微生物新陈代谢(3)讲稿

1、关于微生物的新陈代谢 (3)第一张，PPT共六十八页，创作于2022年6月概念新陈代谢（Metabolism） 一般泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。 生物小分子合成生物大分子 合成代谢 （同化） 耗能新陈代谢 能量代谢 物质 代 谢 产能 分解代谢 （异化） 生物大分子分解为生物小分子 新陈代谢的共同特点：（1）在温和条件下进行(由酶催化)；（2）反应步骤繁多，但相互配合、有条不紊、彼此协调，且逐步进行，表征 了新陈代谢具有严格的顺序性；（3）对内外环境具有高度的调节功能和适应功能。第二张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一节 微生物的能量代谢 有机物 日光 ATP 还

2、原态无机物 化能异养菌 光能营养菌化能自养菌第三张，PPT共六十八页，创作于2022年6月一、化能异养微生物的生物氧化生物氧化功能：ATP、H、小分子代谢物 生物氧化形式： 加氧、脱氢、失电子 生物氧化过程：脱氢、递氢、受氢 或电子、电子、电子 生物氧化类型：有氧呼吸、无氧呼吸、发酵第四张，PPT共六十八页，创作于2022年6月一、化能异养微生物的生物氧化（一）底物脱氢的4条途径 EMP途径：糖酵解途径 HMP 途径：戊糖磷酸途径 ED途径：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸KDPG途径 TCA循环 ：三羧酸循环途径第五张，PPT共六十八页，创作于2022年6月（一）底物脱氢的4条途径 1. E

3、MP途径：糖酵解途径（10步反应） 2NADH+H+2丙酮酸 4ATP 2ATP 2ATP 耗能阶段产能阶段C6为葡萄糖，C3为3-磷酸-甘油醛C6C3第六张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第七张，PPT共六十八页，创作于2022年6月（一）底物脱氢的4条途径 2 . HMP途径-6-磷酸葡萄糖酸途径6C6H12O6 葡萄糖6C5 12NADPH+12H+ATP 一系列反应 6CO25C6经一系列反应重新合成己糖6-磷酸-葡萄糖+ 12NADP+6H20-5-磷酸-葡萄糖+ 12NADPH+12H+6CO2+Pi 第八张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第九张，PPT共六十八页，

4、创作于2022年6月（一）底物脱氢的4条途径3 . ED途径(KDPG途径)-4步反应 6C6H12O6 葡萄糖2ATP ATP KDPG NADH+H+2丙酮酸 KDPG为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸 C6H12O6+ATP+Pi+NADP+NAD+ 2CH3COCOOH+ ATP+NADPH+H+ NADH+H+ 当缺乏EMP途径时的一种替代途径,是微生物特有的途径-细菌酒精发酵ATP 一系列反应 NADPH+H+第十张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第十一张，PPT共六十八页，创作于2022年6月6-磷酸-葡萄糖酸脱水酶KDPG醛缩酶KDPG6-磷酸-葡萄糖酸丙酮酸第十二张，

5、PPT共六十八页，创作于2022年6月一、化能异养微生物的生物氧化（一）底物脱氢的4条途径 4 .TCA循环-分解代谢和合成代谢的枢纽 FADH2 4NADH+4H+CO2 GTP 丙酮酸-乙酰COA-呼吸链第十三张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第十四张，PPT共六十八页，创作于2022年6月一、化能异养微生物的生物氧化（二）递氢与受氢 H- H- H-有机小分子-乙醇、乳酸 发酵 O2 H2O 有氧呼吸 NO3-，SO42-，CO2 NO2，SO32-，CH4 无氧呼吸 第十五张，PPT共六十八页，创作于2022年6月一、化能异养微生物的生物氧化（二）递氢与受氢 1 . 有氧呼吸-

6、完全电子呼吸链 将H -完全电子呼吸链-O2 ADP +Pi ATPH2O产能效率高第十六张，PPT共六十八页，创作于2022年6月完全电子呼吸链NADH2-NAD FAD-FADH2 还原态Fe-S-氧化态Fe-S 氧化态-醌-还原态-醌 还原态-Cyt b-氧化态 氧化态 Cytc-还原态 还原态Cyt a-氧化态 O2-H2OATP ATPATP低还原势 高第十七张，PPT共六十八页，创作于2022年6月一、化能异养微生物的生物氧化（二）递氢与受氢 2. 无氧呼吸-部分电子呼吸链 将H -部分电子呼吸链-无机氧化物 少数为有机物ADP +Pi ATP硝酸盐呼吸（反硝化）、硫酸盐呼吸、铁呼

