(完整版)微生物的代谢及其调控

微生物的代谢微生物代谢包含微生物物质代谢和能量代谢。1.1微生物物质代谢微生物物质代谢是指发生在微生物活细胞中的各样分解代谢与合成代谢的总和。1.1.1分解代谢分解代谢是指细胞将大分子物质降解成小分子物质， 并在这个过程中产生能量。—般可将分解代谢分为 TP。三个阶段：第一阶段是将蛋白质、多糖及脂类等大分子营养物质降解成氨基酸、 单糖及脂肪酸等小分子物质；第二阶段是将第一阶段产物进一步降解成更加简单的乙酰辅酶 A、丙酮酸以及能进入三羧酸循环的某些中间产物，在这个阶段会产生一些 ATP、NADH及FADH2；第三阶段是经过三羧酸循环将第二阶段产物完好降解生成CO2，并产生ATP、NADH及FADH2。第二和第三阶段产生的ATP、NADH及FADH2经过电子传达链被氧化，可产生大批的ATP。1.1.1.1大分子有机物的分解（1）淀粉的分解淀粉是很多种微生物用作碳源的原料。 它是葡萄糖的多聚物，有直链淀粉和支链淀粉之分。一般天然淀粉中，直链淀粉约占 20％，支链淀粉约占 80％。直链淀粉为α一l、4糖苷键构成的直链分子；支链淀粉不过在支点处由 α—1、6糖苷键连结而成。微生物对淀粉的分解是由微生物分泌的淀粉酶催化进行的。淀粉酶是一类水解淀粉糖苷键酶的总称。它的种类好多，作用方式及产物也不尽同样，主要有液化型淀粉酶、糖化型淀粉酶（包含β—淀粉酶、糖化酶、异淀粉酶）。以液化型淀粉酶为例，这种酶能够随意分解淀粉的。α-l、4糖苷键，而不可以分解α-1、6糖苷键。淀粉经该酶作用此后，黏度很快降落，液化后变为糊精，最后产物为糊精、麦芽糖和少许葡萄糖。因为这种酶能使淀粉表现为液化， 淀粉1黏度急速降落，故称液化淀粉酶；又因为生成的麦芽糖在光学上是 α型，所以又称为“α—淀粉酶。（2）纤维素的分解纤维素是葡萄糖由β—1，4糖苷键构成的大分子化合物。它宽泛存在于自然界，是植物细胞壁的主要构成成分。人和大多半动物均不可以消化纤维素。可是好多微生物，如木霉、青霉、某些放线茵和细菌均能分解利用纤维素，原由是它们能产生纤维素酶。纤维素酶是一类纤维素水解酶的总称。它由C1酶、Cx酶和β-葡萄糖苷酶构成。纤维素在C1酶和Cx酶共同作用下，被水解成纤维二糖，再经过β—葡萄糖苷酶作用，最后变为葡萄糖。（3）蛋白质的分解蛋白质是由氨基酸构成的分子巨大、构造复杂的化合物。它们不可以直接进入细胞。微生物利用蛋白质，第一分泌蛋白酶至体外，将蛋白质分解为大小不等的多肽或氨基酸等小分子化合物，而后再进入细胞。蛋白质的分类蛋白酶的种类好多，有100多种。当前比较常用的蛋白酶分类方法有以下几种：①依照水解蛋白质的方式，可分为内肽酶和端肽酶两大类。②依照蛋白酶的根源，可分为动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶。③依照蛋白酶在生物体内所在的地点，可分为胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶等。④依照蛋白酶作用的最适pH，可分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶。⑤依据蛋白酶的活性中心和最适作用pH，可分为丝氨酸蛋白酶、巯基蛋白酶、金属蛋白酶和酸性蛋白酶。产生蛋白酶的菌种好多，细菌、放线菌、霉菌等均有。不一样的菌种能够生产不一样的蛋白酶，如黑曲留主要生产酸性蛋白酶，短小芽孢杆菌生产碱性蛋白酶。不一样的菌种也可生产功能同样的蛋白酶，同一个菌种也可产生多种性质不一样的蛋白酶。4）氨基酸的分解微生物对氨基酸的分解，主假如脱氨作用和脱羧基作用。a.脱氨作用2脱氨方式随微生物种类、氨基酸种类以及环境条件的不一样而不一样。①氧化脱氨：这种脱氨方式须存有氧气参加的条件下进行， 专性厌氧菌不可以进行氧化脱氨。微生物催化氧化脱氨的酶有两类：一类是氨基酸氧化酶，以 FAD或FMN为辅基；另一类是氨基酸脱氢酶，以NAD或NＡDP作为氢载体。氧化脱氨生成的酮酸一般不累积，而被微生物持续转变为羟酸或醇，如丙氨酸氧化脱氨生成丙酮酸，丙酮酸可借TＣA循环而持续氧化，化学反响式以下：②复原脱氨：复原脱氨在无氧条件下进行，生成饱和脂肪酸。能进行复原脱氨的微生物是专性厌氧菌和兼性厌氧菌。