第十五單元——第五章微生物代謝(二)

1、微生物的代謝微生物的代謝二、糖的合成代謝二、糖的合成代謝 包括：化能異養(yǎng)型、化能自養(yǎng)和光能營養(yǎng)微生物的生包括：化能異養(yǎng)型、化能自養(yǎng)和光能營養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能物氧化和產(chǎn)能（1）化能異養(yǎng)型微生物的生物氧化和產(chǎn)能）化能異養(yǎng)型微生物的生物氧化和產(chǎn)能 糖的分解代謝所產(chǎn)生的能量都可以用于糖的生物合成糖的分解代謝所產(chǎn)生的能量都可以用于糖的生物合成，本節(jié)第一部分已經(jīng)介紹過。，本節(jié)第一部分已經(jīng)介紹過。 此外，某些化能異養(yǎng)微生物此外，某些化能異養(yǎng)微生物（如（如Closterdium sporogenes 生孢梭菌）能利用一些氨基酸生孢梭菌）能利用一些氨基酸同時當(dāng)作碳源、氮源和能源。同時當(dāng)作碳源、氮源和能源。

2、 Stickland反應(yīng)產(chǎn)能機(jī)制是通過部分氨基酸（如丙氨酸）反應(yīng)產(chǎn)能機(jī)制是通過部分氨基酸（如丙氨酸）的氧化與另一些氨基酸（如甘氨酸）的還原相偶聯(lián)的發(fā)酵過程的氧化與另一些氨基酸（如甘氨酸）的還原相偶聯(lián)的發(fā)酵過程而產(chǎn)生能量的。一種氨基酸作氫供體和以另一種氨基酸作氫受而產(chǎn)生能量的。一種氨基酸作氫供體和以另一種氨基酸作氫受體。產(chǎn)能效率很低，每分子氨基酸僅產(chǎn)體。產(chǎn)能效率很低，每分子氨基酸僅產(chǎn)1個個ATP。氨基酸發(fā)酵產(chǎn)能氨基酸發(fā)酵產(chǎn)能Stickland反應(yīng)反應(yīng) 作為氫供體的氨基酸主要有丙氨酸、亮氨酸、異亮氨作為氫供體的氨基酸主要有丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、絲氨酸、組氨酸和色氨酸等。酸、纈

3、氨酸、苯丙氨酸、絲氨酸、組氨酸和色氨酸等。 作為氫受體的氨基酸主要有甘氨酸、脯氨酸、羥脯氨作為氫受體的氨基酸主要有甘氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸、鳥氨酸、精氨酸和色氨酸等。酸、鳥氨酸、精氨酸和色氨酸等。（2）化能自養(yǎng)型微生物的生物氧化和產(chǎn)能）化能自養(yǎng)型微生物的生物氧化和產(chǎn)能 化能自養(yǎng)型微生物中，其化能自養(yǎng)型微生物中，其ATP是通過氧化還原態(tài)無機(jī)物是通過氧化還原態(tài)無機(jī)物產(chǎn)生的，其產(chǎn)生的，其NAD(P)H2是通過消耗是通過消耗ATP將無機(jī)氫（將無機(jī)氫（H+e）逆）逆呼吸鏈傳遞產(chǎn)生的。呼吸鏈傳遞產(chǎn)生的。 無機(jī)底物脫下的氫直接進(jìn)入呼吸鏈，通過氧化磷酸化產(chǎn)能；無機(jī)底物脫下的氫直接進(jìn)入呼吸鏈，通過氧化磷酸化產(chǎn)能

4、；（少數(shù)菌在無機(jī)硫化物存在時，能部分通過底物磷酸化產(chǎn)能）（少數(shù)菌在無機(jī)硫化物存在時，能部分通過底物磷酸化產(chǎn)能）氫或電子可從多處進(jìn)入呼吸鏈，所以，呼吸鏈多樣；氫或電子可從多處進(jìn)入呼吸鏈，所以，呼吸鏈多樣；由于從中間進(jìn)入呼吸鏈，因此產(chǎn)能效率低，菌體生長緩慢，細(xì)由于從中間進(jìn)入呼吸鏈，因此產(chǎn)能效率低，菌體生長緩慢，細(xì)胞產(chǎn)率低。胞產(chǎn)率低。脫氫酶或氧化還原酶催化無機(jī)底物脫氫或脫電子；脫氫酶或氧化還原酶催化無機(jī)底物脫氫或脫電子；化能自養(yǎng)型微生物均為細(xì)菌，且絕大多數(shù)為好氧菌化能自養(yǎng)型微生物均為細(xì)菌，且絕大多數(shù)為好氧菌 Nitorbacter（硝化桿菌屬）以亞硝酸作為能源，將（硝化桿菌屬）以亞硝酸作為能源，將N

