普通微生物学课件

普通微生物学绪论一、微生物学研究的内容 什么是微生物*二、微生物学发展概况* 吕文虎克；巴斯德；柯赫……三、微生物学研究促进了人类的进步(意义) 生物工程学与微生物的关系*微生物学研究的内容微生物是一群多不易用肉眼看见（清）的，个体微小的，形态结构简单的单细胞、简单多细胞及无细胞结构的低等生物。微生物学是研究微生物及其生命活动规律和应用的科学。从应用上看，依工作范围可分为农业微生物学、工业微生物学、医学微生物学、兽医微生物学、食品微生物学、地质微生物学和环境微生物学等。微生物研究范围细胞结构

核类型

类别

六界分类系统非细胞 病毒* 病毒界 普通细菌* 放线菌* 原核 蓝细菌* 原核生物界 立克次氏体等* 古细菌*

酵母菌*细胞 真菌霉菌* 真核 食用菌* 真核生物界 藻类高等 单细胞*

原生动物 原生生物界 植物 植物界 动物 动物界生物的共同特点：（复习）（1）生物体基本组成单位是细胞。（2）化学组成相似。（3）具有相似的新陈代谢等功能（活动）（4）受基因控制的遗传机制相同。（5）具有繁殖功能。微生物的共性体积小，面积大（比表面积大，本质）吸收多，转化快（生化转化能力强）生长旺，繁殖快（发酵、科研、害处）适应强，易变异（益处、害处）分布广、种类多（陆、海、空以及整个生物圈；代谢类型、产物、数量多）微生物学发展概况*一、古代人类对微生物的应用二、微生物形态学发展阶段（1676-1861）

吕文虎克三、微生物生理学发展阶段（1861-1930） 巴斯德、科赫四、近现代微生物学发展阶段（1930-） 生物工程学什么是生物工程(学)？生物工程(学)包括五大工程：遗传工程细胞工程微生物工程酶工程生物反应器工程Leeuwenhoek吕文虎克（荷兰人）

擅长磨制高倍放大镜观察不同来源的微生物的样品（水、血液、牙垢、腐败物质、精子……）描述了他所看到的各种微动体并附有绘图Pasteur—微生物学之父

否定自然发生学说对发酵的研究（酒精发酵、丁酸发酵…）巴斯德灭菌法免疫学说（炭疽病、狂犬病等）Robertkoch—细菌学之父建立微生物学基本研究技术（分离纯化细菌）培养基制作技术染色技术（鞭毛染色）柯赫法则巴斯德的曲颈瓶实验：否定自然发生学说柯赫的证病学说（柯赫法则）近现代微生物学发展阶段1929，发现青霉素1941，“一个基因一条多肽链”学说1944，DNA为遗传物质的证明1953，DNA双螺旋模型建立1961，操纵子学说1965，三联密码子学说1970s，生物工程学的发展第一节遗传变异的基本概念一、基本概念

1.遗传型（基因型）；2.遗传性；3.表型

4.变异；5.饰变二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式

1.七个水平；2.原核生物的质粒三、遗传变异的经典实验

1.经典转化实验；2.噬菌体感染实验

3.植物病毒的重建实验

一、基本概念遗传型（基因型）遗传性表型变异饰变二、遗传物质的存在部位和方式七个水平(p224)细胞水平细胞核水平(包括真核生物的质粒)染色体水平核酸水平基因水平(密码子水平)核苷酸水平原核生物的质粒（下页）染色体质粒具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA分子。质粒是一种复制子，如果其复制与核染色体的复制同步．称为严密型复制控制，在这类细胞中只含1—2个质粒，另一类其复制与核染色体复制不同步，称为松弛型复制控制F因子又称致育因子或性因子，是E．coli等细菌中决定性别的质粒。R因子又称R质粒，它使细菌具有抗多种抗生素的特性而且它还能将这类抗药性转移到其它菌株甚至其它种。也可用作基因载体。降解性质粒

COI因子即产大肠扬杆菌素因子Ti质粒巨大质粒R因子结构Tn9Tn21Tn10Tn8RTFRdeterminant根癌土壤杆菌导致的病害三、遗传变异的经典实验经典转化实验噬菌体感染实验植物病毒的重建实验经典转化实验研究人员：F.Griffith；材料：肺炎双球菌1.动物实验 2.细菌培养实验3.无细胞抽提液经典转化实验图例噬菌体感染实验(p222)植物病毒的重建实验(p223)第二节基因重组一、原核微生物的基因重组

