《微生物代谢》PPT课件

基本营养物质的培养基。
例如：牛肉膏蛋白胨培养基（细菌）
牛肉膏 蛋白胨 NaCl 琼脂 水 PH
3g 10g 5g 18--20g 1000ml 7.0----7.2
培养基
（2）加富培养基（enrichment medium）
又叫营养培养基
定义：在基础培养基中加入某些特殊营养物 质制成的营养丰富的培养基。
[CH2O] + O2 ↑
如以还：绿 原硫 态细 无菌 机、硫紫化硫物细作菌氢或还电原子C供O体2 时。，
光能
CO2 + 2H2S 细→菌 [CH2O] + H2O + 2S
叶绿素
微生物的营养类型
（2）光能有机营养型（photorganotroph)
又叫异养微生物。又称光能异养型微生物。 红螺菌属.
脂肪酶
脂肪
甘油 ＋O2 CO2+H2O
脂肪酸 -O2 简单酸＋CO2+CH4
应用：屠宰场；生活污水。
3 果胶物质的分解
原果胶酶
原果胶＋H2O
可溶性果胶＋多缩戊糖
可溶性果胶＋H2O 果胶甲基酯酶 果胶酸＋甲醇
果胶酸＋H2O 多缩半乳糖酶 半乳糖醛酸
应用：麻类物质的脱胶处理
水浸——厌氧性细菌 露浸——好氧性细菌、放线菌、真菌
定义：以小分子有机物为最终电子受体的生物 氧化过程。有机物为呼吸基质的中间产物。
最终电子受体——有机物 参与的微生物——厌氧菌和兼性厌氧菌。 不经过电子传递体。 常见的发酵有
§乙醇发酵 §乳酸发酵
§丁酸发酵
乙醇发酵（生产酒精）
葡萄糖
3－磷酸甘油醛
2NAD
乙醇
1，3－二磷酸甘油酸
2NADH2

通过调节转录起始和转录 效率来控制次级代谢基因 的表达。
转录后水平调控
通过控制mRNA的稳定性 、翻译效率和翻译后修饰 来影响次级代谢基因的表 达。
表观遗传调控
通过DNA甲基化、组蛋白 乙酰化等修饰来影响次级 代谢基因的表达。
酶活性调控
酶的合成与降解
通过调节酶的合成和降解来控制次级代谢产物的生成。
次级代谢产物的生物利用与开发
次级代谢产物在医药领域的应 用：如抗生素、激素、抗肿瘤
药物等。
次级代谢产物在工业领域的应 用：如生物塑料、生物燃料、 生物催化剂等。
次级代谢产物在农业领域的应 用：如植物生长调节剂、杀虫
剂、除草剂等。
次级代谢产物的开发前景：随 着生物技术的不断发展，次级 代谢产物在未来的应用前景将 更加广泛。
细胞密度与次级代谢
在达到一定细胞密度后，次级代谢产物开始生成，并 随着细胞密度的增加而增加。
04
次级代谢在生物工程中的应用
次级代谢产物的分离纯化
分离纯化方法
利用物理、化学和生物学方法，从微生物发酵液 中分离纯化次级代谢产物。
技术手段
采用色谱技术、沉淀法、结晶法等手段进行分离 纯化。
注意事项
需注意避免产物的降解和损失，提高产物的纯度 和收率。
05
次级代谢的研究进展与展望
次级代谢产物的发现与鉴定
次级代谢产物的发现
通过基因组学、转录组学和代谢组学技术，发现新的次级代 谢产物。
次级代谢产物的鉴定
利用色谱技术、光谱技术和质谱技术等手段，对次级代谢产 物进行分离、纯化和鉴定。
次级代谢的生物合成机制研究
生物合成途径
研究次级代谢产物的生物合成途径， 包括起始、延伸和终止等步骤。

