微生物的基础代谢

1、关于微生物的基础代谢第1页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三能量代谢原理 微生物的分解代谢 微生物的合成代谢 主讲内容第2页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三基本概念代谢(metabolism) ：指发生在活细胞中的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢（anabolism）的总和分解代谢也称异化作用，合成代谢称同化作用代谢过程同时伴随着能量的循环。合成代谢是分解代谢的基础，分解代谢为合成代谢提供能量和原料。第3页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三分解代谢是指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（A

2、TP）形式的能量和还原力（或称还原当量，用H来表示）的作用。合成代谢与分解代谢正好相反，是指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和H形式的还原力一起合成复杂的大分子的过程。第4页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三自养菌异养菌化能自养菌：无机物为能源光能自养菌有机物为能源微生物代谢类型第5页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三2.1 能量代谢原理能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中多种形式的最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源ATP。第6页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第7页，共85页，2022年，

3、5月20日，15点3分，星期三1、能量代谢的热力学热力学第一定律：能量守恒定律 第二定律：自然界的熵的总量是增加的第三定律：绝对零度下所有物质的熵为0 第8页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三2、能量的产生与偶合生物体中的重要氧化还原反应对生命活动所需要的能量的形成特别重要，本质是电子的转移微生物在碳源的氧化和氧化剂的还原过程获得生物生长所需要的能量，电子给体和电子受体在代谢过程中起到极其重要的作用第9页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三可被氧化和可被还原的基质有固定的氧化还原电位，其中碳源（可被氧化的基质）位于电极电位标度的下端而电子受体或者最终电子受

4、体（可被还原的基质）的电位位于标度的上端第10页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三3、能量的偶合单酶催化的单一反应多酶的反应无能量转移的偶合反应化学偶合 假说 化学渗透 偶联假说 构型偶合假说 第11页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三4、用于细胞的能量转化 基质水平的磷酸化:由可溶性酶催化的基团转移反应，最终 导致ATP的生成磷酸化形式 电子输送磷酸化：由结合在膜上的酶所催化的氧化还原反应 光合磷酸化：由结合在膜上的酶所催化的将光能转化为 ATP的反应第12页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三2.2 微生物的分解代谢细胞将大分子物质

5、降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。流程图如下： 蛋白质 多糖 脂类 氨基酸 单糖 甘油 脂肪酸丙酮酸、PEP、乙酰辅酶A等有 氧CO2 ，H20，能量（三羧酸循环无 氧乙醇、丙酮、丁醇、乙酸、乳酸等第13页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三1、葡萄糖的分解代谢EMP（糖酵解）途径HMS（己糖磷酸支路）ED（恩特纳-多多罗夫途径）PK（磷酸酮糖途径）各种葡萄糖分解途经的相互关系TCA（三羧酸循环）乙醛酸循环第14页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三已糖激酶，在细胞膜上或胞内经ATP活化限速酶，ATP对其有抑制作用，在含有 柠檬酸、脂肪酸时该作用加强

6、， 然而AMP,ADP或无机磷可消除抑制磷酸甘油酸激酶，将磷酰基转给ADP,是底物水平上的磷酸化丙酮酸激酶，底物水平上的磷酸化别购酶，长链脂肪酸、乙酰CoA、ATP、丙氨酸抑制该酶活，1,6-二磷酸果糖活化该酶EMP途 径 第15页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第16页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三HMS途径同分异构第17页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第18页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三ED途径G-菌发现 ,G+也有 可单独存在严格需氧菌中假单胞菌 固氮菌根瘤菌粪肠球菌 戊糖循环途径脱水缩醛酶第

7、19页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三PK途径仅存在少数种类的细菌中主要在异型乳酸发酵细菌中生成乳酸磷酸解酮酶戊糖循环途径第20页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三各途经的相互关系EMP、HMS、ED、PK途径有共同的途径和酶EMP途径产能最多，但是不能产生重要的嘌呤和嘧啶生物合成所需要的前体物质HMS途径虽然能提供重要的嘌呤和嘧啶生物合成所需要的前体物质，但是产能少（只相当于EMP途径的一半）。同时该途径不产生丙酮酸，故微生物必须拥有EMP途经的酶ED途径自己可形成丙酮酸，无需依赖EMP途经和HMS途径PK途径严格存在于需氧菌中，仅存在于少量种类的细

8、菌中第21页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三 TCA循 环 在线粒体基质中进行，由丙酮酸脱氢酶系催化，反应受到严格调控柠檬酸合酶，受到ATP、NADH、CoA、长链脂肪酰CoA的抑制异柠檬酸脱氢酶，高能状态被抑制，低能状态被激活a-酮戊二酸脱氢酶系，受其产物NADH、琥珀酰CoA的抑制第22页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第23页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三细菌酵母菌第24页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三乙醛酸循环乙醛酸裂解酶苹果酸合酶补充C4酸的乙醛酸循环 。避免因生成CO2而丢失碳架第25页，共

