第三章微生物的代谢省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

第三章微生物代谢

学习目标与要求

掌握生物氧化三种类型。熟记微生物呼吸类型。掌握化能异养微生物能量代谢主要路径及发酵类型。熟悉微生物分解代谢了解微生物代谢调整方式及应用。第1页代谢活细胞内发生各种化学反应总称物质代谢分解代谢合成代谢分解代谢与产能代谢紧密相连；合成代谢与耗能代谢紧密相连。微生物代谢离不开酶，不论是分解代谢还是合成代谢都必须在酶催化作用下才能进行。

能量代谢产能代谢耗能代谢复杂分子（有机物）分解代谢合成代谢简单小分子ATP[H]++第2页第一节微生物能量代谢一、微生物呼吸作用微生物生命活动需要能量起源于微生物呼吸作用。营养物质或同化产物酶氧化能量转移ATP生物氧化生物氧化：细胞内代谢物以氧化作用产生能量化学反应。氧化过程中能产生大量能量，分段释放，并以高能键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。

第3页生物氧化方式：

①和氧直接化合：

C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O②失去电子：

Fe2+→Fe3++e-③化合物脱氢或氢传递:

CH3-CH2-OHCH3-CHONADNADH2生物氧化功效：产能(ATP)产还原力[H]小分子中间代谢物第4页生物氧化过程：普通包含三个步骤：①底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电子供体或供氢体）②氢（或电子）传递（需中间传递体，如NAD、FAD等）③最终氢受体接收氢（或电子）（最终电子受体或最终氢受体）生物氧化类型：生物氧化反应发酵有氧呼吸无氧呼吸呼吸第5页生物氧化形式、过程、功效和类型方式与氧结合脱氢失去电子过程脱氢（电子）递氢（电子）受氢（电子）功效产能（ATP）产还原力（[H]）产小分子中间代谢产物类型有氧呼吸无氧呼吸发酵第6页C6H12O6ABCCO2－[H]/e－[H]/e－[H]/e－[H]/e经电子传递链①有氧呼吸21O2H2OA、B或CAH2、BH2或CH2(发酵产物：乙醇、乳酸等)NO3-,SO4-,CO2NO2-,SO3-,CH4[H]/e②无氧呼吸③发酵脱氢递氢受氢有氧呼吸、无氧呼吸和发酵示意图第7页

呼吸与发酵根本区分在于：电子载体不是将电子直接传递给底物降解中间产物，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。递氢/电子特点电子（氢）受体发酵不经电子传递链内源性中间代谢物有氧呼吸经完整电子传递链外源分子氧无氧呼吸经部分电子传递链外源性氧化型化合物第8页狭义“发酵”是指在无外源电子受体条件下，微生物细胞将有机物氧化释放电子直接交给底物本身未完全氧化某种中间产物，同时释放能量并产生各种不一样代谢产物过程。广义“发酵”是指利用微生物生产有用代谢产物一个生产方式；第9页在工业生产中常把微生物在通气或厌氧条件下产品生产过程统称为发酵。发酵第10页不一样微生物发酵产物不一样，也是细菌分类判定主要依据。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深入裂解生成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产酸不产气第11页二、不一样呼吸类型微生物好氧菌厌氧菌1.专性好氧菌:正常大气压下经过呼吸产能2.兼性厌氧菌:以呼吸为主，兼营发酵产能3.微好氧菌:在微量氧下生活，以呼吸为主，兼营无氧呼吸4.耐氧菌:不需氧，只能以发酵产能5.(专性)厌氧菌:只能以发酵或无氧呼吸产能，氧可使其致死第12页氧与微生物生长关系第13页三、化能异养微生物能量代谢及发酵类型（一）化能异养微生物以有机物为底物，进行生物氧化主要路径（以葡萄糖为例）不一样微生物含有不一样酶系统，能够经过不一样路径完成脱氢，在此过程中产生不一样中间代谢产物，而使不一样微生物展现出各种代谢发酵类型。第14页（二）化能异养微生物脱氢路径及其发酵类型1.EMP路径（糖酵解路径）EMP路径为合成代谢提供了：能量：2ATP还原力：2NADH2中间产物：6-P葡萄糖P-二羟丙酮3-P甘油酸P-烯醇式丙酮酸丙酮酸