腐败的蛋白质中常分别到饱和脂肪酸即是由相应的氨基酸生成，如梭状芽抱杆菌可使丙氨酸复原脱氨成丙酸，化学反响式以下：③水解脱氨：不一样氨基酸经水解脱氨生成不一样的产物。同种氨基酸水解以后也可形成不一样的产物氨酸水解以后可形成乳酸，也可形成乙醇，化学反响式以下：④减饱和脱氨：氨基酸在脱氨的同时，其α、β键减饱和，结果生成不饱和酸，如天冬氨酸减饱和脱氨生成延胡素酸。⑤脱水脱氨：含羟基的氨基酸在脱水过程中脱氨、如丝氨酸脱水后，经α－氨基丙烯酸、α－亚氨基丙酸，再水解脱氨成丙酮酸，化学反响以下：3b.脱羧基作用氨基酸脱羧常见于腐败细菌和真菌中。不一样氨基酸在相应氨基酸脱羧酌的作用下，催化氨基酸脱按生成有机胶和二氧化碳。1.1.1.2己糖的降解a.EMP门路糖的酵解是各样发酵的基础，发酵作用是酵解过程的发展。EMP门路又称糖酵解，或双磷酸己糖降解门路。这是氧化葡萄糖产生丙酮酸的过程，它往常是碳水化合物分解过程的第一阶段。很多微生物能进行该门路的反响。事实上，它存在于大多半活细胞中。EMP门路包含10个独立的，但又是连续的反响，其次序及所需的酶见图2。糖酵解中的酶催化六碳葡萄糖裂解生成两个三碳糖，这些糖而后进一步被氧化释放能量，同时进行原子的重排而形成了两分子丙酮酸。糖酵解时期 NAD＋被还原成NADH，并且经过底物水平磷酸化作用净产生两分子的 ATP。所以，葡萄糖经EMP门路降解成丙酮酸的总反响式为：C6H12O6＋2NAD+＋2Pi＋2ADP→ 2CH3COCOOH＋2NADH＋2H++2ATP＋2H2O反响中所生成NADH一定从头氧化为NAD后才能持续不停地推进所有反响。糖酵解过程不需要氧的参加，它能够在无氧或有氧的条件下发生。在无氧的条件下，如以乙醛作为受氢体，即是酒精发酵；如以丙酮酸作为受氢体，即是乳酸发酵。在有氧状况下，NADH经呼吸链氧化，同时丙酮酸进入三羧酸循环。4图1-1EMP门路简图EMP门路10步反响详述以下：1）葡萄糖形成葡糖-6-磷酸。不一样菌种经过不一样方式实现这步反响。在酵母茵、真菌和很多假单胞茁等好氧细菌中，经过需要Mg+和ATP的己糖激酶来实现（此反响在细胞内为不行逆反响）；在大肠杆菌和链球菌等兼性厌氧茵中，可借磷酸烯醇式丙酮酸—磷酸转移酶系统在葡萄糖进入细胞之时即达成了磷酸化。2）葡糖-6-磷酸经磷酸己糖异构酶异构成就糖-6-磷酸。3）果糖-6-磷酸经过磷酸果糖激酶催化成就糖-1,6-二磷酸。磷酸果糖激酶是EMP门路中的一个重点酶，故它的存在就意味着该微生物拥有 EMP门路。与己糖激酶相像的是，磷酸果糖激酶也需要ATP和Mg2+，且在活细胞内催化的反响是不行逆的。4）果糖-1，6-二磷酸在果糖二磷酸醛缩酶的催化下，分裂成二羟丙酮磷酸和甘油醛-3-磷酸两个丙糖磷酸分子。果糖二磷酸醛缩酶不只在葡萄糖降解中十分重要，并且对葡糖异生作用(g1uconeogenesis)即对由非碳水化合物前体逆向合成己糖的反响也很重要。此外，二羟丙酮磷酸在糖代谢和脂类代谢中仍是一个重要的连结点，因为它可被复原成甘油磷酸而用于脂类的合成中。5）二羟丙酮磷酸在丙糖磷酸异构酶的作用下转变为甘油醛-3-磷酸。固然在反5应（4）中产生平分子的丙糖磷酸，但二羟丙酮磷酸只有转变为甘油醛 -3-磷酸后才能进一步代谢下去。所以，己糖分子至此实质上已生成了2分子甘油醛-3-磷酸。今后的代谢反响在所有能代谢葡萄糖的微生物中都没有什么不一样了。6）甘油醛-3-磷酸在甘油醛-3-磷酸脱氢酶的催化下产生1,3-二磷酸甘油酸。此反响中的酶是一种依靠NAD+的含硫醇酶，它能把无机磷酸联合到反响产物上。这一氧化反响因为产生一个高能磷酸化合物和一个 NADH+H+，所以从产能和产复原力的角度来看都是十分重要的。7）l,3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下形成3-磷酸甘油酸。此酶是一种依靠Mg2+的酶，它催化1,3-二磷酸甘油酸C-1地点上的高能磷酸基转移到ADP分子上，产生了本门路中的第一个ATP。这是借底物水平磷酸化作用而产ATP的一个实例。8）3-磷酸甘油酸在磷酸甘油酸变位酶的作用下转变为2-磷酸甘油酸。