1.转化 2.转导 3.接合

4.原生质体融合二、真核微生物的基因重组

1.有性杂交 2.准性杂交三、基因工程

1.基因工程的基本操作

2.基因工程的应用和发展前景

一、原核微生物的基因重组

p2541.转化 2.转导 3.接合 4.原生质体融合1.转化转化是一个细菌的DNA片段转入到另一细菌细胞内，并使后者获得新遗传性状的现象。转化因子无细胞DNA片段。感受态细胞每个可掺入1—10个转化因子。转化过程可分为两个阶段：

第一阶段是外源的双链DNA结合到受体细胞表面上后，其中一条DNA单链被彻底降解，另一条DNA单链进入细胞内。

第二阶段是进入到细胞内的外源DNA与受体细脑染色体的同源段进行配对，并通过交换整合到受体菌的染色体中。从而外源DNA携带的遗传性状便在遗传中得到表达。转化示意图2.转导转导是以噬菌体为媒介，将供体细胞的DNA片段携带到受体细胞中，从而使受体细胞获得了供体细胞部分遗传性状的现象。噬菌体的转导作用可分为普遍性转导和局限性转导两种类型。普遍性转导普遍性转导是指噬菌体对宿主的遗传物质携带和转移没有专一性的一种转导，它可以携带宿主细胞内任何一个染色体片段或质粒DNA。局限性转导局限性转导是指某些温和噬菌体可以特定地转导某些基因的现象。转导示意图3.接合细菌的接合是指两个细菌细胞接触，相互之间暂时沟通并传递遗传物质的过程。细菌接合时是雄性细菌将F质粒注人雌性细菌的细胞内。雄性细菌：是指含有F质粒的细菌，用F+表示；雌性细菌是指不含F质粒的细菌，用F—表示。当F+与F-结合时，F+细胞即可将复制的F质粒的一条链注入F—细胞。F—细胞获得F+质粒后，就变成了F’细胞。F’质粒带有染色体DNA的F质粒。F’菌株带有F’质粒的菌株。Hfr菌(高频重组菌株)F质粒进入到F—细菌中，如果整合到染色体DNA上，该菌株便称为—。接合示意图大肠杆菌接合4.原生质体融合原生质体融合人为使遗传性状不同的细胞原生质体融合，之后产生基因重组，形成带有双亲性状的，遗传稳定的新个体。比较供、受体关系整套染色体局部杂合高频低频染色体基因细胞融合或联结性细胞真菌有性生殖

体细胞

真菌准性生殖

细胞间暂时沟通

接合性导细胞间不接触游离DNA

转化噬菌体携DNA

转导噬菌体供遗传物质完整噬菌体

溶源转变噬菌体DNA

转染二、真核微生物的基因重组1.有性杂交细胞水平上的遗传重组方式，指性细胞间的接合和染色体重组啤酒酵母2.准性杂交准性生殖(半知菌菌株)准性生殖过程：1.菌丝联接；2.异核体的形成；3.核配；4.体细胞交换以及单倍体化比较比较项目准性生殖有性生殖亲本细胞独立生活的异核体阶段接合后双倍体形态双倍体变为单倍体途径接合发生的几率形态相同体细胞有与单倍体基本相同通过有丝分裂几率低，偶然出现性细胞无与单倍体明显不同通过减数分裂几率高，正常出现三、基因工程基因工程概念*基因工程的诞生基因工程研究内容基因工程的基本操作*基因工程的应用和发展前景概述基因工程概念基因工程的诞生1972年，美国斯坦福大学的P．Berg博士领导的研究小组，率先完成了世界上第一次成功的DNA体外重组实验。1973年，斯坦福大学的S．Cohen等人也成功地进行了另外一个体外DNA重组实验基因工程研究内容在基因组中，分离出人类需要的DNA片段，其中含有人类需要的基因；在体外对DNA分子进行重组，改造DNA；将重组DNA分子转移到适当的受体细胞，并与之一起增殖；从受体细胞克隆中提取已经扩增的目的基因，进一步分析研究使用；从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得重组DNA分子的受体细胞克隆；将目的基因表达，产生人类所需要的物质1869年，F．Miescher首次从莱茵河鲑鱼精子中分离到DNA；1944年，O．T．Avery等人在肺炎链球菌转化实验中发现遗传信息的携带者是DNA而不是蛋白质；1953年，J．D．Watson和F．H．Crick提出DNA分子双螺旋结构模型；1957年，Kornberg在大肠杆菌中发现DNA聚合酶I；1958年，M．Meselson和F．W．Stahl提出了DNA半保留复制模型；1959年，S．Ochoa发现RNA聚合酶；1961年，M．W．Nirenberg等人破译出第一批遗传密码；1965年，S．W．Holley完成了第一个酵母丙氨酸tRNA的核苷酸全序列测定；1966年，M．W．Nirenberg，S．Ochoa和G．Khorana共同破译了全部的遗传密码；重组DNA技术发展史大事记重组DNA技术发展史大事记(续)1970年，H．M．Temin等在RNA肿瘤病毒中发现反转录酶；1972年，H．Boyer等人发展了关于重组DNA技术；1975年，Sanger等人发明了快速的DNA序列测定技术；1980年，美国最高法院裁定微生物基因工程可以获得专利；1981年，第一只转基因小鼠和转基因果蝇诞生；1982年，第一个由基因工程生产的药物——胰岛素，在美国和英国获准使用；1983年，第一个表达其它种植物基因（一个基因）的转基因植物培育成功；1985年，第一批转基因家畜出生；1988年，J．D．Watson出任“人类基因组计划”首席科学家；重组DNA技术发展史大事记(续)1990年，第一个转基因玉米及转基因小麦植株诞生；1994年，基因工程西红柿在美国上市；1995年，《自然》杂志汇集发表了人类基因组全物理图，以及3号，16号和22号人染色体的高密度物理图；1997年，克隆羊——多利诞生；1999年，超级鼠出生；2000年，人类基因组计划完成基因工程基本操作示意图基因工程的基本操作*基因工程的要素供体系统；受体系统；载体系统基因工程的基本操作获得目的基因选择载体(载体特点；常用载体)目的基因与载体DNA的体外重组，形成嵌合体重组载体进入受体细胞基因工程的应用和发展前景农业应用 定向育种工业应用 发酵生产胰岛素医学应用……

