微生物微生物代谢

1、关于微生物微生物代谢第1页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三第一节、代谢概论 第二节、微生物产能代谢一、生物氧化 二、异养微生物的生物氧化 发酵；2. 呼吸作用： (1) 有氧呼吸；（2）无氧呼吸三自养微生物的生物氧化1. 氨的氧化 2. 硫的氧化 3. 铁的氧化 4. 氢的氧化 四能量转换1底物水平磷酸化2氧化磷酸化3光合磷酸化1）环式光合磷酸化2）非环式光合磷酸化3） 嗜盐菌紫膜的光合作用第三节 微生物分解代谢第四节 微生物合成代谢第五节 微生物次级代谢与次级代谢产物 微生物的各种产能途径（方式）的基本特点（特别是其它生命所不具备的产能方式）（微生物在代谢上的多样性）掌

2、握基本概念，次级代谢与初级代谢各自的特点 第2页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三第一节 代谢概论代谢（metabolism）活细胞内发生的各种化学反应的总称物质代谢分解代谢(catabolism)合成代谢(anabolism)复杂分子（有机物）分解代谢合成代谢简单小分子ATPH分解代谢与产能代谢紧密相连； 合成代谢与耗能代谢紧密相连。 微生物的代谢离不开酶，无论是分解代谢还是合成代谢都必须在酶的催化作用下才能进行。 能量代谢产能代谢耗能代谢第3页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三第二节 微生物产能代谢能量代谢是一切生物代谢的核心问题。能量代谢的中心任务

3、，是把外界环境中的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。最初能源有机物还原态无机物日光化能异养微生物化能自养微生物光能营养微生物通用能源（ATP）第4页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三微生物氧化的形式生物氧化作用：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 -化合物脱氢或氢的传递: CH3-CH2-OH CH3-CHONADNAD

4、H2第5页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三生物氧化的功能：产能(ATP)产还原力【H】小分子中间代谢物第6页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三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、 EMP途径 2、HMP 3、ED 4、TCA第7页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三生命活动需要能量，生活机体主要通过生物氧化反应获得能量.已知异养型微生物都是以有机物为能源，它们

5、从有机物的氧化反应中获得能量，自养型微生物从光或无机物的氧化反应中得到能量。在以有机物为基础的生物氧化反应中，以O2作为最终电子受体的称为有氧呼吸，以无机氧化物中的氧作为最终电子受体的称为无氧呼吸。以有机物作为电子受体的称为发酵。有氧呼吸，无氧呼吸和发酵过程中都能产生能量。第8页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三第二节 微生物产能代谢一 生物氧化生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种生物氧化的功能为：产能（ATP）、产还原力H和产小分子中间代谢物自养微生物利用无机物异养微生物利用有机物生物氧化能量微生物直接利用储存在高能化合物（如ATP）中以热的形式被释放到环境

6、中第9页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三ATP产生的主要方式1.氧化磷酸化 1）底物水平磷酸化 不需氧，不经过呼吸链。 甘油醛-3-磷酸 磷酸化 1,3二磷酸甘油酸ATP2）电子传递磷酸化 需氧气，经过呼吸链。物质氧化放出的电子在呼吸链中传递时，放出能量，生成ATP生物氧化或光合作用过程中，将能量通过磷酸化转移至ATP。第10页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三NAD、NADP和呼吸链在代谢中的作用NAD和NADP是生物氧化过程中脱氢和氢化作用的载体。烟酰胺腺嘌呤二核苷：NAD+2HNADH+H+烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸：NADP+2HNADPH+H+呼

7、吸链也是电子传递链。电子传递体按一定顺序排列，构成电子传递链，链上各个氧化反应与ADP-ATP反应偶联。真核生物呼吸链在线粒体上，原核生物在质膜上。第11页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三2.光合磷酸化光合微生物捕捉光能，转给ATP藻类、蓝细菌：有光合系统、，进行环式和非环式光合作用。 CO2 + H2O -(CH2O)n- + O2绿细菌：只有光合系统，进行环式光合磷酸化 CO2 + 2H2S -(CH2O)n- + H2O + 2SH+-ATP酶体系第12页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三除ATP 外，能推动生物合成的其它高能化合物有： 高能化合

