微生物的生理

微生物的酶微生物的营养微生物的代谢微生物对难降解物的讲解和转化第3章微生物的生理

第一节微生物的酶

酶：酶是由活细胞产生的具有高度专一性和催化效率的蛋白质性质的有机催化剂。

一酶的组成和结构酶单纯酶结合酶（全酶）=酶蛋白+辅因子辅因子辅酶辅基：与酶蛋白结合紧密的小分子有机物。金属激活剂：金属离子作为辅助因子。酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分，辅因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体。：与酶蛋白结合松弛的小分子有机物。（一）、酶的组成（二）、酶的结构必需基团功能基团≠必需基团酶的必需基团(essentialgroup)：关系到酶催化作用的基团结合基团-与底物结合催化基团-促进底物变化结合部位决定酶的专一性催化部位决定酶所催化反应的性质。

1氧化-还原酶Oxidoreductase氧化-还原酶催化氧化-还原反应。主要包括脱氢酶(Dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。按催化类型二分类2移换酶Transferase转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。

例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。按催化类型二分类3水解酶Hydrolase水解酶催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应按催化类型二分类4裂解酶Lyase

裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反应。按催化类型二分类5异构酶Isomerase异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。

例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。按催化类型二分类6合成酶LigaseorSynthetase合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N以及C-S键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。A+B+ATP+H-O-H===A

B+ADP+Pi例如，丙酮酸羧化酶催化的反应丙酮酸+CO2

草酰乙酸按催化类型二分类三、酶的催化特性酶催化作用特性：高效率：反应速度与不加催化剂相比可提高108～1020，与加普通催化剂相比可提高107～1012；专一性：即酶只能对特定的一种或一类底物起作用；条件温和：常温、常压、pH=7；可调性：酶活性的调节和酶合成速度的调节。稳定性差：对环境条件极为敏感。消化道内几种蛋白酶的专一性（芳香）（硷性）（丙）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶和分类命名：国际系统命名法国际酶学－－四位数字编号系统第一位：表大类；第二位：表亚类；第三位：表亚亚类；第四位：表在亚亚类的序号系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。例如：习惯名称:谷丙转氨酶系统名称:丙氨酸：

-酮戊二酸氨基转移酶酶催化的反应:谷氨酸+丙酮酸

-酮戊二酸+丙氨酸[E]v（一）、酶浓度的影响：

[E]与v成正比四影响酶促反应的因素在酶促反应中，如果底物浓度足够大，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓度成正比。底物分子浓度足够时，酶分子越多，底物转化的速度越快。一级反应混合级反应零级反应[S]KmvVm[S]<<Km时Km+[S]

Km[S]>>Km时,Km+[S]

[S]v=Vm（二）底物浓度的影响当[S]=Km时，v=½Vm

四影响酶促反应的因素

当底物浓度很低时，没有多余的酶与底物结合，随着底物浓度的增加，中间络合物的浓度不断增高。反应速度也迅速增加。当底物浓度很高时，溶液中的酶全部与底物结合成中间产物，虽增加底物浓度也不会有更多的中间产物生成。反应速度的增加也减缓。底物浓度对反应速度的表示酶促反应动力学方程式---米氏方程(式中：Vmax-最大反应速度Km-米氏常数[S]-底物浓度V0-反应速度)米氏方程1913年，德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物学说对酶促反映的动力学进行研究，推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为米氏方程。米氏常数Km的意义米氏常数Km的物理意义：当v=½Vm时即米氏方程

Km的物理意义为“反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度”不同的酶其pH不同，如胃蛋白酶为1.5，胰蛋白酶为7.7，精氨酸酶为9.7，微生物一般在，动物一般在。最适pHv强酸强碱中等酸碱（三）、pH的影响最适pH(optimumpH),不是常数在一定的pH下，酶具有最大的催化活性，通常称此pH为最适pH。

pH对酶活的影响表现：

改变底物分子和酶分子的带电状态；

过高或过低的pH会影响酶的稳定性（四）、温度的影响vt最适温度化学反应蛋白质变性原因：温度对酶促反应速度的影响有两个方面：

Q10(与一般催化剂相同),易失活，蛋白酶特性。蛋白质的变性,化学反应

最适温度（optimumtemperature），不是常数

温度对酶促反应速度的影响机理：双重影响（1）温度影响反应体系中的活化分子数：（2）温度影响酶的活性：酶促反应速度随温度升高而达到一最大值时的温度就称为酶的最适温度。温度对酶作用的影响一方面是当温度升高时，反应速度也加快。另一方面，随温度升高而使酶逐步变性，即通过减少有活性的酶而降低酶的反应速度，酶的最适温度就是这两种过程平衡的结果。1.概念：凡能提高酶活性的物质为激活剂2.种类

（1）无机离子

作用机理：

稳定构象，结合底物（2）

有机分子

作用机理：a.保护作用

b.

调节作用（3）

蛋白分子调节分子

（五）、激活剂的影响酶的激活剂大多数是无机离子，如K+、Mg2+、Mn2+、Cl-等。作用机理是稳定改变中心、提高亲和力。

酶对激活剂有一定的选择性，且有一定的浓度要求，一种酶的激活剂对另一种酶来说可能是抑制剂，当激活剂的浓度超过一定的范围时，它就成为抑制剂。可逆抑制不可逆抑制非专一性不可逆抑制专一性不可逆抑制竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制（六）、抑制剂的作用

