当前位置：文档之家 › 微生物合成代谢与分解代谢的联系

微生物合成代谢与分解代谢的联系

  • 格式：ppt
  • 大小：5.54 MB
  • 文档页数：70

下载文档原格式

  / 70

合集下载

第五章 微生物的代谢

第五章 微生物的代谢


为混合酸发酵。
EMP
葡萄糖
乳酸、乙酸、甲酸 丙酮酸 乙醇 、CO2 、H2 琥珀酸
五 丙酮-丁醇发酵
——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
• 为细胞生命活动提供ATP 和 NADH • 是连接其它几个重要代谢途径的桥梁 • 为生物合成提供多种中间代谢物
2. HM途径（磷酸戊糖支路， 单磷酸己糖途径)
ATP 12NADPH+H+ 36ATP 35ATP
6C6
6C5
经过系列反应后合成己糖 6CO2
5C6
C6为己糖或己糖磷酸;C5为核酮糖-5-磷酸;打方框的为终产物; NADPH+H+必须先由转氢酶将其上的氢转到NAD+上并变成 NADPH+H+后,才能进入呼吸链产ATP;
NADH + H+ NAD+
•异型乳酸发酵途径：肠膜明串珠菌，短乳杆菌
PK/ HK
葡萄糖
乳酸 + 乙醇 + CO2 + 1ATP
•双岐发酵途径：双岐杆菌
PK/ HK 葡萄糖 乳酸 + 乙酸 + CO2 + 2.5ATP
三 丙酸发酵（丙酸细菌，厌氧菌）
葡萄糖
EMP
丙酮酸
丙酸
乳酸
四 混合酸发酵
由于代谢产物中含有多种有机酸，故将其称
生活在盐湖及海边的岩池等盐浓度很高环境
胞内积累高浓度的甘油从而使细胞的渗透压保持平衡
第五章 微生物的代谢

第五章 微生物的代谢


（三）半纤维素的分解 半纤维素也是植物细胞壁的重要组成成分，在植
物体内的含量很高，仅次于纤维素，半纤维素是由戊 糖（主要是木糖和阿拉伯糖）和己糖（主要是半乳糖 和甘露糖）缩合而成的聚合物，有些种类植物在组成 半纤维素的亚基中，还有糖醛酸（主要是半乳糖醛酸 和葡萄糖醛酸）。
半纤维素比纤维素容易分解，能够分解它的微生 物种类也比较多，例如细菌中的噬纤维菌，梭菌中的 某些种类，真菌中的曲霉、青霉、木霉等的某些种类。 半纤维素在相应酶的作用下，分解为相应的单糖。
•反应步骤简单，产能效率低.
• 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.
ED途径的总反应
•
• •
ATP
• • •
ATP
C6H12O6
ADP
KDPG
2ATP NADH2 NADPH2 2丙酮酸
HMP途径的重要意义
•为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。
•产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提 供还原力，另一方面可通在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可 以调剂戊糖供需关系。
•途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、 碱基合成、及多糖合成。
醛再氧化成有机酸，最后按脂肪酸β-氧化的方
式分解，为机体生长提供必要的能量与小分子 化合物。
（二）脱氨作用 脱氨基主要有氧化脱氨基（大肠杆菌等参与）、水解
脱氨基（酵母菌等参与）和还原脱氨基（大肠杆菌等参 与）三种方式。 1.氧化脱氨基 CH3CHNH2COOH+1/2O2→CH3COCOOH+NH3 2.水解脱氨基 RCHNH2COOH+H2O→RCH2OH+CO2+NH3 3.还原脱氨基 HOOCCH2CHNH2COOH→HOOCCH=CHCOOH+ NH3
微生物的能量代谢

