微生物营养与代谢

微生物营养与代谢目前一页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型第二节微生物营养物质的吸收机制第三节培养基第四节微生物代谢目前二页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能水微生物营养物质碳素化合物氮素化合物矿质元素生长因子目前三页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物(碳源)：碳源：是微生物细胞内碳素物质或代谢产物中的C的来源。

占细胞干重的50%。

目前四页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物(碳源)：微生物细胞中碳素的功能：（2）大多数微生物的能源物质（1）构成微生物体有机分子的骨架目前五页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物(碳源)：甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、酒糟、造纸厂亚硫酸液无机物（CO2）有机物葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉有机酸、醇类、脂类微生物可以利用的碳源种类——非常广泛目前六页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物(碳源)：甲烷氧化菌：甲烷、甲醇根据不同微生物对碳素利用的情况，可以做什么工作？不同的微生物利用碳素的情况洋葱假单胞菌：九十多种碳素化合物纤维素分解菌（部分）：只利用纤维素148种碳源进行鉴定目前七页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能2、氮素化合物（氮源）氮源：是构成微生物细胞含氮物质或代谢产物中的N素的来源。

分子氮N2（固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合细菌、蓝细菌）无机氮NH4＋、NO3－、NO2－（多数微生物）有机氮蛋白质、牛肉膏、酵母膏（多数微生物）、多肽、氨基酸尿素、玉米浆、饼粕（生产实践）微生物可利用的氮素化合物：氮素化合物的功能：构成细胞物质，少数微生物的能源物质（硝化细菌——氨）。目前八页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型3、矿质元素(无机盐—磷酸盐、硫酸盐、氯化物等)

为机体提供了必要的金属元素。一、微生物营养物质及其功能目前九页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型3、矿质元素(无机盐)主要功能：a.构成微生物细胞的多种结构成分b.参与酶的组成，构成酶的最大活性（Mg、Mn、Fe）c.维持细胞结构的稳定性（Ca、Mg）d.维持细胞渗透压平衡，有利于物质的运输(K、Na)e.部分元素可作为少数类型微生物的能源(Fe、S)P、S、Fe、Mg、K、Ca(大量元素)Mn、Cu、Zn、Mo（微量元素）一、微生物营养物质及其功能目前十页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型4、生长因子是指微生物生长必需的但本身不能合成（或合成不足的），需要从外界吸收的且需要量又很小的有机物质。一、微生物营养物质及其功能目前十一页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型4、生长因子生长因子功能：构成酶的辅基或辅酶生长因子分类（化学结构、生理作用）：氨基酸核苷(或碱基)

维生素一、微生物营养物质及其功能目前十二页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型4、生长因子特点：（1）不同的微生物，它们生长所需要的生长因子各不相同克氏杆菌生物素、对氨基苯甲酸肠膜明串珠菌十七种氨基酸一、微生物营养物质及其功能目前十三页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型4、生长因子（2）微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变化而变化鲁毛霉：厌氧条件下：需维生素B与生物素好氧条件下：无需生长因子一、微生物营养物质及其功能目前十四页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型4、生长因子（3）对生长因子未知微生物的培养酵母膏、牛肉膏或动物、植物的组织液加入天然成分一、微生物营养物质及其功能目前十五页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型5、水分

微生物水分含量：营养细胞90%，孢子40%。生长、代谢必不可少的物质。一、微生物营养物质及其功能目前十六页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型5、水分

水分在微生物生长代谢中的功能：a.机体内生理生化反应的基础b.溶剂与运输介质c.细胞体内温度的缓冲剂作用一、微生物营养物质及其功能目前十七页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型5、水分水的活度（Aw）（有效性）一定温度和压力条件下，溶液中水的蒸汽压力与同样条件(T、P)下纯水蒸汽压力之比。溶液充分稀释时Aw=Pw/P0w=n1/（n2+n1）

