶本身不消耗、并恢復到原來狀態。在熱力學上，與普通催化劑相同，酶能降低反應活化能，但它不能改變反應的平衡常數。換言之，無論有無催化劑存在，平衡常數只決定于反應的自由能。催化劑只能加快反應達到平衡的速度，而不能改變反應自由能。酶的催化特性74酶催化效率的表征分子活力:適當條件下，每摩爾酶在單位時間內催化底物轉化為產物的摩爾數或反應基團的當量數催化中心活力:表示每個催化活力中心單位平均時間內催化底物轉化為產物的分子數大多數酶的分子活力在每分鐘1000左右，但最高可達到一百萬以上

酶催化效率的表征75第1章--廢水生化處理--基本原理課件76酶所催化的反應速率的表征酶單位——在特定條件下(例如250C，最適pH，最適底物濃度等)，每分鐘催化一微摩爾底物轉化為產物的酶量為一個酶單位，或稱國際單位，用U表示。分子活力——指每微摩爾酶蛋白所具有的酶活力單位數，[U/μmol]。比活力——指每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數，[U/mg]。

酶所催化的反應速率的表征77

酶的專一性絕對專一性:一種酶只能催化一種化合物進行一種反應。例脲酶只能催化尿素水解生成二氧化碳和水。相對專一性:一種酶能夠催化一類具有相同化學鍵或化學官能團的物質進行某種類型的反應。如脂肪酶可以催化所有脂類化合物水解，故不僅可水解脂肪，也可水解所有其它的脂肪酸酯。酶的專一性78立體專一性:除了催化立體異構體相互轉變的消旋酶及差向異構酶外，酶只能作用于所有立體異構體的其中一種．這種專一性稱為立體專一性，或稱為立體選擇性。例如，氨基酰化酶能催化酰基—L—氨基酸水解，卻不能催化酰基—D—氨基酸水解。序列專一性:基因工程中常用的限制性核酸內切酶(EC3．1．23類)能識別DNA鏈中4—7個堿基序列，在一定位置將DNA切斷。酶的這種性質稱為序列專一性．立體專一性:除了催化立體異構體相互轉變的消旋酶及差向異構酶外79酶的變性與失活

酶常因變性而活力降低，部分或完全失去活力，即失活

酶的變性多數不可逆

物理因素:熱、壓力、紫外線、x線、聲波、振蕩和凍結等化學因素:酸、堿、丙酮、乙醇、尿素、表面活性劑、重金屬鹽或氧化劑(包括空氣中的氧)等化學藥品的影響相界面的吸附作用也會引起變性，即界面變性

酶的變性與失活80熱變性

在不同溫度下分別進行酶反應實驗，并在反應一定時間后測定生成的產物量，可發現在某一溫度時的產率最高。使產物產率最高的溫度稱為酶反應的最適溫度。從溫血動物組織中提出的酶，最適濕度—般在36℃至40℃之間，植物酶的最適溫度稍高，在40℃一50℃之間，從細菌中分離出的某些酶(如TaqDNA聚合酶)的最遁溫度可達70℃。熱變性在不同溫度下分別進行酶反應實驗，并在反應一定時間后81酸堿變性

酶蛋白質中游離氨基及羧基的存在，使酶的離子狀態因pH大小而異。適當改變pH，酶的離子狀態也會相應變化，而且往往底物的離子狀態也發生變化。

最適pH是本身的固有參數酶反應通常在其最適pH的緩沖溶液中進行各種酶的最適PH近似于生產這種酶的生物體內的pH大多數酶的雖適PH在5.0一9.0之間

即使在最適pH的緩沖溶液中，溶液濃度或離子強度也會影響酶活性酸堿變性酶蛋白質中游離氨基及羧基的存在，使酶的離子狀態因82酶活力與pH的關系(1)酵母的蔗糖酶(2)桿菌種的-淀粉酶，(3)米曲霉的氨基酰化酶(4)桿菌種的堿蛋白酶第1章--廢水生化處理--基本原理課件83氧化變性

巰基(SH)是某些酶特別是氧化還原酶保持其活性的必要基團。這些酶稱為巰基酶或SH酶．這種酶容易被空氣中的氧等許多氧化劑氧化，使與巰基縮合形成S-S鍵而失活。保存和管理這些酶一定要特別注意不被氧化。

氧化變性巰基(SH)是某些酶特別是氧化還原酶保持其活性的必84

酶的輔助因子輔酶、輔基、金屬離子、輔底物金屬離子能與酶有效結合的金屬離子有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+、Mn2+、Co2+、Fe3+、Mo6+等輔酶若非蛋白質部分與酶蛋白結合得不牢固，易用滲析方法分離時稱為輔酶多數輔酶屬于維生素類物質

輔基非蛋白質部分與酶蛋白結合得比較牢固，不易用滲析方法將其與酶蛋白分離的稱為輔基酶的輔助因子85輔底物

在酶催化反應中，化學狀態發生變化的輔酶或輔基有時稱為輔底物，或計量性輔酶

NAD+、NADP+、泛醌（輔酶Q）、谷胱苷肽、ATP、輔酶A和四氫葉酸等

輔底物在反應中作為第二底物，以一定摩爾比即以一定化學計量關系與原底物作用，反應后其化學狀態發生變化，不能獲復到原來狀態

輔底物的熱穩定性

輔底物86第1章--廢水生化處理--基本原理課件87

單體酶、寡聚酶及多酶復合物單體酶是由一條多肽鏈構成的。寡聚酶許多酶是由多條被稱為亞基的多肽鏈組成，這種酶稱為寡聚酶。寡聚酶的每個亞基都有一個催化中心。現已知存在由60多個亞基構成的寡聚酶。寡聚酶的分子量約等于亞基數與亞基分子量的乘積，大約為幾萬到幾百萬。寡聚酶中有一類稱之為變構酶的調節酶。這些酶由多個分別具有調節中心和催化中心的亞基構成

同功酶：同一生物體內幾個性質極為相似、能催化同一反應的酶多功能酶：在不同反應條件下能催化不同的寡聚酶，。單體酶、寡聚酶及多酶復合物88多酶復合物有許多具有不同功能的酶高度聚合，成為多酶復合物

多酶復合物893酶促反應速度E+SESE+PE是酶，S是基質，ES是酶與基質的復合物，P是產物，k是反應速度常數ES形成速度：v1=k1[E][S]ES分解速度：v2＋v3=k2[ES]+k3[ES]平衡時：v1=v2＋v3k1[E][S]=k2[ES]+k3[ES]k1k2k33酶促反應速度E+SES90[E][S]＝(k2+k3)/k1×[ES]＝km[ES]([E0]-[ES])＝[E]([E0]-[ES])[S]＝km[ES][E0][S]＝[ES]×(km+[S])v3=k3[ES][E0][S]＝v/k3×(km+[S])v=k3[E0][S]/(km+[E])v=Vmax[S]/(km+[E])[E][S]＝(k2+k3)/k1×[ES]＝km91第三節微生物生長動力學什么是微生物生長動力學？

微生物生長動力學是研究微生物生長過程的速率及其影響速率的各種因素，從而獲得相關信息。微生物生長動力學可反映細胞適應環境變化的能力。

第三節微生物生長動力學什么是微生物生長動力學？92一、微生物生長曲線

細胞的生長過程可以用細胞濃度的變化來描述和表達。若取細胞濃度的對數值與細胞生長時間對應作圖，可得到分批培養時的細胞濃度變化曲線。一、微生物生長曲線細胞的生長過程可以用細胞濃度的變化來描述93分批培養細胞的五個生長階段延遲期：細胞濃度無明顯變化對數期：細胞濃度隨時間呈指數生長減速期：細胞的生長速率開始減緩靜止期：細胞濃度不再增加，為最大值衰亡期：細胞開始死亡，細胞生長速率為負值分批培養細胞的五個生長階段延遲期：細胞濃度無明顯變化94二、微生物生長動力學1、比生長速率若細胞物質或細胞數目增長一倍的時間間隔是常數，則微生物是以指數速率增長，可用數學模型來描述。（1）

（2）式（1）表明，細胞物質隨時間的增加而增加式（2）表明，細胞數目隨時間的增加而增加二、微生物生長動力學1、比生長速率95若μ為常數，則：

對式（1）積分得：

在大多數情況下，生長是以物質的增加衡量的，因而得到應用。

此式可在△t=td（td為倍增時間）時求得，td即在