微生物的能量代谢


广。如戌糖可用作碳源。
3. ED 途径
ED途径是在研究嗜糖假单孢菌时发现的另一条分解 葡萄糖形成丙酮酸和3-磷酸甘油醛的途径。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。
1分子葡萄糖经ED途径最后生成2分子丙酮酸、1分子 ATP、1分子NADPH和1分子NADH。 ED途径可不依赖于EMP和HMP途径而单独存在。
ED途径的意义
ED途径可与EMP、HMP和TCA等相连接，因此可相互协 调，以满足微生物对能量、还原力和各种中间代谢产物的 需求。细菌酒精发酵：运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis），微好氧从丙酮酸到乙醇。
具有ED途径的细菌
在G-细菌中分布广泛，如假单胞菌属、根瘤菌、固氮菌， 很少有革兰氏阳性细菌有这条途径。
底物脱氢
•递氢与受氢
–EMP途径
–HMP途径 –ED途径 –TCA循环
–呼吸
–无氧呼吸 –发酵
（一）底物脱氢的四条主要途径
生物体内葡萄糖作为生物氧化的典型底物，主要 分为四种途径脱氢： 1. EMP途径：主要产物、特点、意义 2. HMP途径：主要产物、特点、意义 3. ED途径：主要产物、特点、意义 4. TCA循环：主要产物、特点、意义
HMP 途径
5-磷酸-木酮糖
5-磷酸-木酮糖 6-磷酸-景天庚酮糖
6-磷酸-果糖 6-磷酸-葡萄糖
5-磷酸-核酮糖
5-磷酸-核酮糖
3-磷酸-甘油醛 4-磷酸-赤藓糖 6-磷酸-果糖 6-磷酸-葡萄糖
5-磷酸-核糖
5-磷酸-核糖
3-磷酸-甘油醛
HMP途径的三个阶段
从6-磷酸-葡萄糖开始，通过几步氧化反应产生核酮糖-5-磷酸和二氧化 碳。 核酮糖-5-磷酸发生结构变化形成核糖-5-磷酸和木酮糖-5-磷酸。 几种戊糖磷酸在没有氧参与的条件下发生碳架重排，产生了己糖磷酸 和丙糖磷酸，丙糖磷酸可通过EMP途径转化成丙酮酸再进入TCA循环
第三章微生物代谢

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。
第6章-微生物的代谢

第6章-微生物的代谢


新陈代谢 = 分解代谢 + 合成代谢 分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系 的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式 的能量和还原力的作用。
合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小 分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大 分子的过程。
合成代谢按产物在机体中作用不同分： 初级代谢： 提供能量、前体、结构物质等生命活动所 必须的代谢物的代谢类型；产物：氨基酸、核苷酸等。 次级代谢： 在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代 谢类型；产物：抗生素、色素、激素、生物碱等。
•反应步骤简单，产能效率低.
• 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.
相关的发酵生产：细菌酒精发酵
葡萄糖三条降解途径在不同微生物中的分布
菌名 酿酒酵母 产朊假丝酵母 灰色链霉菌 产黄青霉 大肠杆菌 铜绿假单胞菌 嗜糖假单胞菌 枯草杆菌 氧化葡萄糖杆菌 真养产碱菌 运动发酵单胞菌 藤黄八叠球菌
氧被消耗而造成局部的厌氧环境
硝酸盐还原细菌进行厌氧呼吸
土壤中植物能利用的氮 （硝酸盐NO3-）还原成 氮气而消失，从而降低 了土壤的肥力。
松土，排除过多的水分， 保证土壤中有良好的通 气条件。
反硝化作用在氮素循环中的重要作用
硝酸盐是一种容易溶解于水的物质， 通常通过水从土壤流入水域中。如果 没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积 累，会导致水质变坏与地球上氮素循 环的中断。
2、 HMP途径 (戊糖磷酸途径)
（Hexose Monophophate Pathway）
葡萄糖经转化成6磷酸葡萄糖酸后， 在6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶的催化下， 裂解成5-磷酸戊糖 和CO2。
(推荐)《微生物的新陈代谢》PPT课件

(推荐)《微生物的新陈代谢》PPT课件

29
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。
30
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。
第六章 微生物的新陈代谢 第二节 分解代谢与合成代谢的联系-文档资料