5、O2氧化為氧化為NO3獲得能量，用同位素獲得能量，用同位素18O分析實(shí)驗(yàn)證明，在分析實(shí)驗(yàn)證明，在NO2氧化為氧化為NO3過程中，氧來自水分子而非空氣。過程中，氧來自水分子而非空氣。 細(xì)胞質(zhì) 周質(zhì) NO2 + H2O H2O NO2 NO3 + 2H+ + 2e反應(yīng)反應(yīng)G0kcal/mole2Fe2+ + 2H+ + O2 2Fe3+ + H2O11.2NO2 + O2 NO3 17.4H2 + O2 H2O56.6NH4+ + 1O2 NO2 + H2O + 2H+65.0S0 + O2 + H2O H2SO4 118.5S2O32 + 2O2 + H2O 2SO42 + 2H+ 223.7同

6、同都涉及無機(jī)物都涉及無機(jī)物異異電子供體電子供體（底物）（底物）有機(jī)物有機(jī)物電子受體電子受體O2過程過程 電子傳遞鏈電子傳遞鏈有機(jī)物有機(jī)物 脫氫脫氫 無機(jī)物無機(jī)物 電子傳遞鏈電子傳遞鏈無機(jī)物無機(jī)物 脫氫脫氫 O或氧化或氧化舉例舉例反硝化細(xì)菌反硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌（3）光能營養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能）光能營養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能 1）循環(huán)光合磷酸化）循環(huán)光合磷酸化循環(huán)光合磷酸化是指電子從菌綠素分循環(huán)光合磷酸化是指電子從菌綠素分子逐出后循環(huán)一周仍返回菌綠素。其子逐出后循環(huán)一周仍返回菌綠素。其反應(yīng)中心的吸收光波為反應(yīng)中心的吸收光波為“P870”。菌。菌綠素受日光照射后成為激發(fā)態(tài)，氧化綠素受日光照

7、射后成為激發(fā)態(tài)，氧化還原電位由還原電位由+0.5變?yōu)樽優(yōu)?.7，由它逐，由它逐出的電子通過類似呼吸鏈的傳遞，經(jīng)出的電子通過類似呼吸鏈的傳遞，經(jīng)Bph（脫鎂菌綠素）、輔酶（脫鎂菌綠素）、輔酶Q、Cyt b/c1、FeS、Cyt c2的循環(huán)傳遞，最的循環(huán)傳遞，最終重新由菌綠素終重新由菌綠素接受，其間建立接受，其間建立質(zhì)子動勢并產(chǎn)生質(zhì)子動勢并產(chǎn)生1分子分子ATP。當(dāng)外源氫供體（當(dāng)外源氫供體（H2S、H2、Fe2+等）提等）提供電子供電子,沿呼吸鏈鏈逆向傳遞，由沿呼吸鏈鏈逆向傳遞，由NAD(P)+接受電子，產(chǎn)生可用于還原接受電子，產(chǎn)生可用于還原CO2的的NAD(P)H+H+。電子傳遞途徑屬循環(huán)式的；電

8、子傳遞途徑屬循環(huán)式的；產(chǎn)產(chǎn)ATP和和NAD(P)H+H+分別進(jìn)行；分別進(jìn)行；NAD(P)H+H+中的中的H是來自是來自H2S等無機(jī)氫供體；等無機(jī)氫供體；無無O2產(chǎn)生。產(chǎn)生。 循環(huán)光合磷酸化特點(diǎn)：循環(huán)光合磷酸化特點(diǎn)： 這種不產(chǎn)氧的循環(huán)式的光合磷酸化，只存在于原核生這種不產(chǎn)氧的循環(huán)式的光合磷酸化，只存在于原核生物（光合細(xì)菌）中。物（光合細(xì)菌）中。 各種綠色植物、藻類和藍(lán)細(xì)菌的光合作用屬非循環(huán)光合磷酸化各種綠色植物、藻類和藍(lán)細(xì)菌的光合作用屬非循環(huán)光合磷酸化 2）非循環(huán)光合磷酸化）非循環(huán)光合磷酸化 該光合磷酸化過程中該光合磷酸化過程中，有氧氣放出，其來，有氧氣放出，其來源是源是H2O的光解，整的光解，

9、整個過程中，電子須經(jīng)個過程中，電子須經(jīng)過過PSII和和PS I兩個系兩個系統(tǒng)接力傳遞，傳遞體統(tǒng)接力傳遞，傳遞體包括包括PSII系統(tǒng)中的系統(tǒng)中的Phea（褐藻素）、（褐藻素）、Q（醌）、（醌）、Cyt bf、Pc（質(zhì)體藍(lán)素），在（質(zhì)體藍(lