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第三章微生物的代谢

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微生物的代谢调节

微生物的代谢调节

1.改变代谢途径
改变分支途径流向，阻断其他产物合成，提高目标 产物产量。 ①加速限速反应
如：头孢霉素C的代谢工程菌的构建。青霉素N积累，下一酶克隆、导
入、产量上升25％；
②改变分支途径流向
提高目的产物支路的酶活性，占据优势、提高产量；
③构建代谢旁路
将抑制物分解或转化成影响小的其他物质；如：乙酸→乙醇（乳酸）。
第三章 微生物的代谢调节 和代谢工程
提纲
微生物的代谢调节类型和自我调 节 酶活性调节 酶合成调节 分支生物合成途径的调节 能荷调节 代谢调控 次级代谢与次级代谢调节 代谢工程
微生物的代谢调节和代谢工程
微生物细胞有着一整套可塑性极强和极精确的 代谢调节（regulation of metabolism）系统，
四、分支生物合成途径的调节
1.同 功 酶 调 节：催化相同反应，但酶分子结构有差异； 2.协同反馈调节：一个不能少；
3.累加反馈调节：按比例累加，无协同效应，无拮抗作用；
4.增效反馈调节：1+1＞2； 5.顺序反馈调节：按①→②→③顺序逐步抑制； 6.联合激活或抑制调节：途径产物各自调节，同一中间产
物
7.酶的共价修饰：一酶两形式，活力有差异，关键在有无共
价连接物（腺苷酰基）。
五、能荷调节
细胞的能荷计算式：
[ATP]+1/2[ADP] 能荷=—————————— [ATP]+ [ADP]+[AMP]
能荷高时，ATP的酶合成系统受抑制， ATP消耗酶系统被活化。 呈抑制与活化的中间状态的能荷大约是 0.85，此时两种酶系统达到平衡。
初级代谢产物的调节
A有共用合成途径，反馈抑制；B初产物参与次合成，自反馈而影响。

第三章微生物的营养与代谢

第三章微生物的营养与代谢

第三章微生物的营养与代谢章名：03|微生物的营养与代谢01|单项选择题（每小题1分）难度：1|易1.下列物质可用作生长因子的是（）A.葡萄糖B.纤维素C.NaCl D.叶酸答：D2.蓝细菌和藻类属于（）型的微生物。

A.光能无机自养B.光能有机异养C.化能无机自养D.化能有机异养答：A3.固体培养基中琼脂含量般为（）A.0.5% B.1.5% C.2.5% D.5% 答：B4.用来分离固氮菌的培养基中缺乏氮源，这种培养基是一种（）A.基础培养基 B.加富培养基 C.选择培养基 D.鉴别培养基答：C5.一般酵母菌活宜的生长pH为（）A.5.0-6.0B.3.0-4.0C.8.0-9.0D.7.0-7.5 答：A6.一般细菌适宜生长的pH为（）A.5.0-6.0B.3.0-4.0C.8.0-9.0D.7.0-7.5 答：D7.放线菌一般适合生长在pH值为（）的环境中。