第六章 微生物的新陈代谢 第二节 分解代谢与合成代谢的联系-文档资料


的间隔程度低，故反应的控制主要在简单的酶分子
水平上进行。
二、代谢物回补顺序
代谢物回补顺序（anaplerotic sequence），又称代谢 物补偿途径或添补途径（replenishment pathway），
是指能补充两用代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢
物的那些反应。
作用：当重要产能途径中的关键中间代谢物必须被
在乙醛酸循环中有两个关键酶——它们可使丙酮酸和乙酸等化合物 合成4C二羧酸，以保证微生物正常生物合成的需要。
乙醛酸循环的总反应式：2丙酮酸→琥珀酸＋2CO2
乙醛酸循环中的两个关键反应：
具有乙醛酸循环的微生物，普遍是好氧菌， 例如可用乙酸作唯一碳源生长的一些细菌，包括 Acetobacter（醋杆菌属）、 Azotobacter（固氮菌属）、 E.coli、
径，可使TCA循环不仅具有高效产能功能，而且还兼有 可为许多重要生物合成反应提供有关中间代谢物的功 能，Eg.草酰乙酸可合成天冬氨酸， α －酮戊二酸可 合成谷氨酸，琥珀酸可合成叶卟啉等。
苹果酸合酶 （malate synthase，MS）
异柠檬酸裂合酶 （isocitrate lyase，ICL）
微生物学
浙江工业大学生物技术系
裘娟萍 钟卫鸿 邱乐泉 汪琨
第二节 分解代谢和合成 代谢的联系
分解代谢与合成代谢在生物
体内是偶联进行的，它们之间的
关系是对立统一的。
分解代谢与合成代谢的关系图
联接分解代谢与合成代谢的中间代谢物有12种。
一、两用代谢途径
凡在分解代谢和合成代谢中均具有功能的代谢途径， 称为两用代谢途径（amphibolic pathway）。
大量用作生物合成的原料而抽走时，仍可保证能量代 谢的正常进行。
微生物的代谢

微生物的代谢

1．氢细菌 2．氨的氧化 3．硫的氧化 4．铁的氧化
1．氢细菌
氢细菌都是一些呈G-的兼性化能养自 养菌，它们能利用分子氢氧化产生的能量 同化CO2，也能利用其它有机物进行生长。
2．氨的氧化
氨的氧化可分两个阶段，先由亚硝酸 细菌将氨氧化成亚硝酸，再由硝酸细菌将 亚硝酸氧化为硝酸。
3．硫的氧化
硫杆菌能利用硫作为能源而生长，其 中多数硫杆菌是通过氧化硫代硫酸盐获得 能量的。
电子受体 产 物
铁呼 吸
Fe3+
碳酸盐呼吸 CO2、HCO3- CH4 氧
延胡索酸呼吸 延胡索酸 琥珀酸
电子传递链上 作用 微生物特
最后一个酶
兼/专厌氧 生成甲烷 专性厌
兼厌氧
一、能量来自有机物
1．大分子的降解 2．二糖的分解 3．单糖的分解 4．脂肪和脂肪酸的分解 5．含氮化合物的分解 6．其它有机物的分解 7．内源性代谢物的分解
第三章 微生物的代谢
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
微生物代谢的研究方法 微生物的产能代谢 微生物的合成代谢 微生物的次级代谢 微生物的代谢调节
新陈代谢简称代谢，是微生物生命活动的
基本特征之一，是微生物生理学的核心，它包括 微生物体内所进行的全部化学反应的总和。
微生物的代谢作用包括分解代谢和合成代谢： • 分解代谢：有机物分解为简单物质并产生能量的
2．二糖的分解
很多二糖能被微生物分解利用，如蔗 糖，麦芽糖，乳糖；纤维二糖等，分解二 糖的酶结合于细胞表面或存在于细胞内， 结合于细胞壁上的水解酶，易水解利用二 糖，位于细胞内的水解酶，其水解作用不 仅受水解酶本身限制，还受细胞渗透酶系 的限制。
3．单糖的分解
按照单糖所含的C原子的数目可分丙糖、丁 糖、戊糖、已糖、庚糖、辛糖、壬糖。其中已糖 中的葡萄糖和果糖是异养微生物的良好碳源和能 源，能真接进入糖代谢途径被分解。
微生物的新陈代谢 第二节 分解代谢和合成代谢的联系

