普通微生物学课件

普通微生物學緒論一、微生物學研究的內容 什麼是微生物*二、微生物學發展概況* 呂文虎克；巴斯德；柯赫……三、微生物學研究促進了人類的進步(意義) 生物工程學與微生物的關係*微生物學研究的內容微生物是一群多不易用肉眼看見（清）的，個體微小的，形態結構簡單的單細胞、簡單多細胞及無細胞結構的低等生物。微生物學是研究微生物及其生命活動規律和應用的科學。從應用上看，依工作範圍可分為農業微生物學、工業微生物學、醫學微生物學、獸醫微生物學、食品微生物學、地質微生物學和環境微生物學等。微生物研究範圍細胞結構

核類型

類別

六界分類系統非細胞 病毒* 病毒界 普通細菌* 放線菌* 原核 藍細菌* 原核生物界 立克次氏體等* 古細菌*

酵母菌*細胞 真菌黴菌* 真核 食用菌* 真核生物界 藻類高等 單細胞*

原生動物 原生生物界 植物 植物界 動物 動物界生物的共同特點：（復習）（1）生物體基本組成單位是細胞。（2）化學組成相似。（3）具有相似的新陳代謝等功能（活動）（4）受基因控制的遺傳機制相同。（5）具有繁殖功能。微生物的共性體積小，面積大（比表面積大，本質）吸收多，轉化快（生化轉化能力強）生長旺，繁殖快（發酵、科研、害處）適應強，易變異（益處、害處）分佈廣、種類多（陸、海、空以及整個生物圈；代謝類型、產物、數量多）微生物學發展概況*一、古代人類對微生物的應用二、微生物形態學發展階段（1676-1861）

呂文虎克三、微生物生理學發展階段（1861-1930） 巴斯德、科赫四、近現代微生物學發展階段（1930-） 生物工程學什麼是生物工程(學)？生物工程(學)包括五大工程：遺傳工程細胞工程微生物工程酶工程生物反應器工程Leeuwenhoek呂文虎克（荷蘭人）

擅長磨制高倍放大鏡觀察不同來源的微生物的樣品（水、血液、牙垢、腐敗物質、精子……）描述了他所看到的各種微動體並附有繪圖Pasteur—微生物學之父

否定自然發生學說對發酵的研究（酒精發酵、丁酸發酵…）巴斯德滅菌法免疫學說（炭疽病、狂犬病等）Robertkoch—細菌學之父建立微生物學基本研究技術（分離純化細菌）培養基製作技術染色技術（鞭毛染色）柯赫法則巴斯德的曲頸瓶實驗：否定自然發生學說柯赫的證病學說（柯赫法則）近現代微生物學發展階段1929，發現青黴素1941，“一個基因一條多肽鏈”學說1944，DNA為遺傳物質的證明1953，DNA雙螺旋模型建立1961，操縱子學說1965，三聯密碼子學說1970s，生物工程學的發展第一節遺傳變異的基本概念一、基本概念

1.遺傳型（基因型）；2.遺傳性；3.表型

4.變異；5.飾變二、遺傳物質在細胞內的存在部位和方式

1.七個水準；2.原核生物的質粒三、遺傳變異的經典實驗

1.經典轉化實驗；2.噬菌體感染實驗

3.植物病毒的重建實驗

一、基本概念遺傳型（基因型）遺傳性表型變異飾變二、遺傳物質的存在部位和方式七個水準(p224)細胞水準細胞核水準(包括真核生物的質粒)染色體水準核酸水準基因水準(密碼子水準)核苷酸水準原核生物的質粒（下頁）染色體質粒具有獨立複製能力的小型共價閉合環狀DNA分子。質粒是一種複製子，如果其複製與核染色體的複製同步．稱為嚴密型複製控制，在這類細胞中只含1—2個質粒，另一類其複製與核染色體複製不同步，稱為鬆弛型複製控制F因數又稱致育因數或性因數，是E．coli等細菌中決定性別的質粒。R因數又稱R質粒，它使細菌具有抗多種抗生素的特性而且它還能將這類抗藥性轉移到其他菌株甚至其他種。也可用作基因載體。降解性質粒

COI因數即產大腸揚桿菌素因數Ti質粒巨大質粒R因數結構Tn9Tn21Tn10Tn8RTFRdeterminant根癌土壤桿菌導致的病害三、遺傳變異的經典實驗經典轉化實驗噬菌體感染實驗植物病毒的重建實驗經典轉化實驗研究人員：F.Griffith；材料：肺炎雙球菌1.動物實驗 2.細菌培養實驗3.無細胞抽提液經典轉化實驗圖例噬菌體感染實驗(p222)植物病毒的重建實驗(p223)第二節基因重組一、原核微生物的基因重組