•
15、只有在开水里，茶叶才能展开生命浓郁的香气。
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16、别想一下造出大海，必须先由小河川开始。
•
17、不要让未来的你，讨厌现在的自己，困惑谁都有，但成功只配得上勇敢的行动派。
•
18、人生最大的喜悦是每个人都说你做不到，你却完成它了！
•
19、如果你真的愿意为自己的梦想去努力，最差的结果，不过是大器晚成。
天冬氨酸激酶
⑴当苏氨和酸 赖氨都酸积累
过中多间时产就物会Ⅰ抑
制天冬氨酸激酶
的活性。
①
中间产物Ⅱ
高丝氨酸
⑵科学家通过诱变育种培
育出的黄
色短杆菌不能合 高了③的产量。
成甲硫氨酸 ，②从而③提
⑶②高③丝属氨于酸黄脱色氢短酶杆菌的 代谢产物，它们存
在于 内。
初级
细胞
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1、许多人企求着生活的完美结局，殊不知美根本不在结局，而在于追求的过程。
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2、慢慢的才知道：坚持未必就是胜利，放弃未必就是认输，。给自己一个迂回的空间，学会思索，学会等待，学会调整。人生没有假设，当下即是全部。背不动的，放下了；伤不起的，看淡了；想不通的，不想了；恨不过的，抚平了。
•
3、在比夜更深的地方，一定有比夜更黑的眼睛。
•
4、一切伟大的行动和思想，都有一个微不足道的开始。
浪费，增强适应性
避免积累大量的 代谢产物
特点 间接而缓慢 直接、快速而准确
联系 同时存在,密切配合,协调起作用.
微生物的代谢的人工控制
目的 最大限度的积累对人类有用的代谢产物
➢改变微生物细胞膜的通透性 措施 ➢改变微生物的遗传特性（诱变、重组等）
➢控制发酵条件（如温度、PH、O2等）

脂肪的分解
脂肪是甘油和脂肪酸形成的酯。在动植物残 体中含有一定量脂类物质。一般作物茎叶中，脂 类约占干物质的0.5%～2.0%，油料作物种子中， 脂类约为30%～50%。
土壤中的脂类主要来自植物残体，少量来自动物 与微生物。
分解脂肪的微生物都具有脂肪酶。在脂肪酶 作用下，脂肪水解为甘油和脂肪酸。
蛋白质的分解
产物：麦芽糖，带分支侧链的寡糖及糊精。 产物麦芽糖在光学构型上为β—型，故称之β—淀粉 酶。 分布：β—淀粉酶广泛存在于霉菌中，细菌中少见。
糖化酶： 从淀粉分子的非还原性末端以葡萄糖为单位水解 α—1，4糖苷键，产物为葡萄糖；不能水解α—1， 6糖苷键。
异淀粉酶：能水解α—1，6糖苷键。
微生物产生的淀粉酶中，细菌产生的主要是α—淀 粉酶，霉菌产生的主要为β—淀粉酶和异淀粉酶。
活化
葡萄糖激活的 方式
己糖异构酶
磷酸果糖激酶
二磷酸果糖醛缩酶
3-磷酸甘油醛脱氢酶
磷酸甘油酸激酶
甘油酸变位酶
移位
烯醇化酶
磷酸化
丙酮酸激酶珠菌、构巢曲霉、Fra bibliotek僵菌、少孢根霉
N-乙酰几丁寡糖和壳聚几丁寡糖具有清爽的甜 味，有吸湿和保湿性，其在水中溶解度比单糖低， 有助于调整食品的水活性，增进保水性，兼具调味 和改良食品质构的功能，另外N-乙酰几丁寡糖可促
进肠道内有益菌(Bifidus)的增殖并抑制大肠杆菌及
肠道内病原菌的生长，是一种良好的双歧杆菌增殖 因子。
为好气性无芽孢周毛杆菌。这两种细菌分解几 丁质时利用生成的氨和葡萄糖作氮源、碳源及 能源。
链霉菌 中有许多分解能力比较强：褶皱链霉 菌、浅青紫链霉菌、橄榄绿链霉菌、淡紫灰 链霉菌、灰色链霉菌、浅天青链霉菌、天蓝 色链霉菌

