微生物的代谢a优秀课件

微生物的代谢a本章内容第一节代谢概论第二节微生物的产能代谢第三节大分子物质的分解代谢第四节分解代谢和合成代谢间的联系第五节

微生物独特合成代谢途径第六节微生物的代谢调控与发酵生产

第一节代谢概论新陈代谢（metabolism）简称代谢，是细胞内发生的各种化学反应的总称。

代谢分解代谢(catabolism)合成代谢(anabolism)一、代谢

分解代谢（catabolism）指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并产生能量的过程。合成代谢（anabolism）指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子的过程，并消耗能量的过程。

复杂分子（有机物）分解代谢简单小分子ATP[H]合成代谢

能量是使自然界中各种活动得以进行的一种能力，所有的物理和化学过程都是能量应用或转移的结果。

二、能量

能量代谢是一切生物代谢的核心问题。能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中的多种形式的最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源------ATP。

微生物代谢过程中的能量来源主要为有机物的氧化（分解代谢）、无机物的氧化、光。

氧化还原反应是电子从一个供体（还原剂）转移至一个电子受体（氧化剂）的反应。在生物化学中，氧化还原通常不仅仅只是转移电子，有时也转移氢原子，因为在细胞氧化中，电子和质子可以同时失去，这就相当于失去氢原子。三、氧化还原反应

氧化还原对E0´（氧化还原电势）2H+

＋2e－

——→H2NAD(P)+

＋H+

＋e－

——→NAD(P)HS＋2H+

＋2e－

——→H2SFAD＋2H+

＋2e－

——→FADH2Cytb(Fe3+)＋e－

——→Cytb(Fe2+)Cytc(Fe3+)＋e－

——→Cytb(Fe2+)NO3－＋2H+

＋2e－

——→NO2－＋H2ONO2－＋8H+

＋6e－

——→NH4

＋2H2OFe3+

＋e－

——→Fe2+O2

＋4H+

＋4e－

——→4H2O－0.42－0.32－0.274－0.180.0750.2540.4210.440.7710.815

腺苷三磷酸（ATP）在细胞代谢的能量流通中扮演着“能量货币”的重要角色，它作为能量的载体参与代谢途径中能量的储存、释放和转移。

四、ATP及产生ATP的三种磷酸化反应

ATP的结构：生物体通过三种磷酸化方式产生ATP：

底物水平磷酸化

氧化磷酸化

光合磷酸化

物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成。物质在生物氧化过程中，电子通过电子传递链被转给分子氧或其他分子时ADP发生磷酸化而产生ATP。光合磷酸化只存在于能进行光合作用的细胞中。光合色素捕获光能后释放电子，电子通过电子传递链传递逐步释放能量，使ADP发生磷酸化而产生ATP

。第一节微生物的能量代谢微生物可利用的最初能源有哪些？

研究能量代谢的根本目的，是追踪生物体如何把外界环境中的多种形式的最初能源转换成对一切生命活动都能利用的通用能源---ATP。

一切生命活动都是耗能反应，能量代谢是新陈代谢中的核心问题。最初能源有机物还原态无机物光化能异养微生物化能自养微生物光能营养微生物通用能源（ATP）化学物质，光

一、化能异养微生物的生物氧化和产能生物氧化的定义发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。燃烧生物体外的氧化比较项目燃烧生物氧化反应步骤一步式快速反应顺序严格的系列反应条件激烈由酶催化，条件温和产能形式热、光大部分为ATP能量利用率低高

生物氧化的形式：加氧、脱氢或失去电子；

生物氧化的过程：脱氢(或电子)、递氢(或电子)、受氢(或电子)；

生物氧化的功能:产ATP、还原力[H]和小分子中间代谢物。

生物氧化的类型：有氧呼吸、无氧呼吸、发酵（一）底物脱氢的四条途径

以葡萄糖作为生物氧化的典型底物，它在脱氢阶段主要可通过四条途径完成其脱氢反应，并伴随还原力[H]和能量的产生。底物脱氢的四条主要途径:EMP途径HMP途径ED途径TCA循环EMP途径

