微生物的能量代谢106页PPT

由Park核苷酸合成肽聚糖单体（细胞膜）
合成完整的肽聚糖（细胞膜外）
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第一阶段分两步完成（在细胞质中进行）
➢ 由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸
ATP ADP
葡萄糖
葡萄糖-6-磷酸
Gln Glu 果糖-6-磷酸
葡萄糖胺-6-磷酸
乙酰CoA CoA
葡萄糖胺-1-磷酸
UTP PPi
具有HMP途径的微生物
➢ 大多数好氧和兼性厌氧微生物都有，并且与EMP途径同在。
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ED途径（Entner-Doudoroff pathway）
ATP ADP NADP+ NADPH+H+
H2O
Glu
G-6-P
葡萄糖酸-6-P
KDPG
具有ED途径的微生物：
G－、少数EMP途径不完整 细菌
Cn+2m
丁酰-ACP
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丙二酰-ACP 缩合、还原、 脱水、再还原
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第三节
微生物的代谢调控 与发酵生产
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微生物的初级代谢
概念
➢ 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需要的物质和能 量的过程。
特点
➢ 初级代谢产物为微生物营养性生长所必需。
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3、脂肪和脂肪酸的分解
ATP 甘油
ADP
NAD+ NADH
α-磷酸甘油
磷酸二羟丙酮
脂肪
3-磷酸甘油醛 丙酮酸
诱导
β-氧化 丙酰CoA
脂肪酸 酯酰CoA
乙酰CoA

（4）丙酮—丁醇发酵 丙酮丁醇梭菌在EMP途 径的基础上进行丙酮—丁醇发酵，丙酮—丁醇 发酵时，1分子葡萄糖产生2分子ATP。
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(5)氨基酸的发酵产能—Stickland反应 是两个 氨基酸之间的一个氨基酸作为氢(电子)供体， 另一个氨基酸作为氢(电子)受体时的氧化-还原 脱氨基反应。它是微生物在厌氧条件下将一个 氨基酸的氧化脱氨与另一个氨基酸的还原脱氨 相偶联的一类特殊发酵。
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微生物的代谢是指发生在微生物细胞中的分 解代谢与合成代谢的总和。
微生物代谢的显著特点是： ①代谢旺盛 ②代谢极为多样化 ③代谢的严格调节和灵活性
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第一节 微生物的能量代谢
能量代谢应包括产能代谢和耗能代谢。 微生物能量代谢活动中所涉及的主要是ATP形
式的化学能。 化能异养微生物利用有机物降解或无机物氧化
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3、细菌光合作用
光合细菌主要有依靠菌绿素和叶绿素的光合作用。
1）依靠菌绿素的光合作用
不产氧光合细菌利用H2S、H2或丁酸、乳酸、琥珀 酸、苹果酸等有机化合物为还原CO2的氢供体，依靠 菌绿素与一个光系统进行不产氧光合作用。
2）依靠叶绿素的光合作用
蓝细菌的光合作用具有绿色植物的特征，依靠叶绿 素a和两个光系统进行光合作用，利用水作为氢供体， 水解后产生氧气。
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发酵类型
(1)乙醇发酵 乙醇发酵有酵母型乙醇发酵和细菌型乙 醇发酵。
酵母型乙醇发酵是先通过EMP途径将1分子葡萄糖 分解为2分子丙酮酸，接着，丙酮酸在丙酮酸脱羧酶 的催化下脱羧生产乙醛，然后再以乙醛为氢受体接受 来自还原型氢供体－NADH+H+的氧生成乙醇。