（4）硝酸盐呼吸（反硝化作用）
亚硝酸还原细菌
基质-H2
辅酶
一系列酶
NO2-
NO
N2
基质
辅酶-H2
NO3硝酸盐还原细菌
脱氢酶
2NH2OH 2HNO3 2HNO2 2NOH
N2O
2NH3 N2
3、能量转换
（1）底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)：物质在生物氧化过程中，生成一些 含有高能键的化合物直接偶联ATP或GTP的合成；存在 与发酵过程中及呼吸过程中。 （2）氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）： 生物氧化过程与电子传递链偶联产生ATP的过程。 （3）光合磷酸化 环式光合磷酸化：只有一个光反应系统，有光反 应和暗反应；不放氧；产生ATP不产还原剂NADH2，固 定CO2所需NADH2来自电子传递。
代谢途径（metabolic pathway）：也称（chemical pathways of metabolism）代谢的化学途径，指某一物质代 谢反应过程。 代谢物（metabolite）：指代谢反应中任一反应物、 中间物或产物。 初级代谢(Primary Metabolism)：通过分解和合成代 谢，生成维持生命活动物质和能量的过程。 次级代谢(Secondary Metabolism)：以初级代谢产物为 前体，合成一些对生命活动无明确功能的物质过程。 代谢工程（Metabolism Engineering）：通过基因工程 技术操作生物的代谢途径，提高二级代谢产物的产量和 增加品种。 代谢调控：利用遗传学方法或其它生物学方法，人 为地改变和控制生物的代谢途径，生产有用物质或进行 有益服务。
（2）呼吸作用 有氧呼吸（aerobic respiration）：以分子氧 为最终电子受体的生物氧化过程。 无氧呼吸（anaerobic respiration ）：以无机 物为最终电子受体的生物氧化过程。

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2. HMP途径 (己糖一磷酸途径、戊糖磷酸途径)
6C6H12O6
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5葡糖-6-磷酸
35ATP
6CO2 9
特点
1）是一条葡萄糖不经EMP途径和TCA循环而彻底氧化产能、 产还原力[H]和许多中间代谢产物的途径；
2）进行一次周转需要六分子的葡萄糖同时参与，但实际只 消耗一分子的葡萄糖；
还原态无机物 化能自养型
通用能源ATP
ATP的结构
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3
一、化能异养微生物的生物氧化和产能
1. 生物氧化的定义
发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。
燃烧
生物体外的氧化
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4
2. 生物氧化的形式：加氧、脱氢或失去电子； 3. 生物氧化的过程：脱氢、递氢、受氢 4. 生物氧化的结果: 产ATP、还原力[H]和小分子代 谢产物
比较各类无机盐呼吸的特点
➢ 硫呼吸
➢ 铁呼吸
➢ 碳酸盐呼吸
➢ 有机物呼吸
➢ 延胡索酸呼吸
➢ 甘氨酸呼吸 ➢ 氧化三甲胺呼吸
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C6H12O6
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2丙酮酸 2ATP 2NADH2
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特点
1）是大多数生物所共有的基本代谢途径;
2）有氧和无氧条件下都能进行; 有氧条件下，该途径与TCA途径连接; 无氧条件下，丙酮酸被还原，形成乳酸等发酵 产物;
3）该途径是糖代谢和脂类代谢的连接点(如磷酸二
羟丙酮可还原成甘油，进入脂类代谢 ；
（一）底物脱氢的四条途径
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5
底物脱氢的四条途径
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6
1.
途径 EMP

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2.呼吸
呼吸：底物按常规脱氢后，经完整的呼吸链（又称
电子传递链）递氢，最终由分子氧接受氢并产生水
和释放能量（ATP）的过程。外源氢受体为 O2时的呼吸称为有氧呼吸,外源氢受 体为特定无机氧化物(NO31-
,SO42- ,HCO31-)的呼吸称为无 氧呼吸。
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TCA循环
31
反应步骤：
32
33
28
----混合酸与丁二醇发酵--埃希氏菌属(Fscherichia)、 沙门氏菌属(Salmonella)和志贺氏菌属(Shigella)等肠 细菌中的一些细菌,能利用葡萄糖进行混合酸发酵: 葡萄糖经EMP途径分解为丙酮酸,该酸在不同酶催 化下进一步转化为乳酸、乙酸、甲 酸、乙醇、CO2 和H2,部分磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)固定1 CO2后转 化为琥珀酸。肠杆菌属(Enterobacter)和沙雷氏菌属 (Serratia)中的一些细菌,能利用葡萄糖进行丁二醇发 酵:形成大量丁二醇和气体,产生少量酸(图6—11)。 在混合酸和丁二醇发酵中,除琥珀酸由PE P转化而 来外,其余发酵产物均由丙酮酸衍变而成。
第六章 微生物的新陈代谢
第一节微生物的能量代谢 第二节微生物对有机物的分解 第三节 分解代谢和合成代谢的联系 第四节 微生物独特合成代谢途径举例 第五节 微生物的代谢调节与发酵生产
1
第一节 微生物的能量代谢
产能和耗能
2
一、化能异养微生物的能量代谢
按照有无电子传递链，可将其分为底物 水平磷酸化和电子传递磷酸化两种类型。 1.底物水平磷酸化 2.电子传递磷酸化
入一定量动植物组织浸出液或酵母浸出液。
----乳酸菌通过EMP和PK途径进行乳酸发酵。利用 EMP途径发酵葡萄糖得到的产物只有乳酸。乳酸为唯 一产物的乳酵发酵称为同型乳酸发酵。