9）2-磷酸甘油酸在烯醇酶作用下经脱水反响而产生含有一个高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸。烯醇酶需要Mg2+、Mn2+或Zn2+等二价金属离子作为激活剂。10）磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下产生了丙酮酸，这时，磷酸烯醇式丙酮酸分子上的磷酸基团转移到ADP上，产生了本门路的第二个ATP，这是借底物水平磷酸化而产生ATP的又一个例子。由上可知在无氧条件下，整个EMP门路的产能效率是很低的，即每一个葡萄糖分子仅净产2个ATP，但此中产生的多种中间代谢物不单可为合成反响供给原资料，并且起着连结很多有关代谢门路的作用。从微生物发酵生产的角度来看，EMP门路与乙醇、乳酸、甘油、丙酮、丁醇和丁二醇等大批重要发酵产物的生产有着亲密的关系。EMP门路是多种微生物所拥有的代谢门路，其产能效率虽低，但生理功能极其重要：①供给ATP形式的能量和NADH形式的复原力，厌氧微生物是以此门路作为获取能量的独一方式；②是连结其余几个重要代谢门路的桥梁，包含三羧酸循环（TCA）、HMP门路和ED门路等；③为生物合成供给多种中间代谢物；④经过逆向反响可进行多糖合成。若从EMP门路与人类生产实践的关系来看，则它与乙醇、乳酸、甘油、丙酮和丁醇等的发酵生产关系亲密。b.PP门路6除了经过EMP门路氧化葡萄糖外，大多半微生物还有一条完全分解葡萄糖为CO2和水的门路，即是葡萄糖在转变为 6-磷酸葡萄糖酸后就分解为 CO2和5-磷酸核酮糖，也就是在单磷酸己糖的基础上开始降解，故称单磷酸己糖门路，简称PP门路，旧称HMP门路。又因为所生成的磷酸戊糖可从头构成磷酸己糖，形成循环反响，所以又常称为磷酸戊糖门路，见图1-2。图1-2HMP门路简图PP门路比EMP门路复杂，能够获取好多产物，如C3、C5、C7等磷酸糖酯。该门路主要特色是葡萄糖直接脱氢和脱羧，不用先经三碳糖的阶段；另一特色是只有NADP参加反响。PP门路在微生物生命活动中意义重要：①供给 5-磷酸核糖，以合成嘌呤和嘧啶核苷酸，最后合成核酸、辅酶等；②供给大批的复原力NADPH＋H＋，除了部分被转氢酶催化变为 NADH＋H＋，再进入呼吸链氧化，可生成大批的 ATP外，主要仍是作为细胞合成脂肪酸、胆固醇、谷氨酸等需氢的一种重要根源；③门路中的4-磷酸赤藓糖是合成芬芳族氨基酸的前体； ④磷酸戊糖循环的功能关于光能和化能自养菌拥有重要作用， 这两类微生物细胞中的含碳成分都是由 CO2和1,5-二磷酸核酮糖缩合而成，尔后者是由 5-磷酸核糖转变而来；⑤生成的 6-磷酸果糖、3-磷酸甘油醛等可进入 EMP门路，从而代谢为丙酮酸，这样PP门路与EMP门路相联系。所以，PP门路在物质代谢中很重要，在大多半好氧和兼性厌氧微生物中都有这条门路。PP门路与EMP门路、TCA循环能够同时存在于一细胞内，只有7少量细菌以PP门路作为有氧分解的独一门路，比如弱氧化醋杆菌和氧化醋单胞菌。c.ED门路N.Entner和M.Doudorff在对嗜糖假单胞菌的研究时发现，该菌缺乏6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶，从葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖酸以后不氧化脱羧，而是在脱水酶作用下脱水，生成2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸，后者由脱氧酮糖醛缩酶催化裂解成为3-磷酸甘油醛和丙酮酸，这就是 ED门路，如图1-3。3-磷酸甘油醛转入EMP门路后半部分可转变为丙酮酸，因此 ED门路的总反响式为：C6H12O6＋NAD＋＋NADP＋＋Pi＋ADP → 2CH3COCOOH＋NADH＋NADPH＋2H＋＋ATPED门路是少量EMP门路不完好的细菌比如 Pseudomnasspp一.(些假单胞菌)和Zymomonasspp.(一些发酵单胞菌)等所独有的利用葡萄糖的代替门路，其特色是利用葡萄糖的反响步骤简单，产能效率低(1分子葡萄糖仅产1分子ATP，仅为EMP门路之半)，反响中有一个6碳的重点中间代谢物——肋PG。