（Embden-Meyerhof-Parnaspathway）

EMP途径又称糖酵解途径（glycolysis）或己糖二磷酸途径（hexosediphosphatepathway），是绝大多数生物所共有的一条主流代谢途径。

EMP途径10步反应耗能产能C6H12O62NADH22ATP2丙酮酸EMP途径的总反应式为：C6H12O6＋2NAD+＋2ADP＋2Pi→2CH3COCOOH

＋2NADH＋2H+＋2ATP＋2H2O在有氧条件下，可经呼吸链的氧化磷酸化反应产生6ATP；在无氧条件下，则可还原丙酮酸产生乳酸或把丙酮酸的脱羧产物—乙醛还原成乙醇。在其终产物中，2（NADH＋H+）：（1）葡萄糖分解是从1，6-二磷酸果糖开始；（2）整个途径仅在第1，3，10步反应是不可逆的；（3）EMP途径的特征性酶是1，6-二磷酸果糖醛缩酶；（4）整个途径不消耗氧；（5）有关酶系位于细胞质中。

EMP途径的特点:①供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原力。②是连接其他几个重要代谢途径的桥梁，包括三羧酸循环（TCA）、HMP途径和ED途径等。③为生物合成提供多种中间代谢物。④通过逆向反应进行多糖合成。

从微生物发酵生产的角度来看，EMP途径与乙醇、乳酸、甘油、丙酮和丁醇等的发酵生产关系密切。

EMP途径是多种微生物所具有的代谢途径，其产能效率虽低，但其生理功能极其重要：EMP途径的生理功能:2.HMP途径

（HexoseMonophosphatePathway）HMP途径即己糖一磷酸途径、己糖一磷酸支路（shunt）、戊糖磷酸途径（pentosephosphatepathway）、磷酸葡萄糖酸途径（phosphogluconatepathway）或WD途径（Warburg-Dickenspathway）。6C6H12O66CO212个NADPH25葡糖-6-磷酸1.氧化阶段：6-磷酸葡萄糖脱氢脱羧生成5-磷酸核糖HMP途径2.非氧化阶段：磷酸戊糖分子重排HMP途径的总反应式为：6葡糖-6-磷酸＋12NADP+＋6H2O→5葡糖-6-磷酸＋12NADPH＋12H+＋6CO2＋Pi

HMP途径的特点:（1）是从6-磷酸葡萄糖酸脱羧开始；（2）特征性酶是转酮酶（TK）和转醛酶（TA）；（3）该途径一般只产生NADPH而不产生NADH；（4）

HMP酶系定位于细胞质中。（5）葡萄糖不经EMP途径和TCA循环而彻底氧化产能、产还原力[H]和许多中间代谢产物；（6）进行一次周转需要六分子的葡萄糖同时参与，但实际只消耗一分子的葡萄糖；①供应合成原料：为核酸、核苷酸、NAD(P)+、FAD(FMN)和CoA等的生物合成提供戊糖-磷酸；途径中的赤藓糖-4-磷酸是合成芳香族、杂环族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸）的原料。②产还原力：产生大量的NADPH2形式的还原力，不仅可供脂肪酸、固醇等生物合成之需，还可供通过呼吸链产生大量能量之需。HMP途径的生理功能:

HMP途径在微生物生命活动中有着极其重要的意义，具体表现在：③作为固定的CO2中介：是光能自养微生物和化能自养微生物固定CO2的重要中介。④扩大碳源利用范围：为微生物利用C3～C7多种碳源提供了必要的代谢途径。⑤连接EMP途径：通过与EMP途径的连接，为生物合成提供更多的戊糖。

从微生物发酵生产的角度来看，通过HMP途径可提供许多重要的发酵产物，例如核苷酸、氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。3.ED途径（Entner-Doudoroffpathway）

ED途径又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）途径。最早由Entner和Doudoroff两人（1952）在Pseudomonassaccharophila（嗜糖假单胞菌）中发现，故名。这是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有。ED途径C6H12O6NADH21ATP2丙酮酸NADPH2ED途径的总反应式为：C6H12O6＋ADP＋Pi＋NADP+＋NAD+→2CH3COCOOH

＋ATP＋NADPH＋H+＋NADH＋H

ED途径的特点:（1）特征反应为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛；（2）特征性酶是KDPG醛缩酶；（3）