无氧呼吸的类型：根据呼吸链末端的氢受体
无机盐呼吸 有机物呼吸
无氧呼吸的主要类型
硝酸盐呼吸（Nitrate respiration） 反硝化作用（Denitrification），以无机盐为最终电 子受体的无氧呼吸类型； 如硝酸盐还原细菌E. coli将NO3-还原为NO2-
C6H12O6+12NO3- → 6CO2+6H2O+12NO2延胡索酸呼吸（Fumarate Respiration）
以有机物延胡索酸为最终电子受体，将其还原成琥 珀酸的生物氧化。
发酵（Fermentation）
广义发酵
任何利用微生物来生产大量菌体或有用代谢产物或食 品饮料的一类生产方式。
狭义发酵 在无氧等外源受氢体（外源最终电子受体）条件下， 底物脱氢以后产生的还原力[H]未经过呼吸链传递而 直接交给某一内源中间代谢产物接受，以实现底物水 平磷酸化产能的生物氧化反应。 C6H12O6 →2CO2+2C2H5OH
发酵的特点
微生物部分氧化有机物获得发酵产物，释放少量能
量
氢供体与氢受体(内源性中间代谢产物)均为有机物
还原力[H]不经过呼吸链传递
产能方式：底物水平磷酸化反应
有氧呼吸、无氧呼吸与发酵的比较
呼吸类型
有氧呼吸 无氧呼吸
氧化基质 有机物 有机物
ห้องสมุดไป่ตู้发酵
有机物
最终电子受体 O2
产物 产能 CO2、H2O 多
（三） 发酵作用(fermentation)
如果电子供体是有机化合物，而最终电子受体也是有机化合物的生物氧 化过程称为发酵作用。酵母菌利用葡萄糖进行酒精发酵，其中只有 9.6×104J贮存于ATP中，其余又以热的形式丧失，反应式如下： C6H12O6+2ADP+2Pi--------→2C2H5OH+2CO2+2ATP

特点：
a 、不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，无ATP生成，
b、产大量的NADPH+H+还原力 ； c、产各种不同长度的重要的中间物（5-磷酸核糖、4-磷酸-赤藓糖 ） d、单独HMP途径较少，一般与EMP途径同存
e、HMP途径是戊糖代谢的主要途径。
3）ED途径
——2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途径 1952年 Entner-Doudoroff ：嗜糖假单胞菌
过程： （4步反应） 1 葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖
6-磷酸-葡糖酸
6-磷酸-葡萄糖-脱水酶
特点:
a、步骤简单 b、产能效率低：1 ATP
KDPG KDPG醛缩酶
3--磷酸--甘油醛 + 丙酮酸
c、关键中间产物 KDPG，特征酶：KDPG醛缩酶
细菌：铜绿、荧光假单胞菌,根瘤菌,固氮菌,农杆菌,运动发酵单胞 菌等。
——严格厌氧菌进行的 唯一能大规模生产的发酵产 品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3：6：1） ——丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyricum)
2丙酮酸
2乙酰-CoA
缩合
乙酰-乙酰 CoA
（CoA转移酶）
丙酮 +CO2 丁醇
5）氨基酸的发酵产能（stickland反应）
发酵菌体：生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、双 酶梭环（TCA 循环支路）
乙酸
乙酰-CoA
（乙酰--CoA合成酶）
异柠檬酸
（异柠檬酸裂合酶）
苹果酸 （苹果酸合成酶） 琥珀酸 + 乙醛酸
Ii 丙酮酸 、PEP等化合物固定CO2的方法 Iii 厌氧、兼性厌氧微生物获得TCA 中间产物方式
------通过TCA的逆过程

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

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;