因为ED门路可与EMP门路、HMP门路和TCA循环等各样代谢门路相连结，所以能够互相协调，以知足微生物对能量、复原力和不一样中间代谢物的需要，宽泛散布在细菌特别是革兰氏阴性菌中。比如，经过与HMP门路连结可获取必需的戊糖和NADPH2等。别的，在四门路中所产生的丙酮酸对 Zymomonasmobilis(运动发酵单胞菌)这种微好氧茵来说，可脱羧成乙醛，乙醛进一步被 NADH2复原为乙醇。这种经ED门路发酵产生乙醇的过程与传统的由酵母菌经过 EMP门路生产乙醇不一样，所以称作细菌酒精发酵。8图1-3ED门路简图d.TCA循环好氧微生物在有氧状况下，经过三羧酸循环（ tricarboxylicacidcycle，简称TCA循环）完好氧化，生成各样生物合成的中间体、 CO2和水，同时产生大批的复原力（NADPH2、NADH2和FADH2），这些复原力经过电子传达链生成 ATP。这是一个宽泛存在于各样生物体中的重要生物化学反响，在各样好氧微生物中广泛存在。葡萄糖经EMP门路降解为丙酮酸后，丙酮酸不可以直接进入三羧酸循环。在有氧状况下，丙酮酸需要失掉1分子的CO2，降解成乙酰CoA，此反响分五步由丙酮酸脱氢酶复合物催化达成。这一反响自己并不是是三羧酸循环的一部分，但它是所有糖类经丙酮酸进入三羧酸循环所一定经过的。三羧酸循环也叫柠檬酸循环（citricacidcycle）或Krebs循环（theKrebscycle）。在三羧酸循环中，经过一系列的生化反响门路，储藏在乙酰CoA中大批潜伏的化学能被逐渐开释出来。在这个循环中，经过一系列氧化和复原反响把化学潜能以电子的形式转移到电子载体（主假如NAD）上。丙酮酸的衍生物被氧9化，辅酶被复原。三羧酸循环在3C化合物丙酮酸脱羧后，形成NADH＋H＋，并产生2C化合物乙酰CoA，由它与4C化合物草酰乙酸缩合形成6C化合物柠檬酸。经过一系列氧化和转变反响，6C化合物经过5C化合物又从头回到4C化合物——草酰乙酸，再由它接受来自下一个循环的乙酰CoA分子。整个三羧酸循环的总反响式为：丙酮酸＋4NAD＋＋FAD＋GDP＋Pi＋3H2O→3CO2＋4（NADH＋H＋）＋FADH2GTP三羧酸循环不单为机体供给大批的能量， 并且三羧酸循环的中间产物是细胞进行生物合成的原料，它们是合成反响的起点成分。比如α -酮戊二酸和草酰乙酸分别可合成谷氨酸族和天冬氨酸族氨基酸； 琥珀酰CoA可作为卟啉环的前体；柠檬酸作为脂肪酸生物合成中线粒体内乙酰 CoA的前体等。所以，三羧酸循环位于全部分解代谢和合成代谢中的枢纽地位。总反响如图 1-4。图1-4TCA循环101.1.2合成代谢微生物的合成代谢就是微生物将简单的无机物或许有机物用体内的各样酶促反响合成大分子即菌体物质的过程。 整体来说，能够归纳为三个阶段：产生三因素能量、复原力、小分子化合物；合成前体物氨基酸、单糖、氨基糖、脂肪酸、核苷酸；合成大分子蛋白质、核酸、脂肪、多糖。（1）大分子前体物的合成单糖的合成异养微生物所需要的各样单糖及其衍生物往常是直接从其生活的环境中吸收并衍生而来，也能够利用简单的有机物合成。 自养微生物所需要的单糖则需要经过同化CO2合成。单糖的合成和互变都要耗费能量，能量都来自 ATP的水解。不论自养微生物仍是异养微生物，其合成单糖的门路一般都是经过 EMP途径逆行合成6—磷酸葡萄糖，而后再转变为其余糖。单糖合成的中心环节是葡萄糖的合成； 但自养微生物与异养微生物合成葡萄糖的前体根源不一样。自养微生物主要经过卡尔文循环同化 CO2，产生3—磷酸甘油醛，再经过 EMP门路的逆转形成葡萄糖。自养微生物也能够经过复原性三羧酸循环同化CO2，获取草酰乙酸或乙酰辅酶 A进一步产生丙酮酸，以后再进一步合成磷酸己糖。自养微生物还能够经过厌氧乙酰辅酶 A门路固定CO2，形成丙酮酸，丙酮酸逆EMP门路生成1，6-二磷酸果糖，再在1，6-二磷酸果糖两的作用下生成6-磷酸果糖。异养微生物可利用乙酸为碳源经乙醛酸循环产生草酰乙酸；利用乙醇酸、草酸、甘氨酸为碳源时经过甘油酸门路生成3-磷酸甘油醛；以乳酸为碳源时，可直接氧化成丙酮酸；将生糖氨基酸脱去氨基后也可作为合成葡萄糖的前体。详细合成过程见图1-5.11图1-5单糖的合成氨基酸的合成绝大多半微生物能自行从头合成用于蛋白质合成的 20种氨基酸。且微生物中20种氨基酸的合成门路，已经获取透辟研究。