第六章微生物的代谢

1、第六章微生物的代谢第1页，共45页。本章目录第一节 微生物代谢的基本知识第二节 微生物代谢的调节第2页，共45页。第一节微生物代谢的基本知识回本章目录第3页，共45页。第一节第一节 代谢概论代谢概论代谢代谢（metabolism）：）：细胞内发生的各种化学反应的总称细胞内发生的各种化学反应的总称代谢代谢分解代谢分解代谢(catabolism)合成代谢合成代谢(anabolism)复杂分子复杂分子(有机物有机物)分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢简单小分子简单小分子ATPH第4页，共45页。回本章目录第5页，共45页。二、微生物的能量代谢 生物体内一切通过氧化作用释放能量的反应称为生物氧化生物氧化

2、。整个生物氧化反应共分为三个环节：脱氢、递氢和受氢。回本章目录第6页，共45页。（一）微生物的生物氧化类型 生物氧化作用是在微生物细胞内酶的催化下，完成营养物质氧化的过程，也是生物体新陈代谢的重要基本反应。回本章目录第7页，共45页。1.发酵作用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。不彻底氧化，放能最少。回本章目录2.好氧呼吸以分子态的氧作为最终电子受体的生物氧化过程。彻底氧化，放能最多。3厌氧呼吸 在无氧的条件下，微生物以无机氧化物或无机物作为最终电子受体的生物氧化过程。不需要氧气，放能多。第8页，共45页。二、异养微生物的生物氧化二、异养微生物的生物氧化1. 发

3、酵发酵(fermentation) 发酵的种类有很多，可发酵的底物有碳水化发酵的种类有很多，可发酵的底物有碳水化合物、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发合物、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。酵葡萄糖最为重要。 生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解（糖酵解（glycolysis）,糖酵解是发酵的基糖酵解是发酵的基础础,主要有四种途径：主要有四种途径：EMP途径、途径、HMP途径、途径、ED途径、磷酸解途径、磷酸解酮酶途径。酮酶途径。第9页，共45页。第二节第二节 微生物产能代谢微生物产能代谢二、异养微生物的生物氧化二、异养微生物的生物

4、氧化生物氧化反应生物氧化反应发酵发酵呼吸呼吸有氧呼吸有氧呼吸厌氧呼吸厌氧呼吸 有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物化的某种中间产物, ,同时释放能量并产生各种不同同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。的代谢产物。 有机化合物只是部分地被氧化有机化合物只是部分地被氧化,因此因此,只释放只释放出一小部分的能量。出一小部分的能量。 发酵过程的氧化是与有机物的还原偶联在发酵过程的氧化是与有机物的还原偶联在一起的一起的.被还原的有机物来自于初始发酵的被还原的有机物来自于初始发酵的分解代谢分解代谢,即不需要外界提供电子受体。即不需要外界提供电子受

5、体。1.发酵发酵第10页，共45页。二、异养微生物的生物氧化二、异养微生物的生物氧化(1) 有氧呼吸有氧呼吸葡萄糖葡萄糖糖酵解作用糖酵解作用丙酮酸丙酮酸发酵发酵有氧有氧无氧无氧各种发酵产物各种发酵产物三羧酸循环三羧酸循环被彻底氧化生成被彻底氧化生成CO2和水和水,释放大量能量释放大量能量.第11页，共45页。二、异养微生物的生物氧化二、异养微生物的生物氧化呼吸作用与发酵作用的根本区别：呼吸作用与发酵作用的根本区别： 电子载体不是将电子直接传递给底物降电子载体不是将电子直接传递给底物降 解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐 步释放出能量后再交给最终电子受体

6、。步释放出能量后再交给最终电子受体。第12页，共45页。二、异养微生物的生物氧化 有氧呼吸：有氧呼吸： 电子传递链电子传递链 氧分子氧分子最终电子受体最终电子受体第13页，共45页。2. 2. 呼吸作用呼吸作用（2 2）无氧呼吸）无氧呼吸某些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下某些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸；进行无氧呼吸；无氧呼吸的最终电子受体不是氧无氧呼吸的最终电子受体不是氧, ,而是而是NONO3 3- -、NONO2 2- -、SOSO4 42-2-、S S2 2O O3 32-2-、COCO2 2等无机物等无机物, ,或延胡索酸或延胡索酸（fumaratefumarate