抑制作用类型第二节微生物的营养新陈代谢生物体从环境摄取营养物转变为自身物质，同时将自身原有组成转变为废物排出到环境中的不断更新的过程。也就是生物体与外界环境之间的物质和能量交换以及生物体内物质和能量的转变过程。异化作用体内成分通过代谢生成非机体本身所需要的物质。如体内成分降解成代谢废物而排出体外的过程。简单说，异化作用就是把自己变成非己。异化作用就是生物的分解代谢。是生物体将体内的大分子转化为小分子并释放出能量的过程。呼吸作用是异化作用中重要的过程。同化作用生物体吸收外界成分并转化成为自身成分。如摄取营养物转变成细胞内有功能的成分。同化作用(又叫做合成代谢)是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质,并且储存能量的变化过程。即生物体利用能量将小分子合成为大分子的一系列代谢途径。简单说，同化作用就是把非己变成自己几个重要概念新陈代谢异化作用同化作用物质分解反应---将营养物质和细胞物质分解的过程释放能量物质合成反应---将营养物质转变为机体组分的过程吸收能量本节内容：一、微生物的营养要求（微生物们需要吃什么）二、培养基（如何给微生物们做饭）三、营养物质进入细胞（微生物们是怎样吃东西的）本节学习重点：一、微生物的营养类型及其特点二、如何根据需要正确地选择和使用培养基三、微生物吸收营养物质的主要方式及其基本特点微生物营养的特点：食谱广、胃口大营养物质：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质营养：微生物获得和利用营养物质的过程营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。一、微生物细胞的化学组成与营养要素微生物细胞水：70%-90%干物质有机物蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物

无机物（盐）微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”细胞化学元素组成：主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。微生物细胞物质中灰分元素含量的百分比灰分元素固氮菌酵母菌霉菌P2O5SO3K2ONa2OMgOCaOFe2O3SiO2CuO4.950.292.410.070.820.890.08----3.540.0392.34--0.4280.3830.0350.093--4.850.112.811.120.380.190.160.04--微生物的营养要素营养物（nutrient）：

那些能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质通常称为微生物的营养物质。

营养（或叫营养作用，nutrition）：

微生物获得与利用营养物质的过程通常称为营养。二、微生物的营养物质微生物的营养物质按其在机体中的生理作用可区分为六大类。水、碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐

水分是生物细胞的主要化学成分，其重要的生理功能表现在下列几个方面：1.水是微生物生长所必不可少的，也是微生物的组份。2.一系列生理生化反应的反应介质3.参与许多生理生化反应，溶剂与运输介质；4.有效地控制细胞内的温度变化1、水胞外：溶剂(营养物质吸收)胞内：组成成分(70-90%)、溶剂和反应介质、维持膨压和调节温度。2、碳源Carbonsources在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质碳源谱｛有机碳无机碳异养微生物自养微生物微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、CO2及碳酸盐等。碳源分类：自养微生物：利用无机碳源，如CO2、碳酸盐等；异养微生物：利用有机碳源，如葡萄糖、淀粉等。最适碳源：最适碳源:糖>醇>有机酸>脂类；最适糖类:单糖>双糖>多糖；最适单糖:已糖>戊糖；

最适多糖:淀粉>纤维素>木质素、几丁质.类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机碳C·H·O·N·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等C·H·O·N多数氨基酸、简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等C·H·O糖、有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等C·H烃类天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等无机碳C(?)——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白垩等微生物的碳源谱凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。3.氮源氮源谱｛有机氮无机氮NH3铵盐硝酸盐N2｛｛蛋白质核酸氨基酸尿素nitrogensource构成蛋白质和核酸；提供能量

最适碳源：NHCO>NH>NO>N2.速效氮源：以蛋白质降解产物存在的氮源.迟效氮源：以蛋白质形式存在的氮源.根据对氮源要求的不同，将微生物分为四类：A.以游离氮气为氮源：即固氮微生物：固氮蓝藻和根瘤菌；B.以无机氮为氮源：如硝化细菌、亚硝化细菌等；C.以氨基酸为氮源：如乳酸菌、丙酸菌等；D.以蛋白质为氮源：如氨化细菌、腐败细菌等。固氮微生物：能利用氮气合成自身所需的氨基酸和蛋白质氨基酸异养型微生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气的生物按对氮源需求的不同，微生物可分为：无机氮源微生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐的生物分解蛋白质型微生物：能分解蛋白质产生氨、氨基酸和肽，进而合成细胞蛋白质类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机氮N·C·H·O·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等尿素、蛋白胨、明胶等无机氮N·HNH3、铵盐等(NH4)2SO4等N·O硝酸盐等KNO3等NN2空气微生物的氮源谱4.无机盐Inorganicsalts｛参与微生物中氨基酸和酶的组成；调节微生物的氢离子浓度，细胞的渗透与平衡酶的激活剂微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素，10-6--10-8mol/L根据微生物需要量大小可以分成：大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等。化能自养微生物能源生长因子通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。种类：嘌呤、嘧啶类、维生素类嘌呤和嘧啶参与合成核酸和辅酶；维生素，重要辅酶多数细菌不存在生长因子问题。只有少数细菌需要外界提供现成的生长因子，才能生长，如乳酸菌需要多种维生素，因此只能生活在这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。5、生长因子微生物生长因子需要量（ml-1

III型肺炎链球菌（Streptococcuspneumoniae） 胆碱 6ug 金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus） 硫胺素 0.5ng 白喉棒杆菌（Cornebacteriumdiphtherriae） B-丙氨酸1.5ug 破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridiumtetani） 尿嘧啶 0-4ug 肠膜状串珠菌（Leuconostocmesenteroides） 吡哆醛 0.025ug

