第5章微生物代谢
重点难点剖析
1．代谢是生物体内所进行的全部生化反应。包括分解代谢和合成代谢。
2．分解代谢实际上是物质在生物体内经过一系列连续的氧化还原反应，逐步分解井释放能量的过程，这个过程也称为生物氧化，是一个产能代谢过程。能量代谢的中心任务，是生物体把外界环境中的多种形式的量初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源A TP。
3．异养微生物生物氧化是利用有机物质进行的产能代谢的过程。如糖类化合物的生物氧化过程总结为：
糖酵解(slycolysis)的4种途径
EMP途径
HMP途径
ED途径
WD途径
4．微生物糖酵解的4种途径。
(1)EMP途径(图5—1)。
EMP途径的总反应式为：
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi→2CH3COCOOH+2NADH+2H++2A TP+2H2O
EMP途径生理功能：提供A TP和还原力NADH；为生物合成提供多种中间产物；连接其他代谢途径如脂肪酸的合成；通过逆反应进行糖原的异生。‘
(2)HMP途径(图5-2)。HMP途径的总反应式为：
6葡糖-6-磷酸+12NADP++6H20→5葡糖-6-磷酸+12NADPH+12H++6C02+Pi
HMP途径的生理功能：产生三碳、四碳、五碳、六碳和七碳糖的碳骨架等中间产物；产生还原力NADH+H+，为生物合成提供多种前体物质。
(3)ED途径(图5—3)。ED途径总反应式为：
C6H12O6+ADP+Pi+NADP++NAD+→2CH3COCOOH+A TP+NADH+NADPH+2H+
ED途径的生理功能：是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，产能效率低，为微生物所特有。
(4)WD途径(磷酸解酮酶途径)(图5-4)。包括磷酸戊糖解酮酶途径(PK途径)和磷酸己糖
解酮酶途径(HK途径)。
5．发酵作用及产能方式。发酵的定义有下面列举的多种理解方式，但是从微生物代谢的角度来定义发酵，是下面的第⑤种：
①生产酒精饮料和牛奶发酵产品的过程(通常的概念)；
②食品的变质和腐烂(通常的概念)；
③大规模的微生物工业化生产(工业上的定义)；
④厌氧条件下的能量释放过程(有一定的科学性)；
⑤是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物的过程。
(1)乙醇发酵。
(2)乳酸发酵。
（3）由丙酮酸开始的其他发酵过程(图5—5)。
(4)底物水平磷酸化。发酵过程中往往伴随着一些高能化合物的生成，如EMP途径中的1，3—二磷酸甘油酸和磷酸烯醇式丙酮酸，这些高能化合物可以直接偶联A TP或GTP的生成，这种产生A TP等高能化合物的方式称为底物水平磷酸化。底物水平磷酸化可以存在于发酵过程中，也可以存在于呼吸过程中，但产生能量相对较少。
6．呼吸作用及产能方式。微生物在降解底物的过程中，将释放出的电子交给NAD(P)+、FAD或FMN等电子载体，再经电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其他还原型产物并释放出能量的过程，称为呼吸作用。以分子氧作为最终电子受体的称为有氧呼吸(aerobic respiration)，以氧化型化合物作为最终电子受体的称为无氧呼吸(anaerobic resplration)。呼吸作用与发酵作用的根本区别：电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体。
(1)有氧呼吸(图5-6)。
(2)无氧呼吸。
①某些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸。
②无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是像NO3-；、NO2-；、SO42-：—、S2O32-：·、CO2或廷胡索酸(fumarates)等外源受体。
无氧呼吸的主要类型：
③无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体，并在能量分级释放过程中伴随有磷酸化作用，也能产生较多的能量用于生命活动.
④但由于部分能量随电子转移传给最终电子受体，所以生成的能量不如有氧呼吸产生的
多。
(3)氧化磷酸化。在糖酵解和三羧酸循环过程中，形成的NAD(P)H和FADH2，通过电子传递系统将电子传递给氧或其他氧化性化合物，过程中造成了跨膜的质子梯度差及质子动势，质子动势再推动A TP酶合成A TP。氧化磷酸化形成A TP的机制目前可甩化学渗透学说解释，其中心思想是：电子在传递过程中导致膜内的质子排出膜外，造成质子动势，当质子由膜外返回到膜内时，通过F1-FoA TP酶偶联，合成A TP。
一般电子传递系统的组成及电子传递方向为：NAD(P)→FP(黄素蛋白)→Fe·s(铁硫蛋白)→CoQ(辅酶Q)→Cytb→Cytc→Cyta→Cyta3。
7．自养微生物生物氧化
(1)化能无机自养。化能自养微生物氧化无机物获得能量和还原力。能量的产生是通过电子传递链的氧化磷酸化形式，电子受体通常是O2。，因此，化能自养菌一般为好氧菌。电子供体是NH4+；、H2S、Fe2+和H2等，还原力的获得是逆呼吸链的方向进行传递，同时需要消耗能量(图5—7)。
化能自养微生物以无机物作为能源，一般产能效率低，生长慢，但从生态学角度看，它们所利用的能源物质是一般化能异养生物所不能利用的，因此它们与产能效率高、生长快的化能异养微生物之间并不存在生存竞争。
(2)光能自养。光合作用是指将光能转变成化学能并固定CO2：的过程。光合作用的过程可分成光反应和暗反应两部分。在光反应中光能被捕获并被转变成化学能，然后在暗反应中被用来还原或固定CO2，合成细胞物质。
光反应的实质是叶绿素分子吸收光量子，在被激活后释放出电子，电子在电子传递系统中传递并逐渐释放出能量，这个过程又称作光合磷酸化。光合磷酸化和氧化磷酸化一样都
是通过电子传递系统产生A TP。
①光合细菌→环式光合磷酸化
②绿硫细菌的非环式光合磷酸化
③嗜盐细菌的光合磷酸化：一种只有嗜盐菌才有的，无叶绿素或细菌叶绿素参与的独特的光合作用。
是目前所知的最简单的光合磷酸化。嗜盐细菌紫膜上的细菌视紫红质吸收光能后，在膜内外建立
质子浓度差。
8．CO2的固定。将空气中的CO2同化、、成细胞质的过程，称为CO2：的固定作用。
CO2是自养微生物的惟一碳源，异养微生物也能利用CO2作为辅助的碳源。微生物有两种同化CO2，的方式。自养式：CO2加在一个特殊的受体上，经过循环反应，使之合成糖并重新生成该受体；异养式：主要是CO2被固定在某种有机酸上(TCA循环中间产物)，此外，在脂肪酸及核苷酸的合成中，也有固定CO2的反应。
自养微生物同化CO2需要大量能量，能量来自于光能或无机物氧化所得的化学能，固定CO2的途径主要有以下3条：
(1)卡尔文循环途径。又称还原戊糖磷酸循环，或核酮糖二磷酸途径。存在于绿色植物、藻类、蓝细菌和几乎所有的自养型微生物，包括光能自养和化能自养微生物中，核酮糖二磷酸羧化酶和磷酸核酮糖激酶是这条途径的特有酶。卡尔文循环可分为3个阶段：
①CO2的固定(羧化反应)。
②被固定CO2的还原(还原反应)。
③CO2受体的再生。
(2)还原性三羧酸循环途径。存在于一些古生菌(热变形菌属、硫化叶菌属)以及绿菌属和脱硫菌属中。CO2的固定通过逆向的三羧酸循环途径进行(图5—8)，多数酶与正向三羧酸
循环途径相同，只有依赖于A TP的柠檬酸裂合酶是个例外，催化正向三羧酸循环途径的此步酶是柠檬酸合酶。
(3）乙酰辅酶A途径。非循环式CO2的固定机制存在于甲烷产生菌、硫酸还原菌和在发酵过程中将CO2转变为乙酸的细菌(产乙酸细菌)中(图5—9)。
9．肽聚糖的合成。Staphylococcos aureus肽聚糖合成的3个阶段如图5—10所示。
(1)细胞质中的合成。
①葡萄糖→N-乙酰葡糖胺-UDP(G-UDP)→N-乙酰胞壁酸-UDP(M-UDP)
②M-UDP→"Park"核苷酸，即UDP—N—乙酰胞壁酸五肽
(2)细胞膜中的合成。“Park”核苷酸肽聚糖单体分子。
(3)细胞膜外的合成。青霉素抑制转肽酵。青霉素是肽聚糖单体五肽尾末端的D—丙氨酸—D—丙氨酸的结构类似物，两者竞争转肽酶的活力中心。
10．生物固氮。空气中79％的N2，只有一部分微生物可以直接利用作为N源。微生物将N2还原为NH3的过程称为生物固氮。
(1)固氮微生物和固氮体系。共生固氮系→共生固氮微生物
自生固氮系→自生固氮微生物
联合固氮系→自生固氮微生物
①共生固氮体系。
a．根瘤菌(Rhizobium)与豆科植物共生；
b．弗兰克氏菌(Frankia)与非豆科树木共生；