1.轉化 2.轉導 3.接合

4.原生質體融合二、真核微生物的基因重組

1.有性雜交 2.准性雜交三、基因工程

1.基因工程的基本操作

2.基因工程的應用和發展前景

一、原核微生物的基因重組

p2541.轉化 2.轉導 3.接合 4.原生質體融合1.轉化轉化是一個細菌的DNA片段轉入到另一細菌細胞內，並使後者獲得新遺傳性狀的現象。轉化因數無細胞DNA片段。感受態細胞每個可摻入1—10個轉化因數。轉化過程可分為兩個階段：

第一階段是外源的雙鏈DNA結合到受體細胞表面上後，其中一條DNA單鏈被徹底降解，另一條DNA單鏈進入細胞內。

第二階段是進入到細胞內的外源DNA與受體細腦染色體的同源段進行配對，並通過交換整合到受體菌的染色體中。從而外源DNA攜帶的遺傳性狀便在遺傳中得到表達。轉化示意圖2.轉導轉導是以噬菌體為媒介，將供體細胞的DNA片段攜帶到受體細胞中，從而使受體細胞獲得了供體細胞部分遺傳性狀的現象。噬菌體的轉導作用可分為普遍性轉導和局限性轉導兩種類型。普遍性轉導普遍性轉導是指噬菌體對宿主的遺傳物質攜帶和轉移沒有專一性的一種轉導，它可以攜帶宿主細胞內任何一個染色體片段或質粒DNA。局限性轉導局限性轉導是指某些溫和噬菌體可以特定地轉導某些基因的現象。轉導示意圖3.接合細菌的接合是指兩個細菌細胞接觸，相互之間暫時溝通並傳遞遺傳物質的過程。細菌接合時是雄性細菌將F質粒注人雌性細菌的細胞內。雄性細菌：是指含有F質粒的細菌，用F+表示；雌性細菌是指不含F質粒的細菌，用F—表示。當F+與F-結合時，F+細胞即可將複製的F質粒的一條鏈注入F—細胞。F—細胞獲得F+質粒後，就變成了F’細胞。F’質粒帶有染色體DNA的F質粒。F’菌株帶有F’質粒的菌株。Hfr菌(高頻重組菌株)F質粒進入到F—細菌中，如果整合到染色體DNA上，該菌株便稱為—。接合示意圖大腸桿菌接合4.原生質體融合原生質體融合人為使遺傳性狀不同的細胞原生質體融合，之後產生基因重組，形成帶有雙親性狀的，遺傳穩定的新個體。比較供、受體關係整套染色體局部雜合高頻低頻染色體基因細胞融合或聯結性細胞真菌有性生殖

體細胞

真菌准性生殖

細胞間暫時溝通

接合性導細胞間不接觸游離DNA

轉化噬菌體攜DNA

轉導噬菌體供遺傳物質完整噬菌體

溶源轉變噬菌體DNA

轉染二、真核微生物的基因重組1.有性雜交細胞水準上的遺傳重組方式，指性細胞間的接合和染色體重組啤酒酵母2.准性雜交准性生殖(半知菌菌株)准性生殖過程：1.菌絲聯接；2.異核體的形成；3.核配；4.體細胞交換以及單倍體化比較比較專案准性生殖有性生殖親本細胞獨立生活的異核體階段接合後雙倍體形態雙倍體變為單倍體途徑接合發生的幾率形態相同體細胞有與單倍體基本相同通過有絲分裂幾率低，偶然出現性細胞無與單倍體明顯不同通過減數分裂幾率高，正常出現三、基因工程基因工程概念*基因工程的誕生基因工程研究內容基因工程的基本操作*基因工程的應用和發展前景概述基因工程概念基因工程的誕生1972年，美國斯坦福大學的P．Berg博士領導的研究小組，率先完成了世界上第一次成功的DNA體外重組實驗。1973年，斯坦福大學的S．Cohen等人也成功地進行了另外一個體外DNA重組實驗基因工程研究內容在基因組中，分離出人類需要的DNA片段，其中含有人類需要的基因；在體外對DNA分子進行重組，改造DNA；將重組DNA分子轉移到適當的受體細胞，並與之一起增殖；從受體細胞克隆中提取已經擴增的目的基因，進一步分析研究使用；從大量的細胞繁殖群體中，篩選出獲得重組DNA分子的受體細胞克隆；將目的基因表達，產生人類所需要的物質1869年，F．Miescher首次從萊茵河鮭魚精子中分離到DNA；1944年，O．T．Avery等人在肺炎鏈球菌轉化實驗中發現遺傳資訊的攜帶者是DNA而不是蛋白質；1953年，J．D．Watson和F．H．Crick提出DNA分子雙螺旋結構模型；1957年，Kornberg在大腸桿菌中發現DNA聚合酶I；1958年，M．Meselson和F．W．Stahl提出了DNA半保留複製模型；1959年，S．Ochoa發現RNA聚合酶；1961年，M．W．Nirenberg等人破譯出第一批遺傳密碼；1965年，S．W．Holley完成了第一個酵母丙氨酸tRNA的核苷酸全序列測定；1966年，M．W．Nirenberg，S．Ochoa和G．Khorana共同破譯了全部的遺傳密碼；重組DNA技術發展史大事記重組DNA技術發展史大事記(續)1970年，H．M．Temin等在RNA腫瘤病毒中發現反轉錄酶；1972年，H．Boyer等人發展了關於重組DNA技術；1975年，Sanger等人發明了快速的DNA序列測定技術；1980年，美國最高法院裁定微生物基因工程可以獲得專利；1981年，第一只轉基因小鼠和轉基因果蠅誕生；1982年，第一個由基因工程生產的藥物——胰島素，在美國和英國獲准使用；1983年，第一個表達其他種植物基因（一個基因）的轉基因植物培育成功；1985年，第一批轉基因家畜出生；1988年，J．D．Watson出任“人類基因組計畫”首席科學家；重組DNA技術發展史大事記(續)1990年，第一個轉基因玉米及轉基因小麥植株誕生；1994年，基因工程番茄在美國上市；1995年，《自然》雜誌彙集發表了人類基因組全物理圖，以及3號，16號和22號人染色體的高密度物理圖；1997年，克隆羊——多利誕生；1999年，超級鼠出生；2000年，人類基因組計畫完成基因工程基本操作示意圖基因工程的基本操作*基因工程的要素供體系統；受體系統；載體系統基因工程的基本操作獲得目的基因選擇載體(載體特點；常用載體)目的基因與載體DNA的體外重組，形成嵌合體重組載體進入受體細胞基因工程的應用和發展前景農業應用 定向育種工業應用 發酵生產胰島素醫學應用……

