二微生物的代谢

1、新陈代谢 活细胞中全部有序的化学反应的总称。问题问题1 1：生物区别与非生物最本质的特征是什么？问题问题2 2：什么叫生物的新陈代谢？问题问题3 3：什么是微生物的新陈代谢呢？微生物细胞中全部化学反应的总称。第1页/共43页表面积表面积/体积体积 比值比值 老鼠老鼠 大象大象老鼠重老鼠重 25 克克,大象重大象重 4 吨吨表面积表面积/体积体积 老鼠是大象的老鼠是大象的 24 倍倍所以所以, 老鼠的代谢速率大于大象老鼠的代谢速率大于大象第2页/共43页 微生物的表面积体积的比值很大，约是同等重量的成人的30万倍，它对微生物有何意义呢？讨论：1.扩大了细胞的物质运输、信息传递等能力；2.增加了酶

2、的附着面积和反应场所；3.增加了细胞核对于细胞质、细胞膜代谢活动的控制；代谢特点代谢特点: :异常旺盛异常旺盛第3页/共43页阅读讨论：1.1.我们一般把怎样的一些物质称为微生物的初级我们一般把怎样的一些物质称为微生物的初级代谢产物呢？代谢产物呢？ 2.2.这些物质对微生物的生长、繁殖有何意义呢？这些物质对微生物的生长、繁殖有何意义呢？ 3.3.不同的微生物的初级代谢产物是否相同？不同的微生物的初级代谢产物是否相同？4.4.微生物的次级代谢产物呢？微生物的次级代谢产物呢？（一）微生物的代谢产物（一）微生物的代谢产物第4页/共43页（一）、微生物的代谢产物1. 初级代谢产物1. 定义：微生物通过

3、代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。2. 举例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。3. 特征：1. 不同的微生物初级代谢产物基本相同；2. 初级代谢产物合成过程是连续不断的。第5页/共43页2. 次级代谢产物1. 定义：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。2. 举例：抗生素、毒素、激素、色素等。3. 特征：（1）不同的微生物次级代谢产物不同（2）次级代谢产物虽然对微生物无明显的生理功能，但能提高微生物在环境中的竞争能力。（3）抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物。第6页/共43页氨基酸、核苷酸、

4、多糖、维生素等抗生素、毒素、激素、色素均在微生物细胞的调节下，有步骤产生第7页/共43页 (1)判断初级和次级代谢产物的主要依据是微生物生命活动是否必需。如乳酸判断初级和次级代谢产物的主要依据是微生物生命活动是否必需。如乳酸是乳酸菌无氧呼吸的产物，是始终产生的，但其并非是乳酸菌生命活动所必需是乳酸菌无氧呼吸的产物，是始终产生的，但其并非是乳酸菌生命活动所必需的，因此乳酸是乳酸菌的次级代谢产物。同样道理，酒精为酵母菌的次级代谢的，因此乳酸是乳酸菌的次级代谢产物。同样道理，酒精为酵母菌的次级代谢产物。产物。 (2)抗生素是真菌产生的一种次级代谢产物，有杀菌、抑菌作用，但它与抗毒素抗生素是真菌产生的

5、一种次级代谢产物，有杀菌、抑菌作用，但它与抗毒素(抗体抗体)、干扰素、干扰素(淋巴因子淋巴因子)是完全不同的。是完全不同的。第8页/共43页 1、某种细菌有两种类型：一种能在普通培养基上生长，另一种必须在普通培养基上加入精氨酸后才能正常生长，从营养角度考虑，精氨酸应属于这种细菌的（ ）；从代谢产物考虑，精氨酸应属于（ ）。生长因子初级代谢产物第9页/共43页 2、控制初级代谢产物产生的基因和控制次级代谢产物产生的基因在微生物细胞内存在的位置？ 控制初级代谢产物产生的基因一般位于拟核DNA上，控制次级代谢产物产生的基因一般位于质粒DNA上。第10页/共43页1.植物生命活动调节的基本形式是什么？