c.蓝细菌(cyanobacteria)与某些植物共生；
d.蓝细菌与某些真菌共生。
②自生固氮体系。
a．好氧自生固氮M(Azotobacter，Azotomonas，etc)；
b．厌氧自生固氮M(Clostrldium)；
c．兼性厌氧自生固氮M(Bacillus，Klebsiella，etc)；
d．大多数光合M(蓝细菌，光合细菌)。
③联合固氮体系。不生成共生固氮特殊结构，有较强的寄主专一性雀稗固氮菌(Azotobacteraspali)与雀稗根系形成联合。
(2)固氮机制。
固氮反应的必要条件：A TP，e—、H+及其载体，固氮酶；N2，Mg2+厌氧环境。
①固氮酶包括两种组分。组分I(P1)：真正的固氮酶，又称钼铁蛋白(MoFe)，由4个亚基组成。组分Ⅱ(P2)：实际上是一种固氮酶还原酶，又称铁蛋白(Fe)，由两个亚基组成。
a.P1、P2单独存在时，都没有活性，只有形成复合体后才有固氮酶活性；
b.不同来源的P1、P2具有互补作用，说明不同来源的固氮酶其结构与功能是基本相同的；
c．对氧气敏感，不可逆失活，P2比P1更敏感。P2在空气中暴露45s，即丧失一半活性；PI在空气中的半衰期也只有10min。不同来源的固氮酶对氧有不同的敏感性。
②好氧性固氮菌其固氮酶的抗氧机制。
a.呼吸保护作用：强的呼吸作用迅速消耗固氮部分周围的氧气；
b．构象保护：构象改变，使得氧气敏感部位隐藏起来；
c．膜的分隔作用：蓝细菌的异形胞。
11．次级代谢与次级代谢产物。微生物细胞从外界吸收营养物质，通过分解和合成代谢，生成维持生命活动所必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。相对于初级代谢而言，一般认为，微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物自身生命活动无明确生理功能的物质的过程，称为次级代谢。这一过程形成的产物，即为次级代谢产物。次级代谢产物大多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、毒素、色素及维生素等多种类别。
次级代谢有以下特点：
(1)次级代谢的生理意义不像初级代谢那样明确，次级代谢途径某个环节发生障碍，致使不能合成某个次级代谢产物，而不影响菌体的生长繁殖。某些次级代谢产物对于产生微生物具有特殊的意义，如与阳离子吸收有关的sideramines(铁色素ferrichrome和ferrioxamines)，某些化合物在生物竞争中可以抑制其他的生物，还有的与孢于的启动形成有关。
(2)次级代谢与初级代谢关系密切，初级代谢的关键性中间产物往往是次级代谢的前体。
比如糖酵解过程中的乙酰辅酶A是合成四环素、红霉素的前体。
(3)次缎代谢一般发生在菌体指数生长后期或稳定期，也会受到环境条件的影响。
(4)次级代谢产物的合成，因菌株不同而异，但与分类地位无关，两种完全不同来源的微生物可以产生同一种次级代谢产物。
(5)质粒与次级代谢的关系密切，控制着多种抗生素的合成。
(6)次级代谢产物通常都是限定在某些特定微生物中生成，因此与现代发酵产业密切相关。
(7)次级代谢产物的合成通常被细胞严密控制，有些调控机制和次级代谢一样，包括细胞的腺苷酸能值EC和碳代谢阻遏。支持细胞大量生长的碳源，可能会变成阻遏物，例如：葡萄糖抑制某些抗生素包括青霉素和氯霉素的产生。除此之外，其他的次级代谢产物的调控机制如下：
①非核糖体肽合成。一般地，蛋白质合成包括基因转录成mRNA，然后被核糖体翻译成多肽，但是，几种小肽(如一些抗生素)的合成通过一种改变的机制，独立于mRNA和核糖体，肽的合成通过肽合成酵催化进行，有时称为抗生素合成酶系，在菌体生长的指数期之后开始合成。这些酶胜过mRNA，作为模板进行肽的合成。例如：芽孢菌(Bacillusbrevis)产生的抗生素短杆菌肽s，是两个五肽二聚物组成，每一个二聚物由4种活性氨基酸(氨酰基衍生物)组成，另外一种氨基酸是L—苯基丙氨酸，被短杆菌肽合成酶Ⅱ活化后变成D型后，转移给短杆菌肽合成酶I，和其他活性氨基酸连接组成五肽，两个五肽二聚体结合形成有活性的环状短杆菌肽s分子。
相似的肽合成酶在抗真菌化合物合成中也有发现，如白菌素(echinoeandin)是曲霉菌(Aspergillus nidulans)产生的一种环状脂肽，环孢霉素(cyclosporin)是Tolypocladium infiatum 产生的一种十一肽。环孢霉素合成酶是一种高相对分子质量的单链多肽，相对分子质量为1．7x106。
①自动调整。链霉菌产生的一种小分子“A因子”，类似于激素这样的自动调节化合物。可以刺激次级代谢产物的合成。“A因子”控制链霉素的生物合成、链霉素抗性和孢子形成，其有效影响的浓度是1 xl0-9moL/L 、
③终端产物调节。和初级代谢一样，某些次级代谢的终端产物具有反馈抑制作用。如抗生素氯霉素抑制氯霉素合成途径中的酰基胺合成酶。
①诱导作用。有几种抗生素的产生可以被加在发酵培养基中的诱导物诱导产生，很多的诱导物是初级代谢产物，如甲硫氨酸诱导Acremonium chrysogenum产生头孢菌素；Claviceps purpurea指数生长期的培养基中加入L—色氨酸或其类似物，会诱导麦角碱的合成。
⑤氮和磷调节。易代谢氮源，如氨，对青霉素的产生有抑制作用。其他抗生素，如杀念珠菌素、链霉素、四环素的产生可以被大于10mmoL/L的磷酸盐抑制。Immol／L的磷酸盐浓度对于抗生素的产生没有抑制作用，这个现象可能与细胞能值EC的变化直接受磷酸盐变化的影响有关，高的磷酸盐浓度增加A TP的形成，提高了细胞的能值EC。某些情况下，A TP 可以看作是次级代谢产物中，生物合成相关主要酶类合成的辅助阻遏物。
12，微生物的代谢调节。生物体中的各种代谢都是由酶驱动的，酶有两种功能：生物催化剂，催化各种反应；调节和控制代谢的速度、方向和途径。活的细胞中，代谢过程可以随着环境条件的改变而变化，调节表现在两种方式：一种非常迅速的机制，在几秒或几分钟内，通过改变单个酶分子催化的活性而实现；另外一种比较慢的机制，在几个小时或者几天内，通过改变酶合成的比率，增加或减少酶分子数量而实现。
(1)酶活性调节。酶活性调节是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率，这种调节方式可以使微生物细胞对环境变化作出迅速、及时地反应。这是微生物在饥饿情况下的一种经济调节方式，可通过改变代谢途径中一个或几个酶的活性
影响代谢途径中各中间化合物的流量。
以图5—11表示的分支代谢途径来说明几种酶活性的反馈抑制原理。
①顺序反馈抑制(sequential feedback inhibition)。催化第一步反应只有一种酶a，其产物抑制体现在中间产物c，而不是终端产物。酶d的产物抑制体现在产物P；酶8的产物抑制体现在产物J，它们的抑制方式一样，都是产物对分支途径的第一种酶的抑制。产物c累积后，就会导致对酶a的抑制。
②协同反馈抑制(concerted feedbaek inhibition)。酶a有两个变构结合位点，每一个位点对应一个终端产物，只有一个终端产物结合在变构位点上时，酶的活性不受影响，当两个终端产物都结合在变构位点时，酶就被抑制。
③同工酶(isofunctional enzyme)。细胞合成了两种酶a和a’，同时催化反应A，两种同工酶分别被特异性的终端产物抑制。同工酶a和a’被认为是和后面的分支途径的第一个酶d和g物理偶联的，例如a和d偶联，a’和g偶联。产物J的积累，将会造成酶a’的产物抑制，随后立即发生酶g的减少，结果是反应向获得产物F的方向进行。
④组合激活和抑制(combined actlvation and inhibition)。某些情况下，一个生物合成中间体进入两个完全独立的代谢途径。如氨基甲酰磷酸盐是精氨酸和嘧啶生物合成的中间代谢产物，氨基甲酰磷酸盐合成酶被尿嘧啶核苷单磷酸变构抑制，被鸟氨酸变构激活。
(2)酶合成调节。酶合成阻遏(repression of enzyme synthesis)：DNA分子上每一个操纵元都产生一个阻遏蛋白，在合成过程中，阻遏蛋白不能结合在操纵于部位上，然而，辅阻遏物可以与阻遏蛋白结合，改变了阻遇蛋白的构象，使之可以与操纵子部位结合。这样mRNA 的合成终止，蛋白质合成不能发生。
酶合成诱导(induction of enzyme synthesis)：调节基因产生的阻遏蛋白可以与操纵元上的操纵子部位结合，因此关闭了mRNA的转录，阻止了蛋白质的合成。当培养基中加入诱导物时，诱导物与阻遏蛋白结合，阻止了阻遏蛋白与操纵子部位的结合，操纵子开放，基因转录发生。必须强调的是，不是细胞中所有的酶都可以发生阻遏或诱导，大量的酶蛋白在没有底物时也在不断地产生，这些酶称为组成型酶。