(n1为溶剂的摩尔数，n2为溶质摩尔数)定义公式是：Aw=Pw/P0w

Pw:溶液中水的蒸汽压；P0w:纯水的蒸汽压一、微生物营养物质及其功能目前十八页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型5、水分微生物最适水的活度值细菌：0.93~0.99酵母菌：0.88~0.91霉菌：0.80左右正常：0.66~0.99特殊营养条件——氧

一、微生物营养物质及其功能目前十九页\总数一百零九页\编于十八点适宜aw值范围微生物类群实例最适aw值0.97—0.96革兰氏阴性杆菌假单胞菌属0.97

不动杆菌属大肠埃希氏菌0.95—0.91大多数细菌枯草芽孢杆菌梭菌属0.95

乳杆菌属0.94

链球菌属0.94—0.87酵母菌产朊假丝酵母酿酒酵母0.940.90—0.86革兰氏阴性球菌微球菌属0.90

金黄色葡萄球菌0.860.93—0.80霉菌黑根霉

黑曲霉0.930.80—0.75嗜盐细菌盐生盐杆菌0.750.65—0.60耐(嗜)高渗酵母菌鲁氏酵母0.62

各种微生物最低水的活度值第一节微生物营养物质和营养类型5、水分一、微生物营养物质及其功能目前二十页\总数一百零九页\编于十八点

从营养的角度分异养型生物自养型生物所需要营养物质有机物无机物生物种类动物植物第一节微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型微生物属于哪类生物，自养还是异养？微生物营养型自养型异养型能源碳源CO2有机化合物光能型化能型光能化学能光能自养型化能自养型光能异养型化能异养型目前二十一页\总数一百零九页\编于十八点

第一节微生物营养物质和营养类型

1、光能自养型（光能无机营养型）能够利用光能并以CO2作为唯一或主要碳源进行生长的微生物念珠蓝细菌基本特点：B、供氢体：还原性无机物，还原CO2A、光合色素（叶绿素、细菌叶绿素、类胡萝卜素和藻胆素）蓝细菌二、微生物的营养类型目前二十二页\总数一百零九页\编于十八点实例：光叶绿素H2O＋CO2(CH2O)+O2↑（蓝细菌）光菌绿素2H2S+CO2(CH2O)+H2O+2S（绿硫细菌和紫硫细菌）

第一节微生物营养物质和营养类型

1、光能自养型（光能无机营养型）二、微生物的营养类型目前二十三页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型2、光能异养型(光能有机营养型）利用光能并以有机化合物作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。紫色非硫细菌基本特点：b.供氢体：有机物，还原CO2

或有机物形成细胞物质a.光合色素，光合作用二、微生物的营养类型目前二十四页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型2、光能异养型(光能有机营养型）光能异养型微生物在C源利用上的特殊性：以有机质作为主要C源，能利用CO2，但它不是唯一碳源。光能细菌叶绿（红螺菌）CH3CO2+2CHOHCH2O+2CH3COCH3+H2O

CH3典型实例：目前二十五页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型3、化能自养型(化能无机营养型）

利用无机化合物氧化时释放的能量作为能源，利用CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。产甲烷细菌典型实例：硫化细菌、硝化细菌、氢细菌、铁细菌

H2S、NO2－、H2、Fe基本特点：

a.能源：无机物氧化

b.供氢体：无机物，还原CO2二、微生物的营养类型目前二十六页\总数一百零九页\编于十八点问题水中的紫硫细菌所需的硫化氢从何而来呢?湖底淤泥中的SRB目前二十七页\总数一百零九页\编于十八点A．腐蚀性点蚀穿孔铁表面的电化学反应电极极化提问：SRB腐蚀的机理是什么？FeS消耗Fe2+、吞吃铁表面的氢层尤其是对油田注水井的套管、埋地管线腐蚀，缩短其寿命，同时腐蚀产生的FeS还会堵塞油井，这些都给油田系统造成了十分巨大的经济损失目前二十八页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型4、化能异养型（化能有机营养型）

