微生物第45章产能代谢

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2绪论12微生物细胞的化学组成微生物的营养34微生物代谢概论微生物的产能代谢56微生物的合成代谢微生物的次级代谢78微生物的代谢调节微生物的生长、繁殖与环境910微生物的分化与发育目录基因组时代的微生物生理学11第4章微生物代谢概论4新陈代谢简称代谢，是微生物细胞内发生的各种化学反应的总称。4.1新陈代谢的概念及微生物代谢的特点ABCDEFGH代谢途径前体中间产物终点产物直线途径支线途径前体所谓前体是指微生物从外界吸收的、或在代谢途径中形成的、可被进一步转变成终点产物的化合物。5分解代谢与合成代谢分解代谢营养物质在分解酶类催化下，由结构复杂的大分子变成简单的小分子物质的反应为分解代谢，所经历的过程为分解途径，所得到的产物称为分解产物。在物质分解过程中同时产生能量。合成代谢催化合成代谢的酶类称为合成酶类。在合成酶催化下，不同的小分子结构的物质被合成为大分子物质的过程称为合成代谢，所经途径为合成途径。所得产物为合成产物。合成过程中需要能量。如EMP途径，不仅作为使糖分解成小分子物质的分解途径，而且也能作为使小分子物质合成糖原的合成途径，这种具有双重功能的途径称为两向代谢途径。6初级代谢与次级代谢初级代谢在研究代谢作用中，一般把具有明确的生理功能，对维持生命活动不可缺少的物质代谢过程，称为初级代谢。代谢产物称为初级代谢产物。如氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸维生素等。次级代谢产物而把一些没有明确的生理功能，似乎并不是维持生命省去所必须的物质代谢过程称为次级代谢。代谢产物称为次级代谢产物。如某些色素、抗生素、毒素、激素和生理碱等。7微生物除了具有生物体所共有的代谢规律之外，又有自身的代谢特点。首先，微生物的代谢速率快。其次，微生物种类繁多，对营养要求与代谢方式均不相同，表现了代谢的多样性。第三，微生物具有高度适应能力。当外界环境条件发生改变，微生物会改变自身的代谢方式，以适应改变了的环境。目前对微生物代谢的研究，正在进行着代谢调节和代谢产物细胞器的研究阶段。这样使细胞从数量代谢向着向量代谢的水平发展。8微生物代谢的研究方法

极谱分析法瓦勃氏压力计法突变株的应用同位素示踪法静息细胞法

4.2微生物代谢的研究方法色谱、质谱、紫外光谱、毛细管电泳等多种方法9静息细胞法所谓静息细胞是将培养到一定阶段的菌体，收集在一起经洗涤后，悬浮在生理盐水中继续培养一段时间，消耗其内源营养物质，使之呈现饥饿状态，如此获得的为静息细胞。利用静息细胞也可发现新的生长素，例如某菌的静息细胞氧化丙酮酸速度很慢，加入酵母浸出物后氧化加快，而已经知的生长素都没有这种作用，这表明酵母浸出物中可能含有某种新因子，硫辛酸就是这样被发现的。已知物质产物分析10同位素示踪法同位素示踪法（isotopictracermethod）是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法。制成含有同位素的标记化合物（如标记食物，药物和代谢物质等）代替相应的非标记化合物。放射性同位素和稳定性同位素都可作为示踪剂（tracer），但是，稳定性同位素作为示踪剂其灵敏度较低，可获得的种类少，价格较昂贵，其应用范围受到限制；而用放射性同位素作为示踪剂不仅灵敏度高，测量方法简便易行，能准确地定量，准确地定位及符合所研究对象的生理条件等特点：11同位素示踪法(a)细胞与同位素接触3分钟之后,标记物出现在内质网中;(b)细胞接触同位素3分钟后,置于非同位素的培养基中“跟踪”17分钟,放射性标记出现在高尔基体和部分分泌泡;(c)细胞接触同位素3分钟后,置于无同位素的培养基中“跟踪”117分钟,标记物主要出现在分泌泡中。12极谱分析法极谱法可用来测定大多数金属离子、许多阴离子和有机化合物（如羰基、硝基、亚硝基化合物，过氧化物、环氧化物，硫醇和共轭双键化合物等）。13瓦勃氏压力计法本方法是利用瓦勃氏呼吸仪来研究微生物的代谢过程，如呼吸、发酵、酶的活性等的重要方法。测定因呼吸及其它伴有气体出入的物质代谢、酶反应等而产生的气压变化所用的装置。14突变株的应用微生物突变株大致可以分为两类：营养缺陷型突变株和特异营养突变株。营养缺陷型突变株

通过诱变处理,诱使微生物发生突变，体内的一种或数种酶缺损，丧失合成某些代谢物质的能力，必须由外源供给所缺失的生长物质才能生长。特异营养突变株这种经诱变处理的菌株，合成特异产物（次级代谢物）的酶受到阻断，不能再合成特异产物，但仍能在最低培养基上生长，称为特异营养突变株。

共合成是指将诱变产生的，两个不能单独合成特异产物的突变株，经一同培养后又可以再合成原来产生的特异产物的，称为共合成。利用共合成作用研究利福霉素的生物合成过程。利福霉素高产地中海诺卡氏菌(Nocardiamediterra)15共合成指示菌涂布NG转化菌株A32分泌菌株抑菌圈BA利福霉素第5章微生物的产能代谢17微生物进行的一切生理活动都要消耗能量，不但生长时需要，当不生长而只是维持生命的状态也需要能量。鞭毛的运动，原生质的流动，细胞或细胞核分裂过程中染色体的分离等所作的机械功都要消耗能量。另外，维持细胞的渗透压,物质的跨膜运输也要消耗能量。那么微生物体内的能量从何而来？微生物产生ATP的方式有哪些？第5章微生物的产能代谢

能量有机物可见光无机物185.1.1大分子的降解5.1.1.1淀粉的分解淀粉分为直链和枝链两种。直链淀粉由α

－1,4葡萄糖苷键相互连接，枝链淀粉除有α

－1,4葡萄糖苷键外，在链的分叉上还有α

－1,6葡萄糖苷键。淀粉酶是水解淀粉糖原及其衍生物中α

－糖苷键的一类酶的总称。微生物的淀粉酶种类很多，其作用方式也不相同。淀粉酶有液化型和糖化型之分。糖化型又包括葡萄糖生成酶、β－淀粉酶、异淀粉酶等。这些酶普遍存在于微生物细胞中，但不同微生物含量多少不一。