酶的代谢物阻遏(enzyme catabolite repression)是另外一种阻遏方式。在生物体同时利用两种或两种以上的能源，其中一种能源可以非常容易地被代谢，当这种能源耗尽时，酶阻遏即被解除。又被称为碳代谢阻遏(carbon catabolite repression)。其机制包括降解物激活蛋白(CAP)或cAMP受体蛋白(CRP)和cAMP。代谢阻遏在生长曲线测定时，称为二次生长(diauxle growth)(图，5—12)。
当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时，优先利用葡萄糖，当葡萄糖耗尽后，细菌经过一段停滞期，不久在乳糖的诱导下β—半乳糖苷酶开始合成，细菌开始利用乳糖。分解葡萄糖的酶是组成型酶，葡萄糖分解产物抑制腺苷酸环化酶活性，并活化磷酸二酯酶，因而降低了cAMP的浓度，使得乳糖分解代谢的基因不能转录。调节基因的产物是CAP，它与cAMP结合后活化，结合在乳糖操纵元的启动子部位，促进转录的进行。
13．微生物代谢调节在工业发酵中的应用。为了大量积累某种代谢产物，就必须打破微生物细胞原有的平衡状态，这就需要对细胞的代谢途径进行功利性修饰。现代发酵工业通过以代谢控制发酵理论为指导，应用基因突变如营养缺陷突变株、反馈调节突变株、细胞膜透性突变株来改造微生物的调节系统，实现代谢调控的人工控制。
第五章微生物代谢试题 一．选择题： https://www.doczj.com/doc/8f8669413.html,ctobacillus是靠__________ 产能 A. 发酵 B. 呼吸 C. 光合作用 答:( ) 50781.50781.Anabaena是靠__________ 产能. A. 光合作用 B. 发酵 C. 呼吸 答:( ) 50782.50782.________是合成核酸的主体物。 A. 5----D 核糖 B. 5----D 木酮糖 C. 5----D 甘油醛 答:( ) 50783.50783.ATP 含有： A. 一个高能磷酸键 B. 二个高能磷酸键 C. 三个高能磷酸键 答:( ) 50784.50784.自然界中的大多数微生物是靠_________ 产能。 A. 发酵 B. 呼吸 C. 光合磷酸化 答:( ) 50785.50785.酶是一种__________ 的蛋白质 A. 多功能 B. 有催化活性 C. 结构复杂 答:( ) 50786.50786.在原核微生物细胞中单糖主要靠__________ 途径降解生成丙酮酸。 A. EMP B. HMP C. ED 答:( ) 50787.50787.参与脂肪酸生物合成的高能化合物是__________。 A.乙酰CoA B. GTP C. UTP 答:( ) 50788.50788.Pseudomonas是靠__________ 产能。 A. 光合磷酸化 B. 发酵 C. 呼吸 答:( ) 50789.50789.在下列微生物中__________ 能进行产氧的光合作用。 A. 链霉菌 B. 蓝细菌 C. 紫硫细菌 答: ( ) 50790.50790.合成环式氨基酸所需的赤藓糖来自__________。
高中生物竞赛 辅导讲义 第五章微生物的营养和培养基 营养（或营养作用，nutrition）是指生物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。所以，营养为一切生命活动提供了必需的物质基础，它是一切生命活动的起点。有了营养，才可以进一步进行代谢、生长和繁殖，并可能为人们提供种种有益的代谢产物。 营养物（或营养，nutrient）则指具有营养功能的物质，在微生物学中，常常还包括光能这种非物质形式的能源在内。微生物的营养物可为它们正常生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质和良好的生理环境。 熟悉微生物的营养知识，是研究和利用微生物的必要基础，有了营养理论，就能更自觉和有目的地选用或设计符合微生物生理要求或有利于生产实践应用的培养基。 第一节微生物的六种营养要素 微生物的培养基配方犹如人们的菜谱，新的种类是层出不穷的。仅据1930年M．Levine等人在《培养基汇编》（ACompilationofCultureMedia）一书中收集的资料，就已达2500种。直至今天，其数目至少也有数万种。作为一个微生物学工作者，一定要在这浩如烟海的培养基配方中去寻找其中的要素亦即内在的本质，才能掌握微生物的营养规律。这正像人们努力探索宇宙的要素、物质的要素和色彩的要素等那样重要。
现在知道，不论从元素水平还是从营养要素的水平来看，微生物的营养与摄食型的动物（包括人类）和光合自养型的植物非常相似，它们之间存在着“营养上的统一性”（表5-1）。具体地说，微生物有六种营养要素，即碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。 一、碳源 凡能提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，称为碳源（carbonsource）。如把微生物作为一个整体来看，其可利用的碳源范围即碳源谱是极广的，这可从表5-2中看到。 从碳源谱的大类来看，有有机碳源与无机碳源两大类，凡必须利用有机碳源的微生物，就是为数众多的异养微生物，凡能利用无机碳源的微生物，则是自养微生物（见本章第二节）。表5-2中已把碳源在元素水平上归为七种类型，其中第五类的“C”是假设的，至少目前还未发现单纯的碳元素也可作为微生物的碳源。从另外六类来看，说明微生物能利用的碳源类型大大超过了动物界或植物界所能利用的碳化合物。因而有人认为，任何高明的有机化学家，只要他将其新合成的产品投放到自然界，在那里早就有相应的能破坏、利用它的微生物在等待着了。据报道，至今人类已发现的有机物已超过700万种，由此可见，微生物的碳源谱该是多么广！ 微生物的碳源谱虽然很广，但对异养微生物来说，其最适碳源则是“C ?H?D”型。其中，糖类是最广泛利用的碳源，其次是醇类、有机酸类和脂类等。在糖类中，单糖胜于双糖和多糖，已糖胜于戊糖，葡萄糖、果糖胜于甘露糖、半乳糖；在多糖中，淀粉明显地优于纤维素或几丁质等纯多糖，纯多糖则优于琼脂等杂多糖和其他聚合物（如木质素）。
（生物科技行业）第五章微 生物的代谢
第五章微生物的代谢 一、代谢的概念 1、代谢是细胞内发生的所有化学反应的总称，包括分解代谢和合成代谢，分解代谢产生能量，合成代谢消耗能量。 2、生物氧化：生物体内发生的壹切氧化仍原反应。在生物氧化过程中释放的能量可被微生物直接利用，也可通过能量转换储存在高能化合物（如ATP）中，以便逐步被利用，仍有部分能量以热的形式被释放到环境中。生物氧化的功能为：产能（ATP）、产仍原力[H]和产小分子中间代谢物。 3、异养微生物利用有机物，自养微生物则利用无机物，通过生物氧化来进行产能代谢。 二、异养微生物产能代谢 发酵 生物氧化有氧呼吸 呼吸无氧呼吸 1、发酵：有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量且产生各种不同的代谢产物。 发酵过程中有机化合物只是部分地被氧化，因此，只释放出壹小部分的能量。发酵过程的氧化是和有机物的仍原相偶联。被仍原的有机物来自于初始发酵的分解代谢，即不需要外界提供电子受体。 发酵的种类有很多，可发酵的底物有碳水化合物、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解（glycolysis）。糖酵解是发酵的基础，主要有四种途径：EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。主要发酵类型
（1）酵母菌乙醇发酵的三种类型 壹型发酵： GlucosePyrAlcohol 二型发酵：当环境中存在NaHSO4，和乙醛结合，而不能受氢，不能形成乙醇。 磷酸二羟丙酮a-磷酸甘油甘油 三型发酵：在碱性条件下，乙醛发生歧化反应 产物：乙醇、乙酸和甘油。 （2）乳酸发酵 同型乳酸发酵（EMP途径）： 葡萄糖丙酮酸乳酸 异型乳酸发酵（PK或HK途径，肠膜状明串珠菌） 葡萄糖乳酸+乙酸或乙醇（HK途径） 戊糖乳酸+乙酸（PK途径） 俩歧双歧途径（PK+HK途径，俩歧双歧途杆菌） 葡萄糖乳酸+乙酸（Hk和PK途径） （3）氨基酸发酵产能（Stickland反应） 在少数厌氧梭菌如Clostridiumsporogenes,能利用壹些氨基酸同时当作碳源、氮源和能源，其机制是通过部分氨基酸的氧化和另壹些氨基酸的仍原向偶联，这种以壹种氨基酸做氢供体和以另壹种氨基酸做氢受体而发生的产能的独特发酵类型，称为Stickland反应。作为氢供体的氨基酸：Ala;Leu,Ile,Val,Phe,Ser,His,trp 作为氢受体的氨基酸：Gly,Pro,Ori,OH-Pro,Arg,trp.