2分子的丙酮酸来源不同；（4）产能效率低，1mol葡萄糖只产生1molATP（5）反应步骤简单，通过五步反应可快速获得丙酮酸；（6）可与EMP、HMP和TCA循环等各种代谢途径相连接，以满足微生物对能量、还原力和不同中间代谢产物的需要；ED途径ED途径也能通过发酵产生乙醇,但与酵母菌通过EMP途径产生乙酵不同,故称之为细菌酒精发酵。细菌酒精发酵：优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成少，代谢副产物少，发酵温度较高，不必定期供氧。缺点：pH5（酵母菌pH3），较易染菌；细菌对乙醇耐受力低（细菌耐7%乙醇，酵母菌耐8%~10%。4.TCA循环（tricarboxylicacidcycle）

三羧酸循环又称Krebs循环或柠檬酸循环（citricacidcycle），这是一个广泛存在于各种生物体中的重要生物化学反应途径，在各种好氧微生物中普遍存在。真核微生物，TCA循环的反应在线粒体内进行，其中的大多数酶定位在线粒体的基质中；原核微生物，例如细菌中，大多数酶都存在于细胞质内。只有琥珀酸脱氢酶属于例外，它在线粒体或细菌中都是结合在膜上的。

TCA循环1丙酮酸4NADH21GTP3CO2FADH2整个TCA循环的总反应式为：丙酮酸＋4NAD+＋FAD＋GDP＋Pi＋3H2O→3CO2＋

FADH2＋GTP＋4(NADH＋H+)

①氧虽不直接参与其中反应，但必须在有氧条件下运转（NAD+和

FAD

再生时需氧）。②每分子丙酮酸可产4个NADH＋H+、1个FADH2和1个GTP，总共相当于15个ATP，因此产能效率极高。③TCA位于一切分解代谢和合成代谢中的枢纽地位，可为微生物的生物合成提供各种碳架原料，还与人类的发酵生产紧密相关（如柠檬酸、苹果酸、谷氨酸等）。TCA途径的特点:TCA循环在微生物分解代谢和合成代谢中的枢纽地位四种脱氢途径的比较EMP途径：许多微生物都利用该途径对糖类进行分解代谢。1分子葡萄糖经10步反应产生2分子丙酮酸、2分子[H]和2个ATP；该途径定位在微生物细胞质中，有氧和无氧都能进行；HMP途径：可与EMP途径或ED途径同时存在，也能在有氧和无氧条件下发生。许多微生物通过该途径产能，但它的主要作用是用于生物合成。ED途径：少数细菌以该途径代替EMP途径。1分子葡萄糖经4步反应产生2分子丙酮酸、2分子[H]和1个ATP；TCA循环：有氧条件下，丙酮酸经TCA循环进一步代谢产能或用于生物合成。5.磷酸解酮酶途径

存在于某些细菌如明串珠菌属和乳杆菌属中的一些细菌中。进行磷酸解酮酶途径的微生物缺少醛缩酶，所以它不能够将磷酸己糖裂解为2个三碳糖。磷酸酮解酶途径有两种：

磷酸戊糖解酮酶途径（PK）途径磷酸己糖解酮酶途径（HK）途径

葡萄糖

6-P-葡萄糖6-P-葡萄糖酸

5-P-核酮糖

5-P-木酮糖3-P-甘油醛丙酮酸乙酰磷酸乙酰CoA

乙醛ATPADPNAD+NADH+H+CO2乳酸乙醇异构化作用NAD+NADH+H+磷酸戊糖酮解酶CoAPi2ADP2ATP-2H-2H-2HNAD+NADH+H+磷酸戊糖解酮酶途径（1）分解1分子葡萄糖只产生1分子ATP，相当于EMP途径的一半;（2）几乎产生等量的乳酸、乙醇和CO2。磷酸戊糖解酮酶途径的特点:磷酸己糖解酮酶途径2葡萄糖

2葡萄糖-6-磷酸6-磷酸果糖6-磷酸-果糖4-磷酸-赤藓糖乙酰磷酸2木酮糖-5-磷酸2甘油醛-3-磷酸2乙酰磷酸2乳酸2乙酸乙酸磷酸己糖解酮酶磷酸戊糖解酮酶逆HMP途径同EMP乙酸激酶2ADP2ATPADPATP2ATP2ADP4ADP4ATP（1）有两个磷酸酮解酶参加反应；（2）在没有氧化作用和脱氢作用的参与下，2分子葡萄糖分解为3分子乙酸和2分子3-磷酸-甘油醛，3-磷酸-