6、2.人和高等动物生命活动调节的基本形式是什么？提问（激素调节）（神经调节和体液调节）3.微生物的生命活动受什么调节呢？实例1：大肠杆菌合成异亮氨酸的调节。苏氨酸苏氨酸脱氢酶a酮丁酸异亮氨酸 当异亮氨酸积累过量，会抑制苏氨酸脱氢，异亮氨酸合成停止。第11页/共43页 实例2：亮白曲霉原来不能合成蔗糖酶，所以不能利用蔗糖，但如果在培养基内加入蔗糖，一段时间后，可以合成蔗糖酶，并利用蔗糖。实例1，通过调节酶的活性，控制代谢过程；实例2，通过调节酶的合成，控制代谢过程调节的主要方式酶合成的调节酶活性的调节（二）微生物代谢的调节（二）微生物代谢的调节第12页/共43页（二）、微生物代谢的调节1.酶合成的

7、调节微生物细胞内酶的种类：组成酶：微生物细胞内一直存在，合成只受遗传物质控制。如与能量产生有关的酶，与基因的复制和表达有关的酶。诱导酶：在环境中存在某种物质的情况下才能够合成的酶。如亮白曲霉原来不能合成蔗糖酶，所以不能利用蔗糖，但如果在培养基内加入蔗糖，一段时间后，可合成蔗糖酶，并利用蔗糖。 酶合成的调节既保证了代谢的需要，又避免了细胞内物质和能量的浪费，增强了微生物对环境的适应能力。第13页/共43页环境中同时存在葡萄糖和乳糖时环境中无葡萄糖而有乳糖时葡萄糖酶大肠杆菌乳糖酶大肠杆菌乳糖酶大肠杆菌分解葡萄糖的酶是大肠杆菌细胞内一直存在的酶分解乳糖的酶是在乳糖诱导下合成的酶第14页/共43页组成

8、酶与诱导酶的区别：组成酶与诱导酶的区别：在细胞内一直存在存在某种物质的情况下才合成它的合成只受基因调控受基因调控和环境中诱导物调控基因 组成酶 (细胞内一直存在)基因 + 诱导物 诱导酶第15页/共43页诱导酶细胞内酶的种类增多基因水平调节，控制酶的合成间接、缓慢既保证代谢需要，又避免细胞内物质和能量浪费小结：小结：第16页/共43页（二）、微生物代谢的调节2.酶活性的调节第17页/共43页分析分析：（1 1）谷氨酸属微生物的哪）谷氨酸属微生物的哪类代谢产物？分布情况怎类代谢产物？分布情况怎样？样？（2 2）随着反应的持续进行，）随着反应的持续进行，细胞内谷氨酸积累过多，细胞内谷氨酸积累过多，

9、会有什么影响？会有什么影响？（3 3）反应中酶活性改变的）反应中酶活性改变的主要原因是什么？主要原因是什么？（4 4）与酶合成的调节相比，）与酶合成的调节相比，酶活性调节的特点是什么？酶活性调节的特点是什么？第18页/共43页第19页/共43页酶活性的调节酶活性调节酶活性调节调节对象调节对象调节结果调节结果调节本质调节本质调节特点调节特点 调节调节意义意义所有酶（组成酶和诱导酶）酶活性的可逆性改变代谢水平调节，调节酶的活性快速、精细避免代谢产物积累过多葡萄糖中间产物a酮戊二酸谷氨酸谷氨酸脱氢酶NH+4抑制谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径第20页/共43页a.酶活性调节的对象是酶（组成酶和诱导酶）

10、的催化能力；调节的结果是酶量发生变化；b.酶活性调节的机制（本质）通过酶与代谢过程产生物质的可逆性结合进行调节；c.酶活性调节的特点：快速、精细；d.酶活性调节意义：避免代谢产物积累过多。小结：小结：第21页/共43页两种调节方式的区别与联系：两种调节方式的区别与联系：诱导酶所有酶（组成酶和诱导酶）细胞内酶的种类增多酶活性的可逆性改变基因水平调节代谢水平调节间接、缓慢直接、快速、精细既保证代谢需要，又避免细胞内物质和能量浪费避免代谢产物积累过多细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确控制代谢的正常进行。第22页/共43页（三）微生物代谢的人工控制（三）微生物代谢的人工控制最大限度积累对人类

11、有用的代谢产物实例1：黄色短杆菌合成赖氨酸的途径 黄色短杆菌合成赖氨酸的途径过量思考：(1)怎样才能抑制苏氨酸的合成？(2)除此方法外,有无其他办法使黄色短杆菌能不断合成并积累赖氨酸？(3)怎样选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种？第23页/共43页实例2：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径如何使细胞内的谷氨酸不会抑制谷氨酸脱氢酶的活性？（细胞内谷氨酸浓度下降）如何使细胞内的谷氨酸浓度下降？（将细胞内谷氨酸透出细胞）如何细胞内谷氨酸通过细胞膜到达细胞外？（改变细胞膜的透性）第24页/共43页a. a. 诱变选育出的不能合成高丝氨酸脱氢酶诱变选育出的不能合成高丝氨酸脱氢酶的黄色短杆菌的黄色短杆菌b.

12、青霉素青霉素 20 g/ml 85000 g/ml 第25页/共43页概念：种类1.按培养基的物理状态来分2.按代谢产物来分3.据发酵过程对氧的需求情况来分（1.）固体发酵（2.）液体发酵（1.）抗生素发酵（2.）维生素发酵（3.）氨基酸发酵等（1.）厌氧发酵（2.）需氧发酵（四）发酵（四）发酵在生产实际中，人们将通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程叫做发酵。 第26页/共43页二、微生物的代谢二、微生物的代谢（一）微生物代谢的特点：（二）微生物的代谢产物：1.初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等2.次级代谢产物：抗生素、毒素、激素、色素（三）微生物代谢的调节：1.酶合成

13、调节：主要为酶合成的诱导2.酶活性调节：主要为酶活性的抑制（四）微生物代谢的人工控制：1.目的2.措施3.实例（五）发酵：1.概念2.种类第27页/共43页巩固练习：巩固练习： 2. 下列说法正确的是 ( ) A. 诱导酶一旦产生，其活性就将一直保持下去 B. 组成酶不是微生物细胞中一直存在的酶 C. 大肠杆菌分解葡萄糖的酶是诱导酶，分解乳糖 的酶是组成酶 D. 诱导酶的合成除取决于诱导物以外，还取决于 细胞所含的基因 D1. 对微生物代谢产物的叙述正确的是 ( ) A. 初级代谢产物的种类在不同微生物细胞中不同 B. 抗生素、维生素、激素是微生物生长到一定阶段才产生 C. 次级代谢产物在细胞

14、内、外都可能存在 D. 微生物的代谢产物是自身生长、繁殖所必需的C第28页/共43页3.微生物的次级代谢产物是-（ ） A.氨基酸、多糖、抗生素、脂类； B.核苷酸、多糖、脂类 、激素； C.抗生素、脂类、色素、毒素； D.抗生素、毒素、激素、色素 D4.下列不属于次级代谢产物是-（ ） A.核苷酸 B.青霉素 C.激素 D.色素 A第29页/共43页5.下列说法不正确的是-（ ） A.初级代谢产物是微生物必需的物质 B.次级代谢产物并非是微生物必需的物质 C.次级代谢产物可在细胞的调节下产生 D. .初级代谢产物的合成无需代谢调节D6.以下不属于发酵的是-（ ） A.利用青霉菌生产青霉素；