微生物的新陈代谢 第二节 分解代谢和合成代谢的联系

关键性酶：异柠檬酸(裂合)酶：Isocitrate lyase,苹果酸合成酶：malate synthase
广东海洋大学 农学院生物技术系
具有乙醛酸循环的微生物，普遍是好氧 菌，乙酸作唯一碳源生长的一些 细菌， 包括：Acetobacter（醋杆菌属）、 Azotobacter（固氮菌属）、E.coli、 Enterobacteraerogenes（产气肠杆菌）、 Paracoccusdenitrificans（脱氮副球菌） 真菌有酵母属、青霉菌和黑曲霉。
N2+2e-+6H++(18~24)ATP 2NH3 +H2+(18 ~24)ADP+ (18 ~24) Pi
➢ NH3去路：自生固氮菌不能储存，也不分泌，很快同化； 共生固氮菌分泌至根瘤细胞中为植物所利用。 固氮阶段
N2 2NH3 + H2 75% 还原力用来还原N2，25%的还原力 以H2形式浪费
微生物通过固氮酶将大气中的氮气催化还原 为氨的过程。
（一）固氮微生物(nitrogen-fixing organism, diazotrophs)
根据生态类型分
自生固氮菌(free-living nitrogen-fixer) 共生固氮菌(symbiotic nitrogen-fixer) 联合固氮菌(associative nitrogen-fixer)
二、代谢物回补顺序
代谢物回补顺序（Anaplerotic sequence）
补救途径 （salvage pathway ） 添补反应 （anaplerotic reaction） 代谢物补偿途径（replenishment pathway） 能补充两用代谢途径中因合成而消耗的中 间产物的那些反应。
05、微生物代谢

05、微生物代谢


不经 呼吸链
发酵
有氧呼吸、无氧呼吸和发酵的递氢与受氢
在递氢、受氢中，根据氢受体性质的不同，异养微生物的 生物氧化可分为有氧呼吸、无氧呼吸和发酵三类。
有氧呼吸、无氧呼吸、发酵的特点比较
生物氧化 递氢方式 的类型 末端氢受体 对O2的 要求 有氧 无氧 无氧 产能 效率 高 较低
有氧呼吸 完整呼吸链 外源性分子氧 递 氢
氧化磷酸化产能
有氧呼吸
无氧呼吸 有 机 物 氧 化 (化能异养型微生物) 底物磷酸化产能：发酵 无 机 物 氧 化：氧化磷酸化产能 (化能自养型微生物) 有氧呼吸 无氧呼吸
3、还原力[ H ]的来源
化能异养型微生物：有机物氧化脱氢产生
化能自养型微生物：无机物氧化后通过消耗ATP的 逆呼吸链电子传递产生
部分呼吸链 外源性无机氧 无氧呼吸 递 氢 化物(或有机物) 发酵
不经呼吸链, 内源性中间 直接受氢 代谢有机物
很低
只有 底物磷酸化
1、有氧呼吸（aerobic respiration）
有氧呼吸：底物脱氢后，经完整呼吸链传递，最终 被作为末端氢受体的外源性分子氧接受 产生水并释放能量的生物氧化过程。
（1）硝酸盐呼吸（反硝化作用）
硝酸盐呼吸：以NO3-作为末端氢受体的无氧呼吸。
末端氢受体： NO3末端氢受体的还原产物：（N02[H] 呼吸链 ATP N03N02-
N0
N20
N20
） N2
N0
N2 + H2O
进行硝酸盐呼吸的细菌：反硝化细菌（硝酸盐还原菌） 反硝化细菌属于兼氧菌，有氧时进行有氧呼吸， 无氧时进行硝酸盐呼吸，如：地衣芽孢杆菌。 硝酸盐还原 同化性硝酸盐还原：以N03- 作为氮源。不属于硝酸盐呼吸。
6第六章 微生物的代谢

