微生物学第7章 微生物的代谢

1、1，第7章微生物代谢，2，新陈代谢(metabolism )简称代谢，是指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。 新陈代谢的共同特征： (1)在温和条件下进行(酶催化) (2)反应程序很多，但相互合作、有序、协调、阶段性地进行，显示新陈代谢具有严格的顺序性；(3)对内外环境具有高度的调节功能和适应功能。 3、主要内容，微生物代谢概论微生物的分解代谢和能量的产生微生物分解代谢产物和鉴定反应微生物的合成代谢微生物的代谢调控， 2分解代谢微生物通过分解代谢酶系的催化分解各种复杂的营养物质，产生简单的分子，储存同时产生的能量的过程。 3合成代谢微生物在合成代谢酶系统的催化下消耗能量，将单纯化合物

2、合成为复杂细胞物质的过程。*，6，分解代谢(catabolism )，分解代谢是指细胞将高分子物质分解成小的分子物质，在这个过程中产生能量。 一般来说，分解代谢是指蛋白质多糖氨基酸单糖甘油、脂肪酸丙酮酸/乙酰A CO2、H20、能量(三羧酸循环)、7、合成代谢(anabolism )、合成代谢是指细胞利用小分子物质合成复杂大分子的过程，在该过程中消耗能量用于合成代谢的小分子物质来源于分解代谢过程中产生的中间产物和环境中的小分子营养物质。 8、在代谢过程中，微生物通过分解作用(光合作用)产生化学能。 这些能量用于合成1合成代谢2微生物的运动和输送热和光，9，初级代谢微生物通过同一代谢途径，合成细

3、胞生长和繁殖所需的化合物的过程。 产物：氨基酸、核苷酸等。 次生代谢合成次生代谢产物的过程。 次级代谢产物微生物在代谢过程中产生的对微生物自身生长、繁殖没有显着功能的化合物。 eg抗生素、生长激素、毒素、色素等。 10、次生代谢通常是某些生物为了避免初级代谢过程中间产物的积累而产生的不良影响和外部环境因素的压力，是有利于生存的代谢类型。 次生代谢被认为是一种生物在某种条件下通过突变得到的适应性生存方式。 11、次生代谢和初级代谢是相对的概念，两种代谢与不同有关，其差异主要表现为： (1)次生代谢只存在于某种生物中，而初级代谢是普遍存在于各种生物中的基本代谢类型。 (2)次代谢产物虽然发生者本身

4、不是生物生存所必需的物质，但次代谢产物通常是生物生存所必需的物质。 (3)次代谢通常出现在微生物对数生长的末期和稳定期，次代谢始终存在于所有生活机体中。 (4)次生代谢对环境条件的变化很敏感，其产物的合成多受环境条件的变化明显影响。 初级代谢对环境条件变化的相对敏感性小，相对稳定。 12，(5)催化次生代谢产物合成的酶的特异性弱，多为诱导酶。 这些酶通常由于环境条件的变化而不能合成。 相对来说，催化初级代谢产物合成的酶特异性和稳定性强，(6)次级代谢产物是各种各样的，而且各种次级代谢产物通常是化学结构非常相似、成分不同的混合物。 例如，目前已知新霉素4种，极噬菌体10种，多噬菌体10种，放线菌

5、素20种以上等。 初级代谢产物的性质和类型在各种生物中相同或几乎相同。、13、次生代谢以初级代谢为基础。 一次代谢能为二次代谢产物的合成提供前体物质和必要的能量，因此二次代谢在特定条件下继续发展，避免了一次代谢过程中(或)中间体或产物过量积累对生物的毒性作用。 14、能量代谢、化学能、光能等能量在微生物细胞内的相互转换和代谢变化叫做能量代谢。 15、有机物(化能异养菌)、无机物(化能异养菌)等)、光能(光能营养菌)化能异养微生物以有机物为能源，最常用的碳源是葡萄糖，在葡萄糖分解氧化过程中，微生物首先把葡萄糖转化成丙酮酸， 同时产生少量的ATP和还原力NADH2或NADPH2，根据两者的氢和电子

6、的去向，可以分别将能量产生方式命名为呼吸和发酵。 通过电子传递链使氢和电子转移到氧中，同时产生大量能量的过程称为有氧呼吸，把氢和电子转移到无机物中，作为无氧呼吸的直接将有机物还原，蓄积代谢产物，产生少量的能量，也称为发酵。能源、16、微生物代谢和酶、酶在微生物细胞中的分布：胞外酶(以水解酶为主)，细胞内酶微生物细胞中的酶的种类：氧化还原酶、转移酶、水解酶、异构酶和合成酶(诱导酶和构成酶)，17、分解代谢和能量的产生葡萄糖分解途径， EMP、HMP、ED、PK、直接氧化、和EMP (embdemmeyerhofparnaspathway、糖解、己糖磷酸路径)大多数生物共享的基本路径c6h 12