以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量作为能源而生长的一类微生物。苏云金杆菌基本特点：

a.能源：有机物氧化

b.碳源：有机物多数二、微生物的营养类型目前二十九页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型4、化能异养型（化能有机营养型）化能异养型微生物的分类（生活场所、获取养料方式）：③兼性寄生菌：既营寄生又营腐生生活的(结核杆菌)。②寄生菌：只能在活寄主体吸收营养物生活的。①腐生菌：利用无生命的有机物作为营养物质(大多数)。二、微生物的营养类型目前三十页\总数一百零九页\编于十八点第一节微生物营养物质和营养类型

小结1、微生物营养型划分的依据是什么？碳源能源2、微生物营养划分的相对性

同一微生物在不同培养条件下生长时，它们的营养型可能发生变化。微生物提供的环境条件能源利用情况营养型假单胞菌单纯的无机物环境利用氢的氧化获得能量，自养生活将CO2还原成细胞物质提供有机物利用有机物获得能量异养生活红螺菌：光照利用光能作能源光能异养暗处理利用有机物氧化产能异养生活二、微生物的营养类型目前三十一页\总数一百零九页\编于十八点第二节微生物营养物质的吸收机制一、影响微生物对营养物质吸收的因素1、第一因素：细胞膜细胞膜——选择性透膜（防止外流）

细胞荚膜、粘液层以及细胞壁2、第二因素：微生物细胞生活的环境

pH值、温度(溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性)3、第三因素：被吸收物质的特性。

分子量、溶解度、非极性、脂溶性目前三十二页\总数一百零九页\编于十八点第二节微生物营养物质的吸收机制

是否消耗能量是否需要载体是否发生被吸收物的化学变化。。。。。。。单纯扩散促进扩散主动运输基团转位根据微生物对物质的吸收过程的特点：一、影响微生物对营养物质吸收的因素目前三十三页\总数一百零九页\编于十八点第二节微生物营养物质的吸收机制1、单纯扩散（称被动扩散）

被吸收物质依靠其在细胞内外的浓度梯度为动力，从浓度高的地区向浓度低的胞内扩散的过程。SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外胞膜胞内SSS最简单、纯物理二、微生物对营养物质的吸收方式目前三十四页\总数一百零九页\编于十八点第二节微生物营养物质的吸收机制1、单纯扩散（称被动扩散）单纯扩散的特点：SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外胞膜胞内SSSc.不需要能量a.非特异性的b.吸收过程不发生化学变化二、微生物对营养物质的吸收方式目前三十五页\总数一百零九页\编于十八点第二节微生物营养物质的吸收机制1、单纯扩散（称被动扩散）

营养物质单纯扩散能力的影响因素：SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外胞膜胞内SSSa.吸收营养物质的分子大小b.溶解性(脂溶性或水溶性)c.极性大小（膜内外极性表面）d.膜外pHe.温度。水、气体、无机盐、甘油等小分子——不是主要的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式目前三十六页\总数一百零九页\编于十八点第二节微生物营养物质的吸收机制SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞内2、促进扩散

以细胞内外的浓度梯度为动力，在载体物质参与下，物质从浓度高的胞外向浓度低的胞内扩散（真核微生物——糖类物质）。TSTST糖、氨基酸、金属离子等二、微生物对营养物质的吸收方式目前三十七页\总数一百零九页\编于十八点第二节微生物营养物质的吸收机制SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞内2、促进扩散

与单纯扩散的相同点：TSTSTc.无需代谢能。a.被动的扩散。b.无化学变化。二、微生物对营养物质的吸收方式目前三十八页\总数一百零九页\编于十八点第二节微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞内2、促进扩散促进扩散独有的特点：