微生物學在其中的角色第三節 微生物基因突變和誘變育種一、基因突變突變類型及特點基因突變的機制微生物基因突變特點*二、突變與育種自發突變與育種誘變育種*一、基因突變(P229)突變類型依表型突變來劃分基因突變的機制自發突變；誘變劑的作用微生物基因突變特點*二、突變與育種自發突變與育種生產過程中選育定向培養誘變育種*誘變育種(P244)誘變育種的基本環節誘變育種大致可分為誘變、初篩、複篩、鑒定、培養等程式。營養缺陷型的誘變育種誘變育種的原則營養缺陷型的誘變育種營養缺陷型的篩選步驟，一般通過誘變處理、淘汰野生型、撿出和鑒定4個環節。誘變處理淘汰野生型青黴素法；菌絲過濾法撿出夾層培養法；逐個點種法鑒定將營養缺陷型的菌株接種在基本培養基中。然後用含有不同氨基酸或維生素的濾紙片放在培養基表面上，經培養後．在哪種營養物濾紙片周圍生長出的微生物即是該營養物質的營養缺陷型。第四節 菌種的衰退、復壯

和保藏(P271)一、菌種的衰退和復壯衰退的防止菌種的復壯二、菌種的保藏*

一、菌種的衰退和復壯概念衰退的防止菌種的復壯衰退指原有的典型性狀變得不典型。對產量性狀來說，菌種的負變就是衰退。復壯狹義上是在菌種已發生衰退的情況下，通過純種分離和測定生產性能等方法，使衰退的群體中找出少數尚未衰退的個體，以達到恢復該菌原有典型性狀的一種措施；廣義指在菌種的生產性能尚未衰退前就經常有意識地進行純種分離和生產性能的測定工作，以期菌種的生產性能逐步有所提高。概念菌種的衰退的防止控制傳代次數意即儘量避免不必要的移種和傳代，並將必要的傳代降低到最低限度，以減少自發突變的幾率。創造良好的培養條件在實踐中，有人發現如創造一個適合原種的生長條件，就可在一定程度上防止菌種衰退。利用不同類型的細胞進行接種傳代採用有效的菌種保藏方法菌種復壯的方法純種分離通過宿主體內生長進行復壯淘汰已衰退的個體概述營養是微生物生長的先決條件。營養為一切生命活動提供了必需的物質基礎，它是一切生命活動的起點。有了營養，才可以進一步進行代謝、生長和繁殖，並可能為人們提供種種有益的代謝產物。熟悉微生物的營養知識，是研究和利用微生物的必要基礎，有了營養理論，就能更自覺和有目的的選用或設計符合微生物生理要求或有利於生產實踐應用的培養基。食用菌基本概念營養是指生物體從外部環境攝取其生命活動所必需的能量和物質，以滿足其生長和繁殖需要的一種生理功能。營養物則指具有營養功能的物質。第一節 微生物的六種營養要素一、微生物細胞的化學組成

C、H、O、N、P、S……二、微生物的營養物質及其功能碳源氮源能源生長因數無機鹽水一、微生物細胞的化學組成類同於其他生物細胞（參考p99）化學物質：水分；蛋白質；核酸；糖類；脂類等化學元素：