5.1能量来自有机物19液化型淀粉酶

又称α－淀粉酶，它作用于支链淀粉时，只分解α－1,4糖苷键，不能分解支点α

－1,6糖苷键和靠近分支点的α

－1,4糖苷键。除上述部位的键外，则可任意切断淀粉内部的α－1,4糖苷键，使淀粉粘度迅速下降，表现为液化，故称液化酶。α－淀粉酶葡萄糖生成酶糖化型淀粉酶

属于这类酶有两种，葡萄糖酶和β－淀粉酶其共同特点是将淀粉水解为麦芽糖或葡萄糖，不经过糊精阶段，所以称为糖化型淀粉酶。

1.葡萄糖生成酶又称淀粉1,4葡萄糖苷酶。它从淀粉分子非还原端开始，依次水解α－1,4糖苷键，遇到α－1,6糖苷键的支点可以跳过去，继续水解α－1,4糖苷键，因此水解产物几乎是葡萄糖。根霉、曲霉中普遍存在这种酶。β－淀粉酶2.β－淀粉酶又称淀粉1,4麦芽糖苷酶，其作用方式是从淀粉分子非还原端开始，每次水解出一个麦芽糖分子，被β－淀粉酶所切断的键发生改变，结果形成β－麦芽糖，即麦芽糖的还原性半缩醛羟基由α－式变为β－式。异淀粉酶3.异淀粉酶又称淀粉α－1,6葡萄糖苷酶，它只分解α－1,6糖苷键，淀粉消解产物为糊精。20糖化型淀粉酶

属于这类酶有两种，葡萄糖酶和β－淀粉酶其共同特点是将淀粉水解为麦芽糖或葡萄糖，不经过糊精阶段，所以称为糖化型淀粉酶。

1.葡萄糖生成酶又称淀粉1,4葡萄糖苷酶。它从淀粉分子非还原端开始，依次水解α－1,4糖苷键，遇到α－1,6糖苷键的支点可以跳过去，继续水解α－1,4糖苷键，因此水解产物几乎是葡萄糖。根霉、曲霉中普遍存在这种酶。

2.β－淀粉酶又称淀粉1,4麦芽糖苷酶，其作用方式是从淀粉分子非还原端开始，每次水解出一个麦芽糖分子，被β－淀粉酶所切断的键发生改变，结果形成β－麦芽糖，即麦芽糖的还原性半缩醛羟基由α－式变为β－式。21

5.1.1.2纤维素的分解

纤维素是植物细胞壁的主要成分，它是由β－1,4葡萄糖苷键所连接成的长链，每个纤维素分子大约含一万个以上的葡萄糖残基组成。纤维素分子的基本结构单位是纤维二糖。纤维素酶是一种复合物，它是水解纤维素成纤维二糖和葡萄糖的一类酶的总称，包括C1酶和Cx酶及β－葡萄糖苷酶三种。

天然纤维素短链纤维素葡萄糖纤维二糖纤维寡糖纤维二糖C1酶CX酶葡萄糖β－葡萄糖苷酶22纤维素酶的存在有两种方式：一种是胞外酶，溶解于培养基中，霉菌中产生的纤维素酶属于这种类型；另一种是细胞表面酶，它结合在细胞表面上，如粘细菌的纤维素酶存在于细胞壁内。纤维素酶是一种诱导酶，用以含纤维素类物质为碳源时才能产生较多的纤维素酶。用不同的诱导物，诱导产生的类型不一样，例如：

C1酶产量高，Cx酶产量低

Cx

酶产量高，C1酶产量低

几乎不产生纤维素酶粉末结晶纤维素CMC（羧甲基纤维素）

用葡萄糖作为碳源23在真菌类的木霉、黑曲霉、青霉、根霉及漆斑霉等所产生的纤维素酶中，绿色木霉产生的的纤维素酶活性最强。能分解纤维素的细菌有噬纤维菌属、生孢噬纤维菌属和纤维单胞菌属。分解纤维素能力较强的放线菌有玫瑰色放线菌等。纤维素酶生产规模反应器来自真菌的纤维素酶的作用条件一般在pH4-5之间。245.1.1.3蛋白质的分解蛋白质可被某些微生物产生的蛋白酶和肽酶催化而分解，其分解产物一般可作为微生物生长的氮源，也可作为生长的碳源和能源。蛋白酶又称肽酶，它分解蛋白质分子内部的肽链，形成各种短肽。微生物蛋白酶有两种类型，即高专一性和低专一性的。专一性强的蛋白酶主要是一些细菌分泌的特殊蛋白酶。如分解胶原的胶原蛋白酶。专一性低的蛋白酶按其作用最适pH可分为三类：25专一性低的蛋白酶按其作用最适pH可分为三类：酸性蛋白酶主要由真菌产生，其最大活性和稳定性在pH2－5之间。中性蛋白酶普遍存在于细菌和真菌中。最高活性在pH7－8之间。碱性蛋白酶普遍存在于细菌和真菌中。其最高活性在pH10－11之间，最大稳定性在pH5－9之间。26必须指出，微生物的胞外蛋白酶的形成和活性受多种因素的影响：如培养基中存在钙离子时能增加胞外酶的活性。而培养基中的氯化钠或柠檬酸，则使胞外蛋白酶活性降低。过量的葡萄糖还能阻遏蛋白酶的合成。微生物胞外酶对氧稳定，半胱氨酸等还原物质会引起蛋白酶失去活性。胞内的肽酶则对氧不稳定，需要有半胱氨酸等还原性物质维持活性。对于多数细菌型的肽酶的活性需要锰、镁、钴或锌等离子作为辅基。作业1、臭豆腐的制作方法和原理2、豆腐乳的制作方法和原理3、传统米酒的制作方法和原理4、豆豉的制作方法和原理内容：基本制作方法和过程、涉及微生物种类和发酵原理2728很多二糖能被微生物分解利用，如蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖等。微生物分解二糖有两种方式：一是被相应水解酶分解成单糖，另一种是被相应的磷酸化酶分解。

5.1.2二糖的分解29蔗糖的分解许多微生物包括细菌具有蔗糖水解酶：

麦芽糖的分解麦芽糖在麦芽糖水解酶催化下产生两分子葡萄糖。乳糖的分解乳糖在β－半乳糖苷麦的作用下，水解乳糖生成葡萄糖和半乳糖。30纤维二糖的分解纤维二糖是在纤维二糖磷酸化酶催化下分解的。磷酸化酶催化的反应比水解酶催化的反应对微生物更有利。在磷酸化酶催化反应中，葡萄糖苷键能被贮存在磷酸酯键上，这对于以后形成糖的磷酸酯时，就不需要另外消耗ATP，而它们的水解酶催化的反应，则把葡萄糖苷键上的键能浪费了。31在单糖分解中将以葡萄糖的分解作为中心线索，其分解的关键产物是丙酮酸，丙酮酸进一步分解的方式，分为有氧呼吸、无氧呼吸和发酵作用。5.1.3单糖的分解32按照单糖所含碳原子的数目可分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖庚糖、辛糖、壬糖等。其中葡萄糖和果糖是异养微生物良好碳源和能源。能直接进入糖代谢途径被分解。其它己糖如甘露糖和半乳糖，需转变为葡萄糖或果糖后，再被分解。335.1.3.1葡萄糖分解为丙酮酸的途径（Embden-Meyerhof-Parnaspathway）EMP途径，又称糖酵解或己糖二磷酸途径因葡萄糖是以1,6-二磷酸果糖(FDP)开始降解的，故又称双磷酸己糖途径（HDP），这条途径包括十个独立又彼此连续的反应。其总反应是：C6H12O6+2(ADP＋Pi+NAD+)→2CHCOCOOH+2(ATP+NADH+H+)葡萄糖经EMP途径生成两分子丙酮酸，同时产生两个ATP，整个反应受ADP、Pi和NAD＋含量的控制。EMP途径34葡萄糖(G)6-磷酸葡萄糖(G6P)6-磷酸果糖(F6P)1,6-二磷酸果糖(FDP)磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛(GAP)1,3-二磷酸甘油酸(1,3-DPGA)3-磷酸甘油酸(3-PGA)磷酸烯醇丙酮酸(PEP)丙酮酸2-磷酸甘油酸(2-PGA)六碳阶段ATPADP3-磷酸甘油醛(GAP)三碳阶段ATPADPNAD+H＋＋NADH

ATPADPATPADPH2OPi1,6-二磷酸果糖醛缩酶35葡萄糖(G)1,6-二磷酸果糖(FDP)磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛(GAP)丙酮醛D-乳酸丙酮酸1，3-二磷酸甘油酸丙酮醛支路对于大肠杆菌，嗜糖假单胞菌以及其它好氧菌，在葡萄糖培养基中无机磷浓度较低时，3-磷酸甘油醛脱氢酶活性下降，将迫使3-磷酸甘油醛较变成磷酸二羟丙酮，再经丙酮醛，乳糖生成丙酮酸。3-磷酸甘油醛脱氢酶36EMP途径的特点是：①葡萄糖的分解是从1,6－二磷酸果糖开始的，②整个途径仅在第1,3,10步反应是不可逆的，③EMP途径中的特征酶是1,6－二磷酸果糖醛缩酶,④整个途径不消耗分子氧，⑤EMP途径的有关酶系位于细胞质中。葡萄糖经EMP途径生成两分子丙酮酸，同时产生两个ATP，整个反应受ADP、Pi、NAD+含量的控制。37绝大多数微生物都有EMP途径，包括：①厌氧细菌：大部分厌氧细菌具有EMP途径，如梭菌，螺旋菌等，②兼性好氧细菌③专性好氧细菌④酵母菌进行酒精发酵也是利用了EMP途径。EMP的生理功能：为菌体提供生理活动的ATP、NADH，其中间产物为菌体合成提供碳骨架，在一定条件下可沿EMP途径逆转合成多糖。38这条途径是从6－磷酸葡萄糖酸(6PG)开始分解的，即在单磷酸己糖基础上开始降解的，故称为单磷酸己糖途径，简称为HMP途径。HMP途径可分为两个阶段：第一阶段为氧化阶段：从6－磷酸葡萄糖开始，经过脱氢、水解，氧化脱羧生成5－磷酸核酮糖和二氧化碳。第二阶段为非氧化阶段：是磷酸戊糖之间的基团转移，缩合（分子重排）使6－磷酸己糖再生。

HMP途径

（HexoseMonophophatePathway）（戊糖磷酸途径）393×6-磷酸葡萄糖5-磷酸核糖6-磷酸果糖3×6-磷酸葡萄糖酸3×5-磷酸核酮糖3H＋＋3NADPH

3NADP+3H2O5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛7-磷酸景天庚酮糖4-磷酸赤鲜糖5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛丙酮酸1,6-二磷酸果糖转酮醇酶转酮醇酶转醛醇酶3CO23H＋＋3NADPH

3NADP+6-磷酸果糖6-磷酸果糖Pi40

HMP途径有以下特点：①HMP途径是从6－磷酸葡萄糖脱羧开始降解的，与EMP途径（在双磷酸己糖基础上开始降解）是不同的；②该途径中有两种特征酶：转酮酶（TK）和转醛酶（TA)，③HMP途径一般只产生NADPH，不产生NADH，④HMP途径中的酶系定位于细胞质中。

41HMP途径有以下功能：

①为生物合成提供多种碳骨架

5－磷酸核糖（R5P）可以合成嘌呤、嘧啶核苷酸，进一步可合成核酸，5－磷酸核糖也是合成辅酶[NAD（P）、FAD（FMN）、CoA］的原料，4－磷酸赤藓糖是合成芳香族氨基酸的前体。

②为生物合成提供还原力。

HMP途径中产生的NADPH在生物体内有以下作用：NADPH是合成脂肪酸，类固醇、谷氨酸的供氢体；NADPH作为GSH还原酶的辅酶，是维持细胞中谷胱甘肽（GSH）正常含量所必须的；NADPH在特异的转氢酶作用下可变为NADH，再经呼吸链氧化产能。42一摩尔葡萄糖经HMP途径最终氧化可得到35摩尔ATP。必须指出，这种转化在代谢中，一般不是主要方式。因此不应把葡萄糖经HMP途径看成是产生ATP有意义的机制，即HMP途径主要作用是为生物合成提供还原力而不是氧化供能。③HMP途径中的5－磷酸核酮糖（Ru5P）可以转化为1,5－二磷酸核酮糖（RuDP)，在羧化酶催化下固定二氧化碳，这对于光能自养菌，化能自养菌则具有重要意义。在同一微生物细胞里同时具有HMP和EMP途径，着微生物种类及环境条件不同，各条途径所占的比例也不同。如酵母菌对葡萄糖利用时，87%走EMP，而13%走HMP，青霉菌77%经HMP途径，而23%走EMP途径，等等。43又称2－酮－3－脱氧－6－磷酸葡萄糖酸裂解途径。这条途径是Entner和Doudoroff，在研究嗜糖假单胞菌时发现的。ED途径是少数缺乏完整EMP途径的微生物所具有的一种替代途径。其特点是葡萄糖只经过4步反应即可快速获得由EMP途径须经10步才能获得的丙酮酸。其反应步骤简单，产能效率低。该途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环等各种代谢途径相连接，可以相互协调，满足微生物对能量，还原力和不同代谢物的需要。ED途径

44葡萄糖(G)6-磷酸葡萄糖(G6P)6-磷酸葡萄糖酸2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸3-磷酸甘油醛(GAP)1,3-二磷酸甘油酸(1,3-DPGA)3-磷酸甘油酸(3-PGA)磷酸烯醇丙酮酸(PEP)丙酮酸2-磷酸甘油酸(2-PGA)ATPADP3-磷酸甘油醛(GAP)NADP＋NADPHNAD+H＋＋NADH

ATPADPATPADPH2OPi丙酮酸2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶45ED途径的特点是：1.ED途径的特征反应是2－酮－3－脱氧－6－磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3－磷酸甘油醛。2.ED途径的特征酶是2－酮－3－脱氧－6－磷酸葡萄糖酸醛缩酶。3.ED途径中两分子丙酮酸来历不同，一分子是由2－酮－3－脱氧－6－磷酸葡萄糖酸直接裂解产生，另一分子丙酮酸是由磷酸甘油醛经EMP途径转化而来。4.1摩尔葡萄糖经ED途径只产生1摩尔ATP。46表：EMP、HMP、ED途径的比较途径EMPHMPED特征酶1,6-二磷酸果糖醛缩酶(FDA)转酮酶(KT)和转醛酶(KA)2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶(KDPGA)产生ATP数目211还原辅酶NADHNADPHNADPH(NADH)

由此可见，EMP途径不能独立于HMP途径，HMP途径一般是与EMP并存的，而ED途径可不依赖于EMP和HMP途径，而独立存在。47CO2COSCoACH3CO2COSCoACH3CO2COSCoACH3CO2COSCoACH3123456123456123456123456EMP途径ED途径++48该途径是由Warburg、Dickens、Horecker等人发现的，故称WD途径。因该途径中的特征酶是磷酸解酮酶，所以又称磷酸解酮酶途径。根据磷酸解酮酶的不同，把具有磷酸戊糖解酮酶的叫PK途径，把具有磷酸己糖解酮酶的叫HK途径。

WD途径

49PK途径50HK途径51前面介绍的四种代谢途径都是在葡萄糖先经磷酸化后进行降解的。而有些细菌，如假单胞杆菌属、气杆菌属和醋杆菌属，不具备己糖激酶，但具有葡萄糖氧化酶，能利用空气中的氧，把葡萄糖直接氧化成葡萄糖酸再经磷酸化进行降解。葡萄直接氧化途径

52葡萄糖(G)葡萄糖内酯葡萄糖酸6-磷酸葡萄糖酸HMP途径2-酮葡萄糖酸2,5-二酮葡萄糖酸1/2O2H2OED途径1/2O21/2O2阴沟气杆菌荧光假单胞菌醋酸杆菌53果糖的分解在很多微生物里，果糖是通过基团转移进入细胞的。经PEP转移系统进入细胞后变成FIP（1-磷酸果糖），这同葡萄糖的PEP转移系统相类似。再经1-磷酸果糖激酶催化，生成FDP（1，6-二磷酸果糖），而进入EMP途径。果糖(F)1-磷酸果糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖磷酸甘油醛葡萄糖(G)6-磷酸葡萄糖丙酮酸PEP-TPS4-磷酸赤藓糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核酮糖545.1.3.2丙酮酸的代谢微生物分解糖类的主要产物是丙酮酸，NAD(

P)H和ATP。ATP和NADPH常称为同化力，用于生物合成。丙酮酸和NADH（或部分NADPH）的去向，取决于微生物的种类和培养条件。有氧呼吸：大多数好氧和兼性好氧的异养微生物，使丙酮酸经TCA循环彻底氧化，生成二氧化碳和NAD(P)H。55NAD(P)H经呼吸链把H+和电子给分子氧而生成水，同时产生ATP。生物发光:有些微生物，NAD(P)H则不经呼吸链而把电子交给分子氧，使能量以发光的形式放出，这种现象为生物发光。无氧呼吸:有些微生物以其它的外源电子受体代替分子氧作为最终电子受体，进行无氧呼吸。发酵:对于大多数厌氧或兼性厌氧的异养微生物在无氧时，能利用丙酮酸和NAD(P)H进行各种发酵。56一般工业发酵的含义较广泛，指凡是利用微生物进行生产的过程，不论是在有氧条件下还是无氧条件下，统称为发酵。而生理学中的发酵概念则不同于工业发酵的概念，所谓发酵是指微生物在无外源电子受体时，以底物水平磷酸化方式产生ATP的生物学过程。这个概念排除了以分子氧或其它外源电子作受体的有氧呼吸和无氧呼吸方式，也排除了以电子传递生成ATP的可能，指出了发酵是在特定条件下一种氧化产生ATP的本质。微生物有多种发酵类型，可发酵的基质有碳水化合物、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖较为重要。发酵作用57葡萄糖经不同发酵途径可分解为丙酮酸，而丙酮酸的去路因微生物种类和培养条件不同，则生成不同的发酵产物，现分述如下：1.酵母菌的酒精发酵和甘油发酵

酵母菌可将葡萄糖经“EMP”途径定量地分解为乙醇和二氧化碳。58酵母菌厌氧条件PH3.5-4.5正常的酒精发酵适量亚硫酸氢钠（3%）发酵生成甘油和磺化羟基乙醛pH7.6生成甘油、乙醇、乙酸和二氧化碳第三型发酵第一型发酵第二型发酵条件产物59(1)酵母的一型发酵在酵母菌的乙醇发酵中，酵母菌可将葡萄糖经EMP途径降解为两分子丙酮酸，然后丙酮酸脱羧生成乙醛，乙醛作为氢受体使NAD+再生，发酵终产物为乙醇，这种发酵类型称为酵母的一型发酵。60葡萄糖(G)1,6-二磷酸果糖(FDP)磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛(GAP)甘油1，3-二磷酸甘油酸盐对酒精发酵有很大影响，可以改变代谢途径，出现异常发酵。因为无机离子可降低EMP途径中醛缩酶的活性。在盐含量较高时产生甘油，使酒精产量下降。培养基中添加0.5mol/L-1.0mol/LNaCl，抑制醛缩酶活性丙酮酸乙酰乳酸乙醛乙醇2，3-丁二醇丁二酮磷酸甘油脱氢酶NADH积累激活61(2)酵母的二型发酵但当环境中存在亚硫酸氢钠时，它可与乙醛反应生成难溶的磺化羟基乙醛。由于乙醛和亚硫酸盐结合而不能作为NADH2的受氢体，所以不能形成乙醇，迫使磷酸二羟丙酮代替乙醛作为受氢体，生成α-磷酸甘油。α-磷酸甘油进一步水解脱磷酸而生成甘油，称为酵母的二型发酵。添加亚硫酸盐要控制在亚适量（3%）水平。否则菌体得不到能量而停止生长。62(3)酵母的三型发酵在弱碱性条件下（pH7.6），乙醛因得不到足够的氢而积累，两个乙醛分子间会发生歧化反应，一分子乙醛作为氧化剂被还原成乙醇，另一个则作为还原剂被氧化为乙酸。氢受体则由磷酸二羟丙酮担任。发酵终产物为甘油、乙醇和乙酸，称为酵母的三型发酵。环境条件的变化使酵母菌的代谢过程发生改变，而酵母菌代谢过程又改变着环境。我们可以根据这种关系，抑制环境条件，利用微生物活动生产有的产品。

CH3CHOCH3CH2OHCH3CHOCH3COOHNADH＋H＋NAD＋63

2．细菌的酒精发酵

细菌进行酒精发酵因菌种不同其发酵途径不相同。如运动发酵单胞菌和厌氧发酵单胞菌是利用ED途径分解葡萄糖为丙酮酸，最后生成酒精。对于某些生长在极端酸性条件下严格厌氧菌，如胃八叠球菌和兼性肠细菌如解淀粉欧文氏菌则是利用EMP途径进行酒精发酵。