氨基酸碳架来自新陈代谢的中间化合物。如丙酮酸、α-酮戊二酸、草酞乙酸或延胡索酸、4-磷酸赤癣糖、5-磷酸核糖等；而氨基则经过直接氨基化或转氨反响而导入。无机氮只有经过氨才能渗透有机化合物，分子氮经过固氮作用复原成氨。硝酸和亚硝酸则经过同化作用复原为氨。合成氨基酸的方式有三种：①氨基化作用：它是指α-酮酸与氨反响形成相应的氨基酸，是微生物同化氨的主要门路：如氨与α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的作用下，以复原辅酶为供氢体，经过氨基化反响合成谷氨酸。②转氨基作用：这是指在转氨酶催化下，使一种氨基酸的氨基转移给酮酸，形成新的氨基酸的过程。它一般存在于各样微生物体内，可耗费过多的氨基酸，获取某些缺乏的氨基酸。③前体转变：氨基酸还能够经过糖代谢的中间产物，经—系列生化反响合成。如苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸等经过一个复杂的莽草酸途行合成。磷酸烯醇式丙酮酸和4-磷酸赤癣糖经若干步骤合成莽草酸，莽草酸又经几步反响合成分枝酸，由此分别合成苯丙氨酸、酪氨酸以及色氨酸。12（2）大分子有机物质的生物合成核酸的生物合成·DNA的生物合成DNA合成按半保存复制方式开始于特别的起点， 单向或双向进行，相对分子质量小的环状DNA能够滚环式复制，DNA复制需要DNA聚合酶、RNA聚合酶、解链蛋白、解螺旋蛋白、多核苦酸连结酶和 RNA引物等。DNA开始合成时需要RNA聚合酶在DNA上辨识开端点，再由解链蛋白使DNA双链分开，由解螺旋蛋白快速解旋。DNA双链翻开后，在RNA聚合酶的作用下合成RNA片段(约50—100个核苷酸长度)作为引物，先在DNA聚合酶Ⅲ的作用下，分别以两条DNA链为模板从5’至3’，在引物上合成1000—2000个核苷酸的DNA片段(冈崎片段)，再由DNA聚合酶I水排除掉RNA引物，由多核苷酸连结酶将片段连成DNA长链，见图1-6。图1-6DNA的合成RNA的合成①DNA指导下的RNA合成(转录)：在RNA聚合酶的催化下，4种核苷三磷酸聚合成与模板DNA互补的RNA。依靠DNA的RNA生物合成有4种功能不一样的核糖核酸；转移RNA、信使RNA、核蛋白体RNA和(噬菌体RNA)。13②RNA指导下的RNA的合成(RNA复制)：由依靠RNA的RNA聚合酶催化，以病毒RNA为模板，4种核苷三磷酸为原料合成病毒RNA。合成过程见图1-7。蛋白质的合成蛋白质生物合成的体制较复杂，大概需要200种生物大分子，此中包含tRNA、mRNA、核糖体、可溶性蛋白质因子等参加。蛋白质合成的过程大概分为 3个阶段：（1）氢基酸的激活。每一种氨基酸均须由特异性的活化酶系统激活变为活化型的氨酰—tRNA后才能用于合成蛋白质，这种酶称为氨酰— tRNA合成酶。（2）肽链合成的起动和肽链的延长。蛋白质合成的开端过程很复杂，主要有3种开端团十(IFl，2，3)参加反响。开端达成即进入延长阶段，有 3个延长因子(Tu、Ts、GTP)参加反响。他分三步：氨酰—tRNA与核糖体的联合反响，转肽反响，核糖体的移位反响。（3）肽链合成的停止和开释。肽链的合成停止于 mRNA上的停止密码于UAA、UAG和UGA，停止反响需要Rl、R2和R3协助因子。合成过程见图 1-8。14图1-8蛋白质合成过程多糖的合成微生物的多糖与多糖衍生物都是由单糖或单糖衍生物经过糖苷化作用合成的。微生物的多糖种类好多，如纤维素、几丁质、多聚葡萄糖、多聚甘露糖、肽聚糖、脂多糖等，它们的构造十分复杂，分子大小、合成门路都各不同样。在此以金黄色葡萄球菌细胞壁肽聚糖的合成门路为例， 简单论述肽聚糖的生物合成过程。构成肽聚糖骨架的生物合成和装置过程可分为 3个阶段，如图1-9。肽聚糖生物合成的第一阶段在细胞质中进行。出葡萄糖逐渐合成 UDP—N—乙酰葡萄糖胺(UDP—GNAc)和UDP—N—乙酰胞壁酸(UDP—MuNAc)；再由N—乙酰细胞壁酸合成A—乙酰胞壁酸五肽，是将氨基酸逐一加到UDP—A—乙酰胞壁酸上的。D—环丝氨酸可使丙氨酸消旋酶失活，阻挡L—丙氨酸变为D—丙氨酸，致使N—乙酰胞壁酸三肽累积，最后致使细胞壁裂解。