有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）光能：光能自养和光能异养微生物的能源化学能能源谱6、能源(energysource)提问：哪些物质可以产生化学能？有机碳源特殊的无机物（如NH3、NO2-、H2S、S、H2、Fe2+)提问：什么样的细菌利用光能？含有光合色素所有细菌细胞内能量传递体都是ATP二、微生物的营养类型异养型生物自养型生物生长所需要的营养物质生物生长过程中能量的来源光能营养型化能营养型根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物分为：光能无机自养型(photolithoautotrphy)光能有机异养型(photoorganoheterotrphy)化能无机自养型(chemolithoautotrphy)化能有机自养型(chemoorganoheterotrophy)1）．光能无机自养型（光能自养型）能以CO2为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为细胞物质；藻类及蓝细菌，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。CO2+2H2S光能光合色素[CH2O]+2S+H2O2）．光能有机异养型（光能异养型）不能以CO2为主要或唯一的碳源；以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原；在生长时大多数需要外源的生长因子；例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2O可用于废水处理3）．化能无机自养型（化能自养型）生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作为电子供体使CO2还原成细胞物质。化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物质循环；细菌冶金（氧化亚铁硫杆菌）4）．化能有机异养型（化能异养型）生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源；大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；不同营养类型之间的界限并非绝对自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；微生物不同条件下生长时,其营养类型也会发生改变；例如紫色非硫细菌(purplenonsulphurbacteria)：没有有机物时，同化CO2，

为自养型微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生物营养类型的可变性有利于提高其对环境条件变化的适应能力三、微生物对营养物质的吸收简单扩散（simplediffusion）促进扩散（facilitateddiffusion）主动运输(activetransport)基团转位(grouptranslocation)（一）、单纯扩散(simplediffusionorpassivediffusion)特点：①扩散是非特异性的营养物质吸收方式；②在扩散过程中营养物质的结构不发生变化；③物质运输的速率较慢；④不需要载体参与。⑤可运送的养料有限：限于水、溶于水的气体，及分子量小，脂溶性、极性小的营养物质。（二）、促进扩散(facilitateddiffusion)特点：

营养物质本身在分子结构上不会发生变化不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性养料浓度过高时,与载体蛋白出现饱和效应

注：促进扩散的运输方式多见于真核微生物中（三）、主动运输(Activetransport)特点：物质在主动运输的过程中

需要消耗代谢能可以进行逆浓度运输需要载体蛋白参与对被运输的物质有高度的立体专一性被运输的物质在转移的过程中不发生任何化学变化注：不同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同，好氧微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能。（四）、基团转位(grouptranslocation)

运输过程中需要能量，被运输的物质发生化学变化的运输。（1）由一个复杂的运输系统(磷酸烯醇式丙酮酸---磷酸糖转移酶运输系统(PTS)完成，物质在运输过程中发生化学变化。（2）主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中。（3）具体过程：大肠杆菌对葡萄糖的吸收过程。基团转移运输特点：

需要磷酸酶系统进行催化被运输的物质发生化学变化，被磷酸化需要能量60

营养物质进入细胞的方式比较四种方式：单纯扩散－－浓度梯度作用促进扩散－－浓度梯度为动力，载体帮助主动运输－－代谢能为动力，载体帮助，胞外到胞内基团转位－－复杂运输系统完成，物质起化学变化比较项目单纯扩散促进扩散主动运输基团转位特异载体蛋白运输速度物质运输方向胞内外浓度运输分子能量消耗运输后物质的结构实例无慢由浓至稀相等无特异性不需要不变水、无机盐、O2、CO2有快由浓至稀相等特异性不需要不变红细胞运输糖有快由稀至浓胞内浓度高特异性需要不变钠－钾泵、质子泵等。葡萄糖、氨基酸、无机盐的吸有快由稀至浓胞内浓度高特异性需要改变细菌吸收乳糖培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。任何培养基都应该具备六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；常规高压蒸汽灭菌：1.05kg/cm2,121.3℃15-30分钟；0.56kg/cm2,112.6℃15-30分钟四、培养基（一）、配制培养基的原则目的明确营养协调理化条件适宜经济节约灭菌根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：S10gMgSO4.7H2O0.5g（NH4)2SO40.4gFeSO40.01gH2PO44gCaCl20.25gH2O1000ml培养化能异养的大肠杆菌一种培养基是由下列化学成分组成：葡萄糖5gNH4H2PO41gNaCl5gMgSO4.7H2O0.2gK2HPO41gH2O1000ml目的明确常见的培养四大类微生物的培养基细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏3g蛋白胨10gNaCl5gH2O1000ml放线菌（高氏1号）淀粉20gK2HPO40.5gNaCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gKNO31gFeSO40.01gH2O1000ml酵母菌(麦芽汁培养基)干麦芽粉加四倍水，在50℃--60℃保温糖化3-4小时，用碘液试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为10。巴林，煮沸后，沙布过滤，调PH为6.0。霉菌（查氏合成培养基）NaNO33gK2HPO41gKCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gFeSO40.01g蔗糖30gH2O1000ml营养物质浓度过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。培养基中各营养物质之间的浓度配比直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（C/N）的影响较大。碳氮比指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之比。例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培养基碳氮比为4/1时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基碳氮比为3/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。营养协调理化条件适宜pH水活度氧化还原电位a.PHpH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。通常培养条件：细菌与放线菌：pH7~7.5酵母菌和霉菌：pH4.5~6范围内生长为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中加入pH缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。用半透膜将两种不同浓度溶液隔开后即可产生渗透压。微生物喜欢怎样的渗透压环境呢？渗透压与浓度有关。说明：浓度相同时，分子小的物质溶液渗透压大。离子溶液比分子溶液渗透压大。b.渗透压微生物在不同渗透压环境中的状态a.5～8.5g/L的NaCl（生理盐水0.9％）的NaClc.200g/L的NaCl人们常吃的咸菜、腌肉可以存放很长时间而不变质，为什么呢？c.氧化还原电位氧化还原电位（redoxpotential），是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是V（伏）或mV（毫伏）。不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同好氧性微生物：+0.1伏以上时可正常生长,以+0.3～+0.4伏为宜；厌氧性微生物：低于+0.1伏条件下生长；兼性厌氧微生物：+0.1伏以上时进行好氧呼吸,+0.1伏以下时进行发酵。以粗代精以野代家以废代好以国代进以简代繁以氮代朊以烃代粮以纤代糖经济节约（二）、培养基的类型及应用按成分不同划分天然培养基合成培养基含有化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基化学成分完全了解的物质配制而成的培养基高氏1号培养基、查氏培养基按物理状态不同划分固体培养基液体培养基在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态，琼脂含量一般为1.5%-2.0%琼脂含量一般为0.2%-0.7%不加任何凝固剂半固体培养基固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏

观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定

大规模工业生产及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的研究按用途不同划分基础培养基鉴别培养基含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基用于鉴别不同类型微生物的培养基选择培养基在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基微生物产生某种代谢产物，与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征变化牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基加富培养基特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长第三节微生物的代谢自学为主新陈代谢：发生在活细胞中的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢（anabolism）的总和。 新陈代谢=分解代谢+合成代谢

分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和还原力的作用。

合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子的过程。一、新陈代谢的有关概念按物质转化方式分：分解代谢：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。合成代谢：是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子过程。在这个过程中要消耗能量。物质代谢：物质在体内转化的过程。能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化。

生物小分子合成生物大分子

合成代谢（同化）耗能

物质新陈代谢

能量代谢代谢

产能

分解代谢

（异化）生物大分子分解为生物小分子

按代谢产物在机体中作用不同分：初级代谢：

提供能量、前体、结构物质等生命活动所必须的代谢物的代谢类型；

产物：氨基酸、核苷酸等。次级代谢：

在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代谢类型；

产物：抗生素、色素、激素、生物碱等。二微生物的产能代谢（一）生物氧化

能量代谢是新陈代谢中的核心问题。

中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源——ATP。

有机物（化能异养菌）最初能源日光（光能自养菌）通用能源无机物（化能自养菌）

微生物氧化的形式

生物氧化作用：细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）能量的化学反应。氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高能键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。

生物氧化的方式：①和氧的直接化合：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O②失去电子：Fe2+→Fe3++e–③化合物脱氢或氢的传递:CH3-CH2-OHCH3-CHONADNADH2

生物氧化的功能：产能(ATP)产还原力【H】小分子中间代谢物

底物脱氢的途径

1、EMP途径2、HMP途径3、ED途径4、TCA（三羧酸循环）

生物氧化的过程一般包括三个环节：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）的传递（需中间传递体，如NAD、FAD等）③最后氢受体接受氢（或电子）（最终电子受体或最终氢受体）（二）、异氧微生物的生物氧化

异氧微生物氧化有机物的方式，根据氧化还原反应中的电子受体的不同分为发酵和呼吸。同时呼吸又分为有氧呼吸和无氧呼吸。1、发酵(fermentation)

在生物氧化中发酵是指无氧条件下，底物脱氢后所产生的还原力不经过呼吸链传递而直接交给一内源氧化性中间代谢产物的一类低效产能反应。在发酵工业上，发酵是指任何利用厌氧或好氧微生物来生产有用代谢产物的一类生产方式。发酵底物有糖类、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最重要。

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PK途径。有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。

有机化合物只是部分地被氧化，因此，只释放出一小部分的能量。发酵过程的氧化是与有机物的还原偶联在一起的。被还原的有机物来自于初始发酵的分解代谢，即不需要外界提供电子受体。糖酵解的四种途径EMP途径HMP途径ED途径磷酸解酮酶途径糖酵解：生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程ATPADPATPADPADPATPADPATPNAD+NADH+H+aa:预备性反应bb:氧化还原反应底物水平磷酸化底物水平磷酸化（1）EMP途径（Embden-Meyerhofpathway）EMP途径意义：为细胞生命活动提供ATP和NADH葡萄糖葡糖-6-磷酸果糖-6-磷酸果糖-1，6-二磷酸磷酸二羟丙酮甘油醛-3-磷酸1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸

EMP途径分为两个阶段：第一阶段是无氧化还原反应和能量释放的准备阶段，生成两分子的中间代谢产物：甘油醛-3-磷酸。第二阶段发生氧化还原反应，合成ATP和形成两分子的丙酮酸。EMP途径为微生物的生理活动提供ATP和NADH，其中间产物为微生物的合成代谢提供碳骨架，在一定条件下可逆转合成多糖。（2）、HMP途径自学

HMP途径：

葡萄糖经转化成6-磷酸葡萄糖酸后，在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的催化下，裂解成5-磷酸戊糖和CO2。磷酸戊糖进一步代谢有两种结果：①磷酸戊糖经转酮—转醛酶系催化，又生成磷酸己糖和磷酸丙糖（3-磷酸甘油醛），磷酸丙糖借EMP途径的酶，进一步转化为丙酮酸，称为不完全HMP途径。②由六个葡萄糖分子参加反应，经一系列反应，最后回收五个葡萄糖分子，消耗了1分子葡萄糖（彻底氧化成CO2和水），称完全HMP途径。自学

HMP途径的重要意义：（1）为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。（2）产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提供还原力，另方面可通过呼吸链产生大量的能量。（3）与EMP途径在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可以调剂戊糖供需关系。自学（3）、ED途径

ED途径存在于多种细菌中（革兰氏阴性菌中分布较广，特别是假单胞菌和固氮菌的某些菌株较多存在）。ED途径可不依赖于EMP和HMP途径而单独存在，是少数缺乏完整EMP途径的微生物的一种替代途径，未发现存在于其它生物中。自学