15、B.缺氧时人的组织细胞产生乳酸； C.利用酵母菌的无氧呼吸获得酒精； D.利用乳酸菌制作泡菜；B第30页/共43页7.初级代谢产物和次级代谢产物的比较中正确的是 A.初级代谢产物和次级代谢产物合成的起始时间不同 B.初级代谢产物具有菌种特异性 C.次级代谢产物对微生物的生命活动有重要作用 D. .初级代谢产物和次级代谢产物不能同时合成8.关于微生物代谢的调节，正确的一项是 A.环境中存在某种物质时，微生物才能合成分解此物质的酶， 该酶一定是组成酶； B.某种代谢产物在细胞内的积累，将直接导致形成此物质的酶活性下降； C.只有改变微生物的遗传特性，才能实现对微生物代谢的人工控制； D.一般情况下

16、，增大细胞膜的通透性，可解除代谢产物对酶活性的抑制；第31页/共43页酶酶9.右图是黄色短杆菌合成赖氨酸的途径，请判断该途径的调节方式是-（ ）A. 酶合成的调节B. 酶活性的调节C. 既有酶合成的调节， 又有酶活性的调节D . 既有组成酶的合成调节，又有诱导酶的合成调节酶天冬氨酸中间产物中间产物高丝氨酸脱氨酸高半高丝氨酸甲硫氨酸苏氨酸、赖氨酸天冬氨酸激酶抑制活性抑制合成C第32页/共43页10.右图是黄色短杆菌合成赖氨酸途径示意图，请据图回答：（1）图中黄色短杆菌利用合成赖氨酸、苏氨酸和。 （2）当和都积累过量时，就会抑制天冬氨酸激酶的活性，该过程属于调节。 （3）赖氨酸是人和动物的氨基酸，

17、利用黄色短杆菌大量生产赖氨酸就必须抑制形成。 （4）科学家对黄色短杆菌进行处理，选育出不能合成的菌种，提高了赖氨酸的产量。该过程属于。 （5）黄色短杆菌合成的赖氨酸是代谢产物，它合成后存在的部位是在。天冬氨酸甲硫氨酸苏氨酸赖氨酸酶活性必需苏氨酸诱变高丝氨酸脱氢酶微生物代谢的人工控制初级细胞内第33页/共43页11、据图回答问题：(1)当终产物谷氨酸合成过量时往往会导致合成途径中断，原因是谷氨酸抑制了的活性，这属于_调节。它 _级代谢产物，它合成后的存在部位是_(2)假设B酶只有细胞内出现某种中间产物后才能合成，则B酶是一种_。A酶B酶谷氨酸脱氢酶酶活性诱导酶初细胞内第34页/共43页方案一：对

18、谷氨酸棒状杆菌进行诱变处理，利用选择培养基，从中选育出不能合成谷氨酸脱氢酶的菌种；方案二：利用基因工程手段，对控制合成谷氨酸脱氢酶的基因进行改造，使其不能合成谷氨酸脱氢酶；A酶B酶(3) 假设人们想利用葡萄糖、谷氨酸棒状杆菌生产a酮戊二酸，请你利用现有的知识，设计一个大量积累a酮戊二酸的方案：第35页/共43页第36页/共43页氨基酸、核苷酸、多糖、维生素等抗生素、毒素、激素、色素均在微生物细胞的调节下，有步骤产生第37页/共43页环境中同时存在葡萄糖和乳糖时环境中无葡萄糖而有乳糖时葡萄糖酶大肠杆菌乳糖酶大肠杆菌乳糖酶大肠杆菌分解葡萄糖的酶是大肠杆菌细胞内一直存在的酶分解乳糖的酶是在乳糖诱导下合成的酶第38页/共43页诱导酶细胞内酶的种类增多基因水平调节，控制酶的合成间接、缓慢既保证代谢需要，又避免细胞内物质和能量浪费小结：小结：第39页/共43页3.微生物的次级代谢产物是-（ ） A.氨基酸、多糖、抗生素、脂类； B.核苷酸、多糖、脂类 、激素； C.抗生素、脂类、色素、毒素； D.抗生素、毒素、激素、色素 D4.下列不属于次级代谢产物是-（ ） A.核苷酸 B.青霉素 C.激素 D.色素 A第40页/