酶制剂发酵
利用微生物产生各种酶类的代谢过程 ，将酶提取后广泛应用于食品加工、 洗涤剂等领域。
微生物代谢在环境保护中应用
废水处理
利用微生物降解有机污染物的代 谢能力，将废水中的有害物质转 化为无害物质，达到废水处理的
目的。
生物脱硫脱氮
利用微生物分解有机垃圾的代谢 过程，将有机垃圾转化为稳定的 腐殖质，实现有机垃圾的资源化
也最快。
酸碱度对微生物代谢影响
酸碱度（pH值）对微生物的生长和 代谢有很大影响。
pH值通过影响微生物细胞膜的通透 性、酶的活性以及营养物质的吸收等 方式来影响微生物的代谢。
不同微生物对pH值的适应性不同， 有些微生物只能在酸性或碱性环境中 生长。
微生物在适宜的pH值范围内，其代 谢活动才能正常进行。
医疗健康
微生物代谢与人类健康密切相 关，研究微生物代谢有助于了 解疾病的发生机制并开发新的 治疗方法。
农业领域
微生物代谢在农业领域也有重 要作用，如生物肥料、生物农
药的研制和应用等。
02
微生物能量代谢
能量代谢基本概念
能量代谢
指生物体内能量的转移和转换过程， 包括能量的释放、传递、储存和利用 。
氧化还原反应
通过改变酶分子的数量来调节代谢速率，如酶合成和降解的速
率控制。
基因表达调控机制
转录水平调控
通过控制基因转录的速率来调节基因表达，如启动子和转录因子的 相互作用。
翻译水平调控
通过控制mRNA的翻译速率来调节基因表达，如核糖体结合位点和 翻译起始因子的作用。
转录后和翻译后调控
通过控制mRNA和蛋白质的修饰、加工和降解来调节基因表达，如 RNA剪接和蛋白质磷酸化。
微生物的代谢ppt课件

2．糖化型淀粉酶：这是一类酶的总称。 其共同特点是可以将淀粉水解成麦芽糖 或葡萄糖。这类酶至少有三种：
• ① β-淀粉酶（淀粉-1.4-麦芽糖苷酶）：它是从直链 淀粉的外端（非还原端）开始作用于α-1.4糖苷键， 每次水解出一个麦芽糖分子，可将直链淀粉彻底水解 成麦芽糖。因为被β-淀粉酶所打断的键发生改变， 结果是形成β-麦芽糖即麦芽糖的还原碳是β-构型的。
淀粉能被多种微生物分解，微生物分解淀粉的酶类很 多，作用方式各异，作用后的产物也不同。 主要的淀粉酶有以下几类：
1. α-淀粉酶（液化型淀粉酶）：
• 它可以从直链淀粉的内部任意切割α-1.4糖苷键， 最终的产物是麦芽糖和少量的葡萄糖，二者的比 例约为6：1。α-淀粉酶不能水解α-1.6糖苷键， 以及靠近α-1.6糖苷键的α-1.4糖苷键，但可越过 此键，在分支点的较远位直链内部水解α-1.4糖苷 键，因此淀粉水解的产物是麦芽糖、含有6个葡萄 糖单位的寡糖和带有α-1.6糖苷键的小分子糊精 （寡糖）。由于α-淀粉酶可在淀粉的内部任意切 割，所以使淀粉的粘滞度很快降低，表现为液化， 故称为液化酶。一些细菌（枯草）、放线菌、霉 菌均能产生α-淀粉酶。此外，发芽的种子、动物 的胰脏、唾液中都含有此酶。
（三）果胶质的分解代谢
• 果胶质是构成高等植物细胞间质的主要物质。它 主要是由D-半乳糖醛酸通过α-1.4糖苷键连接起 来的直链高分子化合物，其分子中大部分羧基形 成了甲基酯；不含甲基酯的果胶质称为果胶酸。
• 天然果胶质是一种水不溶性的物质，通常被称为 原果胶。在原果胶酶的作用下，被转化成水可溶 性的果胶；再进一步被果胶甲酯水解酶催化去掉 甲酯基团，生成果胶酸，最后被果胶酸酶水解， 切断α-1.4糖苷键，生成半乳糖醛酸。半乳糖醛酸 最后进入糖代谢途径被分解放出能量，可见分解 果胶的酶也是一个多酶复合物。

糖异生
某些微生物可以将其他有 机物转化为葡萄糖或糖。
脂肪和蛋白质的代谢
脂肪代谢
脂肪在微生物中可被分解为甘油和脂肪酸，再进一步氧化分 解。
蛋白质代谢
蛋白质被分解为氨基酸，再通过脱氨基作用将氨基酸转化为 酮酸。
其他物质的代谢
氮代谢
微生物将氮气或其他无机氮源转化为氨基酸和核酸。
硫代谢
某些微生物可以将硫化物转化为硫酸盐。
酶的合成调节
总结词
酶的合成调节通过控制酶蛋白的合成量来影响微生物代谢过程，是代谢调控的重要环节 。
详细描述
酶的合成调节主要受到基因转录和翻译水平的调控。在转录水平上，RNA聚合酶以DNA为模板 合成mRNA，而转录的起始、延伸和终止受到多种因素的影响，如DNA上的启动子、RNA聚合 酶的种类和浓度等。在翻译水平上，mRNA被核糖体识别并结合，氨基酸按照mRNA上的密码子
自养微生物的能量代谢
光合作用
利用光能将二氧化碳和水转化为有机 物。
化能合成作用
利用氧化还原反应将无机物转化为有 机物。
微生物的ATP合成
氧化磷酸化
在呼吸链中，电子传递过程中释放的能量用于合成ATP。
光合磷酸化
在光合作用的光反应阶段，光能转化为ATP和NADPH。
糖酵解
葡萄糖经过糖酵解途径产生ATP和NADH。
食品发酵
微生物代谢是食品发酵过程中的关键环节，可以产生具有特殊风 味的食品。
食品保存
通过控制微生物代谢，可以延长食品的保质期，保证食品的安全 和品质。
食品添加剂
一些微生物代谢产物可作为食品添加剂，提高食品的口感和营养 价值。
在医药工业中的应用
抗生素生产
微生物代谢可以产生抗生素，用于治疗细菌感染。

