微生物学第四章微生物代谢

Thecomplexofphysicalandchemicalprocessesoccurringwithinalivingcellororganismthatarenecessaryforthemaintenanceoflife.Inmetabolismsomesubstancesarebrokendowntoyieldenergyforvitalprocesseswhileothersubstances,necessaryforlife,are分解代谢

合成代谢

复杂分(有机物

简单分子ATP+ 将第二阶段的产物完全降解生成CO2微生物代谢的特点：多样性，适应性，可控初级代谢和初级代谢产初级代谢primary初级代谢产物primary次级代谢和次级代谢产secondary次级代谢产物secondary第一节微生物的代一、微生物的能量代新陈代谢中的问题量代ATP和酰基辅酶AATP的生。源日光无机物脱氢：一种失去电子或氢的过电子供体：被氧电子受体：接受电子的物不直接交给电子受氢：最终电子受体接受载体上电子的过底物水平磷酸氧化磷酸光合磷酸底物水平磷酸存在于呼吸和发酵过程发酵过程中唯一能量获取方微生物代谢中的底物水平磷酸高能化合物的底物水平磷酸化反1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油磷酸烯醇式酸→琥珀酰辅酶A珀乙酰磷酸丙酰磷丁酰磷甲酰四氢叶酸电子传递氧化磷酸发生在呼吸作用（有氧或无氧）呼吸时大多数伴随ATP的合典型的呼吸链3分子ATP，2分子ATP（黄素蛋白起始光合磷酸只发生在光合细胞循环式光合磷酸化：反应产物只有非循环式光合磷酸化：反应的产物是、氧和H发酵：没有外源的最终电子受体的生物氧化方式质在氧化过程中放出的电子通过一系列电子载体最1、有氧呼aerobic无机物氧化2、无氧呼吸anaerobic无氧呼吸产生的ATP比有氧呼吸少外源电子受体为无机C6H12O6+4NO3→6CO2+6H2O+2N2+42900外源电子受体为有机 Escherichia的延胡索酸呼吸 3、发酵作用特点电子（和氢）供体与受体都是有机物氧化作用不彻底，只放出部分能量化能营养型微生物的代谢产能环源环源物二、葡萄糖分解代谢与工业发葡萄 途 ？产 •ED途径（单磷酸己糖途径

HMP途

6-磷酸葡萄

6-磷酸葡萄糖

5-5-磷酸核酮

5-3-磷酸甘油

7-6-磷酸果 4-磷酸赤藓

5-Pi6-

6-磷酸果1,6

3-酸TCA

NNAD++NA+

琥

α

酰-223-乙酰葡萄6-6-4-乙酰5-乙酰酸酸PPK途径(磷酸戊糖解酮酶 PHK途径(磷酸己糖解酮酶酵母菌乙醇发酵[EMP途径C6H12O6+2ADP→细菌的乙醇发酵(运动发酵单胞菌)[ED途径C6H12O6+ADP→酵 发类条受氢主要产Ⅰ乙2乙Ⅱ亚硫酸氢磷酸二0甘Ⅲ磷酸二0甘油、乙醇、乙同型乳酸发酵C6H12O62ADP2乳酸异型乳酸发酵C6H12O6乳酸乙醇混合酸发甲基红试验（M.R.反应指示剂,呈红色者为阳性,不呈红色者为 MR反应的结果丁二醇发量的乳酸、乙酸、二氧化碳、氢气等产物的Voges-Proskauer试验（V.P反应 VP反应结V.P反应机丁酸发酸→ →乙酰乙酰辅酶A 丁酰辅酶 丁丁醇发乙酰辅酶A乙酰乙酰辅酶A→乙酰乙酸酸 →丁酸 丁醛→丁多元醇发(高渗酵母葡萄6- 5-磷酸核酮乙醇 甘 糖不同菌种的发酵终产三、光能营养型 四、微生物的合成代微生物进行生物合成的先决条件，即能量、还原力及简单无机或有机物。生长1g菌体需要20gATP，某些化能无机ATP的获得方式见上节还原力的获得：细菌内有机物的组成元素均呈高度还原态，而在菌体外的元素又呈高度氧化态。物利用H来作为生物合成中的还原剂。 化能无机营养菌产生的方法：消耗P将电子经呼吸链逆向传递。光能细菌产生P的方法：从2、2、2S生P. 第二节微生物的代谢代谢调节：Regulationof一物质进出细胞内的生化反代谢反应的区域分割及关（一）膜构能细胞脂膜蛋白1、胞内的生物化学反代谢流向控代谢速度控代谢流向的调①可逆反应：不同的辅基（辅酶）控制流代谢反应区域分酶酶微生物酶的调二、酶活性调以酶分子结构为基特点：作用直接、响应快、可酶活性的调节机酶的变构调节allosteric酶的共价修饰covalentmodificationof酶蛋白的降解失能荷调Allosteric激活的调节类前体激在分解代谢途径和合成体系中，处于途径前面的代谢产物促进催化后面反应的酶活性补偿性激在关联分支合成途径中，从到I的反应需要的参与，则H可激活催化合成的途径中的第一个酶活性AABCDEABCDEIFGH分支途径酶活性的调节类调节作用针对的单一末端产物过多个末端产物过协同/多共同途径的第一个不能引起抑制作同时过量发生抑合作/增共同途径的第一个轻微作同时过量，作用大于各之和，不能100%抑累共同途径的第一按一定百分率单抑制，互不影共同过量时，抑积，可100%抑顺共同途径的第一无直接作通过分支点上的物作用，逐步有顺序调同功催化形成对应产物酶只抑制相应酶的力，互不影分别抑制相应的能荷energycharge对 的调能荷

