微生物生理与遗传学小结

1、静息细胞：又称休止细胞（resing cell），把培养液中各种营养物质和生长因子洗去后悬浮在生理盐水中培养一段时间，以消耗内源营养物质，呈饥饿状态的细胞。微生物突变株大致可以分为两类：营养缺陷型突变株和特异营养突变株。营养缺陷型突变株：通过诱变处理(紫外光照射、亚硝基胍及乙基磺酸甲酯等诱变剂)，诱使微生物发生突变，体内的一种或数种酶缺损，丧失合成某些代谢物质的能力，必须由外源供给所缺失的生长物质才能生长。这种突变株为营养缺陷型突变株。特异营养突变株：这种经诱变处理的菌株，合成特异产物(次级代谢物)的酶受到阻断，不能再合成特异产物，但仍能在最低培养基上生长，称为特异营养突变株。只有供给合成特异

2、产物的前体，才能再合成这个菌株的特有产物。“共合成”是指将诱变产生的、两个不能单独合成特异产物(抗生素)的突变株，经一同培养后，又可以再合成原来产生的特异产物的现象，称为合作生物合成(cooperative biosynthesis)或共合成(cosynthesis)。新陈代谢（metabolism ）生物体与外界环境之间的物质和能量交换以及生物体内物质和能量的转变过程叫做新陈代谢。包括物质代谢和能量代谢两个方面。按物质转化方式分：分解代谢（catabolism）：指细胞将大分子物质降解成小分子物质和还原力，并在这个过程中产生能量。合成代谢（anabolism）：是指细胞利用简单的小分子物质和

3、还原力合成复杂大分子的过程，在这个过程中要消耗能量。按代谢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、生物碱等生物氧化作用：细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）能量的化学反应。氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高能键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。生物氧化的方式：和氧的直接化合：C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O失去电子：Fe2+ Fe3+ e -化合物脱氢: CH3-CH2-OH CH3-CHO生物氧化的功能:A

4、 产能（ATP） B产还原力（H）C 小分子中间代谢物生物氧化的过程一般包括三个环节：底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电子供体或供氢体）氢（或电子）的传递（需中间传递体，如NAD、FAD等）最后氢受体接受氢（或电子）（最终电子受体或最终氢受体）底物脱氢的途径1、EMP2、HMP3、ED 4、WD 5、TCA 6、葡萄糖氧化途径糖酵解途径(glycolytic pathway)是指细胞在胞浆中分解葡萄糖生成丙酮酸(pyruvate)的过程，此过程中伴有少量ATP的生成。EMP途径的特征酶：1,6-二磷酸果糖醛缩酶 关键酶：磷酸果糖激酶HMP途径的关键酶系是6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶和转酮-转醛酶

5、系ED途径的特征反应是关键中间代谢物2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛。ED途径的特征酶是KDPG醛缩酶。葡萄糖经EMP和ED都能产生2分子丙酮酸，如何区分？1. 检测特征酶的酶活（1,6-二磷酸果糖醛缩酶和KDPG醛缩酶）2. 放射性同位素标记EMP途径中，CO2来自于葡萄糖的3位和4位碳原子ED途径中，CO2来自于葡萄糖的1位和4位碳原子三羧酸循环又称TCA循环、Krebs循环或柠檬酸循环。其中大多数酶在真核生物中存在于线粒体基质中，在细菌中存在于细胞质中；只有琥珀酸脱氢酶是结合于细胞膜或线粒体膜上。丙酮酸在进入三羧酸循环之先要脱羧生成乙酰CoA，乙

6、酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸再进入三羧酸循环。循环的结果是乙酰CoA被彻底氧化成CO2和H2O，每氧化1分子的乙酰CoA可产生12分子的ATP，草酰乙酸参与反应而本身并不消耗。发酵作用：没有任何外源的最终电子受体的生物氧化模式。在生物氧化中发酵是指没有外源电子受体的情况下，底物脱氢后所产生的还原力不经过呼吸链传递而直接交给一内源氧化性中间代谢产物的一类低效产能反应。呼吸作用：有外源的最终电子受体的生物氧化模式。微生物在降解底物的过程中，将释放出的电子交给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出能量的过程。乳酸发酵：乳酸细菌

7、能利用葡萄糖及其他相应的可发酵的糖产生乳酸，称为乳酸发酵。A. 同型乳酸发酵 B异型乳酸发酵 C双歧发酵呼吸链（respiratory chain,RC）.电子传递链（electron transport chain ,ETC）：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、链状排列的氢传递体。氧化磷酸化/电子传递链磷酸化：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。呼吸链氧化磷酸化效率的高低可用PO比：(即每消耗1mol氧原子所产生的ATP mol数)来作定量表示。有氧呼吸：底物脱下的氢经过完整的呼吸链传递,最终被外源分子氧接受，产生水并

