微生物的代谢及其调控
微生物的代谢，指微生物在存活期间的代谢活动。微生物在代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物。根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系，可以分为初级代谢产物和次级代谢产物两类。初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。
微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖。脂类、维生素等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。
次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素。毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物，种类很多，常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。总之，这些代谢产物都是在微生物细胞的调节下，有步骤地产生的。
从物质代谢过程中可知，酶在细胞内是分隔着分布的。代谢上有关的酶，常常组成一个酶体系，分布在细胞的某一组分中，例如,糖酵解酶系和糖元合成、分解酶系存在于胞液中；三羧酸循环酶系和脂肪酸β-氧化酶系定位于线粒体；核酸合成的酶系则绝大部分集中在细胞核内。这样的酶的隔离分布为代谢调节创造了有利条件，使某些调节因素可以较为专一地影响某一细胞组分中的酶的活性，而不致影响其他组分中的酶的活性，从而保证了整体反应的有序性。一些代谢物或离子在各细胞组分间的穿梭移动也可以改变细胞中某些组分的代谢速度。
微生物的分解代谢
微生物在生命活动中，能将复杂的大分子物质分解为小分子的可溶性物质，并有能量转变过程，这种物质转变称为分解代谢。大多数微生物都能分解糖和蛋白质，少数微生物能分解脂类。
糖类是异养微生物的主要碳素来源和能量来源，包括各种多糖、双糖和单糖。多糖必须在细胞外由相应的胞外酶水解，才能被吸收利用；双糖和单糖被微生物吸收后，立即进入分解途径，被降解成简单的含碳化合物，同时释放能量，供应细胞合成所需的碳源和能源。
细菌分解蛋白质的酶有两类，一类为蛋白酶，另一类为肽酶，前者为胞外酶，能将蛋白质分解为多肽和二肽。肽类可进入微生物细胞中，肽酶为胞内酶，将进入细胞内的肽水解为游离的氨基酸，供菌体利用。微生物对氨基酸的分解方式很多，主要为脱氨作用和脱羧作用，不同细菌水解不同氨基酸除生成氨基酸外，还有其他物质产生。如大肠杆菌、枯草杆菌水解含硫氨基酸有H2S 产生；大肠杆菌、变形杆菌水解色氨酸，可形成吲哚。有些细菌则不能，因此这些特性可用于细菌的鉴定。
脂肪是脂肪酸和甘油的结合物。某些微生物能产生脂肪酶，将脂肪水解为甘油和脂肪酸。甘油和脂肪酸可被微生物摄入细胞内，进行代谢。
微生物的合成代谢
微生物的细胞物质主要是由蛋白质、核酸、碳水化合物和类脂等组成。合成这些大分子有机化合物需要大量能量和原料。能量来自营养物质的分解，至于原料，可以是微生物从外界吸收的小分子化合物，但更多的是从营养物质分解中获得。从这里可以看到分解作用与合成作用之间相互依赖的紧密关系，由于它们相互依赖、偶联进行，微生物才能具有旺盛的生命活动和正常的生长繁殖。因而在自然界中得以生存和发展。微生物种类很多，合成途径也比较复杂和多种多样。
微生物独特合成代谢途径举例
一、自养微生物的CO2固定微生物中固定CO2的途径有4条：Calvin循环、厌氧乙酰-CoA途径、逆向TCA循环和羟基丙酸途径。Calvin循环是光能自养生物和化能自养生物固定CO2的主要途径。核酮糖二磷酸羧化酶和磷酸核
酮糖激酶是本途径的两种特有酶。本循环分三个阶段：羧化反应、还原反应、CO2受体的再生。
二、厌氧乙酰- CoA途径非循环式，主要存在于一些化能自养细菌中，如产乙酸菌、产甲烷菌等。