7、）等有机物）等有机物. .无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体, ,并并在能量分级释放过程中伴随有磷酸化作用在能量分级释放过程中伴随有磷酸化作用, ,也能产生较多的能量用于生命活动。也能产生较多的能量用于生命活动。由于部分能量随电子转移传给最终电子受由于部分能量随电子转移传给最终电子受体体, ,所以生成的能量不如有氧呼吸产生的多所以生成的能量不如有氧呼吸产生的多. .第14页，共45页。 能进行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸还能进行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸还盐原细菌盐原细菌,主要生活在土壤和水环境中主要生活在土壤和水环境中,如如假单胞菌、依氏螺菌、脱氮小球菌等。假

8、单胞菌、依氏螺菌、脱氮小球菌等。第15页，共45页。2. 2. 呼吸作用呼吸作用（2 2）无氧呼吸）无氧呼吸有关有关“鬼火鬼火”的生物学解释的生物学解释 在无氧条件下在无氧条件下, ,某些微生物在没有氧、氮或硫作为某些微生物在没有氧、氮或硫作为呼吸作用的最终电子受体时呼吸作用的最终电子受体时, ,可以磷酸盐代替可以磷酸盐代替, ,其结其结果是生成磷化氢果是生成磷化氢(PH(PH3 3), ),一种易燃气体一种易燃气体. .当有机物腐败变当有机物腐败变质时质时, ,经常会发生这种情况经常会发生这种情况. .若埋葬尸体的坟墓封口不严若埋葬尸体的坟墓封口不严时时, ,这种气体就很易逸出这种气体就很易

9、逸出. .农村的墓地通常位于山坡上农村的墓地通常位于山坡上, ,埋埋葬着大量尸体葬着大量尸体. .在夜晚在夜晚, ,气体燃烧会发出绿幽幽的光气体燃烧会发出绿幽幽的光. .长期长期以来人们无法正确地解释这种现象以来人们无法正确地解释这种现象, ,将其称之为将其称之为“鬼火鬼火”. .第16页，共45页。微生物类型是否需氧生物氧化类型实例好氧微生物 aerobe是有氧呼吸多数细菌全部的霉菌厌氧微生物 anaerobe否无氧呼吸或发酵作用肉毒梭菌破伤风梭菌兼性厌氧微生物facultative aerobe 兼性有氧呼吸和无氧呼吸或有氧呼吸和发酵作用酵母菌回本章目录第17页，共45页。（二）生物氧化链

10、回本章目录第18页，共45页。1.概念 微生物从呼吸底物脱下氢和电子向最终受氢（电子）体转移的过程中，要经过一系列的中间传递体，而这些中间传递体按一定的顺序排列成链，按顺序将氢和电子转移，最终将电子传给氢，这种“链”称为呼吸链，也称为生物氧化链。回本章目录2.组成脱氢酶、辅酶Q（CoQ）、细胞色素第19页，共45页。（三）ATP的生成ATP是生物体内能量的主要传递者ATP的生成需要能量，这些能量来自光能及化学能。由光能生成ATP的过程称为光和磷酸化光和磷酸化；以化学能生成ATP的过程称为氧化磷酸化氧化磷酸化。回本章目录第20页，共45页。ATP末端磷酸基团水解时,释放出的能量是30.54 kJ

11、/mol, 第21页，共45页。氧化磷酸化可分为：底物磷酸化；电子传递磷酸化回本章目录第22页，共45页。四能量转换四能量转换第二节第二节 微生物产能代谢微生物产能代谢1、底物磷酸化、底物磷酸化 (substrate phosphorylation) 物质在生物氧化过程中物质在生物氧化过程中,常生成一些含有高能常生成一些含有高能键的化合物键的化合物,而这些化合物可直接偶联而这些化合物可直接偶联ATP或或GTP的合成。的合成。第23页，共45页。四能量转换四能量转换第二节第二节 微生物产能代谢微生物产能代谢2、光合磷酸化（、光合磷酸化（photophosphorylation）光能转变为化学能的

12、过程：光能转变为化学能的过程： 当一个叶绿素分子吸收光量子时当一个叶绿素分子吸收光量子时, ,叶绿叶绿素性质上即被激活素性质上即被激活, ,导致其释放一个电子导致其释放一个电子而被氧化而被氧化, ,释放出的电子在电子传递系统释放出的电子在电子传递系统中的传递过程中逐步释放能量中的传递过程中逐步释放能量, ,这就是光这就是光合磷酸化的基本动力。合磷酸化的基本动力。光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是通过电子传光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是通过电子传递系统产生递系统产生ATPATP第24页，共45页。三、微生物的分解代谢1.蛋白质的分解2.氨基酸的分解（1）脱氨作用（2）脱羧作用回本章目录氧化脱氨还原脱

13、氨直接脱氨脱水脱氨水解脱氨氧化还原偶联脱氨第25页，共45页。（二）糖类物质的分解代谢1.多糖的分解（1）淀粉的分解（2）纤维素的分解2.单糖的利用（1）单糖的微生物有氧降解EMP途径HMP途径回本章目录-淀粉酶（液化酶）水解产物为糊精-淀粉酶（糖化酶）水解产物为麦芽糖第26页，共45页。第27页，共45页。回本章目录第28页，共45页。TCA循环回本章目录第29页，共45页。（2）无氧酵解酒精发酵甘油发酵乳酸发酵回本章目录（三）脂肪和脂肪酸的分解第30页，共45页。四、微生物的合成代谢回本章目录第31页，共45页。回本章目录第32页，共45页。（一）糖类的合成回本章目录第33页，共45页。（

14、二）氨基酸的合成回本章目录第34页，共45页。第二节 微生物代谢的调节回本章目录第35页，共45页。一、微生物代谢调节的概念与内涵 微生物代谢调节微生物代谢调节是指对微生物自身各种代谢途径方向的控制和代谢反应速度的调节。 代谢反应方向的控制是控制代谢走何种途径，即解决代谢何种产物的问题。 代谢反应速度的调节是控制代谢反应快慢，即解决代谢多少产物的问题。回本章目录第36页，共45页。二、酶的活性调节 酶活性调节酶活性调节是指对一定数量已存在的酶分子，通过对其分子构象或结构的改变来调节其催化的生物化学反应速率，这种调节能够最大限度的使微生物细胞对周围环境变化作出快速反应。回本章目录第37页，共45

15、页。（一）反馈调节一个代谢反应的终产物（或某些中间产物）对生化反应关键酶的影响，包括反馈抑制和反馈阻遏两者的区别在于：反馈阻遏是转录水平的调节，产生效应慢，反馈抑制是酶活性水平调节，产生效应快。此外，前者的作用往往会影响催化一系反应的多个酶，而后者往往只对是一系列反应中的第一个酶起作用。回本章目录（二）分支合成途径调节同工酶协同反馈抑制积累反馈抑制顺序反馈抑制第38页，共45页。酶活性的调节回本章目录第39页，共45页。三、酶的合成调节 依据微生物生长繁殖的需要可以将各种酶划分为两类，即组成酶和诱导酶。 组成酶组成酶也称为结构酶，是微生物细胞固有的酶类，其生成受菌体固有酶的合成机构所控制。 诱

16、导酶诱导酶则指酶的生成需要某些物质的诱导。回本章目录第40页，共45页。（一）诱导酶的酶量调节回本章目录（二）分解代谢产物的阻遏第41页，共45页。两种调节的对比酶合成的调节酶合成的调节酶活性的调节酶活性的调节不同点不同点调节调节对象对象通过酶量的变化控制代通过酶量的变化控制代谢速率谢速率控制酶活性，不涉及酶控制酶活性，不涉及酶量变化量变化调节调节效果效果相对缓慢相对缓慢快速、精细快速、精细调节调节机制机制基因水平调节，调节控基因水平调节，调节控制酶合成制酶合成代谢调节，它调节酶活代谢调节，它调节酶活性性相同相同点点细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确控制代谢的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。正常进行。回本章目录第42页，共45页。四、微生