C、H、O、N約占細胞幹重的90-97%； 約占細胞幹重的3-10%的礦質元素，主要是K、Mg、S、Ca、Na等； 其他為一些微量元素二、微生物的營養物質及其功能碳源（碳素營養）氮源（氮素營養）能源生長因數（生長因素）無機鹽（礦物營養）水碳源（碳素營養）概念：凡構成微生物生物細胞和代謝產物中碳架來源的營養物碳源的分類： （自養微生物、異養微生物）作用：碳架結構；提供能量實驗中常見碳源：葡萄糖等糖類物質；牛肉膏、蛋白腖等天然成分氮源（氮素營養）概念：來源：分類：（氨基酸自養型、氨基酸異養性）作用：細胞成分；一般不提供能源實驗中常見氮源:(NH4)2SO4；牛肉膏、蛋白腖、尿素等天然成分能源概念：提供最初能量來源的營養物或輻射能分類：光能、化能（有機物；無機物）水功能：溶劑（維持細胞膠體狀態）；調節細胞溫度；作為營養物質。少數微生物能利用水中的氫作為還原CO2時的還原劑。生長因數微生物量少，但可以促進生長的有機化合物的總稱。功能：（參閱p104）無機鹽主要元素和微量元素之分功能：主要元素構成細胞成分、與細胞透性有關；微量元素輔酶或酶的輔基生長因數的功能酵母膏成分無機鹽作用第二節 微生物的營養類型*根據微生物利用的能源和消耗的碳源不同，將微生物大體上分為四種營養類型：光能自養微生物光能異養微生物化能自養微生物化能異養微生物序號 分類標準 營養類型1 以能源分 光能營養型(photoproth)

化能營養型(chemotroph2 以氫供體分 無機營養型(lithotroph)

有機營養型(organotroph)3 以碳源分 自養型(autotroPh)

異養型(heterotroph)4 以合成 氨基酸自養型 氨基酸能力分 氨基酸異養型5 以生長因數分 原養型或野生型 營養缺陷型6 以取食方式分 滲透營養型(osmotroph)

吞噬營養型7 以獲得有機物分 腐生(saprophytism)

寄生(parasitism)光能自養微生物亦光能無機營養型這類微生物是利用光作為能源，利用CO2作為碳源產氧光合作用

CO2+H20光能/蘭細菌[CH20]+O2不產氧光合作用

C02+2H2S光能/綠硫菌[CH20]+2S+H20光能異養微生物亦光能有機營養型這類微生物是利用光作為能源，利用簡單有機物作為供氫體紅螺細菌利用異丙醇作為供氫體進行光合作用並積累丙酮

CH32 CHOH+CO2色素2CH3COCH3+CH2O+H2O CH3化能自養微生物這類微生物具有氧化一定的無機物的能力，例如NH4，N02，H2S，FeCO3等。利用氧化無機物時產生的能量把CO2合成有機碳水化合物。這類細菌有硝化細菌、氧化硫、硫桿菌、氧化鐵鐵桿菌等 2NH3+2O2亞硝酸細菌2HNO2+4H++能量

CO2+4H+—[CH2O]+H2O2FeCO3+3H2O+1/2O2鐵細菌2Fe(OH)2+2CO2+能量

CO2+H2O—[CH2O]+O2化能異養微生物有機化合物既是它們的碳源也是能源。 它們只能利用澱粉、糖、纖維素、有機酸、蛋白質等有機化合物作為碳素營養。能量也來自這些有機化合物的氧化所產生的化學能。這類微生物的種類和數量都很多，包括大多數的細菌、放線菌、幾乎全部的酵母菌和黴菌營養類型 能源 氫的供體 基本碳源 微生物

舉例光能無機營養(光能自養型) 光 無機物 二氧化碳 藍細菌 綠硫菌

藻類光能有机营养(光能異養型) 光 有機物 二氧化碳 紫色非

有機物 硫細菌化能無機營養(化能自養型)無機物 無機物 二氧化碳 硝化菌

氫細菌化能有机营养(化能異養型)有機物 有機物 有機物 大多數第三節 營養物質進入細胞的方式一、吞噬作用二、滲透吸收作用*

1.單純擴散

2.促進擴散

3.主動運送

4.基團移位1.單純擴散單純擴散又稱被動運送。是一種物理擴散方式，非特異性的由高濃度向低濃度擴散。可以通過的物質不多，如水分子、氧分子、乙醇和某些氨基酸分子。2.促進擴散這種運送方式必須借助於膜上底物特異性載體蛋白（滲透酶）的參與。這種載體蛋白運送溶質是由於其構象的改變；該過程不需要能量；也只能把環境中濃度較高的分子加速擴散到細胞內。運送的物質有磷酸、鈣離子、鈉離子、葡萄糖等，是真核生物的一種普遍的運輸機制。3.主動運送主動運送是微生物吸收營養的主要機制。它的特異性載體蛋白在運送溶質的過程中，需要消耗能量；可逆梯度濃度進行運送。由主動運輸的營養物主要有無機離子、有機離子和一些糖類（例如大腸桿菌的乳糖運輸）。4.基團移位基團移位既需特異性載體蛋白又要耗能，而且溶質在運送前後會發生分子結構改變的運送方式。基因移位主要用於運送葡萄糖、果糖、甘露糖、核昔酸、丁酸和腺嘌呤等物質。以葡萄糖為例、每輸入一個葡萄糖分子，就需要消耗一個ATP的能量。四種運輸方式的比較p109第四節 培養基*（參閱p111）一、選用和設計培養基的原則和方法

