微生物的代谢与发酵课件

Chap5微生物的新陈代谢Chap5微生物的新陈代谢1主要内容：●微生物独特的能量代谢●微生物独特的合成途径●发酵与代谢调节主要内容：2§1.微生物能量代谢一、化能异养微生物的生物氧化和产能§1.微生物能量代谢3●生物氧化的主要途径和类型途径：脱氢、递氢和受氢类型(受氢体不同）：----(好氧）呼吸----无氧呼吸----发酵●生物氧化的主要途径和类型4（一）底物脱氢的主要途径（一）底物脱氢的主要途径5生物共有的三个主流产能途径（EMP、HMP、TCA）1、糖酵解途径（EMP）生物共有的三个主流产能途径62、磷酸戊糖途径（HMP）2、磷酸戊糖途径（HMP）73、三羧酸循环（TCA）丙酮酸3CO2+4（NADH+H+）+FADH2+ATP3、三羧酸循环（TCA）84、ED途径（糖酵解替代途径）●微生物独特产能途径4、ED途径（糖酵解替代途径）9●ED途径概貌●ED途径概貌10●总反应式：C6H12O6+Pi+NADP++NAD+→2CH3COCOOH+ATP+NADPH+H++NADH+H+特点：1）KDPG裂解关键反应2）特征酶：KDPG醛缩酶3）2丙酮酸分别来自KDPG裂解和3-磷甘油醛的转化4）产能较低（1molATP+NADPH+NADH/1molGlucose）●总反应式：11●生物学意义1）EMP途径的替代途径2)协调EMP、HMP、TCA途径3）进行细菌酒精发酵●生物学意义12●酒精发酵途径:酵母菌:葡萄糖→1,6-二磷酸果糖→3-磷酸甘油醛、磷酸二羟丙酮→→丙酮酸→乙醛→2乙醇细菌：葡萄糖→KDPG→丙酮酸(3-磷酸甘油醛→丙酮酸)→乙醛→2乙醇●酒精发酵途径:13●细菌酒精发酵

代谢速率高、转化率高、副产物少、发酵温度较高；但pH较高、较易染菌、耐乙醇能力较低。●细菌酒精发酵14建议读物：建议读物：15第五章微生物的代谢与发酵课件16·（二）递氢和受氢

●依据受氢体性质不同，生物氧化分为：呼吸(有氧呼吸）、无氧呼吸和发酵三种类型。

·（二）递氢和受氢

●依据受氢体性质不同，生物氧化分为：呼吸171、呼吸●好氧M产能方式●呼吸链最终受氢体（O2）原核生物P/O较低1、呼吸182、无氧呼吸

又称厌氧呼吸，一类呼吸链末端受氢体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。主要微生物类群：----反硝化细菌----反硫化细菌----甲烷细菌----某些兼性厌氧菌2、无氧呼吸19●无机氧化物为受氢体●无机氧化物为受氢体20●有机氧化物为受氢体●有机氧化物为受氢体21NO3●无氧呼吸（如：硝酸盐异化还原）在无氧条件下，某些兼性厌氧微生物无氧呼吸时利用硝酸盐为受氢体还原为亚硝酸、NO,N2O或氮气的过程。NO3●无氧呼吸（如：硝酸盐异化还原）22●硝酸盐异化还原特点---某些兼性厌氧微生物在无氧时，利用硝酸盐为受氢体的产能方式，产能较低；---还原形成的亚硝酸盐通常会进一步还原为N2；---对卫生、环保、农业（肥力）的影响与利用●硝酸盐异化还原特点23●反硝化作用：微生物在厌氧呼吸中把硝酸盐或亚硝酸还原为氮气的过程。

（注意：不同与硝酸盐异化还原）●硝酸盐同化还原硝酸盐为微生物吸收还原为氨态氮的过程。●反硝化作用：24●硫酸盐呼吸：在无氧条件下，某些厌氧微生物无氧呼吸时利用硫酸盐为受氢体还原为H2S的过程。APS：

腺苷酰磷酸●硫酸盐呼吸：在无氧条件下，某些厌氧微生APS：25第五章微生物的代谢与发酵课件26总结：●无氧呼吸是厌氧和兼性微生物的一种产能反应，不同于好氧呼吸，底物脱下的氢经呼吸链传递给无机氧化物或有机氧化物；产能较少。●硝酸盐异化还原由兼性微生物进行的无氧呼吸，为硝酸盐还原为亚硝酸或氮气的过程。●反硝化作用：厌氧呼吸中硝酸盐还原为氮气的过程。●自然界中进行无氧呼吸的主要方式还包括硫酸盐呼吸、硫呼吸、碳酸盐呼吸、铁呼吸等。总结：273、发酵（fermentation）