A.7.0-8.0 B.7.5-8.5 C.4.0-6.0 D.6.0-8.0 答：B8.葡萄糖和果糖等营养物进入原核生物细胞膜的机制是通过（）A.单纯扩散 B.促进扩散 C.主动运送 D.基团移位答：D9.被运输物质进入细胞前后物质结构发生变化的是（）A.主动运输B.扩散C.促进扩散D.基团移位答：D10.对多数微生物来说，最适宜的碳源是（）A.C?H?O?N类B.C?H?O类C.C?H类D.C?D类答：B11.在C?H?O类化合物中，微生物最适宜的碳源是（）A.糖类B.有机酸类 C.醇类 D.脂类答：A12.对厌氧微生物正常生长关系最大的物理化学条件是（）A.pH值B.渗透压C.氧化-还原势D.水活度答：C13.要对细菌进行动力观察，最好采用（）A.液体培养基B.固体培养基C.半固体培养基D.脱水培养基答：C14.在含有下列物质的培养基中，大肠杆菌首先利用的碳源物质是（）A.蔗糖B.葡萄糖C.半乳糖D.淀粉答：B15.实验室常用的培养细菌的培养基是（）A.牛肉膏蛋白胨培养基B.马铃薯培养基C.高氏一号培养基D.麦芽汁培养基答：A16.在实验中我们所用到的EMB 培养基是一种（）培养基A.基础培养基 B.加富培养基 C.选择培养基 D.鉴别培养基答：C17.培养料进入细胞的方式中运送前后物质结构发生变化的是（A.主动运输 B.被动运输 C.促进扩散 D.基团移位答：A18.下列不属于主动运输特点的是（）A.逆浓度B.需载体C.不需能量D.选择性强答：C19.对促进扩散与主动运输的区别描述正确的是（）A.主动运输需要渗透酶参与，促进扩散不需要 B.主动运输是由低浓度向高浓度运输，促进扩散相反 C.主动运输需要能量较多，促进扩散需要能量较少D.主动运输被转运物质性质发生改变，促进扩散的物质性质不变答：B）20.实验室常用的培养放线菌的培养基是（）A.马铃薯培养基B.牛肉膏蛋白胨培养基 C.高氏一号培养基 D.麦芽汁培养基答：C21.用化学成分不清楚或不恒定的天然有机物配成的培养基称为（）A.天然培养基B.半合成培养基C.合成培养基D.加富培养基答：A22.琼脂在培养基中的作用是（）A.碳源B.氮源C.凝固剂D.生长调节剂答：C23.培养真菌时，培养基常加0.3%乳酸，其目的是（）A.提供能源B.提供碳源C.调节pHD.三者都答：D24.碳源和能源来自同一有机物的是（）A.光能自养型B.化能自养型C.光能异养型D.化能异养型答：D25.以高糖培养酵母菌，其培养基类型为（）A.加富培养基B.选择培养基C.鉴别培养基D.普通培养基答：AA 主动运输B 促进扩散C 基团移位D 单纯扩散26.在鉴别性EMB 培养基上，在反射光下大肠杆菌菌落呈现的颜色是（）A.棕色B.无色C.粉红色D.绿色并带有金属光泽答：D27.培养放线菌的高氏一号培养基和培养真菌的察氏培养基属于下列培养基中的（）A.天然培养基B.组合培养基C.半组合培养基D.鉴别培养基答：B28.为避免由于微生物生长繁殖过程中的产物而造成培养基pH 值的变化，通常采用的调节方法是（）A.在配制培养基时加入磷酸盐缓冲液或不溶性CaCO3B.在配制培养基时应高于或低于最适pH 值C.在配制培养基时降低或提高碳、氮源用量；改变碳氮比D.在培养过程中控制温度和通气量答：A29.发酵是以（）作为最终电子受体的生物氧化过程A.O2 B. CO2 C.无机物 D.有机物答：D30.酵母菌在（）条件下进行酒精发酵A.有氧B.无氧C.有二氧化碳D.有水答：B31.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.PK 途径答：A32.细菌的二次生长现象可以用（）调节机制解释。

微生物营养与代谢

微生物营养与代谢

第一节 微生物营养物质和营养类型
一 微生物营养物质及其功能
碳素化合物
微
氮素化合物
生
物
营
矿质元素
养
物 质
生长因子
水
第一节 微生物营养物质和营养类型
一 微生物营养物质及其功能 1 碳素化合物碳源：
碳源：是微生物细胞内碳素物质或代谢产物中的C的来源 占细胞干重的50%
第一节 微生物营养物质和营养类型 一 微生物营养物质及其功能
第一节 微生物营养物质和营养类型
一 微生物营养物质及其功能
5 水分
水的活度Aw 有效性 一定温度和压力条件下;溶液中水的蒸汽压力与同样条件T P下纯水蒸
汽压力之比
定义公式是： Aw=Pw/P0w
Pw:溶液中水的蒸汽压；P 0 w:纯水的蒸汽压
溶液充分稀释时
Aw=Pw/P0w=n1/n2+n1
n1为溶剂的摩尔数;n2为溶质摩尔数
一 微生物营养物质及其功能
4 生长因子 生长因子功能：构成酶的辅基或辅酶
生长因子分类化学结构 生理作用 ： 氨基酸 核 苷或碱基 维生素
第一节 微生物营养物质和营养类型 一 微生物营养物质及其功能
4 生长因子特点：
1不同的微生物;它们生长所需要的生长因子各不相同
克氏杆菌 肠膜明串珠菌
生物素 对氨基苯甲酸 十七种氨基酸
第一节 微生物营养物质和营养类型 一 微生物营养物质及其功能
4 生长因子 2微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变化而变化
鲁毛霉：
厌氧条件下：需维生素B与生物素 好氧条件下：无需生长因子
第一节 微生物营养物质和营养类型 一 微生物营养物质及其功能
4 生长因子 3对生长因子未知微生物的培养