第五章微生物代谢 选择题（每题1分，共25题，25分） 1.下列光合作用微生物中进行的是非环式光合磷酸化作用的是（ C ）正确 A.甲藻 B.绿硫细菌 C.蓝细菌 D.嗜盐细菌 2.化能自养微生物的能量来源于（ B ）正确 A.有机物 B.还原态无机化合物 C.氧化态无机化合物 D.日光 3.下列葡萄糖生成丙酮酸的糖酵解途径中，（ A ）是最普遍的、存在于大多数生物体内的一条主流代谢途径。正确 A. EMP途径 B. HEP途径 C. ED途径 D. WD途径 4.下列葡萄糖生成丙酮酸的糖酵解途径中，（ C ）是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的。正确 A. EMP途径 B. HEP途径 C. ED途径 D.WD途径 5.硝化细菌是（ A ）错误正确答案：B A.化能自养菌，氧化氨生成亚硝酸获得能量 B.化能自养菌，氧化亚硝酸生成硝酸获得能量 C.化能异养菌，以硝酸盐为最终的电子受体 D.化能异养菌，以亚硝酸盐为最终的电子受体 6.根瘤菌属于（ A ）正确 A.共生固氮菌 B.自生固氮菌 C.内生菌根 D.外生菌根 7.两歧双歧杆菌进行的是（ C ）正确 A.乙醇发酵 B.同型乳酸发酵 C.异型乳酸发酵
— D. 2，3丁二醇发酵 8.对于青霉菌，每摩尔葡萄糖通EMP和TCA循环彻底氧化共产生（ B ）摩尔ATP。正确 A.34 B.36 C.38 D.39 9.下列哪项不属于固氮生物（ D ）正确 A．根瘤菌 B．圆褐固氮菌 C．某些蓝藻 D．豆科植物 10.在生物固氮过程中，最终电子受体是（ A ）正确 A．N2和乙炔 B．NH3 C．乙烯 D．NADP＋ 根瘤菌的新陈代谢类型属于（C） A．自养需氧型 B．自养厌氧型 C．异养需氧型 D．异养厌氧型 11.下列各项中与根瘤菌固氮过程无关的是（ C ）正确 A．还原力[H] B．ATP C．NO3- D．固氮酶 12.细菌群体生长的动态变化包括四个时期，其中细胞内大量积累代谢产物，特别是次级代谢产物的时期是（ C ）正确 A.迟缓期 B. 对数期 C. 稳定期 D.衰亡期 13.下列与微生物的代谢活动异常旺盛无关的原因是（ D ）错误正确答案：B A．表面积与体积比大 B．表面积大 C．对物质的转化利用快 D．数量多 14.下列关于初级代谢产物和次级代谢产物的比较中正确的是（ A ）正确
第五章微生物能量代谢 一、选择题(只选一项，将选项的的字母填在括号内) 1．下列哪种微生物能分解纤维素？( B ) A金黄色葡萄球菌B青霉C大肠杆菌D枯草杆菌 2．下列哪种产能方式其氧化基质、最终电子受体及最终产物都是有机物?( A ) A发酵B有氧呼吸C无氧呼吸D光合磷酸化 3．硝化细菌的产能方式是( D ) A发酵B有氧呼吸C无氧呼吸D无机物氧化 4．微生物在发酵过程中电子的最终受体是(A) A有机物B有机氧化物C无机氧化物D．分子氧 5．乳酸发酵过程中电子最终受体是( B ) A乙醛B丙酮 C O2 D NO3ˉ 6．硝酸盐还原菌在厌氧条件下同时又有硝酸盐存在时，其产能的主要方式是( C ) A发酵B有氧呼吸C无氧呼吸D无机物氧化 7．下列哪些不是培养固氮菌所需要的条件?( A ) A培养基中含有丰富的氮源B厌氧条件C提供A TP D提供［H］ 8．目前认为具有固氮作用的微生物都是( D ) A真菌B蓝细菌C厌氧菌D原核生物 9．代谢中如发生还原反应时，( C )。 A从底物分子丢失电子B通常获得大量的能量 C 电子加到底物分子上D底物分子被氧化 10．当进行糖酵解化学反应时，( D )。 (a)糖类转变为蛋白质 (b)酶不起作用 (c)从二氧化碳分子产生糖类分子 (d)从一个单个葡萄糖分子产生两个丙酮酸分子 11．微生物中从糖酵解途径获得( A )ATP分子。 (a)2个 (b)4个 (c)36个 (d)38个 12．下面的叙述( A )可应用于发酵。 (a)在无氧条件下发生发酵 (b)发酵过程发生时需要DNA (c)发酵的一个产物是淀粉分子 (d)发酵可在大多数微生物细胞中发生 13．进入三羧酸循环进一步代谢的化学底物是( C )。 (a)乙醇 (b)丙酮酸 (c)乙酰CoA (d)三磷酸腺苷 14．下面所有特征适合于三羧酸循环，除了( D )之外。 分子以废物释放 (b)循环时形成柠檬酸 (a)C0 2 (c)所有的反应都要酶催化 (d)反应导致葡苟糖合成 15．电子传递链中( A )。 (a)氧用作末端受体 (b)细胞色素分子不参加电子转移 (c)转移的一个可能结果是发酵 (d)电子转移的电子来源是NADH 16．化学渗透假说解释( C )。 (a)氨基酸转变为糖类分子 (b)糖酵解过程淀粉分子分解为葡萄糖分子 (c)捕获的能量在ATP分子中 (d)用光作为能源合成葡萄糖分子 17．当一个NADH分子被代谢和它的电子通过电子传递链传递时，( C )。 (a)形成六个氨基酸分子 (b)产生一个单个葡萄糖分子 (c)合成三个ATP分子 (d)形成一个甘油三酯和两个甘油二酯 18．己糖单磷酸支路和ED途径是进行( C )替换的一个机制。
第5章微生物代谢习题 填空题 1．代谢是细胞内发生的全部生化反应的总称，主要是由______和______两个过程组成。微生物的分解代谢是指______在细胞内降解成______，并______能量的过程；合成代谢是指利用______在细胞内合成______，并______能量的过程。2．生态系统中，______微生物通过______能直接吸收光能并同化C02，______微生物分解有机化合物，通过______产生CO2。 3. 微生物的4种糖酵解途径中，______是存在于大多数生物体内的一条主流代谢途径；______是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有；______是产生4碳、5碳等中间产物，为生物合成提供多种前体物质的途径。 4. ______和______的乙醇发酵是指葡萄糖经______途径分解为丙酮酸后，进一步形成乙醛，乙醛还原生成乙醇；______的乙醇发酵是利用ED途径分解葡萄糖为丙酮酸，量后生成乙醇。 5．同型乳酸发酵是指葡萄糖经______途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下被NADH还原为乳酸。异型乳酸发酵经______、______和______途径分解葡萄糖，代谢终产物除乳酸外，还有______。 6．微生物在糖酵解生成丙酮酸基础上进行的其他种类的发酵有丁二醇发酵、混合酸发酵、______发酵和______发酵等。丁二醇发酵的主要产物是______，______发酵的主要产物是乳酸、乙酸、甲酸、乙醇。 7，产能代谢中，微生物通过______磷酸化和______磷酸化将某种物质氧化而释放的能量储存在ATP等高能分子中；光合微生物则通过______磷酸化将光能转变成为化学能储存在ATP中。______磷酸化既存在于发酵过程中，也存在于呼吸作用过程中。 8．呼吸作用与发酵作用的根本区别是呼吸作用中电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给 ______系统，逐步释放出能量后再交给______。 9．巴斯德效应是发生在很多微生物中的现象，当微生物从转换到下，糖代谢速率______，这是因为______比发酵作用更加有效地获得能量。 10．无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是外源电子受体，像N03-、NO2-；、SO42-、s2o3-、CO2：等无机化合物，或______等有机化合物。 11．化能自养微生物氧化______而获得能量和还原力。能量的产生是通过______磷酸化形式，电子受体通常是O2。电子供体是______、______、______和______还原力的获得是逆呼吸链的方向进行传递，______—能量。 12．