甘油醛在脱氢酶的参与下转变为乳酸；乙酰磷酸生成乙酸的反应则与ADP生成ATP的反应相偶联；（3）每分子葡萄糖产生2.5分子的ATP；（4）一些微生物（如双歧杆菌）的异型乳酸发酵即采取此方式。磷酸戊糖解酮酶途径的特点:（二）递氢和受氢

贮存在生物体内葡萄糖等有机物中的化学能，经上述途径脱氢后，经过呼吸链（或称电子传递链）等方式传递，最终与氧、无机或有机氧化物等氢受体相结合而释放出其中的能量。发酵

根据递氢特点尤其是氢受体性质的不同，可把生物氧化区分成3种类型：呼吸无氧呼吸生物氧化有氧呼吸有氧呼吸：底物分解产生的氢，经完整的呼吸链（respirarorychain，RC)又称电子传递链(ETCelectrontransportchain）传递，最终由分子氧接受氢并产生水和释放能量（ATP）的过程。无氧呼吸：底物按常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢，最终由氧化态的无机物或有机物受氢，并完成氧化磷酸化产能反应。

发酵：在无氧条件下，底物脱氢后不经过呼吸链传递而直接将其交给某一内源氧化性中间代谢物的一类低效产能反应

。

生物氧化1.呼吸作用（respiration）

微生物在降解底物的过程中，将释放出的电子交给NAD（P）+、FAD或FMN等电子载体，再经电子传递系统传给外源电子受体（氧、无机或有机氧化物），从而生成水或其他还原型产物并释放出能量的过程，称为呼吸作用。以氧气以外的氧化型化合物作为最终电子受体有氧呼吸（aerobicrespiration）：无氧呼吸（anaerobicrespiration）：以分子氧作为最终电子受体

底物脱下的氢（常以还原力[H]形式存在）经完整的呼吸链传递，最终被外源分子氧接受，产生了水并释放出ATP形式的能量。

这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，是一种高效产能方式。（1）好氧呼吸（aerobicrespiration）

又称电子传递链（electrontransportchain，ETC），是指位于原核生物细胞膜上或真核生物线粒体内膜上的、一系列氧化还原势呈梯度差的（由低到高）、链状排列的氢（或电子）传递体。呼吸链（respiratorychain，RC）（1）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）

和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）（2）黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）

和黄素单核苷酸（FMN）（3）铁硫蛋白（Fe-S）（4）泛醌（辅酶Q）

（5）细胞色素系统递氢体或递电子体：NAD或NADPFAD或FMN铁硫蛋白泛醌细胞色素系统ATPATPATP低氧化还原势的化合物高氧化还原势化合物例如：分子氧或其他无机、有机氧化物通过与氧化磷酸化反应相偶联跨膜质子动势推动了ATP的合成氢或电子逐级传递氧化磷酸化

（oxidativephosphorylation）

又称电子传递链磷酸化，是指呼吸链的递氢（或递电子）和受氢过程与磷酸化反应相偶联并产生ATP的作用。递氢、受氢即氧化过程造成了跨膜的质子梯度差即质子动势，进而质子动势再推动ATP酶合成ATP。氧化磷酸化作用的化学渗透假说

位于细胞膜或线粒体内膜的呼吸链组分在传递来自基质的氢时，在将电子传递给下一个电子载体的同时把质子从膜内泵到膜外，因而造成了膜内外两侧的质子梯度和电位梯度，由此产生质子动势，这种动势蕴藏着电子传递过程中所释放的能量。在质子动势的驱动下，质子通过跨膜的ATP合酶从膜外回到膜内，并释放能量驱使ADP磷酸化生成ATP。电子从NAD+进入呼吸链传递至O2

时，只有3处释放出足够的能量能与ADP磷酸化相偶联，产生3分子ATP；NAD呼吸链的P/O=3；电子从FAD+进入呼吸链传递至O2时，只有2处释放出足够的能量能与ADP磷酸化相偶联，产生2分子ATP，FAD呼吸链的P/O=2；