微生物代谢

微生物代谢

微生物代谢第三章：微生物代谢广义的代谢--生命体进行的一切化学反应。

代谢分为能量代谢和物质代谢，分解代谢和合成代谢。

分解代谢：复杂营养物分解为简单化合物（异化作用）。

合成代谢：简单小分子合成为复杂大分子（同化作用）二者关系初级和次级代谢依据代谢产物在微生物中作用不同，又有初级代谢和次级代谢。

初级代谢：能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或提供生长能量的一类代谢。

产物有小分子前体物、单体、多聚体等生命必需物质。

次级代谢：某些微生物中并在一定生长时期出现的一类代谢。

产物有抗生素、酶抑制剂、毒素、甾体化合物等，与生命活动无关，不参与细胞结构，也不是酶活性必需，但对人类有用。

二者关系：先初后次，初级形成期也是生长期，只有大量生长，才能积累产物。

第1节：微生物能量代谢微生物对能量利用：有机物——化能异养菌日光——光能营养菌通用能源还原态无机物——化能自养菌A TP只有ATP和酰基辅酶A起偶联作用，其他高能化合物只作为〜P 供体。

生物氧化过程分为：脱氢、递氢、受氢三个阶段。

生物氧化功能：产能（A TP）、产还原力[H]、产小分子中间代谢物。

以下主要讲述化能异养微生物的生物氧化和产能。

一、底物（基质）脱氢的四条主要途径以葡萄糖作为典型底物1、EMP途径（糖酵解途径）有氧时，与TCA连接，将丙酮酸彻底氧化成二氧化碳和水。

无氧时，丙酮酸进一步代谢成有关产物。

2、HMP途径（己糖-磷酸途径）产生大量NADPH2和多种重要中间代谢物。

3、ED途径2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径KDPG是少数缺乏完整EMP的微生物具有的一种替代途径，细菌酒精发酵经ED进行。

4、TCA循环（三羧酸循环）真核在线粒体中，原核在细胞质中。

TCA在代谢中占有重要枢纽地位四种途径产能比较：二、递氢和受氢根据递氢特别是最终氢受体不同划分1、发酵（分子内呼吸）无氧条件下，底物脱氢后产生的还原力不经呼吸链而直接传递给某一中间代谢物的低效产能反应。

代谢工程课件PPT课件

代谢工程课件PPT课件

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图：大肠杆菌代谢过程的抑制剂和激活剂
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（一）酶活性的激活
常见的酶活性的激活是前体激活，多发 生在分支代谢途径，即代谢途径中的后 面的反应可被较前面的一种代谢中间产 物所促进。 如：粗糙脉胞酶的异柠檬酸脱氢酶的活 性受到柠檬酸的激活。
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（二）酶活性的抑制
酶分子水平调节， 调节酶活性
相同 细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准
点
确控制代谢的正常进行。
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三、能荷的调节
能荷指细胞中ATP、ADP、AMP系统中可供利用的 高能磷酸键的量度。
能荷调节（或称腺苷酸调节）：指细胞通过改 变ATP、ADP、AMP三者的比例来调节其代谢活动。
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（2）分解代谢产物阻遏
定义：指细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源） 或其分解产物存在时，被菌体迅速利用的那种分解 底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。
分解代谢物的阻遏作用，并非由于快速利用的碳源 本身直接作用的结果，而是通过碳源（或氮源等） 在其分解过程中所产生的中间代谢物所引起的阻遏 作用。
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（2）协同反馈抑制：
指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才 能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方 式。
如：谷氨酸棒杆菌合成天冬氨族氨基酸时，天冬 氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制。
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（3）累积反馈抑制： 催化分支合成途径第一 步反应的酶有几种末端产物抑制物，但每一种 如过量，按一定百分率单独抑制共同途径中的 第一个酶活性，总的抑制效果是累加的，各末 端产物所起的抑制作用互不影响，只影响这个