光合作用是指将光能转变成化学能并固定C02的过程。光合作用的过程可分成两部分：在______中光能被捕获并被转变成化学能，然后在______中还原或固定C02合成细胞物质。 13微生物有两种同化C02的方式：______和______。自养微生物固定C02的途径主要有3条：卡尔文循环途径，可分为______、______和______3个阶段；还原性三羧酸途径，通过逆向的三羧酸循环途径进行，多数酵与正向三羧酸循环途径相同，只有依赖于ATP的______是个例外；乙酰辅酶A途径，存在于甲烷产生菌、硫酸还原苗和在发酵过程中将C02转变乙酸的细菌中，非循环式CO2固定的产物是______和______。 14．Staphylococcus aureus肽聚糖合成分为3个阶段：细胞质中合成的______，在细胞膜中进一步合成______，然后在细胞膜外壁引物存在下合成肽聚糖。青霉素在细胞膜外抑制______的活性从而抑制肽聚糖的合成。 15．微生物将空气中的N2：还原为NH3的过程称为______。该过程中根据微生物和其他生物之间相互的关系，固氮体系可以分为______、______和______3种。 16.固氮酶包括两种组分：组分I(P1)是______，是一种______，由4个亚基组成；组分Ⅱ(P2)是一种______，是一种______，由两个亚基组成。P1、P2单独存在时，都没有活性，只有形成复合体后才有固氮酶活性。 17.次级代谢是微生物生长至______或______，以______为前体，合成一些对微生物自身生命活动无明确生理功能的物质的过程。次级代谢产物大多是分子结构比较复杂的化合物如______’______、______、______、______及______等多种类别。 18．酶的代谢调节表现在两种方式：______是一种非常迅速的机制，发生在酶蛋白分子水平上；______是一种比较慢的机制，发生在基因水平上。 19．分支代谢途径中酶活性的反馈抑制可以有不同的方式，常见的方式是______、______、______、______等。______ 20. 细菌的二次生长现象是指当细苗在含有葡萄糖和乳糖的培养摹中生长时，优先利用 ______，当其耗尽后，细菌经过一段停滞期，不久在______的诱导下开始合成______，细菌开始利用______。该碳代谢阻遏机制包括______和______的相互作用。 选择题（4个答案选1） 1．化能自养微生物的能量来源于( )。 (1)有机物 (2)还原态无机化合物 (3)氧化态无机化合物 (4)日光 2．下列葡萄糖生成丙酮酸的糖酵解途径中，( )是最普遍的、存在于大多数生物体内的一条主流代谢途径。 (1)EMP途径 (2)HMP途径 (3)ED途径 (4)WD途径 3．下列葡萄糖生成丙酮酸的糖酵解途径中，( )是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，产能效率低，为微生物所特有。 (1)EMP途径 (2)HMP途径 (3)ED途径 (4)WD途径 4．酵母菌和运动发酵单胞菌乙醇发酵的区别是( )。 (1)糖酵解途径不同 (2)发酵底物不同 (3)丙酮酸生成乙醛的机制不同 (4)乙醛生成乙醇的机制不同
第五章微生物与发酵工程测试题附答案 班级姓名得分 一、选择题（每题1.5分，共60分） 1.细菌的遗传物质位于() A．核区和线粒体中；B．核区中；C．核区、质粒和线粒体中；D．核区和质粒中。 2.下列有关细菌繁殖的叙述，正确的是（） A.细菌通过有丝分裂进行分裂生殖 B.分裂生殖时DNA随机分配 C.分裂生殖时细胞质平均分配 D.分裂生殖时DNA复制后平均分配 3.关于病毒增殖的叙述中正确的是（） A.病毒侵入宿主细胞后，合成一种蛋白质 B.病毒的繁殖只在宿主的活细胞中进行 C.病毒繁殖时以核衣壳为单位进行 D.在普通培养基上能培养病毒 4.细菌繁殖中不可能发生的是（） A.有丝分裂 B.DNA复制 C.细胞壁形成 D.蛋白质合成 5.关于生长因子，下列说法不正确的是（）
A.是微生物生长不可缺少的微量有机物 B.是微生物生长不可缺少的微量矿质元素 C.主要包括维生素、氨基酸和碱基 D.一般是酶和核酸的组成成分 6.有关微生物营养物质的叙述中，正确的是（） A.是碳源的物质不可能同时是氮源 B.凡碳源都提供能量 C.除水以外的无机物只提供无机盐 D.无机氮源也能提供能量 7.四瓶失去标签的无色透明的液体各装有：大肠杆菌超标的自来水；丙球蛋白（一种抗体）溶液；溶解了DNA分子的NaCl溶液；葡萄糖溶液。依次利用下列哪组物质可以鉴别出来（） ①伊红—美蓝培养基②双缩尿试剂③苏丹Ⅲ④二苯胺⑤班氏试剂⑥斐林试剂⑦碘液 A．②③④⑤B．①③④⑥C．①②③⑦D．①②④⑦ 8.下面对菌落的表述不正确的是（） A.肉眼可见的菌落一般是由许多细菌大量繁殖而成的 B.霉菌等在面包上生长形成的不同颜色的斑块即为菌落 C.噬菌体能使固体培养基上的细菌裂从而使菌落变得透明 D.细菌、放线菌和真菌在培养基上形成的菌落形态不同 9.与下列几种微生物有关的叙述中正确的是（） ①酵母菌②乳酸菌③硝化细菌④蓝藻⑤烟草花叶病毒⑥根瘤菌
第五章微生物的新陈代谢微生物从外界环境中摄取营养物质，在体内经过一系列的化学反应，转变为自身细胞物质，以维持其正常生长和繁殖，这一过程即新陈代谢，简称代谢，包括合成代谢和分解代谢。 分解代谢酶系 复杂分子简单分子+ ATP + ［H］ （有机物）合成代谢酶系 微生物代谢特点有两点1、代谢旺盛（强度高转化能力强）2、代谢类型多。 第一节微生物的能量代谢 一、化能异养微生物的生物氧化和产能 生物氧化的形式：某物质与氧结合、脱氢、失去电子。 生物氧化的过程：脱氢（或电子）、递氢（或电子）、受氢（或电子）。 生物氧化的功能：产能（ATP）、产还原力［H］、产小分子之间代谢物。 生物氧化的类型|呼吸、无氧呼吸、发酵。
（一）底物脱氢的四条途径 以葡萄糖作为生物氧化的典型底物，在生物氧化的脱氢阶段中，可通过四条途径完成其脱氢反应，并伴随还原力［H］和能量的产生。 1、EMP途径（糖酵解途径、己糖二磷酸途径） （1）EMP途径的主要反应 （1.3-二磷酸甘油酸） EMP途径的总反应: C6H12O6 + 2NAD++ 2ADP + 2Pi 2CH3COCOOH+ 2NADH
+2H+ + 2ATP + 2H20 （2）EMP终产物的去向： 1）有氧条件：2NADH+H+经呼吸链的氧化磷酸化反应产生6ATP； 2）无氧条件：
①丙酮酸还原成乳酸； ②酵母菌（酿酒酵母）的酒精发酵：丙酮酸脱羧为乙醛，乙醛还原为乙醇。 （3）EMP途径在微生物生命活动中的重要意义 ①供应ATP形式的能量和还原力（NADH2）； ②是连接其他几个重要代谢的桥梁（TCA、HMP、ED 途径） ③为生物合成提供多种中间代谢物； ④通过逆向反应可进行多糖合成。 （4）生产实践意义 与乙醇、乳酸、甘油、丙酮、丁醇等的发酵产生关系密切。 2、HMP途径（戊糖磷酸途径、磷酸葡萄糖酸途径、WD途径） 葡萄糖不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，并产生大量NADPH+H+形式的还原力及多种重要中间代谢产物。 （1）HMP途径的主要反应