8、物 能活化的生物合成作用GTP（三磷酸鸟嘌呤核苷PPP） 蛋白质UTP（三磷酸尿嘧啶核苷PPP） 肽聚糖 CTP（三磷酸胞嘧啶核苷PPP） 磷脂dTPP(三磷酸胸腺嘧啶脱氧核苷PPP) 细胞壁脂多糖ACSCOA(酰基硫COA) 脂肪酸ACCOA(酰基COA) 脂肪酸第13页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三能量转换化能营养型光能营养型底物水平磷酸化呼吸链光合磷酸化三种产能方式的基本概念，异同点，几种光合磷酸化的异同点，产生ATP和还原力的方式与特点 氧化磷酸化无氧气有氧气用于微生物合成代谢，合成细胞组成物质用于微生物生命活动，主动运输、鞭毛运动生物发光 产生热量能量的利用第

9、14页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三第二节 微生物产能代谢二自养微生物的生物氧化（二）无机物氧化产能（一）光合磷酸化产能第15页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三光能营养微生物产氧不产氧真核生物：藻类及绿色植物原核生物：蓝细菌真细菌：光合细菌古细菌：嗜盐菌（一）光合磷酸化产能第16页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三1.环式光合磷酸化 不产生氧还原力来自H2S等无机物产能与产还原力分别进行特点：电子传递途径属循环方式光合细菌依赖细菌叶绿素的光合作用环式光合磷酸化产生ATP第17页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期

10、三2.非环式光合磷酸化 还原力来自H2O的光解同时产生还原力、ATP和O2有PS和PS 2个光合系统特点：有氧条件下进行依赖叶绿素的光合作用第18页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三3.嗜盐菌紫膜的光合作用一种只有嗜盐菌才有的，无叶绿素或细菌叶绿素参与的独特的光合作用。嗜盐菌细胞膜红色部分（红膜）紫色部分（紫膜）主要含细胞色素和黄素蛋白等用于氧化磷酸化的呼吸链载体在膜上呈斑片状（直径约0.5 mm）独立分布，其总面积约占细胞膜的一半，主要由细菌视紫红质组成。在波长为550-600 nm的光照下，嗜盐菌ATP的合成速率最高，而这一波长范围恰好与细菌视紫红质的吸收光谱相一致。第

11、19页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三紫膜的光合磷酸化是迄今为止所发现的最简单的光合磷酸化反应依赖细菌视紫红质的光合作用借质子动力产生ATP。 第20页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三（二）无机物氧化产能好气性的化能自养菌以无机物作氧化基质，利用氧化无机物释放出来的能量进行生长。无机物氧化释放出的电子靠电子传递磷酸化或者是基质水平磷酸化产生能量ATP。 氢细菌 H212O2 H2O56.7 千卡 铁细菌 2Fe2+1/4 O2 2H+ 2Fe3+ 1/2H2O10.6千卡硝化细菌 亚硝化细菌在氧化NH4+ NO2时获得能量供细胞生长 NH4+ 12O

12、2 NO2- H2O2H+64.7千卡 硝化细菌在氧化NO2- NO3-时获得能量供细胞生长 NO2- 12O2 NO3- 18.5千卡 第21页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三硫化细菌 硫化细菌在氧化元素硫和硫化物为硫酸时获得能量供细胞生长。 S32O2H2OSO42-2H+139.8千卡 S2-2O2 SO42- 189.9千卡 化能自养菌的ETC组成及各种无机底物脱氢后电子进入ETC的部位第22页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三二自养微生物的生物氧化 硫的氧化硫细菌（sulfur bacteria）能够利用一种或多种还原态或部分还原态的硫化合物

13、（包括硫化物、元素硫、硫代硫酸盐、多硫酸盐和亚硫酸盐）作能源。俄国著名微生物学家Winogradsky的杰出贡献：化能无机自养型微生物的发现：氧化无机物获得能量；没有光和叶绿素的条件下也能同化CO2为细胞物质（能以CO2为唯一或主要碳源）第23页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三第二节 微生物产能代谢三、异养微生物的生物氧化生物氧化反应发酵有氧呼吸厌氧呼吸呼吸第24页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三化能异养微生物的生物氧化和产能底物脱氢的4条途径及其与递氢、受氢的联系第25页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三有氧呼吸、无氧呼吸和发酵

14、过程示意图 第26页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三二、异养微生物的生物氧化发酵(fermentation)不需要分子态氧(O2)作为电子受体的氧化作用。产能方式：底物水平磷酸化产生ATP。 电子受体：底物形成的中间产物又作为受氢体接受氢形成新产物，不需氧气参加。底物去向：底物氧化不彻底，只释放部分能量。第27页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三发酵：在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力H未经呼吸链传递而直接交某一内源性中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应第28页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期

15、三乙醇发酵 不同的微生物进行乙醇发酵的途径和产物不同，主要有酵母菌的乙醇发酵和细菌的乙醇发酵。 酵母菌的乙醇发酵： C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2ATP 接合单胞菌的乙醇发酵： C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2+ ATP乙醇发酵都产生ATP，但酵母菌产能多，细菌产能少。ATP的产生靠基质水平磷酸化生成的。 第29页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三乳酸发酵 同型乳酸发酵：指发酵产物只有单一的乳酸 德氏乳杆菌： C6H12O62乳酸 + 2ATP 异型乳酸发酵：指发酵产物除乳酸外，还有其它的化合物。 肠膜状明串珠菌： 葡萄糖 1乳酸

16、+ 1乙醇 + 1CO2 + 1ATP 双岐杆菌： 2葡萄糖2 乳酸 + 3 乙酸 + 5ATP （P.K 为磷酸戊糖解酮酶，H.K 为磷酸已糖解酮酶） 异型（P.K）异型（H.K）第30页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三丁酸发酵与丙酮丁醇发酵 丁酸梭状芽孢杆菌（Clostridium butyricum）可以发酵葡萄糖得到丁酸 4C6H12O62乙酸3丁酸8CO28H210ATP 每 mol 葡萄糖在发酵中大约产 2.5 个 ATP。 丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）在发酵葡萄糖经丙酮酸到丁酸中，当丁酸和乙酸大量积累时会使 pH 下降

17、至4.0，这时导致丁酸进一步还原为丁醇，微生物利用还原丁酸为丁醇的酶还原乙酸为乙醇。并还产生丙酮。 葡萄糖丁醇丙酮乙酸乙醇H2CO2ATP 第31页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三四、异养微生物的生物氧化1. 发酵(fermentation)不同微生物发酵产物的不同，也是细菌分类鉴定的重要依据。大肠杆菌：丙酮酸裂解生成乙酰CoA与甲酸，甲酸在酸性条件下可进一步裂解生成H2和CO2产酸产气（参见“微生物学实验”P119-123）志贺氏菌：丙酮酸裂解生成乙酰CoA与甲酸，但不能使甲酸裂解产生H2和CO2产酸不产气第32页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三四

18、、异养微生物的生物氧化2. 呼吸作用 呼吸的基本特点，包括呼吸与发酵的区别，有氧呼吸与无氧呼吸的区别，其中有氧呼吸的具体过程可简略，以避免和生化内容重复。无氧呼吸以硝酸盐呼吸为例，介绍反硝化作用的概念及生态学意义 第33页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三1、有氧呼吸又称好氧呼吸，是一种最普遍又最重要的生物氧化或产能方式特点：底物常规方式脱氢后，脱下的氢经完整的呼吸链又称电子传递链传递，最终被外源分子氧接受，产生了水并释放出ATP形式的能量。第34页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三 原核生物的电子传递链有以下特点：（1）辅酶Q被MK(甲基萘醌)或DMK

19、（脱甲基甲基萘醌）取代。Cyt a3 被Cyt. aa3、,Cyt o或Cyt d取代。（2）氧还载体的数量可增可减，如E.coli的细胞色素有9种以上（3）有分支呼吸链的存在。如E.coli在缺氧条件下，在辅酶Q后的呼吸链就分成两支： 一是Cyt.b556Cyt.o， 另一支是Cyt.b558Cyt.d（这一支可抗氰化物抑制） NAD电子传递链第35页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三2.无氧呼吸 生活在缺氧环境中的厌氧和兼性厌氧微生物，在产能的生物氧化过程中以无机化合物（NO3-、NO2- 、 SO42-、CO2等无机物或个别为延胡索酸等有机物作为最终电子受体。 无氧呼

20、吸也需要细胞色素等电子传递体，并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。由于部分能量随电子转移传给最终电子受体，所以生成的能量不如有氧呼吸产生的多。第36页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三硝酸还原作用 硝酸还原细菌在分解有机物时利用基质脱下的H将硝酸盐还原，通过电子传递链产生 2个ATP。 硫酸还原作用 2乳酸H2SO4-2乙酸2CO22H2OH2SATP 碳酸盐还原（甲烷生成） 产甲烷菌在利用甲酸、甲醇、甲胺、乙酸、H2、CO2生成甲烷时，通过： 跨膜质子运动； 电子转移磷酸化和 底物水平磷酸化合成 ATP。 第37页，共93页，2022年

21、，5月20日，15点1分，星期三硝酸盐呼吸：以硝酸盐作为最终电子受体，也称为硝酸盐的异化作用（Dissimilative）。只能接收2个电子，产能效率低；NO2-对细胞有毒；有些菌可将NO2-进一步将其还原成N2，这个过程称为反硝化作用第38页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三2. 呼吸作用能进行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸还原细菌，主要生活在土壤和水环境中，如假单胞菌、依氏螺菌、脱氮小球菌等。硝酸盐还原细菌：兼性厌氧无氧时，进行厌氧呼吸（环境中存在硝酸盐时）；有氧时，细胞膜上的硝酸盐还原酶活性被抑制，进行有氧呼吸。第39页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期

22、三2. 呼吸作用（2）无氧呼吸反硝化作用的生态学意义：硝酸盐还原细菌进行厌氧呼吸土壤及水环境好氧性机体的呼吸作用氧被消耗而造成局部的厌氧环境土壤中植物能利用的氮（硝酸盐NO3-）还原成氮气而消失，从而降低了土壤的肥力。松土，排除过多的水分，保证土壤中有良好的通气条件。反硝化作用在氮素循环中的重要作用硝酸盐是一种容易溶解于水的物质，通常通过水从土壤流入水域中。如果没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积累，会导致水质变坏与地球上氮素循环的中断。第40页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三酒精发酵（酵母菌，细菌） 发酵作用乳酸发酵（同型，异型） 有氧呼吸： 产能最多，如枯草杆菌 呼吸作用

23、 硝酸还原：反硝化细菌 无氧呼吸 硫酸还原：脱S弧菌碳酸还原：产甲烷菌 氢细菌氧化H 无机物氧化 铁细菌氧化铁 硝化细菌氧化NH4+，NO2-硫化细菌氧化S02，S2- 环式光合磷酸化：着色细菌光合磷酸化 非环式光合磷酸化：蓝细菌 视紫红质受光照射产生质子动力产能：盐细菌能量的产生第41页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三第三节 微生物的分解代谢自然界中的微生物绝大多数是化能异养型的微生物，这些微生物从外界吸收营养物质以后，通过微生物细胞中的酶进行分解代谢产生能量ATP和小分子有机物。.微生物进行合成代谢的前体物ATP是合成代谢所必需的能量的主要源泉第42页，共93页，20

24、22年，5月20日，15点1分，星期三一 大分子有机物的降解不含氮有机物的降解 淀粉的降解：淀粉 葡萄糖 纤维素的降解：纤维素葡萄糖半纤维素的降解：半纤维素 单糖 + 糖醛酸 果胶质的降解：果胶 半乳糖醛酸 + 甲醇 木质素的降解 木质素的化学结构较复杂，它是由许多芳香族亚基缩合而成的聚合物。 木质素 乙酸 + 琥珀酸 第43页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三含N有机物的降解 蛋白质的降解 蛋白质多肽AA CO2 +NH3 几丁质的降解 几丁质寡聚糖N-乙酰葡萄糖胺乙酸+葡萄糖胺葡萄糖+NH3 尿素的降解 尿素+2H2O（NH4）2 CO3 2NH3 + CO2 H2O

25、第44页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三含磷有机物的降解 卵磷脂 甘油 P-甘油 EMP 脂肪酸乙酰COATCA 胆碱NH3+ CO2 + 有机酸 磷酸 核酸核苷酸磷酸+核苷嘌呤+嘧啶 卵磷脂酶 核酸酶核苷酸酶第45页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三含S有机物的降解 胱氨酸+3H2O + 1/2O2 2 乙酸+2CO2 +2H2S+2NH3油脂的降解 油脂脂肪酸 -乙酰COATCA 甘油 Pi -P甘油 EMP 烃类物质的降解 甲烷是最简单的烃类物质，能被甲基营养菌作C源利用。 脂肪酶第46页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三二