氧化型物质，在这个过程中偶联着ATP 的合成，这种产生ATP方式称底物水平 磷酸化
化学渗透偶联假说
1961年,英国,米切尔提出 电子传递过程中导致膜内外出现质子浓度 差,从而将能量蕴藏在质子势中,质子势由 膜外进入胞内,此过程中通过存在于膜上的 F1-F0ATP酶偶联ATP的形成
构象变化偶联假说
2. 生产菌种的来源 自学
3. 微生物工业发酵的一般过程
二、大规模发酵特征
1. 用于好氧菌的大型发酵罐的结构与应用 2. 厌氧菌大型发酵罐和其他生物反应器 3. 发酵过程的优化及后处理 4.发酵的逐级放大
自学
1. 用于好氧菌的大型发酵罐的结构与应用 2. 厌氧菌大型发酵罐和其他生物反应器 3. 发酵过程的优化及后处理
二、分支合成途径调节
特点： 每个分支途径的末端产物控制分 支点后的第一个酶，同时每个末 端产物又对整个途径的第一个酶 有部分的抑制作用
第五节 微生物次级代谢与次级代谢产物
一、次级代谢与次级代谢产物 1. 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 动的物质和能量的过程
发酵的逐级放大
(1) 小试
实验室或小型设备 得小试最佳发酵条件 评估所发酵的产物是否具有生产可能性
(2) 中试 实验工厂或车间的小规模设备 对小试最佳发酵条件进行验证并放大 基本确定发酵产物能否进行工业大规 模生产
(3) 大试 试验性生产 对中试发酵条件的参数进行验证改进 确定发酵产物能否进行工业大规模生产
转移酶类的特异性决定次序 单糖单位——核苷糖为载体
核苷糖————核苷糖-单糖
能量来源：核苷糖中高能糖-磷酸键水解
5. 氨基酸的合成
碳骨架来自糖代谢产生的中间代谢产物 氨: ①直接从外界环境获得;

EMP过程：
第一阶段生成丙糖：包括5个反应步骤，磷酸化、异构化、 再磷酸化、裂解及异构化。 第二阶段生成丙酮酸：包括5个反应步骤
第一阶段
底物水平磷酸化：ATP的生成直接与底 物上磷酸基团相偶联的ADP磷酸化作用
第二次水平磷酸化
第二阶段
反应简式：
耗能阶段 C6
2ATP
产能阶段 2C3
2NADH+H+ 2丙酮酸 4ATP 2ATP
多糖类化合物 寡糖、单糖类
果糖、葡萄糖
丙酮酸
糖酵解过程
发酵
呼吸
有氧呼吸 厌氧呼吸
EMP途径
HMP途径
ED途径
糖酵解的主要途径
微生物能量的来源主要依靠其对糖类、脂类等有机物质的 氧化作用，一切代谢物在细胞内进行的氧化作用称为生物氧化
微生物的生物氧化的三个阶段
底物脱氢作用 氢的传递 最后氢受体接受氢
《微生物的能量代谢》幻 灯片
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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。
中心任务：
有机物〔化能异养菌〕
最初能源 日 光〔光能自养菌〕 能源
无机物〔化能自养菌〕
通用
葡萄糖转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸〔KDPG 〕后，经KDPG醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-磷酸 甘油醛， 3-磷酸甘油醛再经EMP途径转化为丙酮酸 。结果是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，1分子ATP 。
是少数EMP途径不完整的细菌所特有的利用葡萄糖的 替代途径。此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA 循环相连接，可互相协调以满足微生物对能量、还原 力和不同中间代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连 ，厌氧时进行乙醇发酵。