具有抑制电子传递、能量转移和解偶联作用的物质都会阻止氧化磷酸化。抑制电子传递：KCN、NaN3、CO等；解偶联剂：2,4-二硝基苯酚，短杆菌肽等P/O：表示当一对电子通过呼吸链传递至O2所产生的ATP分子数，即表示呼吸链氧化磷酸化效率。（2）无氧呼吸（anaerobicrespiration）

又称厌氧呼吸，是一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。特点是底物脱氢后，经部分呼吸链递氢，最终由氧化态的无机物或有机物受氢，并完成氧化磷酸化产能反应。

这是一类在无氧条件下进行的、产能效率较低的特殊呼吸。

根据呼吸链末端氢受体的不同，可把无氧呼吸分为下列几种类型：

其一是在有氧或无氧条件下所进行的利用硝酸盐作为氮源营养物，称为同化性硝酸盐还原作用（assimilativenitratereduction）；①硝酸盐呼吸，

又称反硝化作用（denitrification）

硝酸盐在微生物生命活动中具有两种功能：很多细菌及真菌将NO3-还原成NH3，为生长提供氮源。

其二是在无氧条件下，某些兼性厌氧微生物利用硝酸盐作为呼吸链的最终氢受体，把它还原成亚硝酸、NO、N2O直至N2的过程，称为异化性硝酸盐还原作用（dissimilativenitratereduction），又称硝酸盐呼吸或反硝化作用。两个还原过程的共同特点是硝酸盐都要经过一种含钼的硝酸盐还原酶将其还原为亚硝酸。例如，Bacilluslicheniformis（地衣芽孢杆菌），

Paracoccusdenitrification（脱氮小球菌），

Pseudomonasaeruginosa（铜绿假单胞菌）等。

大肠杆菌也是一种反硝化细菌，但它只能将NO3-还原成NO2-。反硝化细菌——兼性厌氧微生物反硝化作用的生态学作用：反硝化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害：土壤中植物能利用的氮（NO3-）还原成氮气而消失，从而降低了土壤的肥力。其中间产物NO和N2O会污染环境。防止措施：松土，排除过多的水分，保证土壤中有良好的通气条件。利：反硝化作用在氮素循环中的重要作用硝酸盐易溶解于水，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。

是一类称作硫酸盐还原细菌（或称反硫化细菌）的严格厌氧菌在无氧条件下获取能量的方式。②硫酸盐呼吸特点：底物脱氢后，经呼吸链递氢，最终由末端氢受体硫酸盐受氢，在递氢过程中与氧化磷酸化作用相偶联而获得ATP。硫酸盐呼吸的最终产物是H2S。例如，Desulfovibriodesulfuricans（脱硫脱硫弧菌），D．gigas（巨大脱硫弧菌），Desulfotomaculumnigrificans（致黑脱硫肠状菌）等。

在浸水或通气不良的土壤中，厌氧微生物的硫酸盐呼吸及其有害产物对植物根系生长十分不利。

以无机硫作为呼吸链的最终氢受体并产生H2S的生物氧化作用。③硫呼吸兼性或专性厌氧菌，例如，Desulfuromonasacetoxidans

（氧化乙酸脱硫单胞菌）④铁呼吸

在某些专性厌氧菌和兼性厌氧菌（包括化能异养细菌、化能自养细菌和某些真菌）中发现，其呼吸链末端的氢受体是Fe3+。例如，氧化亚铁硫杆菌⑤碳酸盐呼吸根据其还原产物的不同，可分为两种类型:一类是产甲烷菌产生甲烷的碳酸盐呼吸，一类为产乙酸细菌产生乙酸的碳酸盐呼吸。