ATPADPNADP+NADPH2葡萄糖6-磷酸-葡萄糖6-磷酸-葡萄酸

~~激酶（与EMP途径连接）~~氧化酶(与HMP途径连接)

EMP途径3-磷酸-甘油醛~~脱水酶2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸EMP途径丙酮酸~~醛缩酶

有氧时与TCA环连接

无氧时进行细菌发酵

ED途径自学（4）、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。磷酸解酮酶途径有两种：

磷酸戊糖解酮酶途径（PK）途径磷酸己糖解酮酶途径（HK）途径自学磷酸己糖解酮途径2葡萄糖2葡萄糖-6-磷酸6-磷酸果糖6-磷酸-果糖同EMP4-磷酸-赤藓糖乙酰磷酸2木酮糖-5-磷酸磷酸戊糖解酮酶逆HMP途径2甘油醛-3-磷酸2乙酰磷酸2乳酸2乙酸乙酸乙酸激酶磷酸己糖解酮酶自学磷酸戊糖解酮酶途径（PK）途径的特点：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自学磷酸己糖解酮酶途径（HK）途径的特点：①有两个磷酸解酮酶参加反应；②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许多微生物（如双歧杆菌）的异型乳酸发酵即采取此方式。自学

丙酮酸的发酵产物①酵母型酒精发酵②同型乳酸发酵③丙酸发酵④混合酸发酵⑤2,3--丁二醇发酵⑥丁酸发酵自学乙醇发酵

酵母菌的乙醇发酵：（酵母的一型发酵）C6H12O6

EMP2CH3COCOOH-2CO22CH3CHO乙醇脱氢酶

2CH3CH2OHNADNADH22ATP该乙醇发酵过程只在以及厌氧的条件下发生。自学乙醛与亚硫酸氢钠反应生成难溶的磺化羟基乙醛，而不能作为受氢体由磷酸二羟丙酮担任受氢体接受3-磷酸甘油醛脱下的氢而生成-磷酸甘油，后者经-磷酸甘油酯酶催化，生成甘油。亚硫酸氢钠存在时的酵母发酵？（酵母的二型发酵）自学

原因：该条件下2分子乙醛间发生歧化反应，生成1分子乙醇和1分子乙酸；CH3CHO+H2O+NAD+CH3COOH+NADH+H+CH3CHO+NADH+H+CH3CH2OH+NAD+

当发酵液处在碱性条件下，酵母的乙醇发酵会改为甘油发酵。（酵母的三型发酵）此时也由磷酸二羟丙酮担任受氢体接受3-磷酸甘油醛脱下的氢而生成-磷酸甘油，后者经-磷酸甘油酯酶催化，生成甘油。2葡萄糖2甘油+乙醇+乙酸+2CO2自学

乳酸发酵乳酸细菌能利用葡萄糖及其他相应的可发酵的糖产生乳酸，称为乳酸发酵。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HMP途径）

双歧杆菌发酵：（经HK途径—磷酸己糖解酮酶途径）自学

混合酸发酵

埃希氏菌、沙门氏菌、志贺氏菌属的一些菌通过EMP途径将葡萄糖转变成琥珀酸、乳酸、甲酸、乙醇、乙酸、H2和CO2等多种代谢产物，由于代谢产物中含有多种有机酸，故将其称为混合酸发酵。自学葡萄糖2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸3-磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸乙醇乙醛2乙醇2CO22H2H+ATP2ATP菌种：运动发酵单胞菌等途径：ED细菌的乙醇发酵自学

发酵途径：

葡萄糖琥泊酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸乳酸丙酮酸乙醛乙酰CoA甲酸

乙醇乙酰磷酸CO2H2

乙酸自学

2、呼吸作用

呼吸作用是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，从而生成水或其他还原型产物并释放出能量的过程。有氧呼吸是以分子氧作为最终电子受体。无氧呼吸是以氧化型化合物作为最终电子受体。

呼吸作用和发酵作用的区别：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，逐步释放出能量再交给最终电子受体。（1）、有氧呼吸

是以分子氧作为最终电子(或氢)受体的氧化过程；是最普遍、最重要的生物氧化方式。

途径：EMP,TCA循环

特点：在有氧呼吸作用中，底物的氧化作用不与氧的还原作用直接偶联，而是底物在氧化过程中释放的电子先通过电子传递链（由各种电子传递体，如NAD,FAD,辅酶Q和各种细胞色素组成）最后才传递到氧。由此可见，TCA循环与电子传递是有氧呼吸中两个主要的产能环节。好氧呼吸产能的代表途径；指由丙酮酸经过一系列循环反应而彻底氧化、脱羧，形成CO2、H2O和NADH的过程。是广泛存在于各种生物体中的重要化学反应，在好氧微生物中普遍存在，也称为三羧酸循环；由诺贝尔奖获得者（1953）、德国学者于1937年提出。TCA循环好氧呼吸过程中，葡萄糖的氧化分解为两阶段（1）葡萄糖经EMP途径酵解，不需要消耗氧，形成中间产物－－丙酮酸；（2）丙酮酸的有氧分解（TCA循环）。TCA循环循环的结果是乙酰CoA被彻底氧化成CO2和H2O，每氧化1分子的乙酰CoA可产生12分子的ATP，草酰乙酸参与反应而本身并不消耗。

TCA循环的重要特点循环一次,乙酰CoA的乙酰基被氧化为2分子CO2,并重新生成1分子草酰乙酸；整个循环有四步氧化还原反应，其中三步反应中将NAD+还原为NADH+H+，另一步为FAD还原；为糖、脂、蛋白质三大物质转化中心枢纽;循环中的某些中间产物是一些重要物质生物合成的前体；生物体提供能量的主要形式；为人类利用生物发酵生产所需产品提供主要的代谢途径。如柠檬酸发酵；Glu发酵等。从葡萄糖开始，能量统计TCA循环葡萄糖2个丙酮酸EMP2ATP+2NADH相当于产生8个ATP