第三章微生物的营养与代谢

第三章微生物的营养与代谢
主要功能 1.用来构成细胞物质的骨架。 2.提供生理活动所需的能量。
第三章微生物的营养与代谢源
氮是组成微生物蛋白质、酶和核酸的成分 能利用的氮源种类十分广泛。空气中分子
态的氮、无机和有机氮
第三章微生物的营养与代谢
氮源这类物质主要用来合成细胞中的含 氮物质，一般不作为能源，只有少数自 养微生物能利用铵盐、硝酸盐同时作为 氮源与能源。
第三章微生物的营养与代谢
主要元素包括磷、硫、钾、镁、钙、铁等
微量元素包括铜、锌、钠、硼、锰、氯、 钼、钴、硅等。
在配制培养基时，首选加入磷酸氢二钾和 硫酸镁，基本时可以同时提供4种需要量 最大的元素。
第三章微生物的营养与代谢
五、生长因子
生长因子通常指那些微生物生长所必需且需要 量很小,而且微生物自身不能合成或合成量不足 以满足机体生长需要的有机化合物
❖ 凡需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生 物就是氨基酸异养型生物
❖ 固氮微生物:利用分子氮
第三章微生物的营养与代谢
三、能源
指能为微生物的生命活动提供最初能量来 源的营养物或辐射能。
微生物的能源谱
化学物质 有机物 化能异养型微生物的能源（与C源相同）
能源物质
无机物 化能自养型微生物的能源（与C源不同）
在微生物各种各样的生理活动中必须有 水参加才能进行。
第三章微生物的营养与代谢
水是一种最优良的溶剂，可保证几乎一切生 物化学反应的进行
水可维持各种生物大分子结构的稳定性，并 参与某些重要的生物化学反应
水还有许多优良的物理性质，诸如高比热、 高汽化热、高沸点以及固态时密度小于液态 等，都是保证生命活动十分重要的特性
碳源既是微生物的组成成分，又是微生 物的能量来源。微生物可以利用的碳源 范围极广，分为有机碳源和无机碳源两 大类，糖类是最广泛利用的碳源。

食品微生物学 第三章微生物的生理 第四节微生物的代谢

微生物的生理
第三章
微生物的生理
3.1 微生物的营养 3.2 微生物的生长 3.3 微生物生长的控制 3.4 微生物的代谢
微生物的生理
3.4 微生物的代谢
代谢（metabolism）是微生物细胞与外界环境不断进行 物质交换的过程，即微生物细胞不停地从外界环境中吸收适 当的营养物质，在细胞内合成新的细胞物质并储存能量，这 是微生物生长繁殖的物质基础，同时它又把衰老的细胞和不 能利用的废物排出体外。因而它是细胞内各种生物化学反应 的总和。由于代谢活动的正常进行，保证的微生物的生长繁 殖，如果代谢作用停止，微生物的生命活动也就停止。因此 代谢作用与微生物细胞的生存和发酵产物的形成紧密相关。 微生物的代谢包括微能量代谢和物质代谢两部分。
微生物的生理
第四阶段：2-磷酸甘油酸转变为丙酮酸。这一阶段包括 以下两步反应：
① 2-磷酸甘油酸在烯醇化酶的催化下生成磷酸烯醇式丙 酮酸。
反应中脱去水的同时引起分子内部能量的重新分配，形 成一个高能磷酸键，为下一步反应做了准备。
微生物的生理
② 磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下，转变为 丙酮酸。
GDP+ Pi GTP 琥珀酰CoA 琥珀酸硫激酶 琥珀酸 + CoASH
琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶的催化下，高能硫酯键被水 解生成琥珀酸，并使二磷酸鸟苷（GDP）磷酸化形成三磷酸 鸟苷（GTP）。这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸 化。
微生物的生理
⑥琥珀酸脱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生成延胡索酸
FAD
FADH2
琥珀酸
NAD+
NADH +H+
苹果酸
草酰乙酸
苹果酸脱氢酶
TCA循环的总反应式如下：