载体使营养物质的扩散加快，它会影响该营养物质在膜内外建立浓度的动态平衡状态吗？TSTSTa.载体的专一性b.运输速率提高目前三十九页\总数一百零九页\编于十八点第二节微生物营养物质的吸收机制3、主动运输

以代谢能为动力，在载体蛋白的参与下，将物质从胞外向胞内转运。SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞内TSTST糖、氨基酸、有机酸、Na+、K+、硫酸根、磷酸根等二、微生物对营养物质的吸收方式目前四十页\总数一百零九页\编于十八点第二节微生物营养物质的吸收机制3、主动运输主动运输同促进扩散的共同点：

SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞内TSTSTa.载体b.载体构型的变化。二、微生物对营养物质的吸收方式目前四十一页\总数一百零九页\编于十八点第二节微生物营养物质的吸收机制3、主动运输主动运输与促进扩散的不同点：SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞内TSTSTa.动力——代谢能b.载体构型变化原理——需要能量二、微生物对营养物质的吸收方式目前四十二页\总数一百零九页\编于十八点第二节微生物营养物质的吸收机制4、基团转位：

被吸收物质以微生物的代谢能为动力，通过一个复杂的运输系统从胞外转运到胞内，并发生化学变化（厌氧细菌和兼性厌氧细菌）。大肠杆菌磷酸转移酶体系对葡萄糖的运输糖(葡萄糖、甘露糖、果糖及糖的衍生物N—乙酰葡萄糖胺)、嘌呤、嘧啶、脂肪酸二、微生物对营养物质的吸收方式目前四十三页\总数一百零九页\编于十八点第二节微生物营养物质的吸收机制三、几种主要营养物质的吸收1、糖：促进扩散（真核）、基团转位（厌氧）、主动运输（多数）。2、肽与氨基酸：主动运输（主要方式）、促进扩散（次要方式）3、离子：主动运输目前四十四页\总数一百零九页\编于十八点第三节培养基培养基：

是人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养物质。培养基的作用：

为微生物提供理想的人工培养环境，以进行微生物生命活动规律的研究和微生物生物制品的生产。目前四十五页\总数一百零九页\编于十八点第三节培养基1、适合不同微生物的营养特点。

(1)从营养型的角度看生理特点不同细菌放线菌霉菌营养要求不同牛肉膏蛋白胨培养基高氏一号培养基马丁氏培养基(2)从类群的角度看自养微生物合成能力强简单的无机物异养微生物合成能力弱至少提供一种有机物一、配制培养基的基本原则目前四十六页\总数一百零九页\编于十八点第三节培养基2、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。

(1)浓度适中原则大量元素10-3-10-4mol/L微量元素10-6-10-8mol/L一、配制培养基的基本原则目前四十七页\总数一百零九页\编于十八点第三节培养基2、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。

(2)营养比例适宜原则

a.C/Nb.其它营养的比例（矿质元素、氨基酸）同一种微生物在不同C/N培养基培养时，表现不同。短棒杆菌的谷氨酸发酵培养基C/N=4:1，菌体繁殖；

C/N=3:1，谷氨酸形成不同的微生物，所需营养物C/N不同。细菌、酵母菌细胞的C/N=5:1，而霉菌=10:1一、配制培养基的基本原则目前四十八页\总数一百零九页\编于十八点第三节培养基3、控制培养条件pHO2CO2渗透压微生物生长繁殖培养条件影响影响微生物培养体系一、配制培养基的基本原则目前四十九页\总数一百零九页\编于十八点(1)培养基的pH值的控制。

第三节培养基a.根据各类微生物的特点来调节培养基的pH值。霉菌、酵母菌适于酸性，左右)

细菌、放线菌喜中性或偏碱性左右)3、控制培养条件一、配制培养基的基本原则目前五十页\总数一百零九页\编于十八点(1)培养基的pH值的控制。

第三节培养基

磷酸盐、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸(配制培养时加入)