1.四個原則

2.四種方法二、培養基的種類

1.按對培養基成分的瞭解來分

2.按培養基外觀的物理狀態來分

3.培養基的功能來分

培養基(medium)

人們為了進行科學研究、生產微生物製品以及出於其他目的，經常要把所需要的微生物在人為提供的生長條件下進行培養。於是根據微生物的類型以及所需營養的不同，為它們配製了各種食物套餐，也就是培養基。一、選用和設計培養基1.四個原則2.四種方法1.幾個原則根據不同微生物類型，配製不同的培養基根據培養微生物目的的不同，在配方上應做相應的調整要注意各營養物質的濃度和配比例如谷氨酸發酵調節適宜的酸鹼度據不同微生物類型，配製培養基1.分類系統的不同 細菌、放線菌、黴菌、酵母菌2.微生物營養類型不同 自養、異養…據培養微生物目的不同，適當調整配方1.實驗室普通培養用2.實驗室分析培養用 生理、代謝、遺傳…3.生產用培養基 是否種子培養基？ 產物成分例如生產氨基酸類含氮量高的代謝產物時，氮源的比例就應高些注意各營養物質的濃度和配比碳氮比(C/N)碳源與氮源的相對比例例如谷氨酸發酵C／N比為4／l時則大量繁殖菌體，若為3／l時則積累大量的谷氨酸。水自來水、蒸餾水、去離子水調節適宜的理化因素1.調節適宜的酸鹼度(pH)* pH的內源調節 利用磷酸緩衝液系統 利用碳酸鈣緩衝作用2.滲透壓、水活度(aw)

等滲溶液、高滲溶液、低滲溶液 水活度微生物可以利用的自由水含量(aw)=溶液蒸汽壓/純水蒸氣壓3.氧化還原電勢微生物的aw食品的aw2.四種方法設計培養基的方法首先模擬自然條件其次查閱相關文獻第三要科學設計在此基礎上實驗調整模擬自然條件原理微生物可以生長繁殖的地方，此處一定具有該微生物生長的條件。細菌的肉湯培養基放線菌的土壤培養基黴菌酵母菌查閱相關文獻1.原始菌株文獻2.原始方法文獻3.近期研究文獻科學設計應用培養基設計原則試驗調整生長譜試驗二、培養基的種類1.按對培養基成分的瞭解來分

2.按培養基外觀的物理狀態來分

3.培養基的功能來分1.按對培養基成分的瞭解來分天然培養基採用化學成分還不清楚或化學成分很不恒定的天然有機物為原料製成的培養基。天然有機物是動、植物組織等，如牛肉膏、蛋白陳、酵母膏等。合成培養基是用化學成分完全瞭解的物質配製而成的。如高氏一號合成培養基。半合成培養基

2.按培養基外觀的物理狀態來分依據是否加入凝固劑或加人凝固劑的多少分為：固體培養基半固體培養基液體培養基常用的凝固劑是瓊脂，凝固劑不能被微生物利用作為營養物質，僅起一種支持培養基的作用。SIM3.培養基的功能來分根據使用目的，又可將培養基分為：加富培養基鑒別培養基選擇培養基…選擇培養基在培養基中加入某種化學物質或殺菌劑以抑制不需要的菌種生長，而促進某種目的菌的生長。加以纖維素為惟一碳源的選擇培養基可以分離到分解纖維素生物。分離放線菌可在培養基中加入l0％的酚液數滴，可抑制細菌和黴菌。分離酵母黴菌可在培養基中加入抗菌素如青黴素、鏈黴素以抑制細菌的生長。分離G-細菌加入膽鹽，抑制G+細菌生長…鑒別培養基用來區別不同微生物種類的培養基稱為鑒別培養基鑒別培養基也被用來作分離某種微之用如區別大腸桿菌和產氣桿菌可採用伊紅甲基藍培養基(EMB)。在這個培養基腸桿菌菌落呈黑色帶金屬光澤，產氣桿菌菌落較大，呈棕色。EMB加富培養基在培養基中加入額外的營養物質以使要的微生物大量增殖如分離石蠟發酵的酵母菌採用的加富培養基石蠟20gNH4NO33gNaCl0.5gKH2P044g MgSO4·7H201g酵母膏O.5g水1000m1pH5.1—5.4加富培養基的選擇性是相對的，在這種培養基上生長的微生物並不是一個純種，而是營求相同的微生物類群。第一節 微生物的能量代謝