8、释放出ATP形式的能量。无氧呼吸（厌氧呼吸）：无氧呼吸（厌氧呼吸）是一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（个别为有机氧化物）的生物氧化。微生物分解氨基酸的能力因菌种而异，一般认为革兰氏阴性菌分解能力大于革兰氏阳性菌。脱羧作用：脱羧作用是指氨基酸脱去羧基生成胺的过程。在微生物细胞内的氨基酸脱羧酶具有如下的特点：专一性强；大都是诱导酶(只有谷氨酸脱羧酶是组成酶)；一般都需要磷酸吡哆醛作为辅酶(组氨酸脱羧酶不需要辅酶)；反应都是不可逆的。R-CH-COOH R-CH2-NH2+ CO2NH2脱氨作用：氨基酸脱去氨基生成相应的-酮酸和氨的过程。氧化脱氨：催化氧化脱氨的酶有两类：氨基酸氧化酶和氨基酸脱

9、氢酶。a氨基酸氧化酶：黄素蛋白酶类，它以FMN或FAD为辅基。b氨基酸脱氢酶：不需氧，它以NAD或NADP为辅基。脱下的H不直接交给氧，经电子传递链产生水和能量。非氧化脱氨：a 还原脱氨：厌氧条件，专性厌氧或兼性厌氧微生物在氢化酶的催化下，使氨基酸加氢脱氨生成脂肪酸和氨。 b水解脱氨 ：水解脱氨生成酮酸。c 直接分解脱氨：氨基酸经过直接脱氨生成不饱和脂肪酸和氨。 d 斯提克兰反应（Stickland reaction）：一种氨基酸进行氧化脱氨，脱下去的氢去还原另一种氨基酸，使之发生还原脱氨，二者偶联进行氧化还原的脱氨作用。（3）脱羧基和脱氨基作用：某些微生物如细菌和酵母菌中的氨基酸加水分解，同

10、时脱掉氨基和羧基，生成醇、氨和二氧化碳。（4）转氨基作用：一种氨基酸把氨基转移到-酮酸上，生成新的氨基酸和原氨基酸相应的-酮酸。微生物合成合成代谢的原料：小分子物质、能量和还原力（NADPH)CO2是自养微生物的唯一碳源，异养微生物也能利用CO2作为辅助碳源。CO2的固定：将空气或周围环境中的CO2同化为细胞物质的过程。卡尔文循环(Calvin cycle)：又称二磷酸核酮糖途径或还原性戊糖磷酸循环。是光能自养微生物和化能自养微生物固定CO2的主要途径。在光能自养生物中，此反应不需要光，可在黑暗条件下进行，故称暗反应。两种特有酶：核酮糖二磷酸羧化酶（简称RuBisCO)和磷酸核酮糖激酶.分为三

11、个阶段：(1) CO2固定，即游离的CO2经酶促反应转变为有机物分子中的羧基,也称作CO2的羧化（carboxylation）。CO2的受体是核酮糖-1,5-二磷酸，催化此反应的酶是核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(2) 被固定CO2的还原，羧化产物的还原这一阶段包括两步反应：（1）在磷酸甘油酸激酶催化下，发生高能键的转移，产生1，3-二磷酸甘油酸（BPG）；（2）在磷酸甘油醛脱氢酶的催化下，还原产生3-磷酸甘油醛（G3P）。(3) 受体的再生：3-磷酸甘油醛变为果糖-6-磷酸生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮气还原成氨的过程。固氮生物都属于个体微小的原核生物，所以，固氮生物又叫做固氮微生

12、物（原核生物）。其中包括化能自养、化能异养、光能自养和光能异养等多种类型。根据固氮微生物的固氮特点以及与植物的关系，分为自生固氮微生物、共生固氮微生物（根瘤菌）和联合固氮微生物三类。一般将微生物通过代谢活动所产生的自身繁殖所必需的物质和能量的过程，称为初级代谢,该过程所产生的产物即为初级代谢产物，如氨基酸、核苷类，以及酶或辅酶等。次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对于该微生物没有明显的生理功能且非其生长和繁殖所必需的物质的过程。这一过程的产物，即为次级代谢产物，如抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等。次级代谢的生理功能（1） 次级代谢可维持初级代谢的平衡（2）

13、次级代谢产物是贮存物质的一种形式（3） 使菌体在生存竞争中占优势（4） 与细胞分化有关前体：加入到发酵培养基中的某些化合物，能被微生物直接结合到产物分子中去，而自身的结构无多大变化，且具有促进产物合成的作用。中间体：是指养分或基质进入一途径后被转化为一种或多种不同的物质，它们均被进一步代谢，最终获得该途径的终产物。次级代谢的调节1 初级代谢对次级代谢的调节2碳代谢物的调节3氮代谢物的调节4磷酸盐的调节 4.1 促进初级代谢、抑制次级代谢 4.2 抑制次级代谢产物前体的形成 4.3 阻遏次级代谢中某些关键酶的合成 4.4 抑制次级代谢中某些关键酶的活性5能荷水平的调节6酶诱导的调节诱导酶需要有诱导物存在才能形成。在次级代谢过程中，有些参与次级代谢产物合成的酶为诱导酶。内源诱导物：菌体自身代谢过程中形成的诱导物。外源诱导物：外界加入的诱导物。7产物的反馈调节反馈调节包括反馈阻遏和反馈抑制（P197）。反馈阻遏（feedback repression)：作用于基因水平，控制酶的合成量，是终产物抑制生