6第六章 微生物的代谢


发酵的类型
1.由EMP途径中丙酮酸出发的发酵
丙酮酸EMP途径的关键产物，由丙酮酸出发，在 不同微生物中可进入不同的发酵途径，如：同型酒 精发酵、同型乳酸发酵、丙酸发酵、混合酸发酵、 丁酸发酵等。
2.通过HMP途径的发酵——异型乳酸发酵 （heterolactic fermentation）凡葡萄糖发酵后产生乳 酸、乙醇（乙酸）和CO2等多种产物的发酵即异型 乳酸发酵；相对的如只产生2分子乳酸的发酵则称 同型乳酸发酵（homolactic fermentation）
第六章 微生物的代谢
Microbial metabolism
概述
新陈代谢（metabolism）简称代谢，是指发生在活细胞 中的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢 （anabolism）的总和。
分解代谢又称异化作用，指复杂的有机分子在分解代谢 酶系的催化下产生简单分子、能量和还原力的作用。
TCA循环在微生物生命活动中的意义：
（1）彻底氧化，为微生物生长提供大量的能 量。 （2） 位于一切分解代谢与合成代谢的中枢地 位，为有机物的合成提供大量的原料。 （3）工业生产中可利用这一途径生产柠檬酸、 苹果酸、琥珀酸、谷氨酸等工业原料。
6.1.1.2 递氢和受氢
在生物体中，贮存在葡萄糖等有机物中 的化学能，经上述的多种途径脱氢后， 经过呼吸链等方式递氢，最终与受氢体 （氧、无机物或有机物）结合，以释放 其化学潜能。
1.EMP途径（Embdem-Meyerhof-Parnas pathway）或糖酵解途径（Glycolysis Pathway ）
是绝大多数生物所共有的一条主流代谢途径。
1分子葡萄糖，经10步反应，产生2分子丙酮 酸 苷、酸）2分和子2N分A子DAHT2（P。还原型烟酰胺腺嘌呤二核

微生物的代谢


第一节 微生物的能量代谢
新陈代谢中的核心问题： 能量代谢 能量代谢的中心任务： 是生物体如何把环境中多种形式的最初能源转 换成为对一切生命活动都能使用的通用能源。 生物体能量代谢的实质： 是ATP和酰基辅酶A、酰基磷酸等的生成和利 用问题。即ATP的生成和利用的问题。

能源的转化
化能异养菌 最 初 能 源 有机物 光能营养菌 日 光 化能自氧菌 无机物* 通用能源 (ATP)
比 较 项 目 步 骤 条 件 催 化 剂 产 能 形 式 能 量 利 用 率
燃 烧 一 步 式 快 速 反 应 激 烈 无 热 、 光 低
生 物 氧 化 多 步 式 梯 级 反 应 温 和 酶 大 部 分 为 ATP 高
二、生物氧化类型 （一）有氧呼吸 作用aerobic respiration
丙酸发酵
丙酮酸 琥珀酸 丙酸细菌

草酰乙酸 丙酸
苹果酸
混合酸发酵
微生物将葡萄糖转 变成琥珀酸、乳酸、 甲酸、乙酸、氢气、 二氧化碳等多种产物 的生物学过程。
丁二醇发酵
微生物发酵葡萄糖 得到大量的丁二醇与 少量的乳酸 、乙酸、 二氧化碳、氢气等产 物的代谢过程。
由EMP途径的丙酮酸出发的发酵
合成代谢和分解代谢的关系
复杂分子
(有机物)
分解代谢酶系
合成代谢酶系
简单分子+ATP+[H]
初级代谢和次级代谢


初级代谢： 能使营养物质转变成 机体的结构物质、或对 机体具有生理活性作用 的物质或为生长提供能 量的一类代谢类型。 初级代谢产物
次级代谢： 存在于某些生物中, 并在它们一定生长时 期内出现的代谢类型。 次级代谢产物： 抗生素、生长刺激素、 生物碱、色素等