是一类以CO2或重碳酸盐作为呼吸链末端氢受体的无氧呼吸。⑥延胡索酸呼吸

在延胡索酸呼吸中，延胡索酸是末端氢受体，而琥珀酸则是延胡索酸的还原产物。兼性厌氧细菌，例如，Escherichia（埃希氏杆菌属）、

Proteus（变形杆菌属）、

Salmonella（沙门氏菌属）、

Klebsiella（克氏杆菌属）等肠杆菌；厌氧细菌，例如，Bacteroides（拟杆菌属）、

Propionibacterium（丙酸杆菌属）、

Vibriosuccinogenes（产琥珀酸弧菌）等。

在无氧条件下，某些微生物在没有氧、氮或硫作呼吸作用的最终电子受体时，可以磷酸盐代替，其结果是生成磷化氢（PH3），一种易燃气体。当有机物腐败变质时，经常会发生这种情况。若埋葬尸体的坟墓封口不严时，这种气体就很易逸出。农村的墓地通常位于山坡上，埋葬着大量尸体。在夜晚，气体燃烧会发出绿幽幽的光。长期以来人们无法正确地解释这种现象，将其称之为“鬼火”。无氧呼吸对“鬼火”的生物学解释:

厌氧呼吸的产能较有氧呼吸少，但比发酵多，它使微生物在没有氧的情况下仍然可以通过电子传递和氧化磷酸化来产生ATP，因此对很多微生物是非常重要的。除氧以外的多种物质可被各种微生物用作最终电子受体，充分体现了微生物代谢类型的多样性。2.发酵（fermentation）

泛指任何利用好氧或厌氧微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料的一类生产方式。广义的发酵（1）定义

指在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交给某一内源性中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应，即：狭义的发酵（1）底物氧化不彻底，产能水平低；（2）积累各种中间代谢产物不可缺少的途径；（3）能进行发酵的微生物是专性厌氧菌或兼性厌氧菌;（4）能通过底物水平磷酸化形成高能磷酸键的代谢物:1,3-二磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸乙酰磷酸琥珀酰-CoA发酵的特点:发酵途径：葡萄糖在厌氧条件下分解葡萄糖的产能途径主要有EMP、HMP、ED和磷酸解酮酶途径。

不同的微生物通过发酵作用，积累的代谢产物是不一样的。根据主要代谢产物将微生物发酵分为以下几个类型。（2）微生物的发酵类型①乙醇发酵②乳酸发酵③丙酸发酵④混合酸发酵⑤丁二醇发酵⑥丁酸型发酵①乙醇发酵

乙醇（酒精）发酵是最古老的一种发酵，它在化工、医药及食品行业的用途广泛。

酵母菌只有在pH3.5～4.5（弱酸性）和厌氧条件下才能进行正常的酒精发酵，称之为酵母菌的第一型发酵。酵母菌的第一型发酵葡萄糖2×丙酮酸EMP途径丙酮酸脱羧酶2×乙醛2×CO2乙醇脱氢酶2×乙醇NAD+NADH2NADH2NAD+关键酶1分子2分子乙醇发酵对环境条件的变化十分敏感

乙醇发酵需在厌氧条件下进行。如果变成好氧条件，乙醇形成就停止，葡萄糖分解的速度减慢——巴斯德效应。A.O2的作用巴斯德效应产生的原因：在好氧条件下:(1)丙酮酸脱羧酶失活，丙酮酸脱氢酶起作用，进入TCA循环。(2)高含量的ATP抑制磷酸果糖激酶活性，减慢葡萄糖酵解速度。

如果将发酵过程的pH控制在微碱性（pH7.6左右）和厌氧条件下，酵母的乙醇发酵－→甘油发酵，得到的产物主要是甘油、少量的乙醇、乙酸和CO2——酵母菌的第三型发酵。乙醇发酵所需的pH是弱酸性的，pH3.5～4.5。B.pH的作用EMP途径葡萄糖丙酮酸EMP途径丙酮酸脱羧酶乙醛CO2磷酸甘油脱氢酶乙醇NAD+NADH2NADH2NAD+磷酸二羟丙酮乙酸3－P－甘油甘油EMP途径NAD+NADH2

在酵母菌的第三型发酵中没有ATP产生，所以这种发酵是在静息细胞中进行的。

乙酸的产生会降低培养基的pH，使酵母菌的第三型发酵重新回到正常的乙醇发酵，所以，如果产品需要的是甘油，一定要控制好pH。

酵母菌在亚适量的NaHSO3（3％）作用下可进行酵母菌的第二型发酵生成甘油和少量乙醇。C.培养基成分的作用葡萄糖丙酮酸EMP途径丙酮酸脱羧酶乙醛CO2磷酸甘油脱氢酶NAD+NADH2NADH2NAD+磷酸二羟丙酮3－P－甘油甘油EMP途径NAD+NADH2复合物NaHSO3

