微生物的代谢医学知识

第一节微生物的能量代谢一、生物氧化作用二、生物氧化类型一、生物氧化作用在生物氧化过程中，凡是以氧为受氢体，必须在有氧条件下生长繁殖的微生物称为需氧性微生物(或好氧性微生物)；凡是以无机氧化物作为最终电子受体，必须在无氧条件下生长繁殖的微生物，称为厌氧性微生物；在有氧和无氧条件下都能生长繁殖的微生物，称为兼性厌氧性微生物。生物氧化作用:

微生物在细胞内酶的催化下，氧化基质，释放能量的过程。AH2→2H++2e+A(氧化)B+2H++2e→BH2(还原)AH2+B→A+BH2（氧化还原）生物氧化过程包括底物脱氢和失去电子；氢和电子的传递；以及受氢体接受氢和电子的过程。在氧化还原反应中，凡是失去电子的物质，叫电子供体，脱去氢的物质叫供氢体；获得电子的物质叫电子受体，获得氢的物质叫受氢体。二、生物氧化类型（一）有氧呼吸作用有氧呼吸作用（aerobicrespiration）是指基质彻底氧化时，以分子氧为最终电子受体的生物氧化作用。反应式：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2878.6kJ（千焦耳）（二）无氧呼吸作用无氧呼吸作用（anaerobicrespiration）又称厌氧呼吸，以外源无机氧化物作为最终电子受体的生物氧化过程。反应式：C6H12O6+12NO3-→6CO2+6H2O+12NO2+1793.226kJ（三）发酵作用狭义发酵作用是指在无氧条件下，底物脱氢后所产生的还原[H]，不经过呼吸链传递，而直接交给某一内源氧化性中间代谢产物的一类低效率产能反应，即电子供体（或供氢体）和电子受体（或受氢体）都是有机化合物的生物氧化作用，有时最终的电子受体就是电子供体的中间产物。有氧呼吸、无氧呼吸和发酵作用过程中的电子流动第二节微生物的分解代谢一、淀粉的分解二、蛋白质的分解三、脂肪的分解一、淀粉的分解淀粉酶α-1，4-葡聚水解酶，又称α-淀粉酶，(内淀粉酶)α-1，4-葡聚糖基-麦芽糖基水解酶，又称β-淀粉酶，(外淀粉酶)葡萄糖淀粉酶，又称为淀粉α-1，4葡萄糖苷酶或糖化酶淀粉直链淀粉（amylose）支链淀粉（amylopectin）二、蛋白质的分解微生物对氨基酸的利用主要是通过脱氨基作用、脱羧基作用和转氨基作用。酸性蛋白酶（最适pH3左右）蛋白酶（proteinase）碱性蛋白酶（最适pH9.5～10.5）中性蛋白酶（最适pH7左右）三、脂肪的分解

微生物对脂类的水解，主要靠脂酶（lipase）来完成。脂类在脂酶的作用下，水解为甘油和脂肪酸。甘油在甘油激酶作用下产生3-磷酸甘油，再在磷酸甘油脱氢酶作用下，生成磷酸二羟丙酮，然后通过糖酵解转变为丙酮酸，进入三羧酸循环，彻底氧化分解为CO2和H2O。脂肪酸的生物氧化作用主要靠β-氧化作用。第三节糖的发酵作用一、EMP途径二、HMP途径三、ED途径四、TCA循环一、EMP途径第二阶段为产能阶段第一阶段为耗能阶段C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi→2CH3COCOOH+2NADH+2H++2ATP+2H2OEMP途径是连接重要代谢途径的桥梁，包括HMP途径、ED途径和TCA循环等，同时也为生物合成提供了多种中间代谢物。由EMP途径中的关键产物丙酮酸出发有多种发酵途径，并可产生多种重要的发酵工业产品。总反应式：二、HMP途径HMP途径分为两个阶段：第一阶段即氧化阶段第二阶段即非氧化阶段HMP途径的特点：①HMP途径是从6-磷酸葡萄糖酸脱羧开始降解；②HMP途径中的特征酶是转酮酶和转醛酶；③HMP途径一般只产生NADPH2，而不产生NADH2。三、ED途径特点：①2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛是特征性反应。②2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶是ED途径特有的酶。③ED途径中最终产物，即2分子丙酮酸，其来历不同。④1mol葡萄糖经ED途径只产生1molATP，从产能效率而言，ED途径不如EMP途径。四、TCA循环三羧酸循环（TCA）TCA在微生物代谢中的枢纽地位黑曲霉产生柠檬酸的生物化学反应第四节微生物的合成代谢一、氨基酸的合成二、微生物次级代谢物的合成一、氨基酸的合成常见氨基酸的碳架及其简要合成路线二、微生物次级代谢物的合成次级代谢产物是指某些微生物在生长繁殖到后期，以结构简单、代谢途径明确、产量较大的初级代谢物作前体，通过复杂而独特的代谢途径合成的各种结构复杂、产量较低、生理功能不明确的高分子有机化合物。次级代谢的四条途径：（1）与糖代谢有关的途径（2）与莽草酸有关的途径（3）与氨基酸有关的途径（4）与乙酰CoA有关的途径第五节微生物代谢调节一、微生物代谢调节类型二、微生物代谢调节的应用一、微生物代谢调节类型

凡能促进酶生物合成的现象叫诱导（induction），该酶称为诱导酶，它是细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的一类酶。能促进诱导酶产生的物质称为诱导物（inducer）它可以是该酶的底物，也可以是难以代谢的底物类似物或底物的前体物质。1．酶活性的调节

指在酶分子水平上的一种代谢调节，它是通过改变现成酶分子活性来调节新陈代谢的速率，包括酶活性的激活和抑制两个方面。2．酶合成的调节

透过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制。这是一种在基因水平上的代谢调节。二、微生物代谢调节的应用。例1：利用营养缺陷型菌株高浓度的积累中间产物利用营养缺陷型突变菌株在单线代谢途径上高浓度的积累中间产物C分支途径上中间产物的积累。例2：利用抗反馈突变菌株与降低末端产物浓度，提高大肠杆菌苏氨酸的产量大肠杆菌苏氨酸合成代谢的调节丙酮酸出发的发酵途径：（一）酵母菌的酒精发酵第一型发酵：第二型发酵：CH3COCOOH→CH3CHO+CO2CH3CHO+NADH2→CH3CH2OH+NAD总反应式：C6H12HO6+2ADP+2Pi→2CH3CH2OH+2CO2+2ATPα-磷酸甘油在α-磷酸甘油脱氢酶的催化下水解，脱去磷酸，生成甘油。第三型发酵：2葡萄糖→2甘油+乙酸+乙醇+CO2总反应式为：C6H12O6+2ADP+2Pi→2CH3CHOHCOOH+2ATP（二）同型乳酸发酵凡是葡萄糖经发酵后只单纯产生2分子乳酸的乳酸发酵称为同型乳酸发酵；而葡萄糖经