7、o6n ad2h3po4a DP2 ch3cocoo h2NADH2at 真核微生物在1分子g中产生36个ATP。 (NADH2进入线粒体膜上的呼吸链，产生FADH2，消耗2分子ATP )、19、*.emp途径、葡萄糖、葡萄糖-6-磷酸、果糖-6-磷酸、果糖- 1，6 -磷酸，1， 3-磷酸甘油酸、3-磷酸甘油酸、2-磷酸甘油酸、磷酸烯醇丙酮酸、丙酮酸，EMP途径的意义：为细胞的生命活动提供ATP和NADH，底物水平的磷酸化，底物水平的磷酸化，21、22，HMP途径(hexose monophosphate pathway，别名己源单磷酸途径/戊糖磷酸途径)是通过HMP途径，g氧化，产生大量的

8、NADPH和多种代谢产物，可以提供不同碳骨架的磷酸糖。 g经HMP途径彻底氧化后，生产35个ATP。 23、24、完全HMP根6葡萄糖-6-磷酸12NADP 6H2O 5葡萄糖-6-磷酸12NADPH 12H 12CO2 Pi、HMP根1个循环的最终结果是，1分子葡萄糖-6-磷酸为1分子乙醛-3-磷25，HMP途径从6-磷酸-葡萄糖开始，因为单磷酸在变成糖后开始分解，所以被称为单磷酸变成糖的途径。 26、HMP途径的重要意义为核苷酸和核酸的生物合成提供了戊糖磷酸。 产生大量的NADPH2，为脂肪酸、类固醇等的合成提供还原力，同时通过呼吸链可以产生大量的能量。 用EMP途径、果糖1，6 -二磷酸

9、和甘草酸连接，可以调节戊糖的供求关系。 途径中的红糖、景天庚糖等可用于芳香族氨基酸合成、碱合成、多糖类合成。 路径上存在37个碳的糖，具有该路径的微生物可以利用的碳源光谱变得更广泛。 通过这个途径可以生产很多重要的发酵产物。 核苷酸、一些氨基酸、辅酶、乳酸(异型乳酸发酵)等。 HMP途径在总能量代谢中占一定比例，与细胞代谢活动对中间产物的需求量有关。27、ED路线(Enter-Doudoroff pathway )、2-on-3 -脱氧-6-磷酸葡萄糖(KDPG )开裂路线(eg :假单胞菌：绿色假单胞菌) ED路线具有缺乏完全的EMP路线的微生物g可以迅速地得到在4阶段反应中EMP路径的10

10、阶段得到的丙酮酸。 g通过ED途径生成一个ATP，在生成的丙酮酸氧条件下进入TCA进一步彻底氧化，在生成7ATP的无氧条件下脱碳酸生成乙醛，还原为乙醇(细菌乙醇发酵机构)。 28、29、c6h 12 o6adppinad2 ch3cocoohatpnadph2NADH 2ed根的特征酶是KDPG醛糖酶，2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸(KDPG )和丙酮酸和3-磷酸甘油酯ED途径的结果：一分子葡萄糖通过ED途径最后生成了双分子丙酮酸、一分子ATP、一分子NADPH、一分子NADH。 ED路径广泛分布于革兰氏阴性菌中，ED路径不依赖于EMP和HMP，只有ED路径比EMP路径经济。 30，ED途

11、径细菌酒精发酵的优点：代谢速度高，生成物转化率高，菌体生成少，代谢副产物少，发酵温度高，不需要定期供氧。 缺点： pH5、易感染的细菌对乙醇的抗性低，31、32、PK途径(phosphoketolase pathway )、磷酸酮分解途径存在于肠膜状明珠菌属和双歧杆菌属中的一些磷酸酮分解途径的微生物缺乏醛糖酶33、磷酸水解酶HK途径、磷酸水解酶、34、有两个磷酸酮水解酶参加反应在没有氧化作用和脱氢作用的情况下，双分子葡萄糖分解为3分子醋酸和2分子3-磷酸-甘草酸； 3-磷酸-甘草酸在脱氢酶的干预下变化为乳酸乙酰磷酸生成乙酸的反应与ADP生成ATP的反应偶联每1分子葡萄糖生成2.5分子的ATP，