这里有少量的乙醇产生是为了提供能量，维持菌体正常生长。

如果要利用酵母菌的第二型发酵来生产甘油，则培养基中的一定要有亚适量NaHSO3（3％），大量的NaHSO3对酵母有毒害作用。酵母菌的酒精发酵（均在厌氧条件下）第三型发酵——pH7.6左右（微碱性）第一型发酵——pH3.5～4.5（弱酸性）第二型发酵——亚适量NaHSO3（3％）甘油、少量的乙醇、乙酸和CO2甘油和少量乙醇乙醇

通过酵母菌的三个类型发酵的分析，可以看出工艺条件对发酵工业的重要性。工艺条件不同，发酵的产品性质和数量不同，其他类型的发酵也是如此。②

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，在食品加工业上也有广泛的应用。

乳酸发酵是由乳酸菌在严格厌氧的条件下进行的。乳酸菌是耐氧型的厌氧菌，G+，无芽孢，有杆菌、球菌等。乳酸菌生长过程中需要多种生长因子，可分解葡萄糖产生大量的乳酸。

由于菌种不同，代谢途径不同，生成的产物有所不同，将乳酸发酵又分为同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧杆菌发酵。同型乳酸发酵：（经EMP途径）异型乳酸发酵：（经PK途径）双歧杆菌发酵:（经PK和HK途径）葡萄糖2×丙酮酸EMP途径乳酸脱氢酶2×乳酸NAD+NADH2NAD+A.同型乳酸发酵

凡葡萄糖发酵后只产生2分子乳酸的发酵，称同型乳酸发酵。B.异型乳酸发酵

凡葡萄糖发酵后产生乳酸、乙醇（或乙酸）和CO2等多种产物的发酵称异型乳酸发酵。葡萄糖乙酰磷酸PK途径乙醛乳酸脱氢酶乳酸NADH2NAD+3－P－甘油醛NAD+丙酮酸乙醇乙酸＋CO2

这是一条在20世纪60年代中后期才发现的双歧杆菌（Bifidobacteria）发酵葡萄糖的新途径。C.双歧杆菌途径特点：2分子葡萄糖→3分子乙酸＋2分子乳酸＋5分子ATP2葡萄糖

2葡萄糖-6-磷酸6-磷酸果糖6-磷酸-果糖4-磷酸-赤藓糖乙酰磷酸2木酮糖-5-磷酸2甘油醛-3-磷酸2乙酰磷酸2乳酸2乙酸乙酸磷酸己糖解酮酶磷酸戊糖解酮酶逆HMP途径同EMP乙酸激酶2ADP2ATPADPATP2ATP2ADP4ADP4ATP

乳酸发酵对我们食品工业和酿酒工业来说十分重要。例如，酸乳、泡菜、乳酪、酸奶油等的生产均通过乳酸发酵。甚至在香肠的制作中也需乳酸菌的参与。但在酿酒工业中乳酸菌是一重大污染菌。③

丙酸发酵

丙酸是丙酸杆菌（Propionibacteriumspp.）等菌的发酵产物，它具有与乙醇类似的刺激味。丙酸及其盐类对引起面包产生粘丝状物质的好气性芽孢杆菌有抑制作用，但对酵母无效，因此国内广泛用于面包糕点的防腐。④

混合酸发酵与丁二醇发酵

进行这类发酵的是肠道菌，不同的肠道菌具有不同的酶系来作用于丙酮酸，所以终产物是不同的。

以大肠杆菌为代表的一类肠道菌，例如，埃希氏菌、志贺氏菌、沙门氏菌等，发酵产物主要是甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸等有机酸和CO2、H2，所以称为混合酸发酵。