7、吸、碳酸盐呼吸等第十八张，PPT共六十八页，创作于2022年6月一、化能异养微生物的生物氧化（二）递氢与受氢 3. 发酵-无氧条件下 底物水平磷酸化-产能效率低 H-中间代谢物-发酵产物 （1）交给EMP途径的丙酮酸或丙酮酸的转化物-不同菌不同，但H平衡第十九张，PPT共六十八页，创作于2022年6月 乳酸乙醇2，3-丁二醇丙酸异丙醇丁醇丁酸盐乙酸乙醇第二十张，PPT共六十八页，创作于2022年6月一、化能异养微生物的生物氧化（二）递氢与受氢 3. 发酵-无氧条件下 （2）交给HMP途径的产物 异型乳酸发酵- 除乳酸外还有其它产物,如乙醇、乙酸、CO2等同型乳酸发酵只有乳酸第二十一张，PPT共

8、六十八页，创作于2022年6月一、化能异养微生物的生物氧化3. 发酵-无氧条件下 （2）交给HMP途径的中间物 以葡萄糖为底物的异型乳酸发酵- 1乳酸、1乙醇、1CO2 以核糖为底物的异型乳酸发酵- 1乳酸、1乙酸、1CO2 双歧杆菌乳酸发酵-1乳酸、1.5乙酸 第二十二张，PPT共六十八页，创作于2022年6月葡萄糖 5-磷酸-核酮糖 6-磷酸-葡萄糖酸 乙酰-COA 葡萄糖-6-磷酸 乙酰磷酸 5-磷酸-木酮糖 丙酮酸 3-磷酸-甘油醛 乙醇 乙醛 乳酸 ATP ADPNAD+ NADH+H+NAD+ NADH+H+CO2NADH+H+ NAD+NADH+H+ NAD+NAD+ NADH+

9、H+NADH+H+ NAD+ADP ATP第二十三张，PPT共六十八页，创作于2022年6月 核糖 5-磷酸-核糖 乙酸 乙酰磷酸 3-磷酸甘油醛 5-磷酸-木酮糖 乳酸 丙酮酸NADH2 NAD+NAD+ NADH2ADP ATPATP ADPADP ATP第二十四张，PPT共六十八页，创作于2022年6月一、化能异养微生物的生物氧化3. 发酵-无氧条件下 （3）交给ED途径的中间物 交给丙酮酸-乙醇（细菌的酒精发酵） 第二十五张，PPT共六十八页，创作于2022年6月一、化能异养微生物的生物氧化3. 发酵-无氧条件下 （3）Stickland反应 一种氨基酸脱氢-另一种氨基酸受氢 第二十六

10、张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第二十七张，PPT共六十八页，创作于2022年6月能量代谢总图第二十八张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第二节 分解代谢与合成代谢的联系12种中间代谢物 葡萄糖-1-P 葡萄糖-6-P 二羟丙酮-P 3-P-甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸由EMP途径产生第二十九张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第二节 分解代谢与合成代谢的联系 核糖-5-P 赤藓糖-4-P由HMP途径产生乙酰-COA 草酰乙酸 -酮戊二酸 琥珀酰-COA由TCA循环产生第三十张，PPT共六十八页，创作于2022年6月一.两用代谢途径 合成细胞物质 分解产能 EMP途径

11、 TCA循环第三十一张，PPT共六十八页，创作于2022年6月二. 代谢物回补途径回补（10条途径） 磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸第三十二张，PPT共六十八页，创作于2022年6月乙醛酸循环-回补途径之一 乙醛酸柠檬酸草酰乙酸苹果酸琥珀酸异柠檬酸乙酰COA乙酰COA第三十三张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第三节微生物独特代谢一.自养微生物CO2的固定 1、Calvin循环 2、厌氧乙酰-COA 途径 3、逆向TCA循环 4、羟基丙酸途径 第三十四张，PPT共六十八页，创作于2022年6月 6个 1，5-二磷酸核酮糖12 甘油酸-1，3-二磷酸12 甘油酸-3-磷酸 6 CO26 核酮糖

12、-5-磷酸12 甘油酸-3-磷酸10 甘油酸-3-磷酸12 ATPATP果糖-6-磷酸12 NADP-NADPH2生物合成分子重排第三十五张，PPT共六十八页，创作于2022年6月甘油-3-磷酸乙酰COA 羧酸 氨基酸甘油 酯化 磷脂、脂肪 己糖 聚合 双糖、多糖第三十六张，PPT共六十八页，创作于2022年6月厌氧乙酰COA途径逆向TCA循环、羟基丙酸途径 产乙酸菌、硫酸还原菌、产甲烷菌 4H2+2CO2 CH3COOH+2H2O 2CO2 + 4H + 3ATP-草酰乙酸 第三十七张，PPT共六十八页，创作于2022年6月二、生物固氮（一）固氮微生物 自养固氮菌：好氧、厌氧菌、兼性 共生固

13、氮菌：根瘤菌、地衣 联合固氮菌：根际、叶面第三十八张，PPT共六十八页，创作于2022年6月二、生物固氮（二）固氮的生化机制 N2 、ATP、 NATPH2、 固氮酶、 厌氧环境、 镁离子 固氮酶活性： N2 NH3 2H+ + 2e- H2第三十九张，PPT共六十八页，创作于2022年6月二、生物固氮（三）好氧菌固氮酶的避氧机制 1 呼吸保护：呼吸强 2 构象保护：构象变 3 蓝细菌的异型胞：隔离 或时间分开 4 根瘤菌的豆血红蛋白 第四十张，PPT共六十八页，创作于2022年6月三、肽聚糖的合成-细胞质内 葡萄糖合成 N-乙酰葡萄糖胺 葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸 葡萄糖胺-6-磷酸 果糖-6

14、-磷酸ATPADPGluGln第四十一张，PPT共六十八页，创作于2022年6月三、肽聚糖的合成-细胞质内 葡萄糖合成 N-乙酰胞壁酸 萄糖胺-6-磷酸 N-乙酰葡糖胺-6-磷酸 N-乙酰葡糖胺-UDP N-乙酰葡糖胺-1-磷酸 UTPpp乙酰COACOA磷酸烯醇式丙酮酸 NADPH2N-乙酰胞壁酸-UDP第四十二张，PPT共六十八页，创作于2022年6月三、肽聚糖的合成-细胞质内 N-乙酰胞壁酸合成 “Park”核苷酸 N-乙酰胞壁酸-UDPN-乙酰胞壁酸-UDP L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala D-Ala “Park”核苷酸ATP L-Ala、D-Glu、 L-Lys、D-

15、Ala第四十三张，PPT共六十八页，创作于2022年6月三、肽聚糖的合成-细胞膜中 “Park”核苷酸5个 甘氨酸PP类脂插入到膜外 肽聚糖合成处第四十四张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第四节 代谢调节与发酵生产酶量调节：诱导 阻遏 酶活调节：激活 抑制第四十五张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第四十六张，PPT共六十八页，创作于2022年6月甲硫氨酸反馈阻遏大肠杆菌的蛋氨酸合成酶的合成 （R）：表示反馈阻遏 第四十七张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第四十八张，PPT共六十八页，创作于2022年6月分解代谢物阻遏的乳糖操纵子模型 葡萄糖分解代谢物X阻止 CAP-cA

16、MP的形成， 从而阻止了RNA聚合酶 与启动基因上结合位点第四十九张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第五十张，PPT共六十八页，创作于2022年6月异亮氨酸合成途径中的直线式反馈抑制 第五十一张，PPT共六十八页，创作于2022年6月末端产物D和F协同反馈控制模式 第五十二张，PPT共六十八页，创作于2022年6月末端产物D和F的累积反馈控制模式 第五十三张，PPT共六十八页，创作于2022年6月顺序反馈控制的模式 第五十四张，PPT共六十八页，创作于2022年6月 大肠杆菌合成苏氨酸、甲硫氨酸和赖氨酸中的同工酶调节 E表示末端产物反馈抑制；R表示末端产物反馈阻遏第五十五张，PPT共六

17、十八页，创作于2022年6月谷氨酸棒杆菌的代谢调节与赖氨酸生产 E：表示反馈抑制；R：表示反馈阻遏 第五十六张，PPT共六十八页，创作于2022年6月肌苷酸（IMP）生产AMP缺陷型第五十七张，PPT共六十八页，创作于2022年6月苏氨酸生产抗反馈调节突变株 黄色短杆菌 抗氨基羟基戊酸（AHV） 13g/L 蛋氨酸缺陷型-18g /L第五十八张，PPT共六十八页，创作于2022年6月二 、自养微生物产生ATP和H CO2 化能自养微生物的生物氧化-ATP- Calvin循环 - H- 乙酰-COA途径 还原性TCA途径 光能自养微生物的光合磷酸化-ATP- 羟基丙酸途径 -H- CH20 细胞

18、物质 第五十九张，PPT共六十八页，创作于2022年6月二 、自养微生物产生ATP和H（一）化能自养微生物 CO2 -作为能量顺呼吸链-ATP- -部分作为无机供氢体逆呼吸链-H- CH2ONH4+ NO2- H2S S H2 Fe2+第六十张，PPT共六十八页，创作于2022年6月（一）化能自养微生物的产能与H H2 HS- NH4 、S2-、 SO32- S2O3- 、S0 、Fe2+ NO2- NAD FP Q Cyt.cc1 Cyt.a.aa3 O2 ATP ATP ATP 无机底物脱氢后，氢或电子进入呼吸链的部位，正向产 生ATP，逆向消耗ATP产生还原力H第六十一张，PPT共六十八页，创作于2022年6月二 、自养微生物产生ATP和H化能自养菌一般都是好氧菌 由于化能自养微生物产能效率低，以及固定CO2要消耗大量ATP，因此他们的产能效率、生长速度、生长得率都很低。 例如 硝化细菌 包括 亚硝化