第15页第16页（1）酵母菌酒精发酵葡萄糖EMP2丙酮酸脱羧2乙醛2CO22NADH22NAD+2乙醇第一型发酵无氧和酸性条件下（pH3.5-4.5）注意：如将氧气通入正在进行乙醇发酵酵母发酵液中，葡萄糖分解速度会快速下降并停顿产生乙醇。第17页第二型发酵发酵液中存在亚硫酸氢钠时乙醛+亚硫酸氢钠硫化羟基乙醛（难溶结晶状）磷酸二羟丙酮+2Hα磷酸甘油磷酸甘油甘油发酵第三型发酵偏碱性条件时（pH7.6）2乙醛氧化乙酸乙醇还原磷酸二羟丙酮+2Hα磷酸甘油磷酸甘油2葡萄糖第18页课后作业：你认为酒精（乙醇）发酵过程中关键原因有哪些？并请进行解释。第19页（2）乳酸菌同型乳酸发酵乳酸是细菌发酵最常见最终产物，一些能够产生大量乳酸细菌称为乳酸菌。在乳酸发酵过程中，发酵产物中只有乳酸称为同型乳酸发酵。同型乳酸发酵主要特点是，己糖（如葡萄糖）经EMP路径降解为丙酮酸后，丙酮酸作为最终电子受体，接收葡萄糖氧化脱下电子，被还原为乳酸，产生少许ATP。能进行同型乳酸发酵细菌如嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌等。第20页聚乳酸（PLA）介绍：

多个乳酸分子在一起，-OH与别分子-COOH脱水缩合，-COOH与别分子-OH脱水缩合，就这么，它们手拉手形成了聚合物，叫做聚乳酸。聚乳酸热稳定性好，加工温度170～230℃，有好抗溶剂性，可用各种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，所以用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，主要用于服装、工业和医疗卫生等领域。第21页以EMP路径生成丙酮酸为中间产物，进行发酵类型有各种，可产生不一样发酵产物，有些除产生酸性物质以外，还会产生各类气体，经过对这些物质和气体检测，能够对食品中各类菌种，如大肠杆菌、产气肠杆菌等进行判定。乙醇发酵乳酸发酵丙酸发酵混合酸发酵丁二醇发酵丁酸发酵第22页2.HMP路径HMP路径是一条能产生大量NADPH2形式还原力和主要中间代谢产物代谢路径，此路径可概括为三个阶段。HMP路径普遍存在于微生物细胞中，通常是和EMP路径同时存在于一个微生物中，而以HMP路径为唯一降解路径微生物及其罕见。HMP路径主要作用在于，为细胞生物合成提供了大量C3、C4、C5、C6和C7等前体物质，尤其是磷酸戊糖是合成核酸和一些辅酶主要底物。第23页3.PK路径（磷酸戊糖解酮酶路径）与HMP路径相同代谢终产物有乳酸和乙醇异型乳酸发酵可经过PK路径进行异型乳酸发酵微生物主要有：肠膜状明串珠菌、短乳杆菌、发酵乳杆菌、甘露乳杆菌、番茄乳杆菌等。第24页4.双歧路径该路径是两歧双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌等双歧杆菌分解葡萄糖非经典异型乳酸发酵路径。2葡萄糖2乳酸+3乙酸+5ATP第25页乳酸发酵广泛应用于食品和农牧业中。因为乳酸菌代谢活动，积累乳酸，抑制了其它微生物生长，能使蔬菜、牛奶、青贮饲料等得以保留。第26页5.ED路径经过ED路径产生丙酮酸可经过脱羧产生乙醛，乙醛可深入还原为乙醇——细菌乙醇发酵第27页关键反应：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解相关发酵生产：细菌酒精发酵优点：代谢速率高，产物转化率高，代谢副产物少，发酵温度较高，无须定时供氧。缺点：pH5，较易染菌；细菌对乙醇耐受力低。

ATP有氧时经呼吸链

6ATP

无氧时进行发酵

2乙醇2ATPNADH+H+NADPH+H+2丙酮酸

ATP C6H12O6 KDPGED路径总反应第28页6.三羧酸循环丙酮酸脱羧TCA循环总式：C6H12O6+6O2→6H2O+6CO2+30ATPTCA循环为合成代谢提供：能量：ATP还原力：NADH2