26、已糖的降解多糖类大分子有机物降解最终产生单糖，其中以葡萄糖为主。微生物降解葡萄糖除为微生物提供生长所需要的能量外，还为合成代谢提供小分子化合物作C架和还原力NADH2或 NADPH2。 己糖降解到丙酮酸的途径第47页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三EMP途径（EmbdenMyerhof Pathway） EMP途径为合成代谢提供了： 能量： 2ATP 还原力： 2NADH2 小分子 C 架：6-P葡萄糖 P-二羟丙酮 3-P甘油酸 P-烯醇式丙酮酸 丙酮酸 第48页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三第49页，共93页，2022年，5月20日，15点1分

27、，星期三PP途径Pentose phosphate pathway,旧称HMP途径(Hexose monophasphate pathway），存在于大多数生物体内。若2个 3-P 甘油醛缩合为 6-P 葡萄糖为完全PP途径。若 3-P 甘油醛走 EMP 途径后半部到丙酮酸则为不完全PP途径。完全HMP(PP)第50页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三PP途径为合成代谢提供：还原力： NADPH22小分子 C 架： 5-P 核糖 （合成核酸的前体物） 4-P赤藓糖（合成芳香氨基酸的前体物）不完全 PP途径可提供：能量： 2个ATP 还原力： 1个NADPH2 小分子 C 架

28、： 3-P甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 虽然PP途径中可经呼吸链氧化产能，1摩尔葡萄糖经PP途径最终可得到35摩尔ATP，但这不是代谢中的主要方式。因此，不能把PP途径看作是产生ATP的有效机制。大多数好氧和兼性厌氧微生物中都有PP途径，而且在同一微生物中往往同时存在EMP和PP途径，单独具有EMP和PP途径的微生物较少见。第51页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三ED途径2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸(KDPG)裂解途径 主要局限于接合单胞菌属的一些细菌。 葡萄糖+NAD+NADP+Pi+ ADP 2丙酮酸NADH+ NADPH+ 2H+ATPED 途径为合成代谢

29、提供： 能量： ATP 还原力： NADH2 + NADPH2 小分子 C 架： 6-P 葡萄糖 3-P 甘油酸 P- 烯醇式丙酮酸 丙酮酸有氧时与TCA循环连接, 无氧时进行细菌发酵第52页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三一分子葡萄糖经ED途径最后生成两分子丙酮酸、一分子ATP、一分子NADPH和NADH。反应步骤简单，产能效率低.ED途径在革兰氏阴性菌中分布广泛，特别是假单胞菌和固氮的某些菌株较多存在。ED途径可不依赖于EMP和PP途径而单独存在，是少数缺乏完整EMP途径的微生物的一种替代途径，未发现存在于其它生物中。第53页，共93页，2022年，5月20日，15点

30、1分，星期三关键反应：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解催化的酶：6-磷酸脱水酶，KDPG醛缩酶相关的发酵生产：细菌酒精发酵优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成少，代谢副产物少，发酵温度较高，不必定期供氧。缺点：pH5，较易染菌；细菌对乙醇耐受力低ATP有氧时经呼吸链6ATP 无氧时 进行发酵2乙醇2ATPNADH+H+NADPH+H+2丙酮酸ATPC6H12O6KDPGED途径的总反应第54页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三丙酮酸的代谢的多样性 EMP 途径不完全 PP 途径 丙酮酸ED 途径 进入TCA（Tricarboxylic acid cycle）循环

31、 进一步氧化分解，产生还原力NADPH2，ATP 和合成代谢所需要的小分子C 架。发酵作用Fermatatiom第55页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三TCA循环第56页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三TCA循环总式：C6H12O6 + 6O2 6H2O+ 6CO2 + 30ATPTCA 循环为合成代谢提供： 能量： ATP、GTP 还原力：NADH2 NADPH2 FADH2 小分子 C 架化合物： 乙酰 COA 、 酮戊二酸、 琥珀酰COA 烯醇式草酰乙酸第57页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三三羧酸循环在微生物代谢中的枢纽