一、ATP的生成（復習）

1.光合磷酸化作用

2.氧化磷酸化作用 二、微生物氧化的方式

1.有氧呼吸作用

2.無氧呼吸作用

3.發酵作用 三、能量的利用一、ATP的生成（復習）光合磷酸化作用光合色素為媒介細菌視紫紅質為媒介氧化磷酸化作用基質上脫下的電子([H])要通過電子傳遞鏈進行傳遞，最終交給電子受體，並且電子在傳遞過程中伴隨ATP生成，這種產生ATP的方式稱為氧化磷酸化。分為電子傳遞水準磷酸化和底物水準磷酸化傳統光合磷酸化作用植物與微生物光合作用的差異planthotosynthesisbacterialphotosynthesisorganismsplants,algae,cyanobacteriapurpleandgreenbacteriatypeofchlorophyllchlorophylla

absorbs650-750nmbacteriochlorophyll

absorbs800-1000nmPhotosystemI

(cyclicphotophosphorylation)presentpresentPhotosystemI

(noncyclicphotophosphorylation)presentabsentProducesO2yesnoPhotosyntheticelectrondonorH2OH2S,othersulfurcompoundsorcertainorganiccompounds細菌視紫紅質的光和磷酸化嗜鹽細菌的細胞中存在有紫膜，膜中含有一種蛋白質，叫做細菌視紫紅質，能吸收太陽光的能量。嗜鹽菌的電鏡照片氧化磷酸化作用生物氧化指細胞內一系列氧化反應的總稱。微生物體內發生的化學反應基本上都是氧化還原反應。形式、過程、結果呼吸氧化過程中放出的電子會通過一系列電子載體最終交給電子受體的生物學過程。據其中電子最終受體的性質可將呼吸分為好氧呼吸與厭氧呼吸兩種類型。發酵基質在氧化過程中放出的電子是直接交給有機物的。電子傳遞鏈(又稱呼吸鏈)按載體的氧化還原電位升高的順序排列起的鏈。電子傳遞鏈真、原核生物呼吸鏈的區別呼吸鏈主要組分:NAD(P)-FP-Fe.S-CoQ-Cyt.b-Cyt.c-Cyt.a-Cyt.a3真核生物原核生物位置線粒體膜細胞質膜載體的取代性比較穩定強載體類型穩定易變化環境因素影響小大分支呼吸鏈無普遍有P/O較高低二、微生物氧化的方式*根據電子的最終受體不同，可將微生物的產能（氧化）方式分為：呼吸無氧呼吸發酵微生物氧化呼吸作用（p135）1.有氧呼吸作用是大多數微生物用來產生能量(ATP)的一種方式，以分子氧作為最終電子受體。呼吸鏈真、核生物有所不同。2.無氧呼吸作用亦厭氧呼吸作為最終電子受體的物質NO3—，SO42-，或CO2等無機物。（個別為延胡索酸等有機物）有氧呼吸作用基質在氧化過程中放出的電子通過一系列電子載體最終交給電子受體(o2)，並且電子在傳遞過程中伴隨ATP生成。這種產生ATP的方式也就是氧化磷酸化。微生物在有氧條件下培養，可以將葡萄糖完全氧化成CO2和H20並產生38個ATP。在這種有氧呼吸中除糖酵解作用外還有三羧酸迴圈與電子傳遞鏈兩部分化學反應。前者使葡萄糖完全氧化成CO2，後者使脫下的電子交給分子氧生成水並伴隨有ATP生成。有氧呼吸無氧呼吸作用厭氧呼吸以除氧以外的物質如硝酸鹽作為最終電子受體。以硝酸鹽作為最終電子受體的生物學過程通常稱為硝酸鹽呼吸：

NO3-十2H+十2e NO2-十H20反應生成的NO2—可以被分泌到胞外，也可以進一步被還原成N2，這個過程稱為反硝化作用。亞硝酸鹽還可以經羥胺被還原成氨：

NO2-

還原NH20H還原NH3Electronacceptorsforrespirationandmethanogenesisinprocaryotes

electronacceptorreducedendproductnameofprocessorganismO2H2OaerobicrespirationEscherichia,StreptomycesNO3NO2,NH3orN2denitrificationBacillus,PseudomonasSO4SorH2SsulfatereductionDesulfovibrioFumaratesuccinateanaerobicrespiration

usingane-acceptorEscherichiaCO2CH4methanogenesisMethanococcus3.發酵作用發酵(區別於工業上的概念)是厭氧微生物在生長過程中獲得能量的一種主要方式，發酵過程中氧化不徹底，發酵的結果仍積累某些有機物。大部分能量仍然留在發酵產物中。(1)乙醇發酵（酒精發酵）(2)乳酸發酵(3)氨基酸發酵

由葡萄糖開始的各種類型發酵

類型

微生物乙醇發酵 釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)

解淀粉欧文氏菌(Erwiniaamylovora)

运动发酵单胞菌(Zymomonasmobilis)甘油發酵 釀酒酵母同形乳酸發酵 糞腸球菌(Enterococcusfaecalis)異型乳酸發酵 腸膜狀明串珠菌