12、35，戊糖磷酸酮分解路径，36， c6h 12 o6adppich3CHO hcooh ch3ch2oh co2ATP分解1分子葡萄糖只产生1分子ATP，产生相当于EMP途径的一半的大致相同量的乳酸、乙醇、CO2的多数微生物的异型乳酸发酵就是这种方式。 37、直接氧化途径葡萄糖氧化酶，常见于假单胞菌、农杆菌等。 38、微生物氧化方式，生物氧化是细胞内代谢物在氧化作用下释放能量的化学反应。 氧化过程中产生大量的能量，阶段性地被释放，作为高能结合储存在ATP分子内，用于供求。 呼吸作用以有氧呼吸-分子氧为最终电子(和氢)受体氧化作用以无氧呼吸-无机氧化物为最终电子(和氢)受体的氧化作用发酵作用以有

13、机物为基质，电子(或氢)供体和受体为有机化合物，39，呼吸作用、有机物完全氧化，放出的电子通过电子传递链传递给电子受体1有氧呼吸(1)在以氧为最终电子受体的生物氧化过程中，生成物为CO2和H2O。 (2)G (EMP)丙酮酸 TCA/呼吸链 6CO2 H2O 38ATP，40，2无氧呼吸(1)兼性厌氧微生物或厌氧微生物(2)电子受体中包含NO3-、SO42-、CO2等， 此外，延胡索酸等有机物电子供体与受体之间也需要细胞色素等中间电子供体，伴随着磷酸化作用，基质完全被氧化，可以产生更多的能量，而不比氧气呼吸产生的能量多。 41，硝酸盐呼吸，42，3不同呼吸类型的微生物(1)好氧微生物(aero

14、bic ) :细菌、放线菌、真菌。 (2)厌氧微生物(anaerobic )不具有超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD )和过氧化氢酶，不能解除O2和过氧化氢的强细胞毒作用。 (3)兼性厌氧微生物(facultative anaerobic )在氧或无氧环境下生长，以不同的氧化方式获得能量。 43、发酵作用、发酵是厌氧微生物和显性厌氧微生物在无氧条件下产生能量的重要方式。以有机物为基质，将其分解产物的中间产物作为最终的电子或氢受体的氧化过程。 最终会导致有机物的积蓄和少量能量的产生。 (1)酵母菌的发酵(P160图7-10 )第一型发酵(乙醇发酵) G (EMP)(

15、2NAD2NADH2)2丙酮酸2co2乙醛(2NADH 22 nad )2 ch3ch2OHC6h 12 o6ADP2h3po 42 ch 第二型发酵(甘油发酵)乙醛亚硫酸氢钠磺化羟基乙醛磷酸二羟基丙酮磷酸甘油甘油C6H12O6 NaHSO3 甘油CH3CHOH-SO3Na CO2的过程中at 第三型发酵(甘油发酵) 2葡萄糖2甘油乙醇乙酸2 CO2弱碱性条件下不产生能量，44，概念：在有氧条件下发酵作用被抑制的现象(或氧引起的发酵抑制现象)。 含义：合理利用能量，换气对酵母代谢的影响，巴斯德效应，现象：45，(2)乳酸发酵乳酸菌-性厌氧菌。 eg乳杆菌属(lactobacteriumbifi

16、um )、双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum )等。 在严格的厌氧条件下发酵的话乳酸：同型乳酸发酵： G (EMP) 2乳酸2ATP异型乳酸发酵： G (pK)乳酸乙醇ATP以外，还有丁酸发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵、丁二醇发酵等，46，酵母型酒精发酵同型乳酸发酵丙3丁二醇发酵丁酸发酵，47，ATP的生成，光合磷酸化光能通过光合生物的光合色素吸收转化为化学能ATP。 包含环式光合作用磷酸化、非环式光合作用磷酸化细菌的光合作用与高等植物的不同之处在于，蓝细菌具有叶绿素，除了能进行水的分解生成氧的光合作用以外，其他细菌不具有叶绿素，只有菌叶绿素和其他光合作用色素，无机物(例如H2、H2S等) 48、底物水平的磷酸化利用化合物氧化过程中释放的能量生成ATP的反应。 3-磷酸甘油酯(nadNADH2)(1，3 -二磷酸甘油酸(ADP) 3-磷酸甘油酸ATP氧化磷酸化(主要方式) -生物氧化过程中放出的电子通过电子传递链(呼吸链)耦合