葡萄糖(G)丙酮酸ED途径乙醛乙醇CO22HEMP途径丙酮酸脱羧酶乙醇脱氢酶64葡萄糖(G)6-磷酸葡萄糖(G6P)6-磷酸葡萄糖酸2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸3-磷酸甘油醛(GAP)1,3-二磷酸甘油酸(1,3-DPGA)3-磷酸甘油酸(3-PGA)磷酸烯醇丙酮酸(PEP)丙酮酸2-磷酸甘油酸(2-PGA)ATPADP3-磷酸甘油醛(GAP)NADP＋NADPHNAD+H＋＋NADH

ATPADPATPADPH2OPi丙酮酸65葡萄糖(G)6-磷酸葡萄糖(G6P)6-磷酸果糖(F6P)1,6-二磷酸果糖(FDP)磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛(GAP)1,3-二磷酸甘油酸(1,3-DPGA)3-磷酸甘油酸(3-PGA)磷酸烯醇丙酮酸(PEP)丙酮酸2-磷酸甘油酸(2-PGA)六碳阶段ATPADP3-磷酸甘油醛(GAP)三碳阶段ATPADPNAD+H＋＋NADH

ATPADPATPADPH2OPi66

3.乳酸发酵

许多细菌能利用葡萄糖产生乳酸，产生乳酸的这类细菌通常称为乳酸细菌。（1）乳酸细菌具有共同的特点是在普通固体培养基中不形成大的菌落，其原因有三点：①它们是微好气的，又缺少细胞色素氧化酶或过氧化氢酶，还原型的黄素蛋白自行氧化产生过氧化氢，由于过氧化氢积累则抑制了进一步生长。②乳酸菌合成氨基酸的能力一般较弱，普通蛋白胨不能满足要求，往往因氨基酸量供应不足而影响生长，通常在培养基中加入适量的动植物组织液或牛奶。③乳酸细菌生长还需要B族维生素，特别需要较多的维生素B2。67乳酸发酵有三种类型：同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧发酵。①同型乳酸发酵

同型乳酸发酵的过程是：葡萄糖经EMP途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下被NADH还原为乳酸。对于只生成乳酸一种产物的发酵称为同型乳酸发酵。乳酸脱氢酶68乳酸发酵在工业上用于生产乳酸，在农业上用于青贮饲料的发酵，此外在食品加工上也有广泛的应用。青贮饲料，腌泡菜和渍酸菜的原理是人为地创造厌氧条件，抑制好氧性的腐败微生物生长，促使乳酸细菌利用植物中的可溶性养分进行乳酸发酵，产生乳酸，最后达到完全抑制其他微生物的活动。69②异型乳酸发酵异型乳酸发酵是某些乳酸菌利用HMP途径分解葡萄糖为5－磷酸核酮糖，再经差向异构酶作用变成5－磷酸木酮糖，然后经磷酸酮糖裂解反应生成3－磷酸甘油醛和乙酰磷酸，这个反应由磷酸酮醇酶催化，它是异型乳酸发酵的关键酶。因此由葡萄糖进行异型乳酸发酵，其产能水平比同型乳酸发酵要低一半。异型乳酸发酵产物除乳酸以外，还有乙醇、二氧化碳和ATP。703×6-磷酸葡萄糖5-磷酸核糖6-磷酸果糖3×6-磷酸葡萄糖酸3×5-磷酸核酮糖3H＋＋3NADPH

3NADP+3H2O5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛7-磷酸景天庚酮糖4-磷酸赤鲜糖5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛丙酮酸1,6-二磷酸果糖转酮醇酶转酮醇酶转醛醇酶3CO23H＋＋3NADPH

3NADP+6-磷酸果糖6-磷酸果糖Pi乙酰磷酸乙醇乳酸71乙酰磷酸进一步还原为乙醇，同时放出磷酸。而3－磷酸甘油醛经EMP途径后半部转化为乳酸，同时产生2分子ATP，扣除发酵时激活葡萄糖消耗的一分子ATP，净得一分子ATP。72③双歧发酵途径：双歧发酵是两歧双歧杆菌发酵葡萄糖产生乳酸的一条途径。此途径中有两种磷酸酮糖酶参与反应，即6－磷酸果糖磷酸酮酶和5－磷酸木酮糖磷酸酮糖酶，分别催化6－磷酸果糖和5－磷酸木酮糖裂解产生乙酰磷酸和4－磷酸丁糖，及3－磷酸甘油醛与乙酰磷酸。4.丙酸发酵丙酸是丙酸杆菌等菌的发酵产物。除丙酸外，还有乙酸和二氧化碳。由葡萄糖生成丙酸，可能是经EMP途径生成两分子丙酮酸，其中一分子丙酮酸经脱羧化生成乙酸和二氧化碳，另一分子丙酮酸经羧化生成草酰乙酸，再转化成琥珀酸。

7374丙酸杆菌为多形态杆菌，常为圆端或尖端的棒状；有的细胞为类球状、分叉或分枝，但不成丝状。革兰氏阳性，不运动，不生孢。兼性厌氧，有不同程度的耐氧性；化能异养菌，需复杂营养，发酵产大量的丙酸和乙酸主要发现于乳酪、乳制品和人的皮肤。丙酸杆菌属755.丁酸型发酵

这是由专性厌氧的梭菌所进行的一类发酵，因产物中都有丁酸，故称为丁酸型发酵。不同梭菌的最终发酵产物不同，可分为丁酸发酵丙酮－丁醇发酵丁醇－异丙醇发酵。丁酸发酵

76丁酸发酵细菌为专性厌氧细菌,它们属于梭菌丁酸弧菌属真杆菌属梭杆菌属中的一些细菌。√√√√77当pH降至4.5时，CoA转移酶被活化，这时部分乙酰CoA转变成乙酰乙酸，再脱羧成丙酮，另一部分乙酰CoA变成丁酰CoA，再被还原生成丁醇。丙酮丁醇发酵

786.混合酸发酵和丁二醇发酵

大肠杆菌属如埃希氏菌，沙门氏菌和志贺氏菌属中的一些细菌，能够利用葡萄糖进行混合酸发酵。而肠杆菌、赛氏杆菌、欧文氏菌属中的一些细菌在发酵过程中，分解葡萄糖产生少量的酸，形成大量的2,3-丁二醇，产生大量气体。