雙歧雙歧桿菌(B.bifidum)混合酸發酵 大腸桿菌(Escherichiacoli)丁二醇發酵 產氣腸桿菌(Enterobacteraerogenes)丙酮-丁醇發酵 丙酮-丁醇梭菌(C.acetobutylicum)丁酸發酵 丁酸梭菌(Clostridiumbutylicum)丙酸發酵 丙酸細菌(Propionibacterium)(1)酒精發酵 p145在酵母菌的乙醇發酵裏，一個葡萄糖(通過EMP途徑)最終轉變成兩個乙醇，放出兩個CO2，同時淨產生兩個ATP:(S.cerevisiae)C6H12O6+2ADP+2H3PO4 2C2H50H+2ATP+2C02+

H20

巴斯德效應在細菌的乙醇發酵裏，一個葡萄糖(通過ED途徑)最終轉變成兩個乙醇，放出兩個CO2，同時淨產生一個ATP:(運動發酵單孢菌) C6H12O6+ADP+H3PO4 2C2H50H+ATP+2C02+H20異型乳酸(酒精)發酵：(腸膜明串珠菌)(2)乳酸發酵將葡萄糖(HMP途徑)分解產生的丙酮酸還原成乳酸的生物學過程。異型乳酸發酵發酵後產生多種產物，包括乳酸、乙醇、CO2等。腸膜明串珠菌、短乳桿菌、發酵乳桿菌同型乳酸發酵一分子葡萄糖產生兩分子乳酸的過程德氏乳桿菌、糞鏈球菌發酵圖例發酵類型(終產物及其菌株)途徑終產物發酵類型菌株葡萄糖EMP丙酮酸脫羧乙醛加氫乙醇酵母型酒精-啤酒酵母加氫乳酸同型乳酸-德氏乳桿菌草醯乙酸琥珀酸脫羧丙酸丙酸發酵丙酸桿菌乙醯CoA乙酸、乙醇乙醯乳酸氧化脫羧2,3丁二醇產氣腸桿菌乙醯CoA乙酸丁酸型發酵丁酸羧菌丁醇羧菌丙酮丁醇羧菌乙醯乙醯CoA氧化丁醇脫羧丙酮HMP5-磷酸木酮糖乙醇乳酸異型乳酸發酵腸膜明串珠菌發酵乳桿菌ED丙酮酸乙醇細菌酒精-運動發酵單胞菌(3)氨基酸發酵亦Stickland以一種氨基酸作為氫供體，另一種氨基酸作為氫受體的發酵類型。氨基酸作為碳源、氮源和能源。少數厭氧梭菌可以利用一些氨基酸， 例如：生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌等

(供體：丙氨酸等；受體：甘氨酸等)三、能量的利用生物合成：能量利用的主要方面。1mol的ATP約合成10.5g的幹物質。其他生命活動生物發光 例如：轉移發光基因，提高觀賞性產生生物熱第二節

微生物的分解代謝

一、碳水化合物的分解

1.單糖的降解（EMP、HMP、ED）*

2.丙酮酸的降解 ①有氧代謝—三羧酸迴圈 ②無氧代謝—酒精發酵、乳酸發酵(見前)

二、蛋白質的代謝(腐敗、腐化) 1.脫氨作用 2.脫羧作用 三、脂肪的代謝一、碳水化合物的分解碳水化合物的微生物降解能力1.單糖的降解 以葡萄糖為例，分析底物降解的三條途徑（EMP、HMP、ED）2.丙酮酸的降解①有氧代謝—三羧酸迴圈②無氧代謝—酒精發酵、乳酸發酵碳水化合物的微生物降解能力多糖首先由胞外酶水解。最終都能生成單糖。纖維素是植物細胞壁的重要成分，它可以被許多真菌以及放線菌與細菌中的—些種分解與利用。澱粉以澱粉作為生長碳源與能源的微生物中，它們能利用自身的澱粉酶，將其水解成雙糖與單糖，再被微生物吸收。果膠、幾丁質、木質素等等1.單糖的降解六碳糖中，葡萄糖和果糖是異養生物的主要碳源和能源。葡萄糖降解為丙酮酸的途徑在微生物中比較普通。EMP途徑HMP途徑ED途徑EMP途徑(己糖二磷酸途徑)亦糖酵解生物界共有的途徑有氧的條件下與TCA相連，厭氧條件下發酵。葡萄糖形成6-磷酸葡萄糖時好氧的酵母菌、真菌和一些假單孢菌中(?)兼性厭氧菌中(基團轉運方式)C6H12O6

+

2NAD

+

2Pi

CH3COCOOH

+

2NADH

+

2[H]

+

2ATP

+

2H2OHMP途徑也叫做戊糖磷酸途徑、己糖一磷酸途徑、WD途徑、磷酸葡萄糖酸途徑特點大量還原力和多種重要中間代謝產物意義提供戊糖、赤蘚糖以及C3-C7的各類糖提供NADPH2

HMP路徑ED途徑亦稱為2酮3去氧6磷酸葡萄糖酸裂解途徑、KDPG途徑特點少數菌株的EMP替代途徑葡萄糖快速代謝成為丙酮酸產能效率低意義ED途徑圖示微生物不同途徑的產物PathwayKeyenzymeEthanolLactateCO2ATPEmbden-Meyerhof