产气杆菌、枯草杆菌等发酵产物主要是丁二醇，所以称之为丁二醇发酵。混合酸发酵

甲基红反应(M.R）阳性

葡萄糖

EMP

PEP羧化酶苹果酸脱氢酶

PEP草酰乙酸琥珀酸

乳酸脱氢酶

丙酮酸

乳酸

丙酮酸甲酸裂解酶乙醛脱氢酶

甲酸乙酰CoA乙醛

甲酸氢解酶磷酸转乙酰基酶乙醇脱氢酶

乙醇CO2H2

乙酰-磷酸乙酸激酶

乙酸大肠杆菌发酵葡萄糖在产酸（pH<4.5）的同时产气丁二醇发酵丁二醇发酵的中间产物3-羟基丁酮是V.P试验的物质基础

一些微生物能发酵葡萄糖产生大量的2,3-丁二醇和少量乳酸、乙醇、H2和CO2等多种代谢产物，被称为2,3-丁二醇发酵。⑤丁酸发酵与丙酮-丁醇发酵

这类发酵是由专性厌氧菌如梭状芽孢杆菌分解葡萄糖进行的。这类型发酵的终产物主要是丁酸或丙酮和丁醇。葡萄糖2×丙酮酸EMP途径丙酮酸铁氧还蛋白氧化酶2×乙酰CoA丁醛脱氢酶NAD+NADH2NADH2NAD+丁酰CoA丙酮丁醛丁醇CO2NADH2NAD+丁醇脱氢酶丁酸CoA转移酶乙酸乙酰CoA丁酸发酵丁酸梭状芽孢杆菌能够发酵葡萄糖产生丁酸，称为丁酸发酵。

丙酮酸首先被脱去CO2生成乙酰CoA和H2，乙酰CoA能够在缩合后逐步还原成丁酸。丙酮-丁醇发酵

在丙酮丁醇梭状芽孢杆菌(Clostridumacetobutylium)中，丙酮酸经过一系列的脱羧和缩合等过程而转变为丙酮、丁醇，称为丙酮-丁醇发酵。

在丙酮-丁醇发酵过程中，pH要控制在4.5以下。

与丁酸发酵相类似的是己酸发酵，丁酰CoA经过类似脂肪酸合成途径合成己酰CoA，再生成己酸。己酸是一种香型物质，例如，白酒中大曲、特曲四溢的香气。己酸还可作为食品添加剂。Stickland反应产能机制是通过部分氨基酸（如丙氨酸）的氧化与另一些氨基酸（如甘氨酸）的还原相偶联的发酵过程而产生能量的。一种氨基酸作氢供体和以另一种氨基酸作氢受体。产能效率很低，每分子氨基酸仅产1个ATP。氨基酸发酵产能——Stickland反应

作为氢供体的氨基酸主要有丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、组氨酸和色氨酸等。作为氢受体的氨基酸主要有甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、鸟氨酸、精氨酸和色氨酸等。目前仅在专性厌氧梭菌中发现呼吸作用与发酵作用的根本区别：

电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体。化能异养微生物利用葡萄糖生物氧化3种类型比较产能方式有氧呼吸无氧呼吸发酵微生物好氧菌兼性厌氧菌兼性厌氧菌厌氧菌兼性厌氧菌厌氧菌电子受体O2外源无机氧化物（少数有机氧化物）更氧化的有机中间代谢物底物有机物有机物有机物酶类脱氢酶氧化还原酶脱氢酶特殊氧化还原酶脱氢酶产ATP方式呼吸链（氧化磷酸化）呼吸链（氧化磷酸化）直接产生（底物水平磷酸化）产能效率高居中低自养微生物

生物合成起点是建立在对氧化程度极高的CO2进行还原（即CO2的固定）的基础上。异养微生物

生物合成起点是建立在对氧化还原水平适中的有机碳源直接利用的基础上。二、化能自养微生物的生物氧化与产能

化能自养微生物还原CO2所需要的ATP和[H]是通过氧化无机底物，例如，NH4+、NO2-、H2S、S0、H2和Fe2+等而获得的。其产能途径主要也是借助于经过呼吸链的氧化磷酸化反应，化能自养菌一般都是好氧菌。

化能自养型微生物中，其ATP是通过氧化还原态无机物产生的，其NAD(P)H2是通过消耗ATP将无机氢（H++e）逆呼吸链传递产生的。NAD←→FP←→COQ←→Cyt.c.c1←→Cyt.a1←→

aa3→O2Cyt.bH2NO2-S2O3-Fe2+ATPA