第三章微生物代谢


合成。
四、调节的方式
(1)、 直链式或不分支代谢途径的调节
末段产物浓度变化,对该生物合成途径中的关键
酶进行反馈调节。 (2)、分支生物合成途径的调节 a. 同工酶反馈调节
同工酶的反馈抑制 • 同功酶是指能催化同一生化反应，但它们的结构稍有不同，可分
别被相应的末端产物抑制的一类酶。
• 特点是：途径中第一个反应被两个不同的酶所催化，一个酶被H
前体的种类：
• • • • • • • • •
糖和糖苷 氨基酸：色氨酸、络氨酸等 C1化合物：甲基 脂肪酸 嘌呤、嘧啶 短链脂肪酸：乙酸、丙酸、丁酸等 异戊二烯单位：甲羟戊酸等 环己醇：肌醇 脒基：精氨酸
前体的作用：
• 起抗生素建筑材料的作用 • 例如：丙酮酸可诱导氨基酸的合成，是肽
类抗生素、头孢、青霉素等合成的重要物 质。 • 诱导抗生素生物合成的作用 • 例如：过量的赖氨酸可增加头霉素的发酵 单位，丙醇和丙酸可促进红霉素的生产。
(4) 氮代谢物的调节
• 许多次级代谢产物的生物合成同样受到氮分解产物的
影响。黄豆饼粉等利用较慢的氮源，可以防止和减弱 氮代谢物的阻遏作用，有利于次级代谢产物的合成； 而以无机氮或简单的有机氮等容易利用的氮作为氮源 （铵盐、硝酸盐、某些氨基酸）时，能促进菌体的生 长，却不利于次级代谢产物的合成。
• 例如，易利用的铵盐有利于灰色链霉菌迅速生长，但
二、调节的机制：
酶活性调节和酶合成调节
1、微生物代谢调节的部位
（1）、通道 能克服细胞膜屏障的某些输送系统，受ATP的影 响和透性酶的调节。
（2）、通量
原核生物控制代谢物通量的方法--调节现
有酶量（关键酶的合成或降解速率）和改变酶
分子活性。

微生物的代谢

同型乳酸发酵的主要 特点是;己糖如葡萄糖经 EMP途径降解为丙酮酸后， 丙酮酸作为最终的电子受体， 接受葡萄糖氧化脱下的电子， 被还原为乳酸，产生少量的 ATP;
能进行同型乳酸发酵的细菌如嗜热链 球菌 保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌等;
聚乳酸PLA简介：
多个乳酸分子在一起;OH与别的分子 的-COOH脱水缩合，-COOH与别的分子 的-OH脱水缩合，就这样，它们手拉手形 成了聚合物，叫做聚乳酸; 聚乳酸的热稳 定性好，加工温度170～230℃，有好的 抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤 压 纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸 制成的产品除能生物降解外，生物相容性、 光泽度、透明性、手感和耐热性好，因此 用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和 非织造物等，主要用于服装、工业和医疗 卫生等领域。
一 多糖的分解
α淀粉酶
β淀粉酶
淀
粉麦芽糖或葡萄糖
糖化型 淀粉酶
液化型 淀粉酶
异淀粉酶
各类型淀粉酶单独或配合使用时;可以将淀粉降解为小分子 的葡萄糖 麦芽糖、糊精等，广泛地应用于烘焙工业、淀粉制糖 工业、啤酒酿造、酒精工业等;
纤维素酶
纤维素
葡萄糖
单细胞蛋白 新型饲料 酒精生产
B
－H/e
C
－H/e
CO2
脱氢
经电子传递链 ①有氧呼吸 12O2
H2O
H/e
②无氧呼吸 NO3, SO4-,CO2
A B或C
③发酵
NO2, SO3-,CH4
AH2 BH2或CH2
发酵产物：乙醇、乳酸等
递氢
受氢
呼吸与发酵的根本区别在于：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;

第三章微生物的代谢1




(3)兼性厌氧菌(facultative aerobe)