肽聚糖生物合成的第二阶段包含 N—乙酰葡萄糖胺与 N—乙酰胞壁酸五肽的联合生成肽聚糖单体和类脂载体的重生。 这一阶段在细胞质膜 k长进行。类脂载体C55类异戊二烯醇经过两个磷酸基与 N—乙酰胞壁酸分子相连， N—乙酰葡萄15糖胺从UDP—N—乙酸葡萄糖胺转到UDP—N—乙酰胞壁酸上。双糖五肽亚单位在细胞膜内表面合成后，因为类脂载体的联合，使亲水分广转变结婚脂分。使它能顺利经过疏水性很强的细胞膜转移到膜外，同时开释出载体C55类脂。它在焦磷酸化酶的作用，水解脱磷酸，答复原状，又从头作载体。肽聚糠生物合成的第三阶段在细胞壁中进行。 新合成的肽聚糖单体被运送到现有细胞壁生长点，肽聚糖单体与现有的细胞壁剩余分子间先发生转糖基作用，使多糖链横向延长 1个双糖单位。再经过转肽酶的转肽作用，使前后两条多糖链的甲肽尾五甘氨酸肽的游离氨基与乙肽尾的第四个氨基酸的羧基联合形成一个肽键，使多糖间发生交联，这一步反响称为转肽作用。这时，乙肽尾从原有的五肽变为正常肽聚糖分子中的四肽尾了。图1-9多糖的合成1.2微生物能量代谢微生物进行生命活动需要能量， 这些能量主要包含化学能和光能。 微生物从外界环境中失掉营养物质，在体内经过一系列的反响，转变为自己细胞物质，以保持其正常生长和生殖，这一过程即新陈代谢，简称代谢。1.2.1生物氧化有机物质在生物体细胞内氧化分解产生二氧化碳和水， 并且开释出大批的能量的过程称为生物氧化（ biologicaloxidation）,又称细胞呼吸或组织呼吸。生物16氧化和有机物质体外焚烧在化学实质上是同样的，依照氧化复原反响的一般规律，所耗的氧量、最后产物和开释的能量均同样。主要拥有以下几个特色：（1）在细胞内，平和的环境中经酶催化逐渐进行。（2）能量逐渐开释。一部分以热能形式发散，以保持体温，一部分以化学能形式储藏供生命活动能量之需（约40%）。（3）生物氧化生成的水是代谢物脱下的氢和氧联合产生，水也是直接参加生物氧化反响，CO2由有机酸脱羧产生。4）生物氧化的速率由细胞自动调理。在真核生物细胞内，生物氧化都是在线粒体内进行，原核生物则在细胞膜长进行。1、细胞中的氧化复原反响与能量产生物质失掉电子称为氧化，含有氢的物质在失掉电子的同时陪伴着脱氢或加氢。物质获取电子称为复原，在获取电子的同时可能陪伴着加氢或许脱氢。可见氧化和复原是两个相反而偶联的反响，即一物质的氧化必定陪伴着另一物质的复原，称为氧化复原反响，能够表示为AH22H2eA(氧化)B2H2e-BH2(复原)AH2BABH2(氧化复原)在分解代谢中，电子供体一般指能源，当电子供体与电子受体偶联起来发生氧化复原反响时能开释出能量，两个相偶联（氧化 -复原分子对，或称 O-R对）的反响之间复原势相差愈大，开释的能量就愈多。2、高能化合物和ATP的合成基质经过氧化复原反响产生的能量能够转变为高能化合物， 供细胞用于做功。高能化合物是在水解过程中能够开释大批自由能的有机物分子。自由能以 G表示，生化反响中自由能的变化表示为△ G，负值说明反响中有自由能开释，反响能自觉进行，这是称为产能反响；正当说明不可以自觉反响，需外界能量，称为吸能反响。（1）细胞中的高能化合物很多高能化合物起码含有一个高能磷酸键。有些化合物虽拥有磷酸键，但所含能量不够高，不算高能化合物。（2）细胞合成ATP的门路17ATP含有三个磷酸基，此中2个磷酸以高能键（符号～表示）相连。当细胞需要能量时，ATP尾端磷酸基水解，产生一分子ADP，一分子无机磷酸（Pi）并开释能量。ATP的化学构造式如图1-10所示：图1-10ATP的构造和高能磷酸键微生物产生ATP有3种方式，即底物水平磷酸化，呼吸链（氧化）磷酸化和光合磷酸化。（1）底物水平磷酸化特色是：底物在氧化的过程中生成含高能磷酸键的化合物，经过相应酶的作用将此高能磷酸根转移给 ADP生成ATP。这种种类的氧化磷酸化方式在生物代谢过程中广泛发生，其通式：X～P+ADP → X+ATP碳水化合物是微生物最常用的能源，但蛋白质、类脂和核酸也可用作能源。碳水化合物在氧化过程中能够供给大批电子。 底物水平磷酸化常有过程的简化图见图1-11示。18图1-11底物水平磷酸化简图（2）氧化磷酸化经过呼吸链产生ATP的过程称为电子水平磷酸化或氧化磷酸化。