32、地位 第58页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三第四节 微生物的合成代谢合成作用就是微生物将简单的无机物或者有机物用体内的各种酶促反应合成大分子即菌体物质的过程。微生物的合成代谢可以概括为三个阶段 产生三要素：能量、还原力、小分子化合物合成前体物：氨基酸、单糖、氨基糖、脂肪酸、核苷酸合成大分子：蛋白质、核酸、脂肪、多糖第59页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三一.三要素的产生ATP的产生 NADH2 （或NADPH2）的产生 小分子碳架化合物的产生 第60页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三ATP的产生发酵作用乙醇发酵 酵母：2ATP

33、，细菌：ATP乳酸发酵 同型：2ATP，异型：1ATP丁酸发酵 平均2.5个ATP呼吸作用 有氧呼吸 38个ATP无氧呼吸 硝酸还原 2个ATP硫酸还原 可产ATP碳酸还原 可产ATP第61页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三无机物氧化 H2 H2O+56.7千卡Fe2+ Fe3+ +10.6千卡NH3 NO2 NO3 64.7千卡，18.5千卡S0，S= SO4 139.8千卡，189.9千卡光合磷酸化 环式：可产1个ATP非环式：可产生ATP质子梯度 可产生ATP第62页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三NADH2 （或NADPH2）的产生化能自养菌

34、化能自养菌产NADPH2 是在消耗 ATP 的情况下通过反向电子传递产生。 例硝化细菌的电子传递磷酸化和电子逆转过程如下： ATP ATP ATP NADCyta1 cytc cytb Fp(黄素蛋白) NADH2光能自养菌 非环式光合磷酸化可产1个 NADPH2。第63页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三化能异养菌 葡萄糖 2 NADH2 + 2ATP + 2丙酮酸 葡萄糖 NADH2 + NADPH2 + ATP + 2丙酮酸 葡萄糖 2NADPH2 + 5-P 核酮糖 + CO2 葡萄糖 6NADPH2 + NADH2 +丙酮酸 + 3CO2 丙酮酸3 NADPH2

35、+ NADH2 + FADH2 + GTP + 3CO2EMPEDPP不完全PPTCA第64页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三小分子碳架化合物的产生微生物通过对大分子有机物的降解，对已糖的降解，对丙酮酸的氧化分解，不仅为合成代谢提供了能量，提供了还原力，而且还为合成细胞大分子有机物提供了小分子化合物作为合成大分子的C架。第65页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三中间代谢产物分解代谢起源在生物合成中的作用葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸核糖-5-磷酸赤藓糖-4-磷酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸3-磷酸甘油酸a-酮戊二酸草酰乙酸乙酰辅酶A葡萄糖 半乳糖 多糖EM

36、P途径HMP途径HMP途径EMP途径EMP途径 ED途径EMP途径三羧酸循环三羧酸循环丙酮酸脱羧 脂肪氧化核苷糖类戊糖 多糖贮藏物核苷酸 脱氧核糖核苷酸芳香氨基酸芳香氨基酸 葡萄糖异生 CO2固定胞壁酸合成 糖的运输丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 CO2固定丝氨酸 甘氨酸 半胱氨酸谷氨酸 脯氨酸 精氨酸 赖氨酸天冬氨酸 赖氨酸 蛋氨酸 苏氨酸 异亮氨酸脂肪酸 类异戊二烯 甾醇第66页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三小分子碳架化合物的产生 第67页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三二 前体物的合成合成大分子有机物首先要有前体物，前体物是微生物利用分解代谢中所获得

37、的小分子C架、ATP 和NADPH2合成的。前体物主要有： 单糖氨基酸氨基糖 核苷酸脂肪酸 第68页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三无机养料的同化-CO2的固定1）自养微生物CO2的固定Calvin Cycle(植物、蓝细菌、化能自养细菌、大部分光合细菌 )还原三羧酸循环（光合细菌、绿硫细菌 ）还原单羧酸循环（克氏梭菌 Clostridium kluyveri）2）异养微生物CO2的固定 少量碳源来自CO2 磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)+ CO2草酰乙酸 乙酰辅酶A 丙二酰辅酶A 第69页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三硝酸盐同化1）硝酸盐同化还原：见