第五章 微生物的代谢


• 例如，各种淀粉酶（α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化 酶等）可将淀粉水解成葡萄糖。
多糖 单糖 丙酮酸 H2O、CO2
（二）蛋白质和氨基酸的分解
蛋白质
蛋白酶
短肽
肽酶
氨基酸
R CH COOH
NH2
R CH COOH 脱羧作用
NH2
脱氨作用
（三）脂肪类物质的分解
• 一般情况下，微生物首先利用环境中容易利用的 营养物质（结构简单、分子量小的）；当环境中 只有脂肪类物质时，微生物才分解利用脂肪来生 长和获取能量。
二、自养微生物的生物氧化
• 从无机物的氧化获得能量，以无机物为电子供体。
• 一般也能以CO2为唯一或主要碳源合成细胞物质。
1. 氨的氧化
• NH3、亚硝酸（NO2-）等无机氮化物可以被某些 化能自养细菌用作能源。 • 亚硝化细菌：将氨氧化为亚硝酸并获得能量
• 硝化细菌：将亚硝酸氧化为硝酸并获得能量
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。 能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中的 多种形式的最初能源转换成对一切生命活动都能使用 的通用能源----ATP。这就是产能代谢。
有机物 最初 能源
化能异养微生物 化能自养微生物 光能微生物
还原态无机物
通用能源 （ATP）
• 结果判断和表示方法
变红 +
―不变色”
－
4. 吲哚试验
5.VP试验
• 培养基：葡萄糖蛋白胨水培养基（葡胨水）
• 试剂：VP试剂（VP甲液和VP乙液）
• 原理： 葡萄糖 丙酮酸 乙酰甲基甲醇
碱 性
O2
红色化合物 • 结果判断和表示方法： 培养基颜色变红

第五章 微生物的新陈代谢


顺序严格的系列反应 由酶催化，条件温和
大部分为ATP 高
生物氧化的过程
脱氢（或电子） 递氢（或电子） 受氢（或电子） 三阶段
生物氧化的功能： 产能(ATP)
产还原力【H】 小分子中间代谢物
生物氧化的类型
呼吸 无氧呼吸 发酵
（一）、底物脱氢的4条途径：
1、糖酵解途径
（Embden-Meyerhof-Parnas pathway，简称EMP途径）
ED途径的特点是：
①具有一特征性反应——葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6磷酸葡萄糖酸后，裂解成丙酮酸和3-磷酸甘油醛；3-磷 酸甘油醛再经EMP途径转化成为丙酮酸。结果是1分子葡 萄糖产生2分子丙酮酸，1分子ATP。
②存在一特征性酶——KDPG醛缩酶；
③其终产物2分子丙酮酸的来历不同，即一个由KDPG裂解 而来，另一由EMP途径转化而来；
（4）氨基酸发酵产能——Stickland反应
• —种氨基酸作底物脱氢(即氢供体)，而以另 一种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能 的独特发酵类型，称为Stickland反应。每 分子氨基酸仅产1个ATP。
底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）
物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物， 而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成。
发酵的类型
• （1）由EMP途径中丙酮酸出发的发酵 丙酮酸是EMP途径的关键产物，由它出发，
在不同微生物中可进入不同发酵途径。 如：酿酒酵母：同型酒精发酵；
德氏乳杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、干 酪乳杆菌：同型乳酸发酵。 利用：工业发酵手段生产代谢产物。鉴定菌 种。
（2）通过HMP途径的发酵——异型乳酸发酵

微生物的代谢

第五章微生物的代谢代谢：细胞内发生各种化学反应的总称，主要由分解代谢和合成代谢两个过程组成。

分解代谢：是指将细胞内大分子物质降解为小分子物质，并在这个过程中产生能量；合成代谢：是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂的大分子，在这个过程中要消耗能量，反应来源物质来源于分解代谢过程中产生的中间产物或环境中的小分子营养物质。

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，前一步反应的产物是后续反应的底物。

第一节微生物产能代谢在生物体内大分子有机物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，这是一个产能的过程，又称生物氧化。