Saccharomycesfructose1,6diPaldolase2022Embden-Meyerhof

Lactobacillusfructose1,6diPaldolase0202Heterolactic

Streptococcusphosphoketolase1111Entner-Doudoroff

ZymomonasKDPGaldolase2021微生物單糖降解途徑比較BacteriumEMPHMPEDAcetobacteraceti-+-Agrobacteriumtumefaciens--+Azotobactervinelandii--+Bacillussubtilismajorminor-Escherichiacolimajorminor-Lactobacillusacidophilus+--Leuconostocmesenteroides-+-Pseudomonasaeruginosa-minormajorVibriocholeraeminor-majorZymomonasmobilis--+①有氧代謝—三羧酸迴圈②無氧代謝—酒精發酵、乳酸發酵…2.丙酮酸的降解三羧酸迴圈TCA、Krebs迴圈檸檬酸迴圈產能產代謝物

(生物代謝的中樞地位)TCA無氧代謝丙酮酸的無氧代謝——生成乳酸、乙醇其他物質的新陳代謝(復習)二、蛋白質的代謝(腐敗、腐化) 1.脫氨作用 2.脫羧作用三、脂肪的代謝脂肪的分解脂肪的合成蛋白質的代謝分解代謝蛋白質有氧條件下，分解為二氧化碳、氫和氨無氧條件下，不完全分解，形成氨基酸，有機酸。合成代謝氨素營養與有機酸化合成氨基酸，形成多肽，再形成蛋白質。第三節

微生物的合成代謝一、碳水化合物的合成*二、脂類物質的合成(復習)三、蛋白質的合成(復習)四、核苷酸和核酸的合成(復習)五、次生代謝產物的合成一、碳水化合物的合成CO2的固定*自養型微生物CO2的固定磷酸核酮糖環(Calvin迴圈)乙醯輔酶A環還原型TCA環

多糖的合成Calvin迴圈概述亦磷酸核酮糖環、核酮糖二磷酸迴圈、CB迴圈光能自氧微生物(蘭細菌和大部分光和細菌)和全部好氧性化能自氧微生物固定CO2的主要途徑關鍵酶：磷酸核酮糖激酶和核酮糖羧化酶Calvin迴圈1.羧化反應2.還原反應3.受體再生乙醯輔酶A環

（anaerobicacetyl-CoApathway）嚴格厭氧菌，化能自養型菌株例如：產甲烷細菌、硫酸鹽還原菌、產乙 酸菌等還原型TCA環少數光和細菌中，例如嗜硫代硫酸鹽綠菌琥珀醯輔酶A通過還原性羧化作用固定二氧化碳在a-酮戊二酸中多糖的合成(復習)核苷酸和核酸的合成次生代謝產物的合成次生代謝產物色素激素毒素抗生素生物鹼分解與合成代謝的聯繫(自學)一、兼用代謝途徑

EMP、HMP、TCA…二、代謝回補途徑草醯乙酸的回補途徑磷酸稀醇式丙酮酸的回補途徑聯繫圖示第四節微生物的代謝調控

與發酵生產一、酶活性的調節(復習)1.回饋抑制的類型

2.回饋抑制的機制二、酶合成的調節(復習)1.酶合成調節的類型

2.酶合成調節的機制三、代謝調控在發酵工業中的應用

1.應用營養缺陷型菌株以解除正常的回饋調節

2.應用抗回饋調節的突變株解除回饋調節

3.控制細胞膜的滲透性復習微生物的代謝調節能力要優於高等生物基本概念：組成酶(constitutiveenzyme)誘導酶(inducedenzyme)酶活性的調節(分子水準)回饋抑制酶合成的調節(基因水準)乳糖操縱子學說三、代謝調控在發酵中的應用控制微生物的代謝調節機制，以積累所需的代謝產物1.應用營養缺陷型菌株以解除正常的回饋調節2.應用抗回饋調節的突變株解除回饋調節3.控制細胞膜的滲透性營養缺陷型菌株的應用利用谷氨酸缺陷型賴氨酸的合成肌苷酸的合成抗回饋調節的應用

控制細胞膜的滲透性解除濃度積累，解除了高濃度物質的回饋抑制1.生理學手段控制膜的滲透性 青黴素2.細胞膜缺損突變補充內容微生物獨特合成代謝生物固氮肽聚糖合成生物固氮生物固氮：分子氮在固氮微生物固氮酶的催化下生成氨的過程。固氮微生物種類(原核生物，50個屬)自生固氮菌共生固氮菌聯合固氮菌固氮的生化機制好氧性固氮菌固氮酶的抗氧機制固氮微生物種類自生固氮菌光能自養：蘭細菌光能異養：紅螺菌屬化能自養：氧化亞鐵硫桿菌化能異養：巴氏芽孢梭菌(厭氧)

固氮菌屬(好氣)共生固氮菌