●定义广义：利用微生物生产有用代谢产物的一类生产方式。狭义：在无氧条件下，底物脱下的氢未经呼吸链而直接交给某一内源性中间代谢物，以实现底物水平磷酸化的生物氧化反应。3、发酵（fermentation）28●发酵示意图●发酵示意图29

产能反应（底物水平磷酸化）产能反应（底物水平磷酸化）30（1）由EMP途径中丙酮酸出发的发酵

（乙醇发酵、乳酸（同型）发酵、丙酸发酵）（1）由EMP途径中丙酮酸出发的发酵31

混合酸发酵（甲酸、乙酸、乙醇、CO2、H2）混合酸发酵（甲酸、乙酸、乙醇、CO2、H2）322,3丁二醇发酵2,3丁二醇发酵33丁酸发酵(丁酸；丙酮、丁醇；异丙醇等）丁酸发酵(丁酸；丙酮、丁醇；异丙醇等）34V.P.试验：某些微生物利用丙酮酸产生乙酰甲基甲醇，在碱性条件下脱氢形成二乙酰，与胍基化合物产生红色反应，可用于某些细菌的鉴定。V.P.试验：某些微生物利用丙酮酸产生乙酰甲基甲醇，在碱性35（2）通过HMP途径的发酵◆异型乳酸发酵

（产物：乳酸、乙醇、CO2等）A.异型乳酸发酵经典途径（磷酸转酮酶途径）（2）通过HMP途径的发酵36B.异型乳酸发酵双歧杆菌途径(主要部分)关键酶：木酮糖磷酸转酮酶B.异型乳酸发酵关键酶：37第五章微生物的代谢与发酵课件38（3）通过ED途径的发酵（细菌酒精发酵）（4）氨基酸发酵产能（Stickland反应)●丙氨酸氧化与甘氨酸还原的偶联

（丙酮酸+2甘氨酸3乙酸+ATP）（3）通过ED途径的发酵（细菌酒精发酵）39总结：●发酵为厌氧或兼性微生物在无氧下的底物水平磷酸化的产能反应；●主要途径包括经EMP、HMP、ED途径和Stickland反应的发酵；如经EMP的6条发酵途径、VP反应；HMP的异型乳酸发酵；氨基酸氧化与还原偶联的发酵●发酵具有重要的生物学意义及在微生物学实践中的应用价值。总结：40二、自养微生物产ATP和产还原力(一)化能自养微生物二、自养微生物产ATP和产还原力41●ATP和NADPH的产生

E°َ-0.0600.260.280.82●ATP和NADPH的产生42---化能自养菌多数为好氧微生物，通过呼吸链传递电子和氢获得能量；---化能自养菌氧化的无机物氧还电位一般较高，故P/O值较低；---化能自养菌可通过消耗ATP逆呼吸链的方式获得还原力[H]。---化能自养菌多数为好氧微生物，通过呼吸链传递电子和氢获得43●硝化细菌的硝化作用硝化作用：氨态氮经硝化细菌的氧化，转为硝酸态氮的过程。亚硝化细菌：NH3+O2HNO2+2H++2e-硝化细菌：HNO2+H2ONO-

3+2H++2e-●硝化细菌的硝化作用44●亚硝化细菌的产能反应●亚硝化细菌的产能反应45

硝化作用：●还原性无机物氧化直接与呼吸链相联。其过程比异养菌（经EMP/TCA等）简单。●呼吸链的组分简单，多样化；氢或电子直接进入。●产能效率（P/O）比异养菌低。

2、化能自养菌氧化产能的特点：2、化能自养菌氧化产能的特点：46

（二）光能营养微生物1非循环光合磷酸化-------产氧光合作用（二）光能营养微生物1非循环光合磷酸化-----47产氧光合微生物（蓝绿澡）特点：1）电子传递非循环2）有氧下进行（光解水产氧）3）PSI和PSII两个光合系统4）反应中可同时产生ATP和NADPH5）H+质子来源于水的光解产氧光合微生物（蓝绿澡）特点：482.循环光合磷酸化1)电子传递循环方式2)产ATP和NAD(P)H分别进行3)不光解水、不产氧（仅有PSI）4）还原力的H+质子来自H2S、H2无机或有机物