磷酸盐缓冲作用的反应式为：

H+(强酸)+HPO4

=(弱碱)H2PO4-(弱酸)OH-(强碱)+H2PO4-(弱酸)HPO4=(弱碱)+H2O

碳酸钙（配制培养基时加入）

酸或碱（培养过程中加入）b.使用pH值缓冲剂3、控制培养条件一、配制培养基的基本原则目前五十一页\总数一百零九页\编于十八点由微生物与氧气的关系形成了三类微生物：

专性好氧性微生物专性厌氧性微生物

兼性厌氧的微生物第三节培养基实践对策：专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业上采用通气装置。专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培养体系加入还原剂

（胱氨酸、巯基乙酸钠、Na2S和抗坏血酸）(2)O2浓度的调节3、控制培养条件一、配制培养基的基本原则目前五十二页\总数一百零九页\编于十八点（3）CO2的调节

对自养微生物来说，空气中只占容积的0.03%的CO2量意味着什么？第三节培养基增加CO2供应的途径：紫硫细菌和绿硫细菌等厌氧性自养菌：培养基中加入NaHCO33、控制培养条件一、配制培养基的基本原则目前五十三页\总数一百零九页\编于十八点3、控制培养条件第三节培养基一、配制培养基的基本原则（4）渗透压的控制

培养基中溶质浓度过高使渗透压太高从而抑制微生物生长目前五十四页\总数一百零九页\编于十八点按培养基成分分按培养基的用途分按物理性状分第三节培养基培养基类型合成培养基天然培养基半合成培养基基本培养基富集培养基鉴别培养基固体培养基液体培养基半固体培养基二、培养基的类型目前五十五页\总数一百零九页\编于十八点1、按照培养基成分分：

a.合成培养基

化学成分和浓度完全清楚的物质配制的培养基。第三节培养基高氏一号合成培养基

可溶性淀粉20.0克KNO31.0克K2HPO40.5克MgSO4·7H2O0.5克NaCl0.5克FeSO4·7H2O溶液2滴（10%）蒸馏水1000毫升二、培养基的类型目前五十六页\总数一百零九页\编于十八点1、按照培养基成分分：第三节培养基b.天然培养基

以动植物组织或微生物浸出液为原料配制的培养基。（牛肉膏蛋白胨）

牛肉膏蛋白胨培养基

牛肉膏3.0克蛋白胨10.0克食盐5.0克蒸馏水（自来水）1000毫升二、培养基的类型目前五十七页\总数一百零九页\编于十八点第三节培养基1、按照培养基成分分：c.半合成培养基（综合培养基）

在天然有机物的基础上加入已知成分的无机盐或在合成培养基的基础上添加某些天然成分（如马铃薯）

二、培养基的类型目前五十八页\总数一百零九页\编于十八点2、按照培养用途：第三节培养基二、培养基的类型b.富集培养基(增殖培养基）为分离某种微生物配制出的适合它生长而不利于其他微生物生长的培养基。a.基本培养基将多种微生物都需要的营养物质配而成培养基。目前五十九页\总数一百零九页\编于十八点有两种制备思路：比谁长得快比谁死得慢选择性——？待选的细菌能优势生长目前六十页\总数一百零九页\编于十八点①投其所好法好→→→营养、环境因子（1）待选细菌专一性营养源培养法例如筛选纤维素分解菌选用纤维素作为培养基中的唯一碳源；比谁长得快目前六十一页\总数一百零九页\编于十八点理化因素——特殊的温度、氧气、pH、盐度等环境条件主要用于筛选极端环境微生物。如嗜盐、嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱等的细菌，同时也被用于选择性培养好氧或厌氧细菌。嗜冷菌嗜热菌（2）理化因素控制法目前六十二页\总数一百零九页\编于十八点②投毒法常用物质为染料、胆汁酸盐、金属盐类、酸、碱和抗生素。例：胆汁酸盐——抑制G+菌含它的培养基能选择性生长那种细菌？G-*对化工废水（难降解废水或有毒废水）,如何设计筛选能对其高效降解的细菌培养基?毒——选择性的抑制剂待选细菌有抗性比谁死得慢目前六十三页\总数一百零九页\编于十八点