一、异养微生物的生物氧化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无氧呼吸两种方式。

1、发酵A、发酵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，不需要外界提供电子体。

可发酵的底物有糖类、有机酸、氨基酸等，其中微生物发酵葡萄糖最为主要。

简单了解EMP途径、HM途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。

B、乳酸发酵：许多菌能利用葡萄糖产生乳酸，这类细菌称为乳酸菌。

根据产物不同，乳酸发酵有3种类型：同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧乳酸发酵。

a、同型乳酸发酵：葡萄糖经过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，由于产物只有一种，故称同型乳酸发酵。

b、异型乳酸发酵：葡萄糖先经PK途径分解，发酵产物除乳酸以外还有一部分乙醇或乙酸。

c、双歧乳酸发酵：是两歧双歧杆菌发酵葡萄糖产生乳酸的一条途径，此反应中有两种磷酸解酮酶参加反应。

2、呼吸作用发酵中底物所具有的能量只有小部分被释放出来，并合成少量ATP，造成这种现象的原因有两个：一是底物的碳原子只被部分氧化，二是初始电子供体和最终电子受体的还原电势差不大。

呼吸作用：微生物在降解底物的过程中，将释放的电子交给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能量的过程。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

EMP途径（Embdem-MeyerhofParnas Pathway）
•
EMP途径又称糖酵解途径（glycolysis）
或己糖二磷酸途径（hexosediphosphate
pathway）
•
可概括成两个阶段（耗能和产能）、
三种产物（NADH＋H+、丙酮酸和ATP）和
10个反应步骤
精品课件
己糖激酶
磷酸己糖异构酶
磷酸果糖激酶
精品课件
甘油醛-3-磷 酸脱氢酶
磷酸甘油 酸激酶
果糖二磷酸醛缩酶
丙糖磷酸 异构酶
磷酸二羟丙酮
磷酸甘油酸 变位酶
烯醇 酶
丙酮酸激 酶
精品课件
EMP途径
• 2NADH＋H+在有氧条件下可经呼吸链的氧化磷酸化
反应产生6ATP，在无氧条件下，则可还原丙酮酸产生乳 酸或还原丙酮酸的脱羧产物——乙醛而产生乙醇
精品课件
精品课件
精品课件
精品课件
（二）递氢和受氢品课件
1、呼吸 是一种最普遍又最重要的生物氧化或产能方式，其特点是底物按 常规方式脱氢后，脱下的氢经完整呼吸链（电子传递链）传递， 最终被外源分子氧接受，产生了水并释放出ATP形式的能量。
呼吸链：是指位于原核生物细胞膜上或真核生物线粒体膜上的、 由一系列氧化还原势呈梯度差的、链状排列的氢（或电子）传递 体。 功能：（1）把氢或电子从低氧化还原势的化合物处传递到高氧 化还原势的分子氧或其他 无机、有机氧化物，并使它们还原。 （2）通过与氧化磷酸化反应相偶联，就可产生ATP形式的能量。
氧化磷酸化（电子传递磷酸化）：是指呼吸链的递氢（或电子） 和受氢过程与磷酸化反应相偶联并产生ATP的作用。
精品课件
精品课件
化学渗透假说要点：a 氧化磷酸化过程中，通过呼吸链酶系的作用， 将底物分子上的质子从膜 的内侧传递至外侧，从而造成质子在膜的 两侧分布的不均衡，亦即形成 了质子梯度差，这梯度差是产生ATP 能量的来源。 b 通过ATP酶的作用，把质子从膜的外侧再运到膜的内侧时，一方 面消除了质子梯度差，同时合成精了品课A件TP。
第五章 微生物的代谢和发酵
精品课件
• 新陈代谢（metabolism）
• 简称代谢，是指发生在活细胞中的各种分解代 谢（catabolism）和合成代谢（anabolism）的 总和
• 分解代谢
•
是指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系