微生物学在其中的角色第三节 微生物基因突变和诱变育种一、基因突变突变类型及特点基因突变的机制微生物基因突变特点*二、突变与育种自发突变与育种诱变育种*一、基因突变(P229)突变类型依表型突变来划分基因突变的机制自发突变；诱变剂的作用微生物基因突变特点*二、突变与育种自发突变与育种生产过程中选育定向培养诱变育种*诱变育种(P244)诱变育种的基本环节诱变育种大致可分为诱变、初筛、复筛、鉴定、培养等程序。营养缺陷型的诱变育种诱变育种的原则营养缺陷型的诱变育种营养缺陷型的筛选步骤，一般通过诱变处理、淘汰野生型、捡出和鉴定4个环节。诱变处理淘汰野生型青霉素法；菌丝过滤法捡出夹层培养法；逐个点种法鉴定将营养缺陷型的菌株接种在基本培养基中。然后用含有不同氨基酸或维生素的滤纸片放在培养基表面上，经培养后．在哪种营养物滤纸片周围生长出的微生物即是该营养物质的营养缺陷型。第四节 菌种的衰退、复壮

和保藏(P271)一、菌种的衰退和复壮衰退的防止菌种的复壮二、菌种的保藏*

一、菌种的衰退和复壮概念衰退的防止菌种的复壮衰退指原有的典型性状变得不典型。对产量性状来说，菌种的负变就是衰退。复壮狭义上是在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和测定生产性能等方法，使衰退的群体中找出少数尚未衰退的个体，以达到恢复该菌原有典型性状的一种措施；广义指在菌种的生产性能尚未衰退前就经常有意识地进行纯种分离和生产性能的测定工作，以期菌种的生产性能逐步有所提高。概念菌种的衰退的防止控制传代次数意即尽量避免不必要的移种和传代，并将必要的传代降低到最低限度，以减少自发突变的几率。创造良好的培养条件在实践中，有人发现如创造一个适合原种的生长条件，就可在一定程度上防止菌种衰退。利用不同类型的细胞进行接种传代采用有效的菌种保藏方法菌种复壮的方法纯种分离通过宿主体内生长进行复壮淘汰已衰退的个体概述营养是微生物生长的先决条件。营养为一切生命活动提供了必需的物质基础，它是一切生命活动的起点。有了营养，才可以进一步进行代谢、生长和繁殖，并可能为人们提供种种有益的代谢产物。熟悉微生物的营养知识，是研究和利用微生物的必要基础，有了营养理论，就能更自觉和有目的的选用或设计符合微生物生理要求或有利于生产实践应用的培养基。食用菌基本概念营养是指生物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。营养物则指具有营养功能的物质。第一节 微生物的六种营养要素一、微生物细胞的化学组成

C、H、O、N、P、S……二、微生物的营养物质及其功能碳源氮源能源生长因子无机盐水一、微生物细胞的化学组成类同于其他生物细胞（参考p99）化学物质：水分；蛋白质；核酸；糖类；脂类等化学元素：