产物大肠杆菌的混合酸发酵(mol/100mol葡萄糖)产气肠杆菌的丁二醇发酵(mol/100mol葡萄糖)甲酸

乙酸

琥珀酸

乙醇

2,3-丁二醇

CO2

H2

乳酸2.4

36.5

10.7

49.8

0.3

88.0

75.0

79.517.0

0.5

-

69.5

66.4

172.0

35.429混合酸发酵与丁二醇发酵的产物79生物制氢H280低温（4℃）生物制氢81各种发酵的途径产能情况发酵类型途径产ATPmol/molG酒精发酵酵母EMP2细菌ED/EMP2/1甘油发酵酵母NaHSO3少量乳酸发酵粪链球菌EMP2肠膜明串珠菌PK1丙歧双歧杆菌HMP＋PK2.5丁酸发酵丁酸梭状芽孢杆菌EMP3丁醇－丙酮发酵2混合酸发酵2.5丁二醇发酵产气杆菌2丙酸发酵丙酸细菌琥珀酸－丙酸途径2丙烯酸途径382有氧呼吸是以分子氧为最终电子受体的基质生物氧化，产生ATP的过程。在有氧条件下，好氧微生物或兼性厌氧微生物可将葡萄糖彻底氧化。其过程可分为四个阶段：①葡萄糖降解为丙酮酸，在细胞质中进行。②丙酮酸氧化脱羧、脱氢生成乙酰CoA，这是在线粒体间质中（原核生物在细胞质中）。③TCA循环，其有关酶系位于线粒体间质中（原核生物的酶系位于细胞膜的特殊部位或间体上）。④氢最终氧化生成水，这是通过呼吸链的酶系催化。它们是位于线粒体内膜上（原生物的呼吸链位于细胞膜上）。有氧呼吸83

l.TCA循环这一循环首先由英国生物化学家N.A.Krebs在总结前人工作基础上提出的，因循环开头是以柠檬酸开头，所以称为柠檬酸循环，或称三羧酸循环(TCA)。其过程包括十一步反应。①三羧酸循环的第二、七、九三步反应不可逆，其它各部是可逆反应；②在第五、七、九、十一步发生脱氢反应。③在第六、七两步发生脱羧反应。④总反应是：乙酰CoA＋2NAD+

＋NAD(P)++FAD+ADP(GDP)+Pi+2H20→2(CO2

＋NADH＋H+）＋FADH2＋NAD(P)H＋H+

＋CoA＋ATP(GTP)84⑤TCA与分子氧的关系：从上式可以看出，分子氧不直接参与TCA循环，但TCA循环必须在有氧条件下才能进行。这是因为呼吸链只有当电子传递给分子氧时，NAD(P)＋和FAD氧化型才能再生，所以TCA循环是严格需要分子氧的。三羧酸循环的生理功能①为细胞提供生理活动的能量；

②为细胞生物合成提供多种碳骨架；

③三羧酸循环是糖、蛋白质和脂肪酸代谢的桥梁。85α-酮戊二酸脱氢酶系柠檬酸脱氢酶柠檬酸合成酶8687厌氧微生物或兼性厌氧微生物在厌氧条件下，缺乏丙酮酸脱氢酶和α－酮戊二酸脱氢酶，因而不能形成完整的三羧循环。88

2.呼吸链

呼吸链是指NADH、FADH2以及其它还原型载体上的氢原子，以质子和电子的形式在一系列载体上进行定向有序的传递系统。简而言之，由一系列氢和电子传递体组成的多酶氧化还原体系称为呼吸链。呼吸链的酶系是定向有序，又是不对称地排列在真核微生物的线粒体内膜上，或排列在原核微生物的细胞质膜上。89在呼吸链中的大致位置黄素蛋白，它是位于呼吸链起始位点的酶蛋白。这是一类由FMN和FAD的辅基和分子量不同的蛋白质结合而成的。铁硫蛋白的分子量相对较小，含有二、四或八个铁原子和数量相等的不稳定硫。铁硫蛋白主要功能是催化NADH、琥珀酸以及磷酸甘油的氧化反应。细胞色素是含有铁卟啉基因的电子传递蛋白。现已经查明有五种细胞色素（a、b、c、d、o）。所有真核生物的线粒体细胞色素类型是相同的，而细菌细胞色素类型是有很大差异的，只有少数与线粒体相同。

醌及其衍生物一般有三种类型，泛醌(UQ)、甲基萘醌(MK)和脱甲基萘醌(DMK)。泛醌存在于革兰氏阴性细菌这些醌均为脂类，还原时接受2H形成相应的苯二酚。90线粒体中呼吸链。其电子传递系统排列成4个载体复合物，每个复合物都能传递电子，直到O2，辅酶Q和细胞色素C，将复合物相互连接。91大肠杆菌的好氧呼吸系统。当细菌处于稳定期少氧时，利用上部分枝，在通气好，迅速生长时，利用下部分枝。92与线粒体的呼吸链相比，细菌呼吸链具有如下的特点：

①电子供体多样，除大多数有机物外，一些无机元素氢、硫、无机离子等等都可作电子供体。②电子受体多样，除分子氧外，还有延胡索酸、硝酸根、亚硝酸根、硫酸根等等都可作最终电子受体。③细胞色素种类多样；④电子传递系统不完整;⑤呼吸链组分和含量可变，细菌呼吸链的组分和数量随氧气的供应、生长阶段、基本营养供给、呼吸抑制剂的存在与否、碳氮比、等变化而改变。

93⑥末端氧化酶多样化；⑦呼吸链有分支，呼吸链有直链和枝链的区别。⑧电子传递方式多样化，细菌中电子可经CoQ再传递到细胞色素，也有不经过CoQ直接把电子传给细胞色素。⑨细菌呼吸链定位于细胞质膜上。⑩氧化磷酸化效率一般比真核生物低，细菌氧化磷酸化效率通常＜1。943.不完全氧化三羧酸循环的一系列代谢变化，糖类彻底氧化成水和二氧化碳，但某些微生物则能使糖类发生部分氧化，醋酸菌属的细菌是不完全氧化的例子。乙醇在醋酸杆菌的作用下氧化为乙酸，而且还能氧化一系列其它化合物。由乙醇氧化为醋酸可分为两个阶段：先由乙醇脱氢酶（ADH）催化乙醇氧化为乙醛。再经乙醛吸水形成水合乙醛，在乙醛脱氢酶（ALSH）催化下生成醋酸。95无氧呼吸是以外源物质（除分子氧外）作为最终电子受体的呼吸作用。在电子传递系统中，氧化NADH最常见的电子受体是分子氧，但微生物还能利用其它的电子受体。外源电子受体包括分子氧和其它的外源电子受体（有无机元素、无机离子、无机氧化物和某些有机物）。无氧呼吸的本质是外源电子受体（除分子氧外）的电子传递过程。这个概念排除了以分子氧为最终电子受体的有氧呼吸，又排除了以内源中间产物作为最终电子受体的发酵作用。无氧呼吸96971.以硝酸作为最终电子受体的无氧呼吸根据电子供体不同，硝酸还原有多种方式，少数细菌能利用分子氢作为电子供体还原硝酸，还有以元素硫或硫代硫酸作为电子供体还原硝酸，而绝大多数硝酸还原细菌是以有机物作为电子供体的。根据微生物还原硝酸为亚硝酸的去向，可分为同化型硝酸还原和异化型硝酸还原。98(l)同化型硝酸还原在同化型硝酸还原酶催化下，硝酸被还原为亚硝酸，进一步转变成铵，并结合到细胞质中，作为细胞的氮源。同化型硝酸还原酶定位于细胞质内，它是由黄素和金属钼组成，以NAD(P)H为辅酶，对分子氧不敏感。同化型硝酸还原使硝酸完全还原为铵，并进一步转化为谷氨酸被吸收利用。