氧 氧

异柠檬酸

[6—磷酸葡萄糖三、酶合成的调constitutiveadaptive诱导inducible阻遏酶repressible子的构子的构作启RNA多聚酶的结合部与阻遏物结合的碱基序列决定结构的转录是否能进结编码一个或多个酶的被转录成对应的调调regulation编码调节蛋白（阻遏物1、诱Gene2、阻遏Gene分解代谢物阻末端产物阻PositivecontrolofthelaccAMPreceptorDiauxicgrowthofE.Negativecontrolofthetrp3、弱化/阻尼发的转录，在第一个结构被转录之前即终阻遏是对转录启动的控制阻尼是对已被的转录实现转录终止的控trpoperon受trp-tRNA的阻尼，受trp的阻2、前导序列：在trpmRNA5'端trp 吲哚甘油色氨酸合成酶甲酸合成酶硼酸合成酶 启动前导顺 衰启动pppN26AUGAAAGCAAUUUUCGUACUGAAGGUUGGUGGCGCACUUCCUGAN43AUUUUUUUU富含G-C的发GLeader 夹结构/富含CU的单链末 C CMetLysAlyIlePheValLeuLysGlyTrpTrpArgThr GCAC A图16-28trp 子含有5个结构 和1个控制区。控制区由启动子、 构成。前导区编码14个氨基酸，其中有2个是色氨酸。(仿B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997,Fig.12.38)3、弱化机前前导4、基于rRNA水平的调酶的转译受rRNA形成的控

前体→氨基酸→AA-tRNA [AA]↑rRNA合成水平正常，第三节微生物代谢的人工控制及其应微生物代谢的人工控代谢控制发酵代谢控制育种代谢控制育目的代谢产物大量累人为打破自动调减少或切断支路产物的形提高细胞膜的通透减少育种的盲目初级代谢产物生次生代谢产物生产，效果不明代谢调控育种的人工育种控制措营养缺陷型突条件解除反馈调条件控制膜透渗漏营养缺陷突解除反馈调营养缺陷回复突解除反馈调解除反馈调 营养缺陷型C.例：高丝氨酸营养缺陷型突变株(Hser除Thr+Kr不能合成高丝氨酸，进而不能合成苏氨适量的高丝氨酸（或苏氨酸和蛋氨酸）Hser-的筛野生型菌株→诱变→CM培养基分离→挑Hser-突变野生+++—++2、应用渗漏突变株(leakagemutant)解除筛选Hser→诱变挑选在MM上生长3、应用抗反馈调节突变株解除反馈调（结构类似物抗性突变株结构类似物og（抗代谢物tabolite）理功能的化合物Brevibacterium -Amino--hydroxyvaleric-氨基--羟戊突变 突变抗反馈抑制突变的机抗反馈阻遏突变的机例2：谷氨酸棒杆菌的(Thr+AEC)r突变株可解 S-(2-Aminoethyl)-L-高丝氨酸脱氢 C.抗结构类似物突变株(Thr+AEC)r的筛 其它可能出现AECr突变的情筛选突变株中常用的几种结构类似积累的物 结构类似 - -氨基-4-腺嘌 2,6-二氨基嘌尿嘧 5-氟尿嘌关于结构类似物抗性突变株的筛测定致死浓用相应的氨基酸解除反馈作抗药性逐渐提高效果4、应用营养缺陷型回复突变解除反馈抑营养缺陷型的机制之酶的催化部位和调节部位营养缺陷型回复突变株的机催化部位回复但调节部位没有野生 营养缺陷 回复突营养缺陷型回复（二）提高细胞对目的产物的通透发酵工业上用的菌株对细胞透性的要1、应用营养缺陷型突变株条件控制细胞膜的透性 代谢控制育种C.glutamicum产物的通透性不好，从而影响产物的分泌生