C、H、O、N约占细胞干重的90-97%； 约占细胞干重的3-10%的矿质元素，主要是K、Mg、S、Ca、Na等； 其他为一些微量元素二、微生物的营养物质及其功能碳源（碳素营养）氮源（氮素营养）能源生长因子（生长因素）无机盐（矿物营养）水碳源（碳素营养）概念：凡构成微生物生物细胞和代谢产物中碳架来源的营养物碳源的分类： （自养微生物、异养微生物）作用：碳架结构；提供能量实验中常见碳源：葡萄糖等糖类物质；牛肉膏、蛋白胨等天然成分氮源（氮素营养）概念：来源：分类：（氨基酸自养型、氨基酸异养性）作用：细胞成分；一般不提供能源实验中常见氮源:(NH4)2SO4；牛肉膏、蛋白胨、尿素等天然成分能源概念：提供最初能量来源的营养物或辐射能分类：光能、化能（有机物；无机物）水功能：溶剂（维持细胞胶体状态）；调节细胞温度；作为营养物质。少数微生物能利用水中的氢作为还原CO2时的还原剂。生长因子微生物量少，但可以促进生长的有机化合物的总称。功能：（参阅p104）无机盐主要元素和微量元素之分功能：主要元素构成细胞成分、与细胞透性有关；微量元素辅酶或酶的辅基生长因子的功能酵母膏成分无机盐作用第二节 微生物的营养类型*根据微生物利用的能源和消耗的碳源不同，将微生物大体上分为四种营养类型：光能自养微生物光能异养微生物化能自养微生物化能异养微生物序号 分类标准 营养类型1 以能源分 光能营养型(photoproth)

化能营养型(chemotroph2 以氢供体分 无机营养型(lithotroph)

有机营养型(organotroph)3 以碳源分 自养型(autotroPh)

异养型(heterotroph)4 以合成 氨基酸自养型 氨基酸能力分 氨基酸异养型5 以生长因子分 原养型或野生型 营养缺陷型6 以取食方式分 渗透营养型(osmotroph)

吞噬营养型7 以获得有机物分 腐生(saprophytism)

寄生(parasitism)光能自养微生物亦光能无机营养型这类微生物是利用光作为能源，利用CO2作为碳源产氧光合作用

CO2+H20光能/兰细菌[CH20]+O2不产氧光合作用

C02+2H2S光能/绿硫菌[CH20]+2S+H20光能异养微生物亦光能有机营养型这类微生物是利用光作为能源，利用简单有机物作为供氢体红螺细菌利用异丙醇作为供氢体进行光合作用并积累丙酮

CH32 CHOH+CO2色素2CH3COCH3+CH2O+H2O CH3化能自养微生物这类微生物具有氧化一定的无机物的能力，例如NH4，N02，H2S，FeCO3等。利用氧化无机物时产生的能量把CO2合成有机碳水化合物。这类细菌有硝化细菌、氧化硫、硫杆菌、氧化铁铁杆菌等 2NH3+2O2亚硝酸细菌2HNO2+4H++能量

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

CO2+H2O—[CH2O]+O2化能异养微生物有机化合物既是它们的碳源也是能源。 它们只能利用淀粉、糖、纤维素、有机酸、蛋白质等有机化合物作为碳素营养。能量也来自这些有机化合物的氧化所产生的化学能。这类微生物的种类和数量都很多，包括大多数的细菌、放线菌、几乎全部的酵母菌和霉菌营养类型 能源 氢的供体 基本碳源 微生物

举例光能无机营养(光能自养型) 光 无机物 二氧化碳 蓝细菌 绿硫菌

藻类光能有机营养(光能异养型) 光 有机物 二氧化碳 紫色非

有机物 硫细菌化能无机营养(化能自养型)无机物 无机物 二氧化碳 硝化菌

氢细菌化能有机营养(化能异养型)有机物 有机物 有机物 大多数第三节 营养物质进入细胞的方式一、吞噬作用二、渗透吸收作用*

1.单纯扩散

2.促进扩散

3.主动运送

4.基团移位1.单纯扩散单纯扩散又称被动运送。是一种物理扩散方式，非特异性的由高浓度向低浓度扩散。可以通过的物质不多，如水分子、氧分子、乙醇和某些氨基酸分子。2.促进扩散这种运送方式必须借助于膜上底物特异性载体蛋白（渗透酶）的参与。这种载体蛋白运送溶质是由于其构象的改变；该过程不需要能量；也只能把环境中浓度较高的分子加速扩散到细胞内。运送的物质有磷酸、钙离子、钠离子、葡萄糖等，是真核生物的一种普遍的运输机制。3.主动运送主动运送是微生物吸收营养的主要机制。它的特异性载体蛋白在运送溶质的过程中，需要消耗能量；可逆梯度浓度进行运送。由主动运输的营养物主要有无机离子、有机离子和一些糖类（例如大肠杆菌的乳糖运输）。4.基团移位基团移位既需特异性载体蛋白又要耗能，而且溶质在运送前后会发生分子结构改变的运送方式。基因移位主要用于运送葡萄糖、果糖、甘露糖、核昔酸、丁酸和腺嘌呤等物质。以葡萄糖为例、每输入一个葡萄糖分子，就需要消耗一个ATP的能量。四种运输方式的比较p109第四节 培养基*（参阅p111）一、选用和设计培养基的原则和方法