（不产氧光合微生物：光合细菌）2.循环光合磷酸化（不产氧光合微生物49CytC2偶联质子跨膜形成质子梯度CytC2偶联质子跨膜形成质子梯度50

●光合细菌(红螺菌目)

Bacteriathatcontainbacteriochlorophyllsandcanuselightasanenergysource.Whengrowingunderilluminationtheorganismareanaerobicanddonotevolveo2duringphotosynthesis.somearealsocapableofgrowinginthedarkbyrespiringwithoxygen.

51区别：1）菌绿素类型2）电子供体3）硫粒积累特征

光合细菌：红螺菌科、着色菌科、绿菌科、绿弯菌科区别：光合细菌：红螺菌科、着色菌科、绿菌科、绿弯52●光合细菌（不产氧光合微生物）----光合作用器●光合细菌（不产氧光合微生物）53●光合细菌培养物●光合细菌培养物543、紫膜光合磷酸化

（不产氧光合微生物）紫膜：在低氧时，某些嗜盐菌的细胞膜合成含有菌视紫红质，因颜色呈紫色，故称为紫膜。（视紫红质：视黄醛+视蛋白）3、紫膜光合磷酸化55紫膜：75％蛋白（菌视紫红质）25％脂类紫膜：56●紫膜光合磷酸化

通过视黄醛分子光介导的异构化建立膜电位而进行的光合磷酸化。●紫膜光合磷酸化通过视黄醛分子光介导的异构化建立膜电57建议读物：建议读物：58建议读物：建议读物：59§2分解代谢和合成代谢的关系●两用代谢途径●代谢物回补顺序能补充两用代谢途径中因合成而消耗的中间产物的那些反应。§2分解代谢和合成代谢的关系60第五章微生物的代谢与发酵课件61●乙醛酸循环●乙醛酸循环62●生物学意义1）TCA循环中4C化合物的补偿2）乙酸为唯一C源微生物的重要代谢途径3）高效的琥珀酸形成途径

●生物学意义63§3微生物独特合成途径一.自养微生物的CO2固定●Calvin循环●厌氧乙酰—COA途径●逆向TCA循环●羟基丙酸途径§3微生物独特合成途径64●Calvin循环（略）6CO2通过Calvin循环产生果糖-6-磷酸2)核酮糖二磷酸羧化酶、磷酸核酮糖激酶为特征性酶3）自养菌（生物）固定CO2的主要途径●Calvin循环（略）65●厌氧乙酰-辅酶A途径●厌氧乙酰-辅酶A途径66●主要特征：1）分别合成甲基和羧基，后经乙酰-COA合成终产物乙酸、丙酮酸2）CO脱氢酶为关键酶；THF、B12等一碳载体参加4）某些专性厌氧的化能自养菌固定CO2

的主要途径（自养同型乙酸细菌、甲烷细菌）●主要特征：67二、生物固氮大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程。生物固氮：130×106吨工业固氮：50×106吨二、生物固氮68（一）固氮微生物1.自生固氮菌（Aztobacteria）（一）固氮微生物69●蓝藻●蓝藻70

2.共生固氮菌

（豆科植物）Rhizobium（非豆科植物）2.共生固氮菌71●地衣：子囊菌＋蓝藻3.联合固氮必须生长在植物根际、叶面或动物肠道等处才能更好地固氮的微生物。●Frankia

●Frankia72●Azotospirillium●Azotospirillium73第五章微生物的代谢与发酵课件74二、固氮的生化机制

N2+8[H]+18~24ATP→2NH3+H2+18-24ADP+18~24Pi1.生物固氮要素●ATP(1:18)●还原力和传递载体：NADPHFd、Fld●还原底物（N2）●Mg++●厌氧微环境●固氮酶二、固氮的生化机制75●固氮酶●固氮酶76●FeMoCo(固氮酶活性中心）●FeMoCo(固氮酶活性中心）77●固氮酶生物学特性1）还原N2、H+、C2H2等生物活性2）由固氮酶（组分I；钼铁蛋白；固二氮酶）和固氮酶还原酶（组分II；铁蛋白；固二氮酶还原酶）共同组成时才具有生物活性3）氧不可逆失活作用●固氮酶生物学特性782.活力测定—乙炔还原法2.活力测定—乙炔还原法793固氮的生化途径N2+8[H]+18~24ATP→2NH3+H2+18-24ADP+18~24Pi3固氮的生化途径N2+8[H]+18~24ATP→2NH380●氨的去路