2丙酮酸2乙酰－SCoA脱羧2个NADH相当于产生6个ATP

2乙酰－SCoATCA循环2草酸乙酰6NADH+2FADH+2ATP相当于24个ATP30个ATP葡萄糖完全氧化产生的ATP酵解阶段：2ATP

2

1NADH

兑换率1：3(或2)2ATP2

(3ATP)三羧酸循环：2

1GTP2

3NADH2

1FADH22

1ATP2

9ATP2

2ATP兑换率1：3兑换率1：2丙酮酸氧化：2

1NADH兑换率1：32

3ATP总计：38ATP（2）、无氧呼吸一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（个别为有机氧化物）的生物氧化，是一种无氧条件下进行的产能效率较低的特殊呼吸。

无氧呼吸的类型：硝酸盐呼吸：NO3-NO2-,NO,N2硫酸盐呼吸：SO42-SO32-,S3O62-,S2O32无机盐呼吸

H2S硫呼吸：S0S-2

碳酸盐呼吸：CO2,HCO3-CH3COOHCO2,HCO3-CH4

延胡索酸呼吸：延胡索酸

琥珀酸（2）无氧呼吸在生物氧化时呼吸链末端的最终电子受体为无机氧化物。有机物CO2氧化态NO3-、SO42-、CO32-(还原为NO2-、SO32-、CH4)碳流电子流硝酸盐呼吸硫酸盐呼吸碳酸盐呼吸

（三）、自养微生物的生物氧化还原CO2时ATP和[H]的来源顺呼吸链传递CO2、NH4+,NO2-,H2S,S(最初能源)耗[H]产ATP逆呼吸链传递S,H2,Fe2+NAD(P)H2（无机氢供体）耗ATP产[H][CH2O]ATPCO2自学二．自养微生物的生物氧化化能无机营养型：这些微生物一般也能以CO2为唯一或主要碳源合成细胞物质以无机物为电子供体从无机物的氧化获得能量从对无机物的生物氧化过程中获得生长所需要能量的微生物一般都是：化能无机自养型微生物自养微生物将氨氧化为亚硝酸并获得能量将亚硝氧化为硝酸并获得能量1、氨的氧化亚硝化细菌：硝化细菌：

这两类细菌往往伴生在一起，在它们的共同作用下将铵盐氧化成硝酸盐，避免亚硝酸积累所产生的毒害作用。在自然界中分布非常广泛。硝化作用与反硝化作用的不同点：

硝化作用

由化能自养菌所进行的生物氧化作用NH3（O2）NO2-（O2）NO3-由硝化细菌所进行的有氧呼吸好氧菌有氧的条件下进行氧化反应以分子氧为H（电子）受体从无机物的氧化中获得能量产能效率低，只有1分子ATP还原力的形成是在耗能的情况下通过反向电子传递而形成NADH2

反硝化作用由化能异养菌所进行的还原作用

NO3-NO2-NON2ON2由反硝化菌群所进行的无氧呼吸厌氧或兼性厌氧菌无氧的条件下进行还原反应以NO3-为呼吸链末端H（电子）受体从有机物的氧化中得到能量可产生2分子ATP还原力NADH2的形成是通过有机物的生物氧化，不需要耗能

2、硫的氧化

硫杆菌能利用一种或多种还原态或部分还原态的硫化物作能源。H2S首先氧化成元素硫，再被硫氧化酶和细胞色素系统氧化成亚硫酸盐，放出的电子在传递过程中偶联产生4个ATP。亚硫酸盐的氧化分为两条途径：一是直接氧化成SO42-的途径，由亚硫酸盐-细胞色素C还原酶和末端细胞色素系统催化，产生1个ATP；二是经磷酸腺苷硫酸的氧化途径，每氧化1分子SO42-产生2.5个ATP。自学

3、铁的氧化从亚铁到高铁的氧化，对少数细菌而言是一种产能反应，但只有少数的能量可被利用。在低PH环境中，氧化亚铁硫杆菌利用亚铁氧化时放出的能量生长，在电子传递到氧的过程中细胞质内有质子消耗，从而驱动ATP的合成。自学

亚铁（Fe2+）只有在酸性条件（pH低于3.0）下才能保持可溶解性和化学稳定；

当pH大于4-5，亚铁（Fe2+）很容易被氧气氧化成为高价铁（Fe3+）；氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillusferrooxidans）自学氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillusferrooxidans）

在富含FeS2的煤矿中繁殖，产生大量的硫酸和Fe(OH)3，从而造成严重的环境污染。

它的生长只需要FeS2及空气中的O2和CO2，因此要防止其破坏性大量繁殖的唯一可行的方法是封闭矿山，使环境恢复到原来的无氧状态。自学

4、氢的氧化氢细菌都是一些革兰氏阴性的兼性化能自养菌。能利用分子氢氧化产生的能量，同化CO2，也能利用其他有机物生长。多数氢细菌中有两种与氢的氧化有关的酶（颗粒状氧化酶：驱动质子的跨膜运输，形成跨膜质子梯度，为ATP的合成提供动力；可溶性氢化酶：催化氢的氧化，使NAD+还原，所生成的NADH主要用于CO2的还原。）自学

在产能代谢过程中，微生物通过底物水平磷酸化和氧化磷酸化将某种物质氧化释放的能量存于ATP等高能分子中，对光合微生物可通过光合磷酸化将光能转变为化学能存于ATP中。（四）、能量转换三种方式底物水平磷酸化光合磷酸化氧化磷酸化1、底物水平磷酸化（substratelevelphosphorylation）