这种磷酸化的特色是当由物质氧化产生的质子和电子向最后电子受体转移时需经过一系列的氢和电子传达体，每个电子传达都是一个氧化复原过程。这一系列氢和电子传达体在不一样生物中迥然不一样，构成一条电子传达链，称为呼吸链。流动的电子经过呼吸链时逐渐放出能量，该能量可使ADP生成ATP。在呼吸链中，氢和电子传达体主要由各样辅酶和辅基构成，呼吸链的这些酶系定向有序的，又不是对称的摆列在真核微生物的线粒体内膜上，或摆列在原核微生物的细胞质膜上。原核生物和真核生物呼吸链含有近似的基本的氧化复原载体，就当前所知，呼吸链中主要的中间电子传达体成员是泛醌（CoQ）和细胞色素系统。（3）光和磷酸化光合磷酸化是光能转变为化学能的过程。在这种转变中光和色素起侧重要作用。微生物中的蓝细菌、光合细菌以及嗜盐细菌的光合色素的光合磷酸化特色均有不一样。进行光合磷酸化的细菌分为三类：蓝细菌、光合细菌、嗜盐细菌。蓝细菌进行光合作用是依靠叶绿素。和高等植物同样，蓝细菌在光合作用中复原CO2的电子是来自水的光解，并有氧的开释，并把这种光合作用称为放氧型光合作用，属非环式光合磷酸化，其特色是有由光合色素构成的Ⅰ与Ⅱ两个光反响系统。 光19合细菌：光合细菌包含紫细菌和绿细菌， 它们是在厌氧条件下靠细菌叶绿素进行光合作用。细菌叶绿素是光合细菌的光反响色素， 它也是拥有镁卟啉环的中心结构，但侧链不一样于叶绿素，当前已发现有 a、b、c、d、e等5种。绿硫细菌的光反响中心色素主假如细菌叶绿素 c、d和e。嗜盐细菌：其光合系统较一般光合细菌更简单，它不含细菌叶绿素，也不存在电子传达链，只拥有独一的色素蛋白，这就是存在于质膜中的细菌视紫红质构成， 它是由视黄醛以烯醇式碱基与蛋白质的赖氨酸残基经过共价键相连而构成。1.2.2生物氧化的种类微生物在进行生命活动的过程中需要耗费能量。这些能量来自物质的氧化。在物质氧化的过程中，依据最后电子受体性质不一样，微生物产生能量的方式有3种，即发酵、有氧呼吸和无氧呼吸。如表1-1表1-1微生物的三种产能方式发酵最后电子受氧化过程的中间产物，是简单的酵母菌、乳酸呼体有机醇，有机酸，甲烷，CO2，杆菌吸最后产物能量类好氧呼最后电子受O2霉菌、放线菌、型吸体CO2，H2O，能量枯草杆菌最后产物无氧呼最后电子受342-，CO32-，CO2反硝化细菌、NO-，SOCH，H0，HS，N，NH，能最后产物量烷菌微生物的呼吸种类的比较，如图表1-2：20图1-2微生物呼吸种类比较呼吸类最后电子受参加反响的酶及电子传最后产物开释总能量型体递系统好氧呼O2脱氢酶、脱羧酶、NO3-CO22876KJ吸细胞色素氧化酶、NAD、2O2-4HSOFAD、辅酶QCO32-ATPSFe3+乙醇发中间代谢产脱氢酶、脱羧酶、乙醛还低分子有机238.3KJ酵物原酶、NAD物、ATP、CO2无氧呼NO342-，脱氢酶、脱羧酶、硝酸盐NH4+、CO2反硝化：-，SO吸32-，CO2复原酶、硫酸盐复原酶、221756KJCOHOATPHSNADCH4、琥珀反硫化：酸1126KJ别的，微生物的呼吸种类又能够分为：外源呼吸和内源呼吸两种。利用外源营养物的生物氧化作用进行生命活动时称为外源呼吸，在外源营养严重缺乏时候，微生物不可以利用外界营养物质， 不得不利用自己的物质细胞物质， 这种内源呼吸只好保持微生物短暂的生命活动。（1）发酵作用在生理上，发酵作用是不需要分子态氧（ O2）作电子受体的氧化作用，为厌氧代谢，在此过程中电子供体和受体都是有机物分子。 作为基质的有机物不过部分碳原子被氧化，所形成的某些中间产物又作为受氢体接受氢而形成的新的产物。酒精发酵和乳酸发酵是这种作用的典型代表。发酵产生ATP的体制主假如底物水平的磷酸化，即有底物氧化而产生的高能磷酸键被转移到ADP分子上形成ATP。（2）有氧呼吸有氧呼吸即呼吸作用，是指微生物氧化底物时以分子氧作为最后电子受体的氧化作用。经过有氧呼吸可将有机物完全氧化并开释出储藏在有机物中的大批能量，此中一部分转移到 ATP中，另一部分则以热的形式散出。有氧呼吸的特点是一定有氧气参加，底物氧化完全，产能量大。有氧呼吸是需氧和兼性厌氧微21生物在有氧条件下进行的呼吸种类和生物氧化方式。（3）无氧呼吸化合物氧化脱下的氢和电子经呼吸链传达，最后交给无机氧化物的过程称为无氧呼吸。