●氨的去路814.固氮酶的产氢反应（2H+→H2）固氮酶

2H+---------------------→H2氢化酶4.固氮酶的产氢反应（2H+→H2）82（三）固氮酶避氧机制1.好气性自生固氮菌：----呼吸保护----构象保护2.蓝藻：----还原性异形胞----其它（三）固氮酶避氧机制833.根瘤菌：----形成豆血红蛋白（存在于类菌体周膜内外）3.根瘤菌：84●根瘤●根瘤85

三、微生物结构大分子---肽聚糖的合成三、微生物结构大分子---肽聚糖的合成86(一)细胞质中的合成1）N-乙酰葡萄糖胺-UDP、N-乙酰胞壁酸-UDP

葡萄糖→N-乙酰葡萄糖胺-6-磷酸

（Gln、乙酰-COA）↙N-乙酰葡萄糖胺-UDP→N-乙酰胞壁酸-UDP

(一)细胞质中的合成87

2）由N-乙酰胞壁酸合成“park”核苷酸●park”核苷酸：即UDP-N-乙酰胞壁酸五肽，细菌细胞壁合成的重要中间体，由N-乙酰胞壁酸和氨基酸（丙氨酸、谷氨酸等）和载体UDP在细胞质中合成形成。2）由N-乙酰胞壁酸合成“park”核苷酸●park88●“park”核苷酸的合成1）在UDP－M的基础上合成；2）UDP为载体3）环丝氨酸抑制D-Ala--D-Ala的合成●“park”核苷酸的合成1）在UDP－M的基础上合成89(二)在细胞膜中的合成：产物：肽聚糖单体（双糖肽亚单位）载体：细菌萜醇：

（C55类异戊二烯醇组成的类脂载体）(二)在细胞膜中的合成：90

●肽聚糖单体合成途径●肽聚糖单体合成途径91(三)膜外的组装●自溶素作用(三)膜外的组装92

●膜外组装：转糖基化作用；转肽作用

青霉素：与转肽酶结合；万古霉素：与Ala-Ala结合青霉素：与转肽酶结合；93●主要反应过程回顾●主要反应过程回顾94●药物设计的意义(肽聚糖合成的抑制)----青霉素：竞争性抑制转肽酶活性中心----环丝氨酸：抑制Park核苷酸5肽的合成----万古霉素:与肽聚糖五肽的D-Ala-D-Ala结合，抑制转肽酶作用----杆菌肽：抑制细菌萜醇的去磷酸化

●药物设计的意义95●青霉素抗菌机制青霉素结构与肽聚糖单体五肽末端‘D-Ala-D-Ala’相似，竞争性地与转肽酶结合，阻碍了肽聚糖单体间肽桥的交联，引起细菌渗透性溶菌（osmoticlysis)死亡。●青霉素抗菌机制96四、微生物次生代谢产物的合成●次生代谢产物在微生物生长的稳定期前后，由初生代谢物为前体，通过复杂的代谢途径合成的各种结构复杂的化学物质。四、微生物次生代谢产物的合成97●次级代谢特点：1）初级代谢产物为前体2）一般生长后期产生3）对产生者功能不明确4）代谢途径独特●次级代谢特点：98第五章微生物的代谢与发酵课件99建议读物:

建议读物:100次生代谢产物及相关基因的推断:次生代谢产物及相关基因的推断:101§4微生物的代谢调节与发酵生产主要调控方式：1）通道控制作用2）酶数量的控制3）酶活性的激活和抑制§4微生物的代谢调节与发酵生产102一、微生物的代谢调节(一）酶合成的调节（数量的控制）调节方式：I.酶合成的诱导II.酶合成的阻遏I.酶合成的诱导●组成酶:细胞中经常以较高浓度存在的酶。●诱导酶：只有当其分解底物或有关的诱导物存在时才会合成的酶。一、微生物的代谢调节103II.酶合成的阻遏

---反馈阻遏在酶的合成中，阻遏物是被生成的酶所催化生成的终点产物，该阻遏现象称为反馈阻遏。第五章微生物的代谢与发酵课件104

●基因调控系统

操纵子

调节基因

启动基因，操纵基因

结构基因

(二)原核生物基因调控的基本方式●操纵子:细菌基因表达调控的基本单位,包括结构基因、操纵基因和启动基因。操纵子调节基因启动基因，操纵105●乳糖操纵子转录的负控制