收集长期被石油污染的土壤(天然选择性固体培养基），必有适应石油环境利用石油作为食物的细菌，将土壤样品在实验室用石油降解菌选择性培养基，对样品中的石油降解菌进行进一步的选择培养，筛选分离，富集，为下一步的驯化工作奠定基础。

例如筛选能降解石油的细菌？目前六十四页\总数一百零九页\编于十八点c.鉴别培养基根据微生物的代谢特点，通过指示剂的呈色反应，用以鉴别不同微生物的培养基。（伊红-甲基蓝培养基鉴别大肠杆菌和产气肠杆菌）鉴别——明查分别（细菌种类）提供培养环境外还同时具有类似于“验钞机”的作用目前六十五页\总数一百零九页\编于十八点3、按照培养基的物理性状第三节培养基二、培养基的类型b.液体培养基未加凝固剂呈液态的培养基称为液体培养基。c.半固体培养基在液体培养基中加入少量琼脂（0.2%-0.5%）a.固体培养基在液体培养基中加入凝固剂使呈固体状态，称为固体培养基。（1.5%-1.8%）目前六十六页\总数一百零九页\编于十八点微生物的代谢微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应的总和。微生物合成代谢：小分子合成复杂大分子的过程；微生物分解代谢：细胞物质或营养物质降解形成简单产物并产生能量的的过程。物质代谢能量代谢产能代谢耗能代谢分解代谢合成代谢第四节微生物的代谢目前六十七页\总数一百零九页\编于十八点微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应的总和。微生物合成代谢：小分子合成复杂大分子的过程；微生物分解代谢：细胞物质或营养物质降解形成简单产物并产生能量的的过程。第四节微生物的代谢复杂分子（有机物）分解代谢合成代谢简单小分子ATP[H]目前六十八页\总数一百零九页\编于十八点分解代谢的三个阶段第四节微生物的代谢目前六十九页\总数一百零九页\编于十八点第四节微生物的能量代谢

（一）氧化还原反应与能量产生

生物氧化:是物质在生物体内经过一系列连续的氧化还原反应逐步分解并释放能量的过程（在此过程中实现氢和电子的转移——脱氢作用）。

还原势（V或mV）：物质质给出电子被氧化和接受电子被还原的趋势。

净能量：决定于最初电子供体和最终电子受体之间的还原势差。电子传递体：一类是游离的；另一类是牢固地结合在细胞膜中的辅酶上。

一、微生物的产能代谢目前七十页\总数一百零九页\编于十八点第四节微生物的能量代谢生物氧化与燃烧的比较一、微生物的产能代谢目前七十一页\总数一百零九页\编于十八点第四节微生物的能量代谢

（一）氧化还原反应与能量的产生生物氧化反应发酵呼吸有氧呼吸厌氧呼吸一、微生物的产能代谢目前七十二页\总数一百零九页\编于十八点第四节微生物的代谢（二）高能键化合物高能键化合物的共性：高能键的形成和断开可逆，沟通了微生物两个代谢类型——光能光能营养型微生物化能营养型微生物化学能高能键化合物提供给机体使用三磷酸腺苷(ATP)合成代谢和分解代谢一、微生物的产能代谢目前七十三页\总数一百零九页\编于十八点（三）合成ATP的方式第四节微生物的代谢底物水平磷酸化、氧化磷酸化、光合磷酸化底物水平磷酸化：

X~P+ADP→X+ATP

底物在其氧化过程中形成某些具有高能磷酸键的中间产物，这类中间产物，可将其高能键通过酶的作用转给ADP而形成ATP的过程。2氧化磷酸化：物质氧化产生的电子经电子传递体从电子供体传到电子受体的过程，并伴随着大量ATP的形成

