第2讲第4章(及第5章)微生物的营养和培养基和第5章微生物新陈代谢(上)课件

第二讲微生物的生长第四章微生物的营养和培养基第一节微生物的6类营养要素C源、N源、H2O、生长因子、能源、无机盐一碳源：营养——指生物体从外部环境摄取其生命活动所需要的能量和物质，以满足其生长、繁殖需要的一种生理功能。有机碳源：糖、烃、核酸和复杂蛋白，实验室常用：葡萄糖、牛肉膏无机碳源：CO2、NaHCO31标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容总体概述点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容2二氮源：含有分子N在内的所有化合物都能成为微生物的N源。速效氮源：可直接利用的NH4+，如(NH4)2SO4迟效氮源：N2、蛋白类生理酸性氮源、生理碱性氮源、生理中性氮源三能源：获得能源的方式化能物质光能化能异样微生物：碳源化能自样微生物：不同碳源光能自养和异养微生物3维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等，用量较少。五无机盐：微量的矿质元素，需量10-3~10-4mol/L。PSKCaMgFe水：微生物适于在水活度aw＝0.6～0.9的范围内生长。生长因子：是调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源合成的有机物。4第二节微生物的营养类型一光能无机营养型（光能自养）：蓝细菌、硫细菌、藻类二光能有机营养型（光能异养）：红螺菌目

四化能有机营养型（化能异养）：多数微生物三化能无机营养型（化能自养）：硝化细菌、硫化细菌、铁细菌5第三节营养物质进入细胞的方式微生物通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸取营养。一单纯扩散：动力是浓度差，无载体蛋白参加。亲水性分子，O2、CO2、乙醇和某些氨基酸分子二促进扩散：借助细胞膜上底物特异性载体蛋白，不耗能，动力为浓度差。例如：E.coli对甘油的吸收6三主动运送：需提供能量ATP或质子动势，并通过细胞膜上载体蛋白的构象变化，使膜外低浓度的溶质运入膜内。无机离子、有机离子、糖类四基团移位：需特异性载体蛋白参与，又需耗能，特点是溶质在运送前后会发生分子结构的变化。E.coli磷酸转移酶系统（PTS）7葡萄糖分子的转运过程8第四节培养基以六大营养要素为基础进行比例调节，根据实验数据最终确定培养基成分。一营养调节依据微生物细胞的组成是营养调节的基础C>N>P、S>K、Mg>生长因子C/N：培养基中C元素与N元素的摩尔比例，5:1、4:1、10:19二培养基理化特性调节培养基理化特性指：pH值、渗透压、水活度和氧化还原电势等细菌：7.0～8.0，放线菌：7.5～8.0，真菌：5.0～6.01.pH值的调节灭菌或者微生物的自身代谢都会引起培养基pH值的变化，可以通过培养基内在成分进行调节，这种方法称为pH的内源调节。10pH的内源调节方法a磷酸缓冲作用：K2HPO4/KH2PO4bCaCO3备用碱调节2.渗透压和水活度与细胞渗透压相等的溶液最适微生物生长水活度αw＝0.60～0.9983.氧化还原势(Eh)量度氧化还原系统中还原剂释放电子或氧化剂接受电子的能力。11三培养基的种类1.按培养基成分分类天然培养基：玉米浆、花生粉、豆浆粉等组合培养基：成分精确，含高纯化学试剂半组合培养基：化学试剂＋天然成分2.按物理状态分类液体培养基固体培养基：滤膜半固体培养基123.按功能分选择性培养基：用于微生物筛选，例如在察式培养基中加入抗生素抑制细菌生长，富集霉菌。鉴别性培养基：与代谢物产生显色反应。例如EMB培养基，E.coli菌落呈绿色具有金属光泽。13第五章微生物的新陈代谢(上)新陈代谢(metabolism)——是分解代谢(catabolism)与合成代谢(anabolism)的总和，其本质是指细胞内外进行的一系列有序的生物化学反应。复杂分子简单分子＋ATP＋[H]有机物分解代谢合成代谢(Reducingpower)14第一节微生物的能量代谢能量代谢的本质——将最初能源转换成生命可利用的通用能源ATP。15化能异养微生物的生物氧化和产能生物氧化——指发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。Biologicaloxidationistheprocessinwhichsubstances(carbohydrate,Lipid,AAs)areoxidizedinlivingorganism.16生物氧化的功能：产ATP、产[H]、产小分子中间代谢物生物氧化的形式：DehydrogenationOxygenationElectronlost与氧结合脱氢失去电子17（一）底物脱氢的4条途径以葡萄糖为底物的生物氧化，脱氢通过EMP、HMP、ED、TCA四条途径。18GlycolysisTheanaerobiccatabolicpathwaybywhichamoleculeofglucoseisbrokendownintotwomoleculesoflactate.

glucose→2lacticacid(lackofO2)19（一）葡萄糖分解成丙酮酸1.葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate,G-6-P)磷酸化使葡萄糖不能自由逸出细胞；己糖激酶(hexokinase,HK)分四型，肝中为葡萄糖激酶(glucokinase,GK)；反应不可逆。202.6-磷酸葡萄糖异构为6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)213.6-磷酸果糖转变成1,6-二磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-BP)是第二个磷酸化反应，反应不可逆。磷酸果糖激酶-1(phosphofructo-kinase-1,PFK-1)是糖酵解的限速酶。224.磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖反应可逆,由醛缩酶(aldolase)催化235.磷酸丙糖同分异构化磷酸丙糖异构酶（triosephosphateisomerase)G→2分子3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP。246.3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸醛基氧化成羧基，并加入一分子磷酸，形成混合酸酐。脱下的氢由NAD+接受。257.1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸此步为底物水平磷酸化反应可逆268.3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸279.2-磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)反应引起分子内能量重新分布，形成高能磷酸键。2810.PEP转变成丙酮酸（pyruvate)第二个底物水平磷酸化，反应不可逆。烯醇式立即自发转变为酮式。29

（二）丙酮酸转变成乳酸(lactate)此为还原反应，NADH+H+来自于第6步3-磷酸甘油醛脱氢。乳酸是糖酵解的终产物。30EMP途径(糖酵解途径Glycolysis)：1分子葡萄糖生成2分子丙酮酸2分子ATP2分子NADH＋H+31HMP途径：磷酸戊糖途径PentosePhosphatePathway6分子葡萄糖12个还原力[H]35个ATP6个CO2众多戊糖骨架32一、磷酸戊糖途径的反应过程在胞浆中进行。特征酶为转酮醇酶、和转醛酶。总反应式：6G-6-P+12NADP++6H2O5G-6-P+12NADPH+12H++6CO2+Pi33己糖激酶6-磷酸葡萄糖脱氢酶6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸戊糖异构酶磷酸戊糖异构酶转醛酶Transaldolase转酮酶Transketolase:requiresTPP

34硫胺素焦磷酸35转醛酶36转酮酶37磷酸戊糖途径的生理意义

（1）为脂肪酸、胆固醇等生物分子的合成提供NADPH；（2）为DNA、RNA及多种辅酶的合成提供磷酸戊糖；（3）NADPH对维持谷胱甘肽的还原性和维持红细胞的正常生理功能有重要意义。38三羧酸循环（TCA：Tricarboxylicacidcycle）AerobicOxidationofGlucose丙酮酸彻底氧化成：

CO2H2ONADH239

葡萄糖在有氧条件下，彻底氧化成水和CO2的反应过程称为有氧氧化。这是糖氧化的主要方式。40分为三个阶段：41（一）丙酮酸的氧化脱羧经脱氢、脱羧、酰化生成乙酰CoA，这是不可逆反应。在线粒体内进行。42丙酮酸脱氢酶复合体二氢硫辛酰胺转乙酰酶※由三种酶组成丙酮酸脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶※五种辅助因子：TPP（VB1）、NAD+（Vpp）、硫辛酸、FAD（VB2）、HSCoA（泛酸）43由乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始，经反复脱氢、脱羧再生成草酰乙酸的循环反应过程。又称柠檬酸循环和Krebs循环。部位：线粒体基质（二）三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle)441.三羧酸循环的反应过程45464748Citratecycle49三羧酸循环小结：50

在TCA中，1分子乙酰CoA经2次脱羧，生成2个CO2，这是体内CO2的主要来源；4次脱氢，其中3次以NAD+为受氢体，1次以FAD为受氢体；1次底物水平磷酸化。总反应式：乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+HSCoA51三羧酸循环的特点①在有氧条件下进行，产生的还原H+经氧化磷酸化可产生ATP，是产生ATP的主要途径。②不可逆。③中间产物的回补：主要是丙酮酸羧化成草酰乙酸；其次为丙酮酸还原成苹果酸,再生成草酰乙酸。52G→2丙酮酸：净产生6或8个ATP。丙酮酸→乙酰CoA：产生3个ATP。TAC:一分子乙酰CoA经TAC产生3（NADH+H+）和1个FADH2，加上底物水平磷酸化生成1个高能磷酸键，共产生12个ATP。结论：1molG彻底氧化成CO2和H2O，可净生成36或38molATP。53三、有氧氧化的调节

除对酵解途径三个关键酶的调节外，还对丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶复合体四个关键酶存在调节。541.丙酮酸脱氢酶复合体变构调节：共价修饰调节：磷酸化失活；胰岛素和Ca2+促进其去磷酸化，使其活性增加。552.柠檬酸合酶变构激活剂：ADP变构抑制剂：NADH、琥珀酰CoA、柠檬酸、ATP3.异柠檬酸脱氢酶变构激活剂：ADP、Ca2+变构抑制剂：ATP564.–酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似。总体说，氧化磷酸化促进TAC。ATP/ADP↑，抑制TAC，氧化磷酸化↓；ATP/ADP↓，促进TAC，氧化磷酸化↑。575859ED途径运动发酵单胞菌嗜糖假单胞菌2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途径

60葡萄糖不同途径产能效率总结61（二）递氢和受氢根据氢受体的不同，生物氧化分类：62呼吸Fe·S(铁硫蛋白)1.有氧呼吸是一种递氢和受氢都必须在有氧条件下完成的生物氧化作用。632.无