与有氧呼吸不一样的是，在这个过程中并无分子氧的参加， 而是以无机氧化物，如;NO3-NO-42-22-CO2等取代分子氧作为最后电子受体。与23SOSO有氧呼吸同样的是，无氧呼吸过程中底物氧化脱下的氢和电子也经过细胞色素等一系列中间传达体，并陪伴有磷酸化作用产生 ATP，底物也被完全氧化。但与有氧呼吸对比，因最后电子受体为无机氧化物， 一部分能量转移给它们，因今生成的能量不若有氧呼吸的多。进行厌氧呼吸的微生物主假如厌氧菌和兼性厌氧菌，它们的活动能够造成反硝化作用，也成为脱氮作用、脱硫作用和甲烷发酵作用。1.3微生物代谢调控微生物的新陈代谢盘根错节，参加代谢的物质又多种多样，即便同一种物质也会有不一样的代谢门路，并且各样物质的代谢之间存在着复杂的互相联系和互相影响。在长久的进化过程中，微生物成立了一套严实、精准、敏捷的代谢调理体系，能严格地控制代谢活动，使之有序而高效地运转，并能灵巧地适应外界环境，最经济地利用环境中的营养物。微生物的代谢调理拥有多系统、 多层次的特色，关于原核微生物而言，包含物质运输(汲取营养和清除代谢产物 )利代谢反响的调控，后者主假如指酶的调控，包含酶的表达及酶的活性的调控。 真核微生物的调控方式较为复杂， 除了上述方式，还有酶的翻译、修饰水平的调控，以及转录、转录后加工等层次的调理等。1.3.1酶活性的调理经过改变酶分子的活性来调理代谢速度的调理方式称为酶活性的调理。 酶活性的调理方式直接，并且反响快，是发生在蛋白质水平上的调理。 活性受究竟物或产物(或其构造近似物)影响的酶称为调理酶。这种影响能够是激活、也能够是克制酶的活性。221.3.1.1酶的激活1）前体激活往常把底物对酶的影响称为前馈， 产物对酶的影响称为反应。前馈作用一般是对酶的活性起激活作用，在分解代谢中，后边的反响可被较前方反响的中间产物所促使。2）小分子离子激活金属离子如Mg2+、K+关于多种酶拥有激活作用，如EMP门路中，磷酸果糖激酶的活性遇到Mg2+的促使。3）赔偿激活在有关代谢门路中，一条代谢门路中的中间产物的累积，能够刺激此外一条代谢门路的重点酶或其余酶的活性提升。如在精氨酸生物合成门路中，鸟氨酸的累积能够刺激氨甲酰磷酸合成酶的活性，从而促使精氨酸的合成。1.3.1.2酶的克制酶的克制包含竞争性克制和反应克制，在微生物代谢调理中更常有的是反应克制，特别是尾端产物对酶活性的反应克制。酶的克制体制能够用别构酶学说来解说：调理酶往常是别构酶，是催化代谢门路一系列反响中的重点酶。一般拥有多个亚基，包含催化亚基和调理亚基。克制过程的效应物称为克制剂，调理酶的克制剂往常是尾端代谢产物或其构造近似物。克制剂与调理亚基联合惹起酶构象发生变化，使催化亚基的活性中心发生改变，酶的催化性能随之遇到影响。效应物的作用是可逆的，一旦效应物浓度降低，酶活性就会恢复。酶活性也遇到能荷的调理。能荷不单能调理ATP合成系统的酶的活性，也能调理ATP利用系统的酶的活性。当能荷在0.71以上时，ATP合成系统的酶活性遇到克制，ATP利用系统的酶活性则急剧上涨；能荷较低时，状况则相反。1.3.2酶合成的调理这是经过调理酶合成的量来控制微生物代谢速度的调理体制， 这种调理在基因转录水平长进行，对代谢活动的调理是间接的、 也是迟缓的，它的长处是经过阻挡酶的过度合成，能够节俭生物合成的原料和能量。 酶合成的调理主要有两种23种类：酶的引诱和酶的隔绝。1.3.2.1酶的引诱1）次序引诱第一种酶的底物会引诱第一种酶的合成， 第—种酶的产物又可引诱第二种酶的合成．依此类推合成—系列的酶，再挨次合成分解中间代谢物的酶， 以达到对较复杂代谢门路的分段调理。2）同时引诱即加入一种引诱别后，微生物能同时或几乎同时合成几种酶， 它主要存在于较短的代谢门路中、合成这些酶的基来由同一个操控子所控制。1.3.2.2酶的隔绝在某代谢这样中，当尾端产物过度时，微生物的调理系统就会阻挡代谢门路中包含重点酶在内的一系列酶的合成，从而完全地控制代谢，减少尾端产物生成，这种现象称为酶合成的隔绝；可被隔绝的酶称为隔绝酶。隔绝的生理学功能是节约生物体内有限的养分和能量。酶合成的隔绝主要有尾端代谢产物隔绝和分解代谢产物隔绝两种种类。1）尾端代谢产物隔绝因为某代谢门路尾端产物的过度累积而惹起酶合成的(反应)隔绝称为尾端代谢产物隔绝。往常发生在合成代谢中，