结构基因在控制因子存在时不能够转录。●乳糖操纵子转录的负控制1062.转录的正控制结构基因在控制因子存在时才能够转录。2.转录的正控制107●二次生长快速被利用基质阻止微生物对其它基质的利用，只有当快速利用基质消耗完后，才能利用第二种基质，而表现出来的生长现象。

3.全局调节系统

同时影响多基因或代谢途径的调节系统。

P磷酸转移酶磷酸化CAMP环化酶CAMP●二次生长3.全局调节系统P磷酸转移酶磷酸化C108●二次生长现象的可能机制葡萄糖分解代谢的酶是组成型的，当细菌有葡萄糖利用时，葡萄糖过膜运输的磷酸化降低了磷酸浓度。由于磷酸转移酶磷酸化的减少而降低了AMP环化酶的活性，由此产生的cAMP浓度的降低影响了乳糖操纵子上RNA聚合酶同启动子的有效结合，从而影响了诱导酶的转录。●二次生长现象的可能机制109

二、酶活性的调节1.变构调节别构酶的调节部位与调节剂结合产生构像改变而引起酶活的改变.二、酶活性的调节110

●反馈抑制：代谢末端产物对酶（往往是代谢途径中第一个酶）活性的抑制。●反馈抑制：代谢末端产物对酶（往往是代谢途径中第一个酶）活111●应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节

■代谢调控在发酵工业中的应用

HSDH缺陷型菌株使赖氨酸累积●应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节■代谢调控在发112●应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节(HSDH抗性突变：生产苏AA）●应用抗反113●控制细胞膜的透性●控制细胞114建议读物建议读物115Chap5微生物的新陈代谢Chap5微生物的新陈代谢116主要内容：●微生物独特的能量代谢●微生物独特的合成途径●发酵与代谢调节主要内容：117§1.微生物能量代谢一、化能异养微生物的生物氧化和产能§1.微生物能量代谢118●生物氧化的主要途径和类型途径：脱氢、递氢和受氢类型(受氢体不同）：----(好氧）呼吸----无氧呼吸----发酵●生物氧化的主要途径和类型119（一）底物脱氢的主要途径（一）底物脱氢的主要途径120生物共有的三个主流产能途径（EMP、HMP、TCA）1、糖酵解途径（EMP）生物共有的三个主流产能途径1212、磷酸戊糖途径（HMP）2、磷酸戊糖途径（HMP）1223、三羧酸循环（TCA）丙酮酸3CO2+4（NADH+H+）+FADH2+ATP3、三羧酸循环（TCA）1234、ED途径（糖酵解替代途径）●微生物独特产能途径4、ED途径（糖酵解替代途径）124●ED途径概貌●ED途径概貌125●总反应式：C6H12O6+Pi+NADP++NAD+→2CH3COCOOH+ATP+NADPH+H++NADH+H+特点：1）KDPG裂解关键反应2）特征酶：KDPG醛缩酶3）2丙酮酸分别来自KDPG裂解和3-磷甘油醛的转化4）产能较低（1molATP+NADPH+NADH/1molGlucose）●总反应式：126●生物学意义1）EMP途径的替代途径2)协调EMP、HMP、TCA途径3）进行细菌酒精发酵●生物学意义127●酒精发酵途径:酵母菌:葡萄糖→1,6-二磷酸果糖→3-磷酸甘油醛、磷酸二羟丙酮→→丙酮酸→乙醛→2乙醇细菌：葡萄糖→KDPG→丙酮酸(3-磷酸甘油醛→丙酮酸)→乙醛→2乙醇●酒精发酵途径:128●细菌酒精发酵

代谢速率高、转化率高、副产物少、发酵温度较高；但pH较高、较易染菌、耐乙醇能力较低。●细菌酒精发酵129建议读物：建议读物：130第五章微生物的代谢与发酵课件131·（二）递氢和受氢

●依据受氢体性质不同，生物氧化分为：呼吸(有氧呼吸）、无氧呼吸和发酵三种类型。

·（二）递氢和受氢

●依据受氢体性质不同，生物氧化分为：呼吸1321、呼吸●好氧M产能方式●呼吸链最终受氢体（O2）原核生物P/O较低1、呼吸1332、无氧呼吸

又称厌氧呼吸，一类呼吸链末端受氢体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。主要微生物类群：----反硝化细菌----反硫化细菌----甲烷细菌----某些兼性厌氧菌2、无氧呼吸134●无机氧化物为受氢体●无机氧化物为受氢体135●有机氧化物为受氢体●有机氧化物为受氢体136NO3●无氧呼吸（如：硝酸盐异化还原）在无氧条件下，某些兼性厌氧微生物无氧呼吸时利用硝酸盐为受氢体还原为亚硝酸、NO,N2O或氮气的过程。NO3●无氧呼吸（如：硝酸盐异化还原）137●硝酸盐异化还原特点---某些兼性厌氧微生物在无氧时，利用硝酸盐为受氢体的产能方式，产能较低；---还原形成的亚硝酸盐通常会进一步还原为N2；---对卫生、环保、农业（肥力）的影响与利用●硝酸盐异化还原特点138●反硝化作用：微生物在厌氧呼吸中把硝酸盐或亚硝酸还原为氮气的过程。

（注意：不同与硝酸盐异化还原）●硝酸盐同化还原硝酸盐为微生物吸收还原为氨态氮的过程。●反硝化作用：139●硫酸盐呼吸：在无氧条件下，某些厌氧微生物无氧呼吸时利用硫酸盐为受氢体还原为H2S的过程。APS：

腺苷酰磷酸●硫酸盐呼吸：在无氧条件下，某些厌氧微生APS：140第五章微生物的代谢与发酵课件141总结：●无氧呼吸是厌氧和兼性微生物的一种产能反应，不同于好氧呼吸，底物脱下的氢经呼吸链传递给无机氧化物或有机氧化物；产能较少。●硝酸盐异化还原由兼性微生物进行的无氧呼吸，为硝酸盐还原为亚硝酸或氮气的过程。●反硝化作用：厌氧呼吸中硝酸盐还原为氮气的过程。●自然界中进行无氧呼吸的主要方式还包括硫酸盐呼吸、硫呼吸、碳酸盐呼吸、铁呼吸等。总结：1423、发酵（fermentation）

●定义广义：利用微生物生产有用代谢产物的一类生产方式。狭义：在无氧条件下，底物脱下的氢未经呼吸链而直接交给某一内源性中间代谢物，以实现底物水平磷酸化的生物氧化反应。3、发酵（fermentation）143●发酵示意图●发酵示意图144

产能反应（底物水平磷酸化）产能反应（底物水平磷酸化）145（1）由EMP途径中丙酮酸出发的发酵

（乙醇发酵、乳酸（同型）发酵、丙酸发酵）（1）由EMP途径中丙酮酸出发的发酵146

混合酸发酵（甲酸、乙酸、乙醇、CO2、H2）混合酸发酵（甲酸、乙酸、乙醇、CO2、H2）1472,3丁二醇发酵2,3丁二醇发酵148丁酸发酵(丁酸；丙酮、丁醇；异丙醇等）丁酸发酵(丁酸；丙酮、丁醇；异丙醇等）149V.P.试验：某些微生物利用丙酮酸产生乙酰甲基甲醇，在碱性条件下脱氢形成二乙酰，与胍基化合物产生红色反应，可用于某些细菌的鉴定。V.P.试验：某些微生物利用丙酮酸产生乙酰甲基甲醇，在碱性150（2）通过HMP途径的发酵◆异型乳酸发酵

（产物：乳酸、乙醇、CO2等）A.异型乳酸发酵经典途径（磷酸转酮酶途径）（2）通过HMP途径的发酵151B.异型乳酸发酵双歧杆菌途径(主要部分)关键酶：木酮糖磷酸转酮酶B.异型乳酸发酵关键酶：152第五章微生物的代谢与发酵课件153（3）通过ED途径的发酵（细菌酒精发酵）（4）氨基酸发酵产能（Stickland反应)●丙氨酸氧化与甘氨酸还原的偶联

（丙酮酸+2甘氨酸3乙酸+ATP）（3）通过ED途径的发酵（细菌酒精发酵）154总结：●发酵为厌氧或兼性微生物在无氧下的底物水平磷酸化的产能反应；●主要途径包括经EMP、HMP、ED途径和Stickland反应的发酵；如经EMP的6条发酵途径、VP反应；HMP的异型乳酸发酵；氨基酸氧化与还原偶联的发酵●发酵具有重要的生物学意义及在微生物学实践中的应用价值。总结：155二、自养微生物产ATP和产还原力(一)化能自养微生物二、自养微生物产ATP和产还原力156●ATP和NADPH的产生