第五章微生物的代谢 一、填空题 1、酵母菌进行乙醇发酵时,将葡萄糖经________途径产生丙酮酸,由丙酮酸生成的乙醛被_______成乙醇。 2、代谢是细胞内发生的全部生化反应的总称，主要是由和两个过程组成。微生物的分解代谢是指在细胞内降解成，并能量的过程；合成代谢是指利用在细胞内合成并能量的过程。 3、生态系统中，微生物通过能直接吸收光能并同化 CO 2，微生物分解有机化合物，通过产生CO 2 。 4、微生物的4种糖酵解途径中，是存在于大多数生物体内的一条主 流代谢途径；是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有；是产生4碳、5碳等中间产物，微生物合成提供多种前体物质的途径。 5、产能代谢中，微生物通过磷酸化和磷酸化将某种物质氧化而释放的能量储存在ATP等高能分子中；光合微生物则通过磷酸化将光能转变成为化学能储存在ATP中。磷酸化既存在于发酵过程中，也存在于呼吸作用过程中。 6、呼吸作用与发酵作用的根本区别是呼吸作用中电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给系统，逐步释放出能量后再交给。 7、微生物有两种同化CO 2的方式：和；自养微生物固定CO 2 的途径主要有3条：卡尔文循环途径，可分为、和 3个阶段。 二、选择题 1、化能自养微生物的能量来源于（） A、有机物 B、还原态无机化合物 C、氧化态无机化合物 D、日光 2、同型乳酸发酵中葡萄糖生成丙酮酸的途径是（） A、EMP途径 B、HMP途径 C、ED途径 D、WD途径 3、下列代谢方式中，能量获得做有效地方式是（）
A、发酵 B、有氧呼吸 C、无氧呼吸 D、化能自养 4、卡尔文循环途径中CO 2 固定（羧化反应）的受体是（） A、核酮糖-5-磷酸 B、核酮糖-1，5-二磷酸 C、3-磷酸甘油醛 D、3-磷酸甘油酸 5、下列那个描述不符合次级代谢及其产物（） A、次级代谢的生理意义不像初级代谢那样明确 B、次级代谢产物的合成不受细胞的严密控制 C、发生在指数生长后期和稳定期 D、质粒与次级代谢的关系密切 6、厌氧微生物进行呼吸吗？（） A、进行呼吸，但是不利用氧气 B、不进行呼吸，因为呼吸过程需要氧气 C、不进行呼吸，因为它们利用光合成作用生成所需ATP D、不进行呼吸，因为它们利用糖酵解作用产生所需ATP 7、碳水化合物是微生物重要的能源和碳源，通常（）被异养微生物优先利用。 A、甘露糖和蔗糖 B、葡萄糖和果糖 C、乳糖 D、半乳糖 8、硝化细菌是：（） A、化能自养菌，氧化氨生成亚硝酸获得能量 B、化能自养菌，氧化亚硝酸生成硝酸获得能量 C、化能异养菌，以硝酸盐为最终的电子受体 D、化能异养菌，以亚硝酸盐为最终的电子受体 三、判断题 1、微生物的能量除了贮藏在ATP中外，还可贮藏在GTP、CTP和Ac-CoA中。 2、有氧呼吸产生的能量比无氧呼吸多，非环式光合磷酸化产生的能量比环式光合磷酸化多。 3、在利用等量的葡萄糖时，接合单胞菌进行酒精发酵时产生的能量没有酵母菌进行酒精发酵时产生的能量多。 4、双歧杆菌进行异型乳酸发酵时的关键性酶是磷酸戊糖解酮酶。 5、硫酸盐还原菌在无氧条件下还原SO 42-→H 2 S时，只能通过电子传递链产生
第五章微生物的 代谢 第一节代谢概论 一、代谢（metabolism）的基本概念 分解代谢(catabolism) ：又称异化作用，指细胞将复杂大分子物质降解成简单的小分子物质，称为分解代谢。 合成代谢(anabolism) ：又称同化作用，细胞利用简单的小分子物质合成复杂的大分子物质（细胞物质）的作用。 微生物代谢都具有新陈代谢的三大特点： 温和条件下由酶催化进行的； 顺序性； 高度灵敏的自动调节。 根据微生物在代谢过程中产生的代谢产物在生物机体内的作用可分为： 初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。 次级代谢：某些生物为了避免在初级代谢过程某种中间产物积累所造成的不利作用而产生的一类有利于生存的代谢类型。通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产物。 初级代谢与次级代谢的关系，具体有以下几点： 存在范围及产物类型不同； 对产生者自身的重要性不同； 同微生物生长过程的关系明显不同； 对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同；
相关酶的专一性不同； 某些机体内存在的二种既有联系又有区别的代谢类型。 二、酶 （一）酶的一般性质：酶是一种具有催化活性的，蛋白质的有机催化剂。 酶具有以下特点： 酶催化效率高； 酶对催化的反应具有专一性； 酶是蛋白质。 （二）酶的结构 按酶的组成可以把酶分为两大类： 单成分酶：单一的酶蛋白组成，本身直接具有催化活性； 双成分酶：除酶蛋白主体外，还有非蛋白质的辅因子部分。 根据辅因子与酶蛋白结合能力的大小可分为两种类型： 辅基：与酶蛋白不以共价键相连接，很难将它们分离开的一种 成份。 辅酶：与酶蛋白不以共价键相连接，彼此结合很松弛而易分离开的成份。 激活剂：指金属离子，它们的存在使得酶分子或底物具有利于反应进行的稳定的空间构型。 （三）酶促反应机制 第二节微生物产能代谢 一切生命活动都是耗能反应，因此，能量代谢是一切生物代谢的核心问题。 一、生物氧化： 生物氧化就是发生在活细胞内的一切产能性氧化反应的总称在生物氧化过程中释放的能量可被微生物直接利用，也可通过能量转换储存在高能化合物（如ATP）中，以便逐步被利用，还有部分能量以热的形式被释放到环境中。 ATP作为细胞中能量转移中心的原因：细胞内几乎所有的生物化学反应都要酶催化和能量，但大多数酶只能用ATP起偶联作用；ATP所含的自由能在PH7.0时为－7.3千卡，这种分子比较稳定，又易引起反应。 二. 化能异养微生物的生物氧化
一．填空1．培养基应具备微生物生长所需要的六大营养要素是_碳源___、__氮源__、__能源__、___无机盐___、__生长因子__和???????????____水___。 2．碳源物对微生物的功能是__提供碳素来源__和__能量来源__，微生物可用的碳源物质主要有___糖类_、___有机酸_、__脂类_、__烃__、__ CO2及碳酸盐__等。 ３．微生物利用的氮源物质主要有_蛋白质_、_铵盐_、_硝酸盐__、_分子氮__、__酰胺_等，而常用的速效Ｎ源如__玉米粉__，它有利于___菌体生长___；迟效Ｎ源如__黄豆饼粉__、__花生饼粉_，它有利于___代谢产物的形成______。 ４．无机盐对微生物的生理功能是__作为酶活性中心的组成部分_、__维持生物大分子和细胞结构的稳定性_____ 、_调节并维持细胞的渗透压平衡__ 和_控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质等_。 ５．微生物的营养类型可分为__光能无机自养型__、__光能有机异养型__、_化能无机自养型和_化能有机异养型_。微生物类型的可变性有利于_提高微生物对环境条件变化的适应能力_。 ６．生长因子主要包括_维生素_、__氨基酸_和__嘌呤及嘧啶_，它们对微生物所起的作用是__作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢_、_维持微生物正常生长_、_为合成核柑、核苷酸和核酸提供原料__。 ７．在微生物研究和生长实践中，选用和设计培养基的最基本要求是__选择适宜的营养物质_、_营养物的浓度及配比合适_、_物理、化学条件适宜_、_经济节约_和__精心设计、试验比较_。 ８．液体培养基中加入CaCO３的目的通常是为了__调节培养基的pH值___。 ９．营养物质进入细胞的方式有__单纯扩散__、__促进扩散__、_主动运输__和___基团移位_，而金黄色葡萄球菌是通过___主动运输__方式运输乳糖，大肠杆菌又是通过_基团移位__方式运输嘌呤和嘧啶的。 10．影响营养物质进入细胞的主要因素是_营养物质本身__、__微生物所处的环境__和___微生物细胞的透过屏障___。 11．实验室常用的有机氮源有__蛋白胨__和__牛肉膏__等，无机氮源有__硫酸铵__和_硝酸钠等。为节约成本，工厂中常用___豆饼粉__等作为有机氮源。 12．培养基按用途分可分为基础培养基、增殖培养基、鉴别培养基和选择培养基四种类型。