有氧或无氧条件下均能生长，但有氧情况生长得更好；
它们具有需氧菌和厌氧菌的两套呼吸酶系统，细胞含SOD和过氧化氢酶； 有氧时靠有氧呼吸产能，无氧时籍发酵产能。

许多酵母菌、肠道细菌、硝酸盐还原菌(如脱氮小球菌)，人和动物的 病原菌均属此类菌。
油发酵。这种发酵方式不产生能量。
2葡萄糖—→2甘油 + 乙酸 + 乙醇 + CO2
（2）同型乳酸发酵

葡萄糖经乳酸菌的EMP途径，发酵产物只有乳 酸，称同型乳酸发酵。 进行同型乳酸发酵的微生物，如乳酸乳球菌 乳酸亚种、乳酸乳球菌乳脂亚种、嗜热链球 菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种(旧称保加利亚 乳杆菌)、嗜酸乳杆菌等。
三、化能异养微生物的生物氧化

多数微生物是化能异养型菌，葡萄糖是微生 物最好的碳源和能源， 可通过4条代谢途径，EMP途径、HMP途径、ED 途径、磷酸解酮酶途径完成脱氢反应，并伴 随还原力[H]和能量的产生。

发酵的类型
◆EMP途径(糖酵解途径)
◆HMP途径(磷酸戊糖支路) ◆ED途径(2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途径)
丙酮酸 乙醛
NADH
NAD+ 乙醇
（硫化羟基乙醛）
NADH 磷酸二羟丙酮 NAD+ 磷酸甘油
啤酒酵母甘油发酵
甘油
③第三型发酵—— 甘油发酵