三、逆向TCA循环又称还原性TCA循环，通过逆向TCA循环固定CO2 ，存在于绿色硫细菌中。
四、羟基丙酸途径少数绿色硫细菌在以H2或H2S作电子供体进行自养生活时所特有的一种固定CO2的机制。
固氮的生化机制
生物固氮反应的6要素 ATP、还原力[H]及其传递载体、固氮酶、还原底物——氮气、镁离子、严格的厌氧环境固氮酶：含有两种成分，固二氮酶（组分Ⅰ）和固二氮酶还原酶（组分Ⅱ），组分Ⅰ是真正的固氮酶，称钼铁蛋白，功能是络合、活化和还原N2，组分Ⅱ又称铁蛋白，实质是固二氮酶还原酶，功能是传递电子到组分Ⅰ上。测定固氮酶活力采用乙炔还原法，基于固氮酶能催化乙炔还原成乙烯的反应： C2H2-----C2H4。固氮的生化途径好氧菌固氮酶避氧害机制好氧性自生固氮菌的抗氧保护机制分为呼吸保护：固氮菌科的菌种能以极强的呼吸作用将周围环境中的氧消耗和构象保护：高氧分压下，固氮酶能形成一个无固氮活性但能防止氧害的特殊构象。蓝细菌固氮酶的抗氧保护机制超氧化物歧化酶活性很高，有解除氧毒害的功能、呼吸强度高。非异形胞蓝细菌固氮酶的保护时间上分隔、失去产氧的光合系统。提高超氧化物歧化酶活性等。豆科植物根瘤菌固氮酶的抗氧保护机制根瘤菌固氮时，分化为固氮活性很强的类菌体，类菌体被包在类菌体周膜中，此膜的内外都存在着一种独特的豆血红蛋白质，豆血红蛋白通过氧化态和还原态间的变化可发挥缓冲剂的作用，借以使氧维持在低而恒定的水平上。
微生物细胞不同的微生物种类利用不同的物质，通过不同的途径将其转化为微生物自身所需要的能源
ATP与生物氧化
生物氧化是发生在细胞内的一切产能性氧化反应的总称。微生物呼吸作用的本质是氧化与还原的统一的过程，这过程中有能量的产生和能量的转移。生
物氧化还原过程不同于一般的化学氧化还原过程，有以下几个差别：①在酶的作用下，常温常压的温和条件；②复杂有机物被氧化成二氧化碳、水和其他简单的物质；③产生能量供给生物（合成、生命活动、热能）；④多步反应，产生许多中间产物；⑤同时吸收和同化各种营养物质。
微生物的呼吸将底物氧化分解产生能量，同时，微生物将能量用于细胞组分的合成，在这两者之间存在能量转移的中心—ATP。微生物生长代谢所需要的直接能源物质是ATP，有机物中的能量只有转移到ATP中才能被微生物所利用。ATP水解释放的能量转化为机械能，电能，势能等各种形式的能量，并用于微生物进行各项生命活动，ATP在微生物的生长代谢中发挥着重要的作用。生物氧化的形式为加氧、脱氢、失去电子；生物氧化的功能为产能（ATP），产还原力[H]，产小分子中间代谢产物。生物氧化包括三个过程：底物脱氢（或脱电子）；氢（或电子）的传递；氢受体接受氢（或电子）。根据最终电子受体的不同，可以将生物氧化分为发酵，有氧呼吸和无氧呼吸。无论是哪一种类型，其本质都是氧化还原反应，即在化学反应中一种物质失去电子被氧化，另一种物质得到电子被还原，微生物从中获得生命活动所需要的能量。
ATP是在发酵、好氧呼吸及无氧呼吸中生成的。ATP生成的有如下三种方式：氧化磷酸化（或电子传递磷酸化）即通过生物氧化作用，将食物分子中存储的化学能转变成生物能，即将化学能转换成ATP分子的高能磷酸键，然后再通过ATP分子磷酸键的分解释放能量，为生物体提供所需的能量。质子和电子向终端电子受体转移时，需经过一系列的氢和电子传递体，每个传递体都是一个氧化还原系统，传递中逐步释放能量，并生成ATP。
传递体指各种辅酶和辅基，真核微生物的传递体在线粒体内膜上，原核微生物的传递体在细胞质膜上底物水平磷酸化：在基质氧化过程中，产生一种含高能自由能的中间体，这一中间体将高能键交给ADP，使其磷酸化生成ATP。其特点：不经电子传递链，电子直接在两种化合物间转移X～P + ADP → ATP + X
光合磷酸化：通过光合作用，将光能（主要是太阳能）转换成ATP的高能磷酸键，再利用ATP的能量合成糖类物质。真核细胞的氧化磷酸化主要在线粒体膜上进行；原核细胞的氧化磷酸化则是在细胞质膜上进行；光合磷酸化主