NAD(P)+NAD(P)H谷氨酸同化型硝酸还原酶亚硝酸还原酶谷氨酸脱氢酶99(2)异化型硝酸还原在异化型硝酸还原酶催化下，硝酸被还原为亚硝酸，分泌到细胞外或形成氮气释放而不能作为细胞氮源。异化型硝酸还原酶位于细胞质膜上，由两个不同亚基组成。NAD(P)+NAD(P)H异化型硝酸还原酶亚硝酸还原酶NAD(P)+NAD(P)H100

2．以硫酸为最终电子受体的无氧呼吸在以硫酸为最终电子受体的微生物中，都具有两种不同的硫酸还原途径，即为异化型硫酸还原和同化型硫酸还原。对于那些还原硫酸大大超过营养需要的微生物，以及因利用硫酸作为最终电子受体而产生大量硫化物的微生物，是具有异化型硫酸还原的途径。对于能利用硫酸作为电子受体，还原产物还用于细胞物质的合成，作为细胞硫源的微生物，则具有同化型硫酸还原途径。101(1)异化型硫酸还原途径脱硫弧菌属等少数几种菌中具有这种代谢途径。能以分子氢或有机物（如葡萄糖、乳酸等）作为基质。这些基质有两方面的作用，即为硫酸还原提供所需要的ATP，还可作为硫酸还原的氢供体。一般认为硫酸的异化还原途径分为三步。硫酸的活化APS的还原亚硫酸根的还原ATP硫酸化酶APS还原酶AMPATP3H2O6e-+6H+（磷酸腺苷硫酸）102(2)同化型硫酸还原途径对于酵母及其它真菌来说，H2S进一步转化为半胱氨酸。

3.以延胡索酸作电子受体的无氧呼吸延胡索酸在无氧呼吸过程中是一种合适的受氢体，还原产物琥珀酸电位较低，所以它是无氧呼吸的真正产物。1035.1.3.3能量转换

微生物进行生命活动需要能量，能量最初来自光能和化能。细胞内提供生理活动的能量有多种物质（ATP、CTP、GTP、UTP、Ac.CoA、PEP、氨基甲酰磷酸等）其中最直接最主要的能量物质是ATP。ATP产生方式微生物产生ATP有三种方式。底物水平磷酸化。呼吸链（或氧化）磷酸化。光合磷酸化。104

底物水平磷酸化是少数专性厌氧化能异养菌，以及在厌氧时，某些兼性厌氧菌合成ATP的唯一方式。对于大多数化能异养菌，所有的化能自养菌和某些兼性光合细菌在进行有氧呼吸时，或大多数光合细菌进行光电子传递的细菌中，底物水平磷酸化仅占总ATP形成量的很小一部分。底物水平磷酸化的特点：底物在生物氧化中脱下的电子或氢不经过电子传递链传递，而是通过酶促反应直接交给底物自身的氧化产物，同时将释放出的能量。105呼吸链（氧化）磷酸化（1）氧化磷酸化的特点氧化磷酸化是与膜有关的向量（有空间方向）的过程，是由几种有着空间构型的氧化还原载体（呼吸链）参与的一系列顺序氧化还原反应来实现的。这里不产生共价的和高能的中间产物。氧化还原系统和催化ATP合成的酶复合体之间的能量转移是通过质子的化学梯度起作用的，电子传递氧化还原反应释放的自由能通过膜结合的ATPase转变为ATP。106(2)氧化磷酸化机制关于ATP在呼吸链上究竟是怎样形成的？其机制未彻底弄清，目前只甚根据事实提出若干种假说，如化学偶联学说；化学渗透学说，构象偶联学说等。107质子通过F0时，引起c亚基构成的环旋转，从而带动γ亚基旋转，由于γ亚基的端部是高度不对称的，它的旋转引起β亚基3个催化位点构象的周期性变化（L、T、O），不断将ADP和Pi加合在一起，形成ATP。108氧化磷酸化的解偶联和抑制在微生物细胞中，影响磷酸化的试剂可分为以下四类：1.呼吸链的抑制剂能阻断呼吸链上电子的正常传递的化合物称为呼吸链抑制剂。如抗霉素A能阻止电子从细胞色素b向细胞色素c传递。2.解偶剂能允许电子沿呼吸链传递，只阻断ADP磷酸化生成ATP，提高氧化速率，其作用是使产能过程和贮能过程相互脱离，并能促进ATP水解，使能量以热能形式放出。如2,4-二硝基苯酚。109呼吸链及氧化磷酸化抑制剂作用环节示意图1103.磷酸化抑制剂不能直接抑制呼吸链的任何载体，只阻止电子传递产生高能中间产物或高能状态，可以阻止ADP对耗氧量刺激作用，例如寡霉素对氧耗有抑制，阻止能量转到ADP上。4.离子载体

离子载体的作用是阻断氧化磷酸化作用，其本质原因是它们迫使线粒体利用呼吸能，将阳离子（e.g.K+）泵入基质内，而使能量不能用于制造ATP。如缬氨酶素，短杆菌肽等。111还原剂电子传递质子动力光合作用主动运输细菌鞭毛转动112脂肪和脂肪酸可作为很多微生物生长的碳源和能源。细菌中的荧光假单胞杆菌、灵杆菌、放线菌和分枝杆菌属的一些种及真菌中的白地霉、青霉、曲霉和镰刀菌等都能分解脂肪和高级脂肪酸。脂肪是甘油和高级脂肪酸组成的甘油三酯。它在脂酶作用下水解成甘油和脂肪酸。1、甘油的分解甘油首先被磷酸化，氧化成磷酸二羟丙酮。再进入EMP或HMP途径分解。

5.2.4脂肪和脂肪酸的分解1132、脂肪酸的降解饱和脂肪酸脂肪酸的氧化分解主要是逐步脱羧和碳链的降解，是由一系列的酶催化，并需要CoA、NAD＋等辅酶参与。脂肪酸经β－氧化途径氧化，降解成乙酰CoA，然后进入TCA循环或用于生物合成。循环一圈产生乙酰CoA、NADH和FADH2，NADH和FADH2再经电子传递链氧化，产生更我的ATP，缩短了两个碳原子的脂酰CoA将进行下一轮循环。脂肪酸是微生物生长的丰富能源，有些微生物以类似方式在好氧条件下利用石油烃生长。114（1）脂肪酸的活化

脂肪酸的氧化首先须被活化，在ATP、Co-SH、Mg2+存在下，由位于内质网及线粒体外膜的脂酰CoA合成酶,催化生成脂酰CoA。活化的脂肪酸不仅为一高能化合物，而且水溶性增强，因此提高了代谢活性。