E°َ-0.0600.260.280.82●ATP和NADPH的产生157---化能自养菌多数为好氧微生物，通过呼吸链传递电子和氢获得能量；---化能自养菌氧化的无机物氧还电位一般较高，故P/O值较低；---化能自养菌可通过消耗ATP逆呼吸链的方式获得还原力[H]。---化能自养菌多数为好氧微生物，通过呼吸链传递电子和氢获得158●硝化细菌的硝化作用硝化作用：氨态氮经硝化细菌的氧化，转为硝酸态氮的过程。亚硝化细菌：NH3+O2HNO2+2H++2e-硝化细菌：HNO2+H2ONO-

3+2H++2e-●硝化细菌的硝化作用159●亚硝化细菌的产能反应●亚硝化细菌的产能反应160

硝化作用：●还原性无机物氧化直接与呼吸链相联。其过程比异养菌（经EMP/TCA等）简单。●呼吸链的组分简单，多样化；氢或电子直接进入。●产能效率（P/O）比异养菌低。

2、化能自养菌氧化产能的特点：2、化能自养菌氧化产能的特点：161

（二）光能营养微生物1非循环光合磷酸化-------产氧光合作用（二）光能营养微生物1非循环光合磷酸化-----162产氧光合微生物（蓝绿澡）特点：1）电子传递非循环2）有氧下进行（光解水产氧）3）PSI和PSII两个光合系统4）反应中可同时产生ATP和NADPH5）H+质子来源于水的光解产氧光合微生物（蓝绿澡）特点：1632.循环光合磷酸化1)电子传递循环方式2)产ATP和NAD(P)H分别进行3)不光解水、不产氧（仅有PSI）4）还原力的H+质子来自H2S、H2无机或有机物

（不产氧光合微生物：光合细菌）2.循环光合磷酸化（不产氧光合微生物164CytC2偶联质子跨膜形成质子梯度CytC2偶联质子跨膜形成质子梯度165

●光合细菌(红螺菌目)

Bacteriathatcontainbacteriochlorophyllsandcanuselightasanenergysource.Whengrowingunderilluminationtheorganismareanaerobicanddonotevolveo2duringphotosynthesis.somearealsocapableofgrowinginthedarkbyrespiringwithoxygen.

166区别：1）菌绿素类型2）电子供体3）硫粒积累特征

光合细菌：红螺菌科、着色菌科、绿菌科、绿弯菌科区别：光合细菌：红螺菌科、着色菌科、绿菌科、绿弯167●光合细菌（不产氧光合微生物）----光合作用器●光合细菌（不产氧光合微生物）168●光合细菌培养物●光合细菌培养物1693、紫膜光合磷酸化

（不产氧光合微生物）紫膜：在低氧时，某些嗜盐菌的细胞膜合成含有菌视紫红质，因颜色呈紫色，故称为紫膜。（视紫红质：视黄醛+视蛋白）3、紫膜光合磷酸化170紫膜：75％蛋白（菌视紫红质）25％脂类紫膜：171●紫膜光合磷酸化

通过视黄醛分子光介导的异构化建立膜电位而进行的光合磷酸化。●紫膜光合磷酸化通过视黄醛分子光介导的异构化建立膜电172建议读物：建议读物：173建议读物：建议读物：174§2分解代谢和合成代谢的关系●两用代谢途径●代谢物回补顺序能补充两用代谢途径中因合成而消耗的中间产物的那些反应。§2分解代谢和合成代谢的关系175第五章微生物的代谢与发酵课件176●乙醛酸循环●乙醛酸循环177●生物学意义1）TCA循环中4C化合物的补偿2）乙酸为唯一C源微生物的重要代谢途径3）高效的琥珀酸形成途径

●生物学意义178§3微生物独特合成途径一.自养微生物的CO2固定●Calvin循环●厌氧乙酰—COA途径●逆向TCA循环●羟基丙酸途径§3微生物独特合成途径179●Calvin循环（略）6CO2通过Calvin循环产生果糖-6-磷酸2)核酮糖二磷酸羧化酶、磷酸核酮糖激酶为特征性酶3）自养菌（生物）固定CO2的主要途径●Calvin循环（略）180●厌氧乙酰-辅酶A途径●厌氧乙酰-辅酶A途径181●主要特征：1）分别合成甲基和羧基，后经乙酰-COA合成终产物乙酸、丙酮酸2）CO脱氢酶为关键酶；THF、B12等一碳载体参加4）某些专性厌氧的化能自养菌固定CO2