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。2、氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）

氧化磷酸化产能机制

呼吸链在传递氢或电子的过程中，通过与氧化磷酸化作用的偶联，产生生物的通用能源--ATP。目前获得多数学者接受的是化学渗透学说。

主要观点：在氧化磷酸化过程中，通过呼吸链酶系的作用，将底物分子上的质子从膜的内侧传递至外侧，从而造成了质子在膜两侧分布的不均衡，即形成了质子梯度差（又称质子动势、pH梯度等）。这个梯度差就是产生ATP的能量来源，因为它可通过ATP酶的逆反应，把质子从膜的外侧再输回到内侧，结果一方面消除了质子梯度差，同时就合成了ATP。光能转变为化学能的过程：当一个叶绿素分子吸收光量子时，叶绿素性质上即被激活，导致其释放一个电子而被氧化，释放出的电子在电子传递系统中的传递过程中逐步释放能量，这就是光合磷酸化的基本动力。3、光合磷酸化（photophosphorylation）光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是通过电子传递系统产生ATP

光合磷酸化作用：是指光合细菌以光为能源，利用CO2（光能自养）或有机碳化合物（光能异养）作为碳源，通过电子传递链生成ATP的过程。

（1）环式光合磷酸化不是利用H2O，而是利用还原态的H2、H2S等作为还原CO2的氢供体，进行不产氧的光合作用。通过电子的逆向传递产生还原力。电子传递的过程中造成了质子的跨膜移动，为ATP的合成提供了能量。存在于厌氧光合细菌中的能利用光能产生ATP的磷酸化反应，是一种在光驱动下通过电子的循环式传递而完成的磷酸化，故称循环光合磷酸化。不是利用H2O，而是利用还原态的H2、H2S等作为还原CO2的氢供体，进行不产氧的光合作用。电子传递的过程中造成了质子的跨膜移动，为ATP的合成提供了能量。通过电子的逆向传递产生还原力。不是利用H2O，而是利用还原态的H2、H2S等作为还原CO2的氢供体，进行不产氧的光合作用。电子传递的过程中造成了质子的跨膜移动，为ATP的合成提供了能量。自学1）.环式光合磷酸化

④不产生氧③还原力来自H2S等无机物②产能与产还原力分别进行①电子传递途径属循环方式特点：自学（2）非环式光合磷酸化产氧型光合作用：（绿色植物、蓝细菌）非环式光合磷酸化的反应式：2NADP+＋2ADP＋2Pi+2H2O→2NADPH＋2H+＋2ATP＋O2通过光反应系统Ⅰ与光反应系统Ⅱ的共同作用，在电子流不进行循环的情况下合成ATP的过程，称为非环式光合磷酸化。自学（2）非环式光合磷酸化hvchl绿色细菌的非环式光合磷酸化（不产氧型光合作用）NAD++H2S+ADP+PiNADPH+H++ATP+S自学（2）.非环式光合磷酸化④还原力来自H2O的光解③同时产生还原力、ATP和O2②有PSⅠ和PSⅡ2个光合系统特点：①有氧条件下进行自学3）嗜盐菌紫膜的光合作用嗜盐菌细胞膜红色部分（红膜）紫色部分（紫膜）一种只有嗜盐菌才有的，无叶绿素或细菌叶绿素参与的独特的光合作用。主要含细胞色素和黄素蛋白等用于氧化磷酸化的呼吸链载体在膜上呈斑片状（直径约0.5mm）独立分布，其总面积约占细胞膜的一半，主要由细菌视紫红质组成。自学（3）嗜盐菌紫膜的光合作用紫膜的光合磷酸化是迄今为止所发现的最简单的光合磷酸化反应自学

三、微生物的合成代谢

需能的生物合成与产能的ATP分解反应相偶联，生物合成方向不可逆

自学1945年美国的Calvin等人经过十年的研究揭示了光合作用暗反应阶段碳素同化及受体再生的循环途径，因此称为卡尔文循环（Calvin–Bensoncycle）。

由于途径中的最初产物是三碳化合物（3-磷酸甘油酸），故也称作C3途径。

1、CO2的固定（1）卡尔文循环自学

整个循环可分为三个阶段：1)CO2固定

CO2的固定（CO2fixation），即游离的CO2经酶促反应转变为有机物分子中的羧基,也称作CO2的羧化（carboxylation）。

CO2的受体是核酮糖-1,5-二磷酸（ribulose-1,5-bisphosphate，RuBP），催化此反应的酶是核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（ribulose-1,5-bisphosphatecarboxylase/oxygenase，Rubisco）。自学整个循环可分为三个阶段：(1)CO2固定

上述反应在夜间或黑暗条件下受阻自学这一阶段包括两步反应：（1）在磷酸甘油酸激酶催化下，发生高能键的转移，产生1，3-二磷酸甘油酸（BPG）；（2）在磷酸甘油醛脱氢酶的催化下，还原产生3-磷酸甘油醛（G3P）。第二步酶是光调节酶。反应中消耗的ATP和NADPH来自于前面介绍的光合作用光反应所产生的化学能和还原力。2）羧化产物的还原自学

磷酸丙糖异构酶的催化下，3-磷酸甘油醛（G3P）异构为磷酸二羟丙酮（DHAP）；醛缩酶的催化下，缩合成果糖-1,6-二磷酸（FBP）；然后在光调节酶催化下，水解去掉一个磷酸基团，变为果糖-6-磷酸（F6P）；再经磷酸葡萄糖异构酶催化，就变为葡糖-6-磷酸（G6P），再生成磷酸戊糖。3）受体的再生（2）还原性三羧酸循环固定CO2自学2、生物固氮微生物将氮还原为氨的过程称为生物固氮具有固氮作用的微生物近50个属，包括细菌、放线菌和蓝细菌