3光合磷酸化：光能→化学能ATP的过程电子传递体：泛醌细胞色素系统光合生物，光合色素（叶绿素、细菌叶绿素）一、微生物的产能代谢目前七十四页\总数一百零九页\编于十八点索球藻属（Gomphosphaeria）这种蓝细菌覆盖在水面上，覆盖几毫米厚，把水的表面染成深绿色。每团索球藻有100µm大，团里的细胞都裹在粘液里。细胞团外部的黑色物质是由许多细菌构成的，也许他们要呼吸蓝细菌通过光合作用生成的氧气吧。（1）蓝藻（蓝细菌）叶绿体第四节微生物的代谢一、微生物的产能代谢目前七十五页\总数一百零九页\编于十八点

一种池塘中的蓝藻（蓝细菌）Aphanizomenonflos-aqua;在有营养的水中很常见，能毒害水体，放出臭味

左图的放大的某一纤维。充满气的泡使纤维能浮在水面上，以便更好的获得阳光（1）蓝藻（蓝细菌）第四节微生物的代谢一、微生物的产能代谢目前七十六页\总数一百零九页\编于十八点（2）光合细菌厌氧条件下靠细菌叶绿素进行光合作用第四节微生物的代谢（3）嗜盐细菌不含叶绿素，不存在电子传递系统，只有色素蛋白（视黄醛）一、微生物的产能代谢目前七十七页\总数一百零九页\编于十八点第四节微生物的代谢（四）微生物的主要产能方式共同点：氧化还原反应区别点：电子最终受体氧化基质产能方式发酵呼吸光能转化一、微生物的产能代谢目前七十八页\总数一百零九页\编于十八点1、发酵（代谢发酵）第四节微生物的代谢说明基质在发酵过程中氧化不彻底，发酵的结果必然仍积累某些有机物。有机物氧化的基质最终受氢体有机物氧化有机物(1)发酵的特点：工业发酵：利用微生物进行大规模生产的过程，均称发酵。微生物或细胞在不需要氧的条件下转化物质的形态并将底物中的化学能转移产生ATP的一种方式。一、微生物的产能代谢目前七十九页\总数一百零九页\编于十八点发酵的种类有很多，可发酵的底物有碳水化合物、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解（glycolysis）糖酵解是发酵的基础主要有四种途径：EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。目前八十页\总数一百零九页\编于十八点EMP途径（Embden-Meyerhofpathway）目前八十一页\总数一百零九页\编于十八点日本人肠内酵母感染导致醉酒（P99）目前八十二页\总数一百零九页\编于十八点微生物学与第一次世界大战德国：（CarlNeuberg）丙酮酸CO2乙醛NADHNAD+乙醇磷酸二羟基丙酮NADHNAD+磷酸甘油甘油3%的亚硫酸氢钠（pH7）Saccharomycescerevisiae厌氧发酵（磺化羟基乙醛）目前八十三页\总数一百零九页\编于十八点第一次世界打战期间德国主要用这种方法生产甘油产量：1000吨/月目前的甘油生产方法：使用的微生物：Dunaliellaaslina（一种嗜盐藻类）胞内积累高浓度的甘油从而使细胞的渗透压保持平衡生活在盐湖及海边的岩池等盐浓度很高环境目前八十四页\总数一百零九页\编于十八点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产酸不产气目前八十五页\总数一百零九页\编于十八点第四节微生物的代谢(2)酵母菌乙醇发酵（1）氧化基质：葡萄糖（2）最终的受氢体：乙醛（3）丙酮酸脱羧酶发酵特点C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CH2OH+2CO2+2ATP葡萄糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸乙醇乙醛丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸

2NAD+2NADH2ATP2ADP2ADP2ATP2ADP2ATP[O][H]丙酮酸脱羧酶一、微生物的产能代谢目前八十六页\总数一百零九页\编于十八点酵母菌乙醇发酵应严格控制三个条件厌氧不含NaHSO3

PH小于7.6目前八十七页\总数一百零九页\编于十八点(3)乳酸发酵（同型）C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHOHCOOH+2ATP葡萄糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸乳酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸

2NAD2NADH2ATP2ADP2ADP2ATP2ADP2ATP[O][H]（1）氧化基质：葡萄糖（2）最终的受氢体：丙酮酸发酵特点第四节微生物的代谢一、微生物的产能代谢目前八十八页\总数一百零九页\编于十八点第四节微生物的代谢(4)发酵类型的比较两个发酵类型的共同点：a.糖酵解途径(EM)是发酵的主要途径。b.糖酵解过程是两发酵类型ATP产生的唯一来源。

基质（底物）水平的磷酸化一、微生物的产能代谢目前八十九页\总数一百零九页\编于十八点巴斯德效应：一些兼性厌氧菌在无氧条件下进行发酵作用，而有氧条件下进行呼吸作用的现象。第四节微生物的代谢(4)发酵类型的比较不同点：丙酮酸丁酸丁醇发酵丙酸发酵混合酸发酵丁二醇发酵正型乳酸发酵酒精发酵一、微生物的产能代谢目前九十页\总数一百零九页\编于十八点第四节微生物的代谢2、呼吸

微生物以O2或其它无机物为电子最终受体进行有机物氧化的过程。一、微生物的产能代谢目前九十一页\总数一百零九页\编于十八点第四节微生物的代谢2、呼吸

(1)特点：b.电子载体传递电子伴随ATP大量形成。（氧化磷酸化——电子传递水平磷酸化）a.电子载体传递电子。电子传递链一系列电子载体按照氧化还原电位升高的顺序排列而成的链。一、微生物的产能代谢目前九十二页\总数一百零九页\编于十八点第四节微生物的代谢2、呼吸

(2)类型（据电子最终受体分）

a.有氧呼吸：(高效产能过程）最终电子受体：分子氧；葡萄糖有氧条件下的分解：糖酵解→生成乙酰辅酶A→TCA→进入呼吸链产能底物：有机物（化能异样微生物）如葡萄糖一、微生物的产能代谢目前九十三页\总数一百零九页\编于十八点a.有氧呼吸葡萄糖糖酵解作用丙酮酸发酵有氧无氧各种发酵产物三羧酸循环被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。目前九十四页\总数一百零九页\编于十八点最终电子受体：无机物NO3－

SO4－

CO3－

硝酸还原、硫酸盐还原、碳酸盐还原底物：有机物。某些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸；无氧呼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。b.厌氧呼吸：目前九十五页\总数一百零九页\编于十八点反硝化作用的生态学作用：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。目前九十六页\总数一百零九页\编于十八点第四节微生物的代谢c、无机物氧化：（好氧的化能自养型）H2、NH3、HNO2、H2S（氢细菌、硝化细菌和硫细菌）H2+1/2O2H2O底物：无机物；最终电子受体：氧气

电子传递水平磷酸化或底物水平磷酸化一、微生物的产能代谢目前九十七页\总数一百零九页\编于十八点(1)、氨的氧化NH3、亚硝酸（NO2-）等无机氮化物可以被某些化能自养细菌用作能源亚硝化细菌：硝化细菌：将氨氧化为亚硝酸并获得能量将亚硝氧化为硝酸并获得能量这两类细菌往往伴生在一起，在它们的共同作用下将铵盐氧化成硝酸盐，避免亚硝酸积累所产生的毒害作用。这类细菌在自然界的氮素循环中也起者重要的作用，在自然界中分布非常广泛。目前九十八页\总数一百零九页\编于十八点(2)、硫的氧化硫细菌（sulfurbacteria）能够利