38、于大多数细菌、丝状真菌和酵母 NO3NO2NH3有机氮-NH22）以NO3-为电子受体的无氧呼吸 C6H12O6 + 12 NO3- 6CO2 + 6H2O + 12 NO2- N2第70页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三大分子前体物的合成单糖的生物合成异养型微生物的单糖通常是外源性单糖通过互变产生的。第71页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三氨基酸的合成氨基酸的合成主要有以下三个过程： 由-酮酸经氨基化作用生成氨基酸 a.还原氨基化；b.直接氨基化；c.酰氨化。由转氨作用形成氨基酸从头合成由初生氨基酸合成次生氨基酸 D-氨基酸，由消旋酶或D-氨基酸转

39、氨酶催化产生第72页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三三 大分子有机物的生物合成核酸的生物合成 DNA的合成半保留复制第73页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三蛋白质的生物合成受基因控制，一个基因指导合成一条多肽链1)以DNA为模板合成mRNA(转录)2)经mRNA为模板合成蛋白质(翻译) mRNA结合在核蛋白体上，携带着专一性aa的tRNA分子靠着它们的反密码正确地识别mRNA上的各种密码，按照mRNA密码的秩序将相应的各种aa有秩序的组成多肽链。（沿mRNA 53的方向逐个加入aa，使肽链延长直到遇到终止密码为止。终止密码是UAA，UAG和UGA）。

40、第74页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三第五节 微生物独特的合成代谢途径一、生物固氮 微生物将氮还原为氨的过程称为生物固氮 具有固氮作用的微生物近50个属，包括细菌、放线菌和蓝细菌 根据固氮微生物与高等植物以及其他生物的关系，可以把它们分为三大类 自生固氮菌共 生固氮菌 联合固氮菌 第75页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三a.自生固氮菌一类不依赖与它种生物共生而能独立进行固氮的生物自生固氮菌好氧：固氮菌属、氧化亚铁硫杆菌属、蓝细菌等兼性厌氧：克雷伯氏菌属、红螺菌属等厌氧：巴氏梭菌、着色菌属、縁假单脃菌属等第76页，共93页，2022年，5月20日，1

41、5点1分，星期三b.共生固氮菌必须与它种生物共生在一起才能进行固氮的生物共生固氮菌非豆科：弗兰克氏菌属等满江红：满江红鱼腥 蓝细菌等根瘤豆科植物：根瘤菌属等植物地衣：鱼腥蓝细菌属等第77页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三c.联合固氮菌 必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能进行固氮的生物联合固氮菌根际：生脂固氮 螺菌芽胞杆菌属等叶面：克雷伯氏菌属、固氮菌属等动物肠道：肠杆菌属、克雷伯氏菌属等第78页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三二、肽聚糖的合成 肽聚糖是绝大数原核生物细胞壁所含有的独特成分；它在细菌的生命活动中有着重要的功能。它是许多重要抗生素

42、作用的物质基础。 根据反应部位的不同可分成三个合成阶段第79页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三1.在细胞质中的合成a.由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸第80页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三b.由N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸第81页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三2.在细胞膜中的合成需要细菌萜醇(bactoprenol,Bcp)脂质载体参与，这是一种由11个类异戊烯单位组成的C35 类异戊烯醇，它通过两个磷酸基与N-乙酰胞壁酸相连，载着在细胞质中形成的胞壁酸到细胞膜上，在那里与N-乙酰葡萄糖胺结合，并在L-Ly

43、s上接上五肽(Gly)5 ,形成双糖亚单位。第82页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三肽聚糖单体的合成细菌萜醇细菌萜醇（bactoprenol）：又称类脂载体；运载“Park”核苷酸进入细胞膜，连接N-乙酰葡糖胺和甘氨酸五肽“桥”，最后将肽聚糖单体送入细胞膜外的细胞壁生长点处。结构式： CH3CH3 CH3CH3C=CHCH2(CH2C=CHCH2)9CH2C=CHCH2OH功能：除肽聚糖合成外还参与微生物多种细胞外多糖和脂多糖的生物合成，如：细菌的磷壁酸、脂多糖， 细菌和真菌的纤维素， 真菌的几丁质和甘露聚糖等。第83页，共93页，2022年，5月20日，15点1分，星期三已合成的双糖肽插在细胞膜外的细胞壁生长点中，并交联形成肽聚糖。这一阶段分两步：