1.四个原则

2.四种方法二、培养基的种类

1.按对培养基成分的了解来分

2.按培养基外观的物理状态来分

3.培养基的功能来分

培养基(medium)

人们为了进行科学研究、生产微生物制品以及出于其他目的，经常要把所需要的微生物在人为提供的生长条件下进行培养。于是根据微生物的类型以及所需营养的不同，为它们配制了各种食物套餐，也就是培养基。一、选用和设计培养基1.四个原则2.四种方法1.几个原则根据不同微生物类型，配制不同的培养基根据培养微生物目的的不同，在配方上应做相应的调整要注意各营养物质的浓度和配比例如谷氨酸发酵调节适宜的酸碱度据不同微生物类型，配制培养基1.分类系统的不同 细菌、放线菌、霉菌、酵母菌2.微生物营养类型不同 自养、异养…据培养微生物目的不同，适当调整配方1.实验室普通培养用2.实验室分析培养用 生理、代谢、遗传…3.生产用培养基 是否种子培养基？ 产物成分例如生产氨基酸类含氮量高的代谢产物时，氮源的比例就应高些注意各营养物质的浓度和配比碳氮比(C/N)碳源与氮源的相对比例例如谷氨酸发酵C／N比为4／l时则大量繁殖菌体，若为3／l时则积累大量的谷氨酸。水自来水、蒸馏水、去离子水调节适宜的理化因素1.调节适宜的酸碱度(pH)* pH的内源调节 利用磷酸缓冲液系统 利用碳酸钙缓冲作用2.渗透压、水活度(aw)

等渗溶液、高渗溶液、低渗溶液 水活度微生物可以利用的自由水含量(aw)=溶液蒸汽压/纯水蒸气压3.氧化还原电势微生物的aw食品的aw2.四种方法设计培养基的方法首先模拟自然条件其次查阅相关文献第三要科学设计在此基础上实验调整模拟自然条件原理微生物可以生长繁殖的地方，此处一定具有该微生物生长的条件。细菌的肉汤培养基放线菌的土壤培养基霉菌酵母菌查阅相关文献1.原始菌株文献2.原始方法文献3.近期研究文献科学设计应用培养基设计原则试验调整生长谱试验二、培养基的种类1.按对培养基成分的了解来分

2.按培养基外观的物理状态来分

3.培养基的功能来分1.按对培养基成分的了解来分天然培养基采用化学成分还不清楚或化学成分很不恒定的天然有机物为原料制成的培养基。天然有机物是动、植物组织等，如牛肉膏、蛋白陈、酵母膏等。合成培养基是用化学成分完全了解的物质配制而成的。如高氏一号合成培养基。半合成培养基

2.按培养基外观的物理状态来分依据是否加入凝固剂或加人凝固剂的多少分为：固体培养基半固体培养基液体培养基常用的凝固剂是琼脂，凝固剂不能被微生物利用作为营养物质，仅起一种支持培养基的作用。SIM3.培养基的功能来分根据使用目的，又可将培养基分为：加富培养基鉴别培养基选择培养基…选择培养基在培养基中加入某种化学物质或杀菌剂以抑制不需要的菌种生长，而促进某种目的菌的生长。加以纤维素为惟一碳源的选择培养基可以分离到分解纤维素生物。分离放线菌可在培养基中加入l0％的酚液数滴，可抑制细菌和霉菌。分离酵母霉菌可在培养基中加入抗菌素如青霉素、链霉素以抑制细菌的生长。分离G-细菌加入胆盐，抑制G+细菌生长…鉴别培养基用来区别不同微生物种类的培养基称为鉴别培养基鉴别培养基也被用来作分离某种微之用如区别大肠杆菌和产气杆菌可采用伊红甲基蓝培养基(EMB)。在这个培养基肠杆菌菌落呈黑色带金属光泽，产气杆菌菌落较大，呈棕色。EMB加富培养基在培养基中加入额外的营养物质以使要的微生物大量增殖如分离石蜡发酵的酵母菌采用的加富培养基石蜡20gNH4NO33gNaCl0.5gKH2P044g MgSO4·7H201g酵母膏O.5g水1000m1pH5.1—5.4加富培养基的选择性是相对的，在这种培养基上生长的微生物并不是一个纯种，而是营求相同的微生物类群。第一节 微生物的能量代谢