在偏碱性条件下(pH 7.6)，乙醛不能作为氢受体被还原成
乙醇，而是2个乙醛分子发生歧化发应，

1分子乙醛氧化成乙酸， 另1分子乙醛还原成乙醇， 使磷酸二羟丙酮作为NADH2的氢受体， 还原为-磷酸甘油，再脱去磷酸生成甘油，这称为碱法甘
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①底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电子供体或供氢体） ②氢（或电子）的传递（需中间传递体，如NAD、FAD等） ③最后氢受体接受氢（或电子）（最终电子受体或最终氢受体） 生物氧化的类型：
发酵 有氧呼吸 呼吸 无氧呼吸
生物氧 化反应
生物氧化的形式、过程、功能和类型
与氧结合 方式 脱氢 失去电子 产能（ATP） 功能 产还原力（[H]） 类型 过程 脱氢（电子） 递氢（电子） 受氢（电子） 有氧呼吸 无氧呼吸 发酵
一、多糖的分解
α-淀粉酶 β-淀粉酶 淀 粉 葡萄糖苷酶 异淀粉酶 各类型淀粉酶单独或配合使用时，可以将淀粉降解为小分
麦芽糖或葡萄糖 麦芽糖、低聚糖、极限糊精
液化型 淀粉酶
糖化型 淀粉酶
子的葡萄糖、麦芽糖、糊精等，广泛地应用于烘焙工业、淀粉
制糖工业、啤酒酿造、酒精工业等。
纤维素酶
单细胞蛋白
纤维素
（1）酵母菌的酒精发酵
第一型发酵
葡萄糖
EMP
无氧和酸性条件下（pH3.5-4.5）
2丙酮酸
脱羧 2CO2
2乙醛
2NADH2 2NAD+
2乙醇
注意：如将氧气通入 正在进行乙醇发酵的 酵母发酵液中，葡萄 糖分解速度会迅速下 降并停止产生乙醇。
第二型发酵
乙醛 + 亚硫酸氢钠 磷酸二羟丙酮 + 2H
发酵液中存在亚硫酸氢钠时
葡萄糖
新型饲料 酒精生产
纤维素是地球上含量最多、 分布最丰富的碳水化合物
半纤维素酶
改善植物性食品的质量
半纤维素
多种单糖 提高淀粉质原料的发酵利用率
提高果汁饮料的澄清度
果胶酶
果胶
半乳糖醛酸
水果加工中最重要的 糖代谢 酶，加速果汁过滤和 果汁澄清
在食品加工过程中经常利用的是植物性原料，而植物细胞
的内含物，如蛋白质、淀粉、油脂、芳香油、可溶性生物碱、 色素等天然成分，被植物细胞壁包裹或与细胞壁紧密相连，在 加工过程中很难得到充分的释放。植物细胞壁的主要成分是纤 维素、半纤维素和果胶等。因此，利用微生物发酵制得的纤维 素酶、半纤维素酶、果胶酶等，常用于食品加工工业，可使植 物细胞壁发生软化、膨胀和崩溃等，从而改变细胞通透性，提 高细胞内含物的提取率，简化加工工艺，改善食品品质。
复杂分子
（有机物）
分解代谢
简单小分子
合成代谢
+
ATP
+
[H]
第一节 微生物的能量代谢
一、微生物的呼吸作用
微生物生命活动需要的能量来源于微生物的呼吸作用。
营养物质或 同化产物
酶 氧化
能 量
转移
ATP
生物氧化
生物氧化：细胞内代谢物以氧化作用产生能量的化学反应。氧 化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高能键形式贮藏 在ATP分子内，供需时使用。
（三）酶合成的阻遏
1.终产物的阻遏：在合成代谢中，终产物阻遏该途径所有酶 的合成，属于基因表达的调控。
3. PK途径（磷酸戊糖解酮酶途径）
可通过PK途径进行异型乳酸发酵 的微生物主要有： 肠膜状明串珠菌、短乳杆菌、发酵乳 杆菌、甘露乳杆菌、番茄乳杆菌等。
与HMP途 径相同
异型乳酸发酵
代谢终产 物有乳酸 和乙醇
4. 双歧途径
该途径是两歧双歧杆菌、 长双歧杆菌、短双歧杆菌、 婴儿双歧杆菌等双歧杆菌分 解葡萄糖的非典型异型乳酸 发酵途径。
狭义的“发酵”是指在无外源电子受体的条 件下，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代谢产物 的过程。 广义的“发酵”是指利用微生物生产有用代 谢产物的一种生产方式；
发酵
在工业生产中常把微生物在通气或厌氧的 条件下的产品生产过程统称为发酵。
活 性
基因
酶
代谢途径 反馈调节
代谢产物
一、酶合成的调节
通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制，是 基因水平上的调节，属于粗放的调节，间接而缓慢。
（一）酶合成调节的类型
1.诱导（induction）：是反应底物或产物诱使微生物细胞合 成分解代谢途径中有关酶的过程。微生物通过诱导作用而产生 的酶称为诱导酶（为适应外来底物或其结构类似物而临时合成 的酶类）。 2.阻遏（repression）：是阻遏代谢过程中包括关键酶在内 的一系列酶的合成的现象，从而更彻底的控制和减少末端产 物的合成。
有机酸 2.核酸的分解（略）
醇和有机酸
三、脂肪和脂肪酸的分解
脂肪和脂肪酸作为碳源和能源，被微生物缓慢利用，在 缺少其他碳源与能源物质时，微生物分解与利用脂肪进行生长。
甘 油 三 酯
甘油
磷酸二羟丙酮
3磷酸甘油醛
EMP途径
脂肪酸
乙酰辅酶A
TCA循环
第三节 微生物的合成代谢 （略）
第四节