根据固氮微生物与高等植物以及其他生物的关系，可以把它们分为三大类:自生固氮菌共生固氮菌联合固氮菌固氮微生物的种类:自学a.自生固氮菌一类不依赖于它种生物共生而能独立进行固氮的生物自生固氮菌好氧：固氮菌属、氧化亚铁硫杆菌属、蓝细菌等兼性厌氧：克雷伯氏菌属、红螺菌属等厌氧：巴氏梭菌、着色菌属、铜绿假单菌胞菌属等自学b.共生固氮菌必须与它种生物共生在一起才能进行固氮的生物共生固氮菌非豆科：弗兰克氏菌属等满江红：满江红鱼腥蓝细菌等根瘤豆科植物：根瘤菌属等植物地衣：鱼腥蓝细菌属等自学地衣自学c.联合固氮菌必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能进行固氮的生物联合固氮菌根际：生脂固氮螺菌芽孢杆菌属等叶面：克雷伯氏菌属、固氮菌属等动物肠道：肠杆菌属、克雷伯氏菌属等自学固氮作用的机理

固氮作用中N2还原成NH3，NH3进而合成有机化合物。N2还原成NH3系由固氮酶所催化。

固氮的总反应式为：

N2+8H++8e-+(18-24)ATP--→

2NH3+H2+(18-24)ADP+(18-24)Pi自学固氮反应的条件

ATP

还原力[H]及其载体固氮酶镁离子厌氧微环境底物N2

自学

固氮的生化途径总反应：N2+8[H]+18~24ATP2NH3+H2自学（二）、其他耗能反应1、运动2、营养物质运输3、生物发光自学

四、微生物代谢的调节

微生物代谢调节系统的特点：精确、可塑性强，细胞水平的代谢调节能力超过高等生物。成因：细胞体积小，所处环境多变。微生物细胞代谢是通过控制酶的作用来实现的，分为酶合成的调节（调节酶分子的合成量）和酶活性调节（调节酶分子的活性）两种。分别是在遗传和酶化学水平上进行的。自学（一）、酶活性的调节通过现成的酶分子构象或分子结构的改变来调节催化新陈代谢反应的速率的方式。是酶分子水平上的调节，属于精细、快速的调节。调节方式：变构调节和修饰调节自学酶活力调节的机制1、变构调节：变构酶为一种变构蛋白，酶分子空间构象的变化影响酶活。其上具有两个以上立体专一性不同的接受部位，一个是活性中心，另一个是调节中心。活性位点:

与底物结合变构位点:与抑制剂结合,构象变化,不能与底物结合与激活剂结合,构象变化,促进与底物结合自学2、修饰调节酶活力调节的机制通过共价修饰，使酶分子处于活性和非活性的互变状态。自学反馈抑制的类型A、直线式代谢途径中的反馈抑制：

苏氨酸脱氨酶苏氨酸 α-酮丁酸 异亮氨酸

反馈抑制

其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成（二）、分支合成途径调节自学B、分支代谢途径中的反馈抑制：在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供应，微生物发展出多种调节方式。主要有：同功酶的调节，顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。自学1、同功酶定义：催化相同的生化反应，而酶分子结构有差别的一组酶。意义：在一个分支代谢途径中，如果在分支点以前的一个较早的反应是由几个同功酶催化时，则分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用。---某一产物过量仅抑制相应酶活，对其他产物没影响。自学举例：大肠杆菌的天冬氨酸族氨基酸合成的调节。自学2、协同反馈抑制定义：分支代谢途径中几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。举例：天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制和阻遏。自学自学3、积累反馈抑制定义：每一分支途径末端产物按一定百分比单独抑制共同途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时它们的抑制作用是积累的，各末端产物之间既无协同效应，亦无拮抗作用。自学自学4、顺序反馈抑制

一种终产物的积累,导致前一中间产物的积累，通过后者反馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成终止。自学举例：枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成的调节自学（三）酶合成的调节

酶合成的调节也即基因表达的转录调节或酶量调节，是一种相对的慢调节过程。自学1、诱导模型：乳糖操纵子理论操纵子学说是关于原核生物结构及其表达调控的学说，它是由法国巴斯德研究所科学家JacobandMonod于1961年首先提出.自学自学调节基因控制基因结构基因Lac操纵子及各个组分自学操纵子模型1961年Jacob和Monod发表的lac操纵子是负控制模式自学自学

色氨酸的合成分5步。每一环节需要一种酶，编码这些酶的基因紧密联系在一起，转录在一条多顺反子mRNA分子上，分别为：色氨酸操纵子2、阻遏自学trpE--邻氨基苯甲酸合成酶trpD--邻氨基苯甲酸焦磷酸转移酶trpC--邻氨基苯甲酸异构酶trpB--色氨酸合成酶

trpA—吲哚甘油-3-磷酸合成酶自学色氨酸操纵子(tryptophaneoperon)负责色氨酸的色氨酸合成，当有色氨酸存在时，操纵子自动关闭。缺乏时，trp基因表达。色氨酸操纵子二、代谢调节3.酶活性合成调节自学大肠杆菌trp操纵子自学色氨酸操纵子的结构和色氨酸阻抑物的功能自学前导肽：由前导RNA27-68编码的14个氨基酸多肽自学色氨酸衰减子位点的碱基序列自学大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减机制自学自学五、代谢调控的应用（一）营养缺陷型突变株的应用（二）抗反馈控制突变株的应用（三）组成型突变株和超产突变株的应用（四）控制细胞膜的通透性的应用自学第四节微生物对难降解物的降解和转化