一、ATP的生成（复习）

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.无氧呼吸作用

3.发酵作用 三、能量的利用一、ATP的生成（复习）光合磷酸化作用光合色素为媒介细菌视紫红质为媒介氧化磷酸化作用基质上脱下的电子([H])要通过电子传递链进行传递，最终交给电子受体，并且电子在传递过程中伴随ATP生成，这种产生ATP的方式称为氧化磷酸化。分为电子传递水平磷酸化和底物水平磷酸化传统光合磷酸化作用植物与微生物光合作用的差异planthotosynthesisbacterialphotosynthesisorganismsplants,algae,cyanobacteriapurpleandgreenbacteriatypeofchlorophyllchlorophylla

absorbs650-750nmbacteriochlorophyll

absorbs800-1000nmPhotosystemI

(cyclicphotophosphorylation)presentpresentPhotosystemI

(noncyclicphotophosphorylation)presentabsentProducesO2yesnoPhotosyntheticelectrondonorH2OH2S,othersulfurcompoundsorcertainorganiccompounds细菌视紫红质的光和磷酸化嗜盐细菌的细胞中存在有紫膜，膜中含有一种蛋白质，叫做细菌视紫红质，能吸收太阳光的能量。嗜盐菌的电镜照片氧化磷酸化作用生物氧化指细胞内一系列氧化反应的总称。微生物体内发生的化学反应基本上都是氧化还原反应。形式、过程、结果呼吸氧化过程中放出的电子会通过一系列电子载体最终交给电子受体的生物学过程。据其中电子最终受体的性质可将呼吸分为好氧呼吸与厌氧呼吸两种类型。发酵基质在氧化过程中放出的电子是直接交给有机物的。电子传递链(又称呼吸链)按载体的氧化还原电位升高的顺序排列起的链。电子传递链真、原核生物呼吸链的区别呼吸链主要组分:NAD(P)-FP-Fe.S-CoQ-Cyt.b-Cyt.c-Cyt.a-Cyt.a3真核生物原核生物位置线粒体膜细胞质膜载体的取代性比较稳定强载体类型稳定易变化环境因素影响小大分支呼吸链无普遍有P/O较高低二、微生物氧化的方式*根据电子的最终受体不同，可将微生物的产能（氧化）方式分为：呼吸无氧呼吸发酵微生物氧化呼吸作用（p135）1.有氧呼吸作用是大多数微生物用来产生能量(ATP)的一种方式，以分子氧作为最终电子受体。呼吸链真、核生物有所不同。2.无氧呼吸作用亦厌氧呼吸作为最终电子受体的物质NO3—，SO42-，或CO2等无机物。（个别为延胡索酸等有机物）有氧呼吸作用基质在氧化过程中放出的电子通过一系列电子载体最终交给电子受体(o2)，并且电子在传递过程中伴随ATP生成。这种产生ATP的方式也就是氧化磷酸化。微生物在有氧条件下培养，可以将葡萄糖完全氧化成CO2和H20并产生38个ATP。在这种有氧呼吸中除糖酵解作用外还有三羧酸循环与电子传递链两部分化学反应。前者使葡萄糖完全氧化成CO2，后者使脱下的电子交给分子氧生成水并伴随有ATP生成。有氧呼吸无氧呼吸作用厌氧呼吸以除氧以外的物质如硝酸盐作为最终电子受体。以硝酸盐作为最终电子受体的生物学过程通常称为硝酸盐呼吸：

NO3-十2H+十2e NO2-十H20反应生成的NO2—可以被分泌到胞外，也可以进一步被还原成N2，这个过程称为反硝化作用。亚硝酸盐还可以经羟胺被还原成氨：

NO2-

还原NH20H还原NH3Electronacceptorsforrespirationandmethanogenesisinprocaryotes

electronacceptorreducedendproductnameofprocessorganismO2H2OaerobicrespirationEscherichia,StreptomycesNO3NO2,NH3orN2denitrificationBacillus,PseudomonasSO4SorH2SsulfatereductionDesulfovibrioFumaratesuccinateanaerobicrespiration

usingane-acceptorEscherichiaCO2CH4methanogenesisMethanococcus3.发酵作用发酵(区别于工业上的概念)是厌氧微生物在生长过程中获得能量的一种主要方式，发酵过程中氧化不彻底，发酵的结果仍积累某些有机物。大部分能量仍然留在发酵产物中。(1)乙醇发酵（酒精发酵）(2)乳酸发酵(3)氨基酸发酵

由葡萄糖开始的各种类型发酵

类型

微生物乙醇发酵 酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)

解淀粉欧文氏菌(Erwiniaamylovora)

运动发酵单胞菌(Zymomonasmobilis)甘油发酵 酿酒酵母同形乳酸发酵 粪肠球菌(Enterococcusfaecalis)异型乳酸发酵 肠膜状明串珠菌