的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形
式的能量和还原力（或称还原当量，一般用[H]来
精品课件
化能异养微生物的生物氧化和产 能
➢生物氧化的形式包括某物质与氧结合、 脱氢或失去电子三种
➢生物氧化的过程可分脱氢（或电子）、 递氢（或电子）和受氢（或电子）三个 阶段
➢生物氧化的功能则有产能（ATP）、产还 原力[H]和产小分子中间代谢物三种
精品课件
•
底物脱氢的四条主要途径
HMP
每条途径既有脱氢、产精能品课的件功能，又有产多种形式 小分子中间代谢物以供合成反应作原料的功能
萄糖分子仅净产2个ATP，但其产生的多种中间代 谢物不仅可为合成反应提供原材料，而且起着连 接许多有关代谢途径的作用
精品课件
HMP途径 (hexosemonophosphate
pathway)
• 已糖一磷酸途径，有时也称戊糖磷酸途 径.
• (碳架重排途径)
• 这是一条葡萄糖不经EMP途径和TCA 途径而得到彻底氧化，并能产生大量 NADPH＋H+形式的还原力和多种重要 中间代谢物的代谢途径。
甘油醛-3-磷酸处的连接来加以调剂对戊糖的 需要 ‫ ﯼ‬作为自养微生物固定CO2的中介（Calvin循环） ‫ ﯼ‬由于在反应中存在着C3～C7的各种糖，使具 有HMP途径的微生物的碳源利用范围更广 ‫ ﯼ‬通过本途径而产生的重要发酵产物很多，例如 核苷酸、若干氨基酸精品课件
ED途径 （Entner-Doudoroff pathway）
• • 所产生的丙酮酸对微好氧菌可脱羧成乙醛，
乙醛进一步被NADH2还原为乙醇，称作细 菌酒精发酵
精品课件
精品课件
三羧酸循环 （tricarboxylicacid cycle）
• 又称TCA循环
• 它在绝大多数异养 微生物的氧化性（呼 吸）代谢中起着关键 性的作用
• 在原核生物例如细 菌中，大多数TCA循 环酶都存在于细胞质精品课件
精品课件
无 氧 参 与
精品课件
精品课件
HMP途径
产生的戊糖磷酸与还原力（NADPH＋H+）的比率 为1∶2
• 其净效应为：
• 总式为：
6
精品课件
HMP途径的重要意义
‫ ﯼ‬为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸 ‫ ﯼ‬产生大量的NADPH2形式的还原剂 ‫ ﯼ‬通过EMP途径与本途径在果糖-1，6-二磷酸和
精品课件
EMP途径
p 以1分子葡萄糖为底物 p 约经过10步反应 p 产生2分子丙酮酸和2分子ATP的过程
• 在其总反应中，可概括成 p 两个阶段（耗能和产能） p 三种产物（NADH＋H+、丙酮酸和ATP） p 10个反应步骤
精品课件
生理功能
F 供应ATP 形式的能量和NADH2形式的还原力 F 连接其他几个重要代谢途径的桥梁 F 为生物合成提供多种中间代谢物 F 通过逆向反应可进行多糖合成 F 整个EMP途径的产能效率是很低的，即每一个葡
表示）的作用； 合成代谢又称同化作用,与分解代
谢相反,是指在合成酶的催化下,由简单小分子、
ATP形式的能量和[ H]形式的还原力共同合成复杂
的生物大分子的过程。
精品课件
• 新陈代谢=分解代谢+合成代谢
精品课件
微生物的能量代谢
• 新陈代谢中的核心问题就是能量代谢
精品课件
化能异养微生物的生物氧化和产 能
• ED途径是少数缺乏完整EMP途径的微 生物所具有的一种替代途径，在其他生 物中还没有发现
• 特点是 • 葡萄糖只经过4步反应即可快速获得由
EMP途径须经10步才能获得的丙酮酸
精品课件
精品课件
• 在ED途径中的关键反应 是2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡 萄糖酸的裂解
精品课件
ED途径
• ED途径利用葡萄糖的反应步骤简单，产能 效率低（1分子葡萄糖仅产1分子ATP，仅为 EMP途径之半），反应中有一个6碳的关键 中间代谢物——KDPG （ 2-酮-3-脱氧-6磷酸葡萄糖酸），两分子丙酮酸来源不同。