9、85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第26页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三糖代谢： 多糖寡糖单糖有氧、无氧呼吸 葡萄糖分解途径糖酵解（EMP）、己糖磷酸（HMP）、多多罗夫（ED）、磷酸酮糖（PK）糖酵解（EMP）生成能量最多2ATP+2NADH不产生嘌呤、嘧啶合成前提物。己糖磷酸（HMS）生成6NADPH提供合成核酸、吡啶核苷酸所需要的戊糖，合成芳香氨基酸和维生素的前提物。多多罗夫（ED）独立途径，直接生成丙酮酸。生成能量少磷酸酮糖（PK）HMS分支，生成能量少。乳酸发酵细菌中。分解代谢第27页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三2、多

10、糖和单糖的利用第28页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第29页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三3、厌氧代谢过程广义：有机化合物在有氧和无氧条件下的分解代谢总过程狭义：不涉及光和呼吸链，不用氧或氮作为电子受体的生物化学过程 发酵 在生物氧化或能量代谢中，发酵仅是指在无氧条件下，底物脱氢后所产生的还原力H不经过呼吸链传递而直接交给某一内源氧化性中间代谢产物的一类低效产能反应。第30页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三 梭杆菌、肠道杆菌、乳酸杆菌 第31页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三 乙醇的发酵第32页，共85

11、页，2022年，5月20日，15点3分，星期三丙酮、丁醇、乙酸、丁酸发酵第33页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三丁酸的形成第34页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三丙酮、丁醇的形成第35页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三丙酸和琥珀酸的形成第36页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三丙酸的形成第37页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三乳酸细菌中丁二酮与3-羟基丁酮的形成第38页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第39页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第4

12、0页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三4、脂肪酸、脂烃和芳香烃的氧化以甘油三酯或者三酰甘油为例第41页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三5、氮的循环和氨基酸的降解同化性硝酸盐还原作用：在有氧或者无氧的条件下微生物利用硝酸盐作为氮源营养物的作用。异化性硝酸盐还原作用：是在无氧的条件下，微生物利用硝酸盐作为呼吸链的最终氢受体。第42页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三氨基酸的降解其分解方式主要有脱氨基方式第43页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第44页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三6、硫的代谢

13、同化性硫酸盐还原：以硫酸盐为硫源，将其转化成有机硫异化性硫酸盐还原：在厌氧呼吸中，硫酸盐作为电子受体，分泌终产物H2S第45页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三7、核苷酸的降解和有机磷的代谢第46页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三8、聚合物的降解淀粉：a-淀粉酶，-淀粉酶，葡糖淀粉酶纤维素：纤维二糖水解酶 外葡聚糖酶 纤维二糖酶 内葡聚糖酶纤维素降解的第一个产物是纤维二糖第47页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三小结第48页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三合成代谢指细胞利用小分子物质合成复杂大分子的过程，并在这

14、个过程中消耗能量。合成代谢所利用的小分子物质来源于分解代谢过程中产生的中间产物或环境中的小分子营养物质。合成代谢是细胞生长的基础，与养分的吸收利用、细胞生长繁殖密切相关。2.3 微生物的合成代谢第49页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第50页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三1、C1的同化第51页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第52页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第53页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第54页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第55页，共85页，

15、2022年，5月20日，15点3分，星期三第56页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第57页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三2、分子氮的同化第58页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三3、硝酸盐的同化第59页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三4、氨的同化第60页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第61页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第62页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三3.6、 氨基酸的生物合成第63页，共85页，2022年，5月20日，15点3分

16、，星期三第64页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第65页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第66页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第67页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第68页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第69页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第70页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三5、 组氨酸的元素来源第71页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三6、经氨基酸途径的含氮化合物的生物合成第72页，共85页，2022年，5月

17、20日，15点3分，星期三7、核苷酸的合成第73页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三8、脂质的合成第74页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三9、聚类异戊二烯化合物的合成第75页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三第76页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三10、糖磷酸酯和糖核苷酸、多糖的合成部分糖以糖磷酸酯和糖核苷酸形式存在糖核苷酸的糖基可通过各种机制转换第77页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三11、多糖的合成第78页，共85页，2022年，5月20日，15点3分，星期三合成代谢的主要类型C1的同化、N的同化、硫酸盐同化、核苷酸合成、脂质合成、 甾类化合物、氨基酸合成等糖酵解逆反应固定CO2、甲醇、甲醛等固氮菌NH3NO3-NH3NH3谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酰胺等H2SO4H2S核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸脂肪酸：细菌利用厌氧、需氧二种途径。不饱和脂肪酸：葡萄糖合成，外源去饱和。有沉没、固体发酵。磷脂：由脂