115（2）脂酰CoA的转移

催化脂肪酸氧化的酶系存在于线粒体基质内，故活化的脂酰CoA必须先进入线粒体才能氧化，但已知长链脂酰辅酶A是不能直接透过线粒体内膜的，因此活化的脂酰CoA要借助肉毒碱（camitine），即L-3羟-4-三甲基铵丁酸，而被转运入线粒体内一般10个碳原子以下的活化脂肪酸不需经此途径转运，而直接通过线粒体内膜进行氧化。

116117脂肪酸β－氧化途径脂酰CoA乙酰CoA烯脂酰CoAβ-羟基脂酰CoAβ-酮脂酰CoA118如软脂酸（棕榈酸C15H31COOH）的β-氧化过程如下图所示，它需经历七轮β-氧化作用而生成8分子乙酰CoA。119β-氧化过程中的能量脂肪酸在β-氧化作用前的活化作用需消耗能量，即一分子ATP转变成了AMP，消耗了两个高能磷酸键，相当于两分子ATP。在β-氧化过程中，每进行一轮，使一分子FAD还原成FADH2、一分子NAD+还原成NADH，两者经呼吸链可分别生成2分子和3分子ATP，因此每轮β-氧化作用可生成5分子ATP。

β-氧化作用的产物乙酰CoA可通过三羧酸循环而彻底氧化成CO2和水，同时每分子乙酰CoA可生成12分子ATP。1分子软脂酸彻底氧化生成ATP的分子数一次活化作用-2七轮β-氧化作用+5×7=+35八分子乙酰CoA的氧化+12×8=+96总计+129120不饱和脂肪酸不饱各脂肪酸的氧化途径与饱和脂肪酸的氧化途径基本上是一样的。不同的是天然不饱和脂肪酸的双键都是顺式的，而且位置也相当有规律——

第一个双键都是在C9和C10之间（写作△

9），以后每隔三个碳原子出现一个。不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸基本相同，只是某些步骤还需其它酶的参与，现以油酸为例说明之。它们活化后进入β-氧化时，生成3△顺烯脂酰CoA，此时需要△3,4顺－△2,3反异构酶催化使其生成△2,3反式烯脂酰CoA以便进一步反应。121122123不饱和脂肪酸氧化1、HHOH3C-(CH2)5-C=C-CH2-CS-CoA顺-△3-烯酰CoA

异构酶

HOH3C-(CH2)5-CH2-C=C-CS-CoA反-△2-烯酰CoAH124不饱和脂肪酸氧化2、HHHOH3C-(CH2)7-C=C-CH2-C-CH2-CS-CoAOH

差向异构酶

HHHOOH3C-(CH2)7-C=C-CH2-C-CH2-C-CS-CoAH125有些细菌和真菌，特别是致病菌、食品腐败菌和土壤微生物，能利用蛋白质作为生长的碳源和能源，它们分泌使蛋白质和多肽水解成氨基酸的蛋白酶，这些含氮化合物主要是指蛋白质、核酸及其分解产物氨基酸、嘌呤、嘧啶等。

5.2.5含氮化合物的分解126氨基酸的分解微生物分解氨基酸的能力因菌种而异，一般，革兰氏阴性细菌分解能力大于革兰氏阳性细菌。微生物分解氨基酸有三种方式：脱羧、脱氨和转氨。目的是使脱羧或脱氨后的有机酸，转变成丙酮酸、乙酰CoA或TCA循环的中间体，最后在TCA循环被氧化放出能量；有些有机酸也能作为合成细胞成分的碳源。丙氨酸谷氨酸α-酮戊二酸丙酮酸1271、烃类的分解微生物对烷烃的起始作用有三种类型。途径A是将一个末端甲基氧化生成羧基，要求单氧酶的作用以生成一种伯醇。接着经过两步脱氢作用而相继生成一种醛和脂肪酸。途径B是将分子两端的甲基氧化而生成一种二羧酸。途径C为次末端氧化而生成一种酮。5.2.6其它有机物的分解ABC1282、芳香烃的分解微生物对芳香烃的分解是在有氧条件下进行的，首先以形成二元酚如邻苯二酚、原儿茶酸等作为环裂解底物，再进一步氧化分解。二元酚裂解可分为邻位裂解和间位裂解。两种反应都是由双氧酶催化。129内源性的代谢物是指微生物细胞内特种能量储藏物，包括三类物质：①碳水化合物（多聚葡萄糖、糖原）；②脂类（多聚β-羟基丁酸）；③多聚磷酸。内源性的代谢物是微生物在特定环境条件下，当有多余营养物质时产生的。当微生物饥饿时又降解它们释放出能量。这些物质可供应静息细胞所需要的维持能量，以保持其活力或供给产生孢子所需。

5.2.7内源性代谢物的分解1301、多聚磷酸在细菌中多聚磷酸的降解是由好几种酶催化的，可将多聚磷酸的末端磷酸转移给AMP、葡萄糖或果糖。多聚磷酸在微生物中起储磷和储能的作用，此外多聚磷酸在细胞内可作为腺苷酸和无机磷浓度的调节剂。当微生物缺磷时，多聚磷酸能为核酸和磷脂合成提供磷。多聚磷酸是一种“活化磷酸”的贮存形式，它在微生物代谢中起重要作用。它使微生物在磷过量时以高能形式积累磷酸，然后利用它，这样微生物可免受不利环境条件的影响。因此，可以认为多聚磷酸在细胞内是作为腺苷酸和无机磷浓度的调节剂。1312、多聚β－羟基丁酸（PHB）PHB是一个线型高聚物。PHB在解聚酶作用下，生成D-3-羟基丁酸，然后由NAD脱氢酶催化生成乙酰乙酸，再通过琥珀酰辅酶A转移酶催化，形成乙酰乙酰辅酶A。在营养缺乏时，微生物中的PHB起到碳源和能源的作用，PHB在芽孢杆菌属中的各种孢子形成过程中可作为碳源和能源之一。在固氮菌科中，PHB的另一种功能是当外源底物难以获得时，作为“清除氧”反应的一种底物。132133少数细菌可以从氧化无机物获得能量，同化合成细胞物质。根据氧化无机物的种类，可将无机化能细菌分为以下几个主要类群：（1）氢细菌：以氢细菌属为代表，可以氧化分子氢。（2）亚硝化细菌：以亚硝化单胞菌属为代表，将氨氧化成亚硝酸。（3）硫氧化细菌：以硫杆菌属为代表，可氧化硫、硫代硫酸盐和其它无机硫化物。（4）硝化细菌：以硝化杆菌属为代表，将亚硝酸氧化为硝酸。（5）铁细菌：以亚铁杆菌属为代表，可将Fe2+氧Fe3+。（6）嗜寡碳芽孢杆菌：可将CO氧化为CO2。

5.3能量来自无机物134代表性化能无机营养生物和它们的能源细