合 成
微生物代谢的调节
2.兼性厌氧菌:以呼吸为主，兼营发酵产能 3.微好氧菌:在微量氧下生活，以呼吸为主，兼
营无氧呼吸
厌氧菌
4.耐氧菌:不需氧，只能以发酵产能
5.(专性)厌氧菌:只能以发酵或无氧呼吸产
能，氧可使其致死
氧 与 微 生 物 生 长 的 关 系
三、化能异养微生物的能量代谢及发酵类型
（一）化能异养微生物以有机物为底物，进行生物氧化的主要
产小分子中间代谢产物
有氧呼吸、无氧呼吸和发酵示意图
C6H12O6
－[H]/e
经电子传递链
①有氧呼吸
1 2 O2 H2 O
A
－[H]/e [H]/e
B
－[H]/e
②无氧呼吸 ③发酵
NO3-, SO4-,CO2
NO2-, SO3-,CH4
AH2、BH2或CH2
C
－[H]/e
A、B或C
CO2 脱氢 递氢
途径（以葡萄糖为例）
不同的微生 物具有不同的酶 系统，可以通过 不同的途径完成 脱氢，在此过程 中产生不同的中 间代谢产物，而 使不同的微生物 呈现出多种代谢 发酵类型。
（二）化能异养微生物的脱氢途径及其发酵类型
1. EMP途径（糖酵解途径）
EMP途径为合成代谢提供了： 能量： 2ATP 还原力： 2NADH2 中间产物：6-P葡萄糖 P-二羟丙酮 3-P甘油酸 P-烯醇式丙酮酸 丙酮酸
第二节 微生物的分解代谢
阶段一：蛋白质、多糖、 脂类等大分子物质降解 成氨基酸、单糖及脂肪 酸等小分子； 阶段二：将第一阶段产 物进一步降解为更简单 的乙酰辅酶A、丙酮酸 和其他能进入TCA循环 的中间产物； 阶段三：通过TCA循环 将阶段二的产物完全降 解为CO2和H2O并产生生 命活动所需的能量。
分解蛋白质的微生物：真菌分解蛋白质的能力较强，如曲 霉、毛霉等，放线菌中的许多链霉菌，细菌中的枯草芽孢杆菌、 假单胞菌等均可分解蛋白质。
在食品工业中的用途
2.氨基酸的分解 脱氨 作用
氨基酸 脱羧 作用 有机胺
有氧 厌氧
TCA循环 各种有机酸 生成葡萄糖 氨基酸分解产生 的有机酸、醇等中间 产物，可增加发酵食 品中的挥发性风味物 质，形成的胺则常使 食物具有毒性和难闻 的气味。
1.EMP途径
反应步骤：10步 反应简式：耗能阶段 C6 2ATP 总反应式： C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi 2CH3COCOOH+2NADH+2H++2ATP+2H2O 特点：基本代谢途径，产能效率低，提供多种中间代谢物 作为合成代谢原料，有氧时与 TCA环连接，无氧时丙酮 酸及其进一步代谢产物乙醛被还原成各种发酵产物，与 发酵工业有密切关系。 2C3 产能阶段 2NADH+H+ 2丙酮酸 4ATP 2ATP
聚乳酸（PLA）简介：
多个乳酸分子在一起，-OH与别的分 子的-COOH脱水缩合，-COOH与别的分 子的-OH脱水缩合，就这样，它们手拉手 形成了聚合物，叫做聚乳酸。聚乳酸的热 稳定性好，加工温度170～230℃，有好 的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如 挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚 乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相 容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好， 因此用途十分广泛，可用作包装材料、纤 维和非织造物等，主要用于服装、工业和 医疗卫生等领域。
硫化羟基乙醛（难溶结晶状） 甘 α磷酸甘油
磷酸
甘油
油 发 酵
第三型发酵
2乙醛 2葡萄糖
偏碱性条件时（pH7.6）
氧化
乙酸 乙醇
还原
磷酸二羟丙酮 + 2H
α磷酸甘油
磷酸
甘油
课后作业：
你认为酒精（乙醇）发酵过程中的关键 因素有哪些？并请进行解释。
（2）乳酸菌的同型乳酸发酵
乳酸是细菌发酵最常见的最终产物，一些能够产生大量乳 酸的细菌称为乳酸菌。在乳酸发酵过程中，发酵产物中只有乳 酸的称为同型乳酸发酵。 同型乳酸发酵的主要 特点是，己糖（如葡萄糖） 经EMP途径降解为丙酮酸 后，丙酮酸作为最终的电 子受体，接受葡萄糖氧化 脱下的电子，被还原为乳 酸，产生少量的ATP。 能进行同型乳酸发酵的细菌如嗜热链 球菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌等。
2葡萄糖
2乳酸+3乙酸+5ATP
乳酸发酵广泛应用于食品和农牧业中。由于乳酸菌的代 谢活动，积累乳酸，抑制了其他微生物生长，能使蔬菜、牛奶、 青贮饲料等得以保存。
5. ED途径
通过ED途径产生的丙酮酸可经过脱羧产生乙 醛，乙醛可进一步还原为乙醇——细菌乙醇发酵

丙酮酸
6. 三羧酸循环
脱羧
TCA循环总式：C6H12O6 + 6O2 → 6H2O+ 6CO2 + 30ATP TCA 循环为合成代谢提供： 能量： ATP 还原力：NADH2 NADPH2 FADH2 小分子 C 架化合物：