双歧双歧杆菌(B.bifidum)混合酸发酵 大肠杆菌(Escherichiacoli)丁二醇发酵 产气肠杆菌(Enterobacteraerogenes)丙酮-丁醇发酵 丙酮-丁醇梭菌(C.acetobutylicum)丁酸发酵 丁酸梭菌(Clostridiumbutylicum)丙酸发酵 丙酸细菌(Propionibacterium)(1)酒精发酵 p145在酵母菌的乙醇发酵里，一个葡萄糖(通过EMP途径)最终转变成两个乙醇，放出两个CO2，同时净产生两个ATP:(S.cerevisiae)C6H12O6+2ADP+2H3PO4 2C2H50H+2ATP+2C02+

H20

巴斯德效应在细菌的乙醇发酵里，一个葡萄糖(通过ED途径)最终转变成两个乙醇，放出两个CO2，同时净产生一个ATP:(运动发酵单孢菌) C6H12O6+ADP+H3PO4 2C2H50H+ATP+2C02+H20异型乳酸(酒精)发酵：(肠膜明串珠菌)(2)乳酸发酵将葡萄糖(HMP途径)分解产生的丙酮酸还原成乳酸的生物学过程。异型乳酸发酵发酵后产生多种产物，包括乳酸、乙醇、CO2等。肠膜明串珠菌、短乳杆菌、发酵乳杆菌同型乳酸发酵一分子葡萄糖产生两分子乳酸的过程德氏乳杆菌、粪链球菌发酵图例发酵类型(终产物及其菌株)途径终产物发酵类型菌株葡萄糖EMP丙酮酸脱羧乙醛加氢乙醇酵母型酒精-啤酒酵母加氢乳酸同型乳酸-德氏乳杆菌草酰乙酸琥珀酸脱羧丙酸丙酸发酵丙酸杆菌乙酰CoA乙酸、乙醇乙酰乳酸氧化脱羧2,3丁二醇产气肠杆菌乙酰CoA乙酸丁酸型发酵丁酸羧菌丁醇羧菌丙酮丁醇羧菌乙酰乙酰CoA氧化丁醇脱羧丙酮HMP5-磷酸木酮糖乙醇乳酸异型乳酸发酵肠膜明串珠菌发酵乳杆菌ED丙酮酸乙醇细菌酒精-运动发酵单胞菌(3)氨基酸发酵亦Stickland以一种氨基酸作为氢供体，另一种氨基酸作为氢受体的发酵类型。氨基酸作为碳源、氮源和能源。少数厌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

(供体：丙氨酸等；受体：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约合成10.5g的干物质。其它生命活动生物发光 例如：转移发光基因，提高观赏性产生生物热第二节

微生物的分解代谢

一、碳水化合物的分解

1.单糖的降解（EMP、HMP、ED）*

2.丙酮酸的降解 ①有氧代谢—三羧酸循环 ②无氧代谢—酒精发酵、乳酸发酵(见前)

二、蛋白质的代谢(腐败、腐化) 1.脱氨作用 2.脱羧作用 三、脂肪的代谢一、碳水化合物的分解碳水化合物的微生物降解能力1.单糖的降解 以葡萄糖为例，分析底物降解的三条途径（EMP、HMP、ED）2.丙酮酸的降解①有氧代谢—三羧酸循环②无氧代谢—酒精发酵、乳酸发酵碳水化合物的微生物降解能力多糖首先由胞外酶水解。最终都能生成单糖。纤维素是植物细胞壁的重要成分，它可以被许多真菌以及放线菌与细菌中的—些种分解与利用。淀粉以淀粉作为生长碳源与能源的微生物中，它们能利用自身的淀粉酶，将其水解成双糖与单糖，再被微生物吸收。果胶、几丁质、木质素等等1.单糖的降解六碳糖中，葡萄糖和果糖是异养生物的主要碳源和能源。葡萄糖降解为丙酮酸的途径在微生物中比较普通。EMP途径HMP途径ED途径EMP途径(己糖二磷酸途径)亦糖酵解生物界共有的途径有氧的条件下与TCA相连，厌氧条件下发酵。葡萄糖形成6-磷酸葡萄糖时好氧的酵母菌、真菌和一些假单孢菌中(?)兼性厌氧菌中(基团转运方式)C6H12O6

+

2NAD

+

2Pi

CH3COCOOH

+

2NADH

+

2[H]

+

2ATP

+

2H2OHMP途径也叫做戊糖磷酸途径、己糖一磷酸途径、WD途径、磷酸葡萄糖酸途径特点大量还原力和多种重要中间代谢产物意义提供戊糖、赤藓糖以及C3-C7的各类糖提供NADPH2

HMP路径ED途径亦称为2酮3脱氧6磷酸葡萄糖酸裂解途径、KDPG途径特点少数菌株的EMP替代途径葡萄糖快速代谢成为丙酮酸产能效率低意义ED途径图示微生物不同途径的产物PathwayKeyenzymeEthanolLactateCO2ATPEmbden-Meyerhof

Saccharomycesfructose1,6diPaldolase2022Embden-Meyerhof

Lactobacillusfructose1,6diPaldolase0202Heterolactic

Streptococcusphosphoketolase1111Entner-Doudoroff

ZymomonasKDPGaldolase2021微生物单糖降解途径比较BacteriumEMPHMPEDAcetobacteraceti-+-Agrobacteriumtumefaciens--+Azotobactervinelandii--+Bacillussubtilismajorminor-Escherichiacolimajorminor-Lactobacillusacidophilus+--Leuconostocmesenteroides-+-Pseudomonasaeruginosa-minormajorVibriocholeraeminor-majorZymomonasmobilis--+①有氧代谢—三羧酸循环②无氧代谢—酒精发酵、乳酸发酵…2.丙酮酸的降解三羧酸循环TCA、Krebs循环柠檬酸循环产能产代谢物

(生物代谢的中枢地位)TCA无氧代谢丙酮酸的无氧代谢——生成乳酸、乙醇其它物质的新陈代谢(复习)二、蛋白质的代谢(腐败、腐化) 1.脱氨作用 2.脱羧作用三、脂肪的代谢脂肪的分解脂肪的合成蛋白质的代谢分解代谢蛋白质有氧条件下，分解为二氧化碳、氢和氨无氧条件下，不完全分解，形成氨基酸，有机酸。合成代谢氨素营养与有机酸化合成氨基酸，形成多肽，再形成蛋白质。第三节

微生物的合成代谢一、碳水化合物的合成*二、脂类物质的合成(复习)三、蛋白质的合成(复习)四、核苷酸和核酸的合成(复习)五、次生代谢产物的合成一、碳水化合物的合成CO2的固定*自养型微生物CO2的固定磷酸核酮糖环(Calvin循环)乙酰辅酶A环还原型TCA环

多糖的合成Calvin循环概述亦磷酸核酮糖环、核酮糖二磷酸循环、CB循环光能自氧微生物(兰细菌和大部分光和细菌)和全部好氧性化能自氧微生物固定CO2的主要途径关键酶：磷酸核酮糖激酶和核酮糖羧化酶Calvin循环1.羧化反应2.还原反应3.受体再生乙酰辅酶A环

（anaerobicacetyl-CoApathway）严格厌氧菌，化能自养型菌株例如：产甲烷细菌、硫酸盐还原菌、产乙 酸菌等还原型TCA环少数光和细菌中，例如嗜硫代硫酸盐绿菌琥珀酰辅酶A通过还原性羧化作用固定二氧化碳在a-酮戊二酸中多糖的合成(复习)核苷酸和核酸的合成次生代谢产物的合成次生代谢产物色素激素毒素抗生素生物碱分解与合成代谢的联系(自学)一、兼用代谢途径

EMP、HMP、TCA…二、代谢回补途径草酰乙酸的回补途径磷酸稀醇式丙酮酸的回补途径联系图示第四节微生物的代谢调控

与发酵生产一、酶活性的调节(复习)1.反馈抑制的类型

2.反馈抑制的机制二、酶合成的调节(复习)1.酶合成调节的类型

2.酶合成调节的机制三、代谢调控在发酵工业中的应用

1.应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节

2.应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节

3.控制细胞膜的渗透性复习微生物的代谢调节能力要优于高等生物基本概念：组成酶(constitutiveenzyme)诱导酶(inducedenzyme)酶活性的调节(分子水平)反馈抑制酶合成的调节(基因水平)乳糖操纵子学说三、代谢调控在发酵中的应用控制微生物的代谢调节机制，以积累所需的代谢产物1.应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节2.应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节3.控制细胞膜的渗透性营养缺陷型菌株的应用利用谷氨酸缺陷型赖氨酸的合成肌苷酸的合成抗反馈调节的应用

控制细胞膜的渗透性解除浓度积累，解除了高浓度物质的反馈抑制1.生理学手段控制膜的渗透性 青霉素2.细胞膜缺损突变补充内容微生物独特合成代谢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过程。固氮微生物种类(原核生物，50个属)自生固氮菌共生固氮菌联合固氮菌固氮的生化机制好氧性固氮菌固氮酶的抗氧机制固氮微生物种类自生固氮菌光能自养：兰细菌光能异养：红螺菌属化能自养：氧化亚铁硫杆菌化能异养：巴氏芽孢梭菌(厌氧)

固氮菌属(好气)共生固氮菌