微生物生理学第五章练习题 微生物的合成代谢 一、名词解释 回补途径 二、填空题 1.任何微生物进行生物合成都需要能量、还原力和小分子前体，三种成分合称生物 合成三要素。 2.自养微生物固定二氧化碳的途径有二磷酸核酮糖途径、还原性三羧酸循环途径、。 还原性乙酰CoA途径、3-羟基丙酸循环途径。 3.生物通过卡尔文循环固定二氧化碳的过程可分为三个阶段。即羧化阶段、还原阶 段和再生阶段， 4.生物能过卡尔文循环固定二氧化碳时以1，5一二酸核酮糖作为受体，在1，5 一二酸核酮糖羧化/加氧酶(Rubisco)催化下形成一个中间6碳化合物，随后水解为2个分子3-磷酸甘油酸。 5.微生物通过卡尔文循环每生成1分子葡萄糖，需固定6分子二氧化碳，消耗18 个ATP和12个NADPH 6.还原性乙酰CoA途径固定二氧化碳（CO2）时，微生物以H2作为电子供体，一 分子二氧化碳与四氧叶酸结合，生成一个甲基，一分子二氧化碳在一氧化碳脱氢酶的催化下生成CO，再与辅酶A作用在乙酰COA合成酶复合体作用下生成乙酰COA。 7微生物可通过乙醛酸循环和甘油酸途径回补三羧酸循环中消耗的中间代谢产物。8肽聚糖合成的关键物质：十一异戊烯磷酸糖基载体将MurNAc-五肽和GlcNAC从细胞质的合成部位通过细胞膜转移到细胞膜外的肽聚糖聚合位点。 9脂多糖(LPS)是革兰氏阳性细菌外膜的重要组成部分，从外到内依次为O-抗原、核心寡糖和类脂肪A。这三个组成部分是独立合成的，然后在内膜上连接而成，组装完成后再转移到外膜。 10固氮酶全酶由两个独立蛋白质构成，即固氮酶和固氮酶还原酶。又称双氮酶和双
氮酶还原酶。两种蛋白质都含有（Fe），其中固氮酶还含有钼。固氮酶中的铁和钼存在于钼辅助固子中称FeMo-Co 11肺炎克雷伯氏菌的固氮基因是通过nifLA操纵子进行调控的，在缺乏N源的情况下。NtrC蛋白激活nifLA操纵子的转录。 12豆科植物的结瘤作用是在位于根瘤菌中Sym质粒上的结瘤相关基因(nod基因)作用下启动的。 三、判断题 1ATP、GTP是一种生物体内的高能化合物，乙酰磷酸也是高能化合物。它们都可以为微生物进行合成代谢提供能量支持。 2微生物进行合成代谢时必须要有还原力，而还原力的主要是NADH和NADPH。3植物、蓝细菌、紫细菌和绿色细菌以及部分异养微生物都可以通过二磷酸核酮糖途径固定空气中的CO2。 4微生物在进行糖酵解时，用于1,3-二磷酸甘油醛还原的还原力是NADPH。而进行卡尔文循环固定CO2时。用于1,3-二磷酸甘油醛还原的还原力是NADH。(×) 5卡尔文循环中1,5-二磷酸核酮糖的再生是由2个分子的3-磷酸甘油醛，其中1分子异构为磷酸二羟丙酮，再合成1，6一二磷酸果糖(F-1，6-BP)再经一系列反应得到的。 6卡尔文循环中包括了EMP途径和HMP途径中的部分反应过程，也存在自身的一些关键酶系。 7泥生绿菌和嗜硫绿菌可通过还原性TCA循环固定CO2。 8异养型微生物固定CO2主要是弥补TCA循环中间产物的损失。 9当如E. coli、酵母，青霉菌等好氧微生物以乙酸作为底物时，会通过乙醛酸途径补充TCA循循环中草酰乙酸的损失。 10当微生物以甘氨酸，乙醇酸和草酸作为底物时，一般都是通过甘油酸途径补充TCA循环中的中间产物 11甲氧菌可以通过核酮糖磷酸途径和丝氨酸途径进碳同化作用。 12细菌中糖原的合成是以ADP葡萄糖作为糖基载体，而植物细胞合成淀粉是以UDP 葡萄糖为糖基载体。 13细菌进行细胞壁合成时，分别发生在细胞的不同部位，形成双糖肽单体时在细胞
第五章微生物的新陈代谢习题及答案 一、名词解释 1.生物氧化：发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。 2.P/O比：每消耗1mol氧原子所产生的ATPmol数，用来定量表示呼吸链氧化磷酸化效率的高低。 3.无氧呼吸：又称厌氧呼吸，指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。 4.延胡索酸呼吸：以延胡索酸作为末端的氢受体还原产生琥珀酸的无氧呼吸。 5.发酵：指在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交某一内源中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。 6.异型乳酸发酵：凡葡萄糖经发酵后除主要产生乳酸外，还产生乙醇、乙酸和CO2等多种产物的发酵，称异型乳酸发酵。 7.Stickland 反应：以一种氨基酸作底物脱氢（即氢供体），另一种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能的发酵类型，称为Stickland 反应。 8.循环式光合磷酸化：可在光能驱动下通过电子的循环式传递而完成磷酸化产能的反应，是一种存在于光合细菌中的原始光合作用机制。 9.非循环式光合磷酸化：电子循环途径属非循环式的光合磷酸化反应，是各种绿色植物、藻类和蓝细菌所共有的利用光能产生ATP的磷酸化反应。 10.生物固氮：是指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程。生物界中只有原核生物才具有固氮能力。 12.反硝化作用：又称硝酸盐呼吸。是指在无氧条件下，某些兼性厌氧微生物利用硝酸盐作为呼吸链的最终氢受体，把它还原成亚硝酸、NO、N2O直至N2的过程，称为异化性硝酸盐还原作用，又称硝酸盐呼吸或反硝化作用。 13.同型酒精发酵：丙酮酸经过脱羧生成乙醛，以乙醛为氢受体生成乙醇，若发酵产物中只有乙醇一种有机物分子称为同型酒精发酵。 14.次生代谢物：指某些微生物生长到稳定期前后，以结构简单、代谢途径明确、产量较大的初生代谢物作前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的各种结构复杂的化合物。 15.细菌酒精发酵:运动发酵单胞菌等微好氧菌经ED途径形成丙酮酸脱羧成乙醛，进一步被还原成乙醇，这种经ED途径发酵生产乙醇的方法称为细菌酒精发酵。 二、问答题 （一）试述HMP途径在微生物生命活动中的重要性。
4、试述EMP途经在微生物生命活动中得重要性。 答:EMP途经又称糖酵解途径或己糖二磷酸途径。就是多种微生物所具有得代谢途径。（1）供应ATP形式得能量与NADH2形式得还原力。 （2）就是连接其她几个重要代谢途径得桥梁,包括三磷酸循环(TCA)、HMP途径与ED 途径等。 （3）微生物合成提供多种中间代谢物。 （4）通过逆向反应可进行多糖合成。 5、试述HMP途经在微生物生命活动中得重要性。 答:(1)供应合成原料:为核酸、核苷酸、NAD(P)+、FAD(FMN)与CoA等生物合成提供戊糖-磷酸;途径中得赤藓糖-4-磷酸就是合成芳香族、杂环族氨基酸(苯丙氨酸、酪氨酸、 色氨酸与组氨酸)得原料。 (2)产还原力:产生大量NADPH2形式得还原力,不仅可供脂肪酸、固醇等生物合成之需,还 可供通过呼吸链产生大量能量之需。 (3)作为固定CO2得中介:就是光能自养微生物与化能自养微生物固定CO2得重要中介 (HMP途径中得核酮糖-5-磷酸在羧化酶得催化下可固定CO2并形成核酮糖-1,5-二 磷酸)。 (4)扩大碳源利用范围:为微生物利用C3~C7多种碳源提供了必要得代谢途径。 (5)连接EMP途径:通过与EMP途径得连接(在果糖-1,6-二磷酸与甘油醛-3-磷酸处),可为 生物合成提供更多得戊糖。 6、试述TAC循环在微生物产能与发酵生产中得重要性。 答:TCA位于一切分解代谢与合成代谢中得枢纽地位,产能效率极高,不仅可为微生物得 生物合成提供各种碳架原料,而且还与人类得发酵生产密切相关。 7、什么叫呼吸？什么就是呼吸链(电子传递链)？呼吸连有哪些组分？ 答:呼吸,又称好氧呼吸,就是一种最普遍又最重要得生物氧化或产能方式,其特点就是底物按常规方式脱氢后脱下得氢(常以还原力[H]形式存在)经完整得呼吸链传递,最终被外 源分子氧接受,产生水并释放A TP形式得能量。 呼吸链,指位于原核生物细胞膜上或真核生物线粒体膜上得、由一系列氧化还原势呈梯度差得、链状排列得氢(或电子)传递体,其功能就是把氢或电子从低氧化还原势得化合物 逐级传递到高氧化还原势得分子或其她无机物、有机氧化物,并使她们还原。在氢 或电子得传递过程中,通过与氧化磷酸化反应相偶联,造成一个跨膜质子动势,进而 推动了A TP得合成。 呼吸连得组分除醌类就是非蛋白质类与铁硫蛋白不就是酶外,其余都就是一些含有辅酶或辅基得酶。 8、什么就是氧化磷酸化作用？什么就是P/O比？什么就是化学渗透学说？ 答:氧化磷酸化作用:又称电子传递链磷酸化,就是指呼吸链得递氢(或电子)与受氢过程与 磷酸化反应相偶联并产生ATP得作用。递氢、受氢即氧化过程造成了跨膜得质子梯度即质子动势,进而质子动势再推动A TP酶合成A TP。 P/O比:每消耗1mol氧原子所产生得ATPmol数,表示呼吸链氧化磷酸化效率得高低。 化学渗透学说:在氧化磷酸化过程中,通过呼吸链有关酶系得作用,可将底物分子上得质子 从膜得内侧传递到膜得外侧,从而造成了膜两侧质子分布不均匀,此即质子动势(质子动力, pH梯度)得由来,也就是合成A TP得能量来源。通过ATP酶得逆反应可把质子从膜得外侧重新输回到膜得内侧,于就是在消除了质子动势得同时合成了A TP。 10、试列表比较呼吸、无氧呼吸与发酵得异同点。 答:
第五章微生物的代谢 计划学时：3 重点：微生物的产能代谢：发酵、有氧呼吸、无氧呼吸，酵母菌乙醇发酵，次级代谢初级代谢，代谢调节。 第一节代谢概论 代谢（metalsolism）是细胞内发生的各种化学反应的总称，它主要由分解代谢(catabolism)和合成代谢(anabolism)两个过程组成。 分解代谢是指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。一般可将分解代谢分为三个阶段（图5-1）：第一阶段是将蛋白质、多糖及脂类等大分子营养物质降解成氨基酸、单糖及脂肪酸等小分子物质；第二阶段是将第一阶段产物进一步降解成更为简单的乙酰辅酶A、丙酮酸以及能进入三羧酸循环的某些中间产物，在这个阶段会产生一些ATP、NADH及FADH2；第三阶段是通过三羧酸循环将第二阶段产物完全降解生成CO2,并产生ATP、NADH及FADH2。第二和第三阶段产生的ATP、NADH及FADH2通过电子传递链被氧化，产生大量的ATP。 合成代谢是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子的过程，在这个过程中要消耗能量。合成代谢所利用的小分子物质来源于分解代谢过程中产生的中间产物（图5-2）或环境中的小分子营养物质。 在代谢过程中，微生物通过分解代谢产生化学能，光合微生物还可将光能转换成化学能，这些能量除用于合成代谢外，还可用于微生物的运动和运输，另有部分能量以热或光的形式释放到环境中去。微生物产生和利用能量及其与代谢的关系见图5-3。 无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由一系列连续的酶促反应构成的，前一步反应的产物是后续反应的底物。细胞通过各种方式有效地调节相关的酶促反应，来保证整个代谢途径的协调性与完整性，从而使细胞的生命活动得以正常进行。 某些微生物在代谢过程中除了产生其生命活动所必需的初级代谢产物和能量外，还会产生一些次级代谢产物，这些次级代谢产物除了有利于这些微生物的生存外，还与人类的生产与生活密切相关，也是微生物学的一个重要研究领域。 第二节微生物产能代谢 一．生物氧化 分解代谢实际上是物质在生物体内经过一系列连续的氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，这个过程也称为生物氧化，是一个产能代谢过程。在生物氧化过程中释放的能量可被微生物直接利用，也可通过能量转换储存在高能化合物（如ATP）中，以便逐步被利用，还有部分能量以热的形式被释放到环境中。不同类型微生物进行生物氧化所利用的物质是不同的，异养微生物利用有机物，自养微生物则利用无机物，通过生物氧化来进行产能代谢。二．异养微生物的生物氧化 异养微生物将有机物氧化，根据氧化还原反应中电子受体的不同，可将微生物细胞内发生的生物氧化反应分成发酵和呼吸两种类型，而呼吸又可分为有氧呼吸和厌氧呼吸两种方式。 1. 发酵
第五章微生物代谢习题 填空题： 1．代谢是细胞内发生的全部生化反应的总称，主要是由___分解代谢___和___合成代谢___两个过程组成。微生物的分解代谢是指___大分子物质___在细胞内降解成___小分子物质___，并___产生___能量的过程；合成代谢是指利用___小分子物质___在细胞内合成___大分子物质___，并___消耗___能量的过程。 2．生态系统中，___光能自养___微生物通过___光合作用___能直接吸收光能并同化C02，___异养___微生物分解有机化合物，通过___呼吸作用___产生CO2。 3. 微生物的4种糖酵解途径中，___ EMP ___是存在于大多数生物体内的一条主流代谢途径；___ ED ___是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有；___ HMP ___是产生4碳、5碳等中间产物，为生物合成提供多种前体物质的途径。 4. ___酵母菌___和___八叠球菌___的乙醇发酵是指葡萄糖经___EMP___途径分解为丙酮酸后，进一步形成乙醛，乙醛还原生成乙醇；___运动发酵单胞菌___的乙醇发酵是利用ED途径分解葡萄糖为丙酮酸，量后生成乙醇。 5．同型乳酸发酵是指葡萄糖经___ EMP ___途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下被NADH还原为乳酸。异型乳酸发酵经___ PK ___、___ HK ___和___ HMP ___途径分解葡萄糖，代谢终产物除乳酸外，还有___乙醇或乙酸___。 6．微生物在糖酵解生成丙酮酸基础上进行的其他种类的发酵有丁二醇发酵、混合酸发酵、___丙酸___发酵和___丁酸___发酵等。丁二醇发酵的主要产物是___2，3一丁二醇混合酸___，___混合酸___发酵的主要产物是乳酸、乙酸、甲酸、乙醇。 7，产能代谢中，微生物通过___底物水平___磷酸化和___氧化___磷酸化将某种物质氧化而释放的能量储存在ATP等高能分子中；光合微生物则通过___光合___磷酸化将光能转变成为化学能储存在ATP中。___底物水平___磷酸化既存在于发酵过程中，也存在于呼吸作用过程中。 8．呼吸作用与发酵作用的根本区别是呼吸作用中电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给___电子传递___系统，逐步释放出能量后再交给___最终电子受体___。 9．巴斯德效应是发生在很多微生物中的现象，当微生物从厌氧条件转换到有氧条件下，糖代谢速率___降低___，这是因为___好氧呼吸___比发酵作用更加有效地获得能量。 10．无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是外源电子受体，像N03-、NO2-；、SO42-、s2o3-、CO2：等无机化合物，或___延胡索酸___等有机化合物。 11．化能自养微生物氧化___无机物___而获得能量和还原力。能量的产生是通过___氧化磷酸化___磷酸化形式，电子受体通常是O2。电子供体是___ H2___、___ NH4___、___ H2S ___和___ Fe2+___还原力的获得是逆呼吸链的方向进行传递，___消耗___—能量。 12．光合作用是指将光能转变成化学能并固定C02的过程。光合作用的过程可分成两部分：在___光反应___中光能被捕获并被转变成化学能，然后在___暗反应___中还原或固定C02合成细胞物质。 13微生物有两种同化C02的方式：___自养式___和___异养式___。自养微生物固定C02的途径主要有3条：卡尔文循环途径，可分为___ CO2的固定(羧化反应)___、___被固定CO2的还原(还原反应)___和___ CO2受体的再生___3个阶段；还原性三羧酸途径，通过逆向的三羧酸循环途径进行，多数酵与正向三羧酸循环途径相同，只有依赖于