的主要途径（自养同型乙酸细菌、甲烷细菌）●主要特征：182二、生物固氮大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程。生物固氮：130×106吨工业固氮：50×106吨二、生物固氮183（一）固氮微生物1.自生固氮菌（Aztobacteria）（一）固氮微生物184●蓝藻●蓝藻185

2.共生固氮菌

（豆科植物）Rhizobium（非豆科植物）2.共生固氮菌186●地衣：子囊菌＋蓝藻3.联合固氮必须生长在植物根际、叶面或动物肠道等处才能更好地固氮的微生物。●Frankia

●Frankia187●Azotospirillium●Azotospirillium188第五章微生物的代谢与发酵课件189二、固氮的生化机制

N2+8[H]+18~24ATP→2NH3+H2+18-24ADP+18~24Pi1.生物固氮要素●ATP(1:18)●还原力和传递载体：NADPHFd、Fld●还原底物（N2）●Mg++●厌氧微环境●固氮酶二、固氮的生化机制190●固氮酶●固氮酶191●FeMoCo(固氮酶活性中心）●FeMoCo(固氮酶活性中心）192●固氮酶生物学特性1）还原N2、H+、C2H2等生物活性2）由固氮酶（组分I；钼铁蛋白；固二氮酶）和固氮酶还原酶（组分II；铁蛋白；固二氮酶还原酶）共同组成时才具有生物活性3）氧不可逆失活作用●固氮酶生物学特性1932.活力测定—乙炔还原法2.活力测定—乙炔还原法1943固氮的生化途径N2+8[H]+18~24ATP→2NH3+H2+18-24ADP+18~24Pi3固氮的生化途径N2+8[H]+18~24ATP→2NH3195●氨的去路

●氨的去路1964.固氮酶的产氢反应（2H+→H2）固氮酶

2H+---------------------→H2氢化酶4.固氮酶的产氢反应（2H+→H2）197（三）固氮酶避氧机制1.好气性自生固氮菌：----呼吸保护----构象保护2.蓝藻：----还原性异形胞----其它（三）固氮酶避氧机制1983.根瘤菌：----形成豆血红蛋白（存在于类菌体周膜内外）3.根瘤菌：199●根瘤●根瘤200

三、微生物结构大分子---肽聚糖的合成三、微生物结构大分子---肽聚糖的合成201(一)细胞质中的合成1）N-乙酰葡萄糖胺-UDP、N-乙酰胞壁酸-UDP

葡萄糖→N-乙酰葡萄糖胺-6-磷酸

（Gln、乙酰-COA）↙N-乙酰葡萄糖胺-UDP→N-乙酰胞壁酸-UDP

(一)细胞质中的合成202

2）由N-乙酰胞壁酸合成“park”核苷酸●park”核苷酸：即UDP-N-乙酰胞壁酸五肽，细菌细胞壁合成的重要中间体，由N-乙酰胞壁酸和氨基酸（丙氨酸、谷氨酸等）和载体UDP在细胞质中合成形成。2）由N-乙酰胞壁酸合成“park”核苷酸●park203●“park”核苷酸的合成1）在UDP－M的基础上合成；2）UDP为载体3）环丝氨酸抑制D-Ala--D-Ala的合成●“park”核苷酸的合成1）在UDP－M的基础上合成204(二)在细胞膜中的合成：产物：肽聚糖单体（双糖肽亚单位）载体：细菌萜醇：

（C55类异戊二烯醇组成的类脂载体）(二)在细胞膜中的合成：205

●肽聚糖单体合成途径●肽聚糖单体合成途径206(三)膜外的组装●自溶素作用(三)膜外的组装207

●膜外组装：转糖基化作用；转肽作用

青霉素：与转肽酶结合；万古霉素：与Ala-Ala结合青霉素：与转肽酶结合；208●主要反应过程回顾●主要反应过程回顾209●药物设计的意义(肽聚糖合成的抑制)----青霉素：竞争性抑制转肽酶活性中心----环丝氨酸：抑制Park核