NADPH2

FADH2小分子C架化合物：第29页第二节微生物分解代谢阶段一：蛋白质、多糖、脂类等大分子物质降解成氨基酸、单糖及脂肪酸等小分子；阶段二：将第一阶段产物深入降解为更简单乙酰辅酶A、丙酮酸和其它能进入TCA循环中间产物；阶段三：经过TCA循环将阶段二产物完全降解为CO2和H2O并产生生命活动所需能量。第30页一、多糖分解淀粉α-淀粉酶麦芽糖、低聚糖、极限糊精β-淀粉酶葡萄糖苷酶异淀粉酶液化型淀粉酶麦芽糖或葡萄糖糖化型淀粉酶各类型淀粉酶单独或配合使用时，能够将淀粉降解为小分子葡萄糖、麦芽糖、糊精等，广泛地应用于烘焙工业、淀粉制糖工业、啤酒酿造、酒精工业等。第31页纤维素纤维素酶葡萄糖单细胞蛋白新型饲料酒精生产纤维素是地球上含量最多、分布最丰富碳水化合物半纤维素半纤维素酶各种单糖改进植物性食品质量提升淀粉质原料发酵利用率提升果汁饮料澄清度果胶果胶酶半乳糖醛酸糖代谢水果加工中最主要酶，加速果汁过滤和果汁澄清第32页在食品加工过程中经常利用是植物性原料，而植物细胞内含物，如蛋白质、淀粉、油脂、芳香油、可溶性生物碱、色素等天然成份，被植物细胞壁包裹或与细胞壁紧密相连，在加工过程中极难得到充分释放。植物细胞壁主要成份是纤维素、半纤维素和果胶等。所以，利用微生物发酵制得纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等，惯用于食品加工工业，可使植物细胞壁发生软化、膨胀和瓦解等，从而改变细胞通透性，提升细胞内含物提取率，简化加工工艺，改进食品品质。第33页二、含氮有机化合物分解蛋白质、核酸普通为大分子物质，极难直接透过细胞膜，微生物对其利用时，首先向胞外分泌对应消化酶，将大分子物质一定程度降解后，再吸收到胞内深入降解和利用。1.蛋白质分解蛋白质蛋白酶细胞外短肽肽酶细胞内氨基酸有机酸、吲哚、胺、H2S、NH3、CH4、H2、CO2等分解蛋白质微生物：真菌分解蛋白质能力较强，如曲霉、毛霉等，放线菌中许多链霉菌，细菌中枯草芽孢杆菌、假单胞菌等均可分解蛋白质。第34页在食品工业中用途第35页2.氨基酸分解氨基酸脱氨作用脱羧作用各种有机酸TCA循环生成葡萄糖有机胺有氧厌氧有机酸醇和有机酸氨基酸分解产生有机酸、醇等中间产物，可增加发酵食品中挥发性风味物质，形成胺则常使食物含有毒性和难闻气味。2.核酸分解（略）第36页三、脂肪和脂肪酸分解脂肪和脂肪酸作为碳源和能源，被微生物迟缓利用，在缺乏其它碳源与能源物质时，微生物分解与利用脂肪进行生长。甘油三酯甘油磷酸二羟丙酮3磷酸甘油醛EMP路径脂肪酸乙酰辅酶ATCA循环第37页第三节微生物合成代谢（略）第38页第四节微生物代谢调整基因酶代谢路径代谢产物反馈调整合成活性第39页一、酶合成调整经过调整酶合成量进而调整代谢速率调整机制，是基因水平上调整，属于粗放调整，间接而迟缓。（一）酶合成调整类型1.诱导（induction）：是反应底物或产物诱使微生物细胞合成份解代谢路径中相关酶过程。微生物经过诱导作用而产生酶称为诱导酶（为适应外来底物或其结构类似物而暂时合成酶类）。2.阻遏（repression）：是阻遏代谢过程中包含关键酶在内一系列酶合成现象，从而更彻底控制和降低末端产物合成。第40页（二）酶合成诱导操纵子学说：操纵子（operon）：是基因表示和控制一个完整单元，其中包含开启基因（promoter）、操纵基因（operator）和结构基因（structuralgene）三部分。第41页无乳糖时：细胞内产生阻遏物结合在操纵基因上，酶转录无法进行。有乳糖时：乳糖与阻遏物结合，使其变构，不能与操纵基因结合，从而转录进行，合成乳糖酶，分解乳糖。第42页（三）酶合成阻遏1.终产物阻遏：在合成代谢中，终产物阻遏该路径全部酶合成，属于基因表示调控。第43页2.分解代谢物阻遏：是指培养基中同时存在两种分解代谢底物（两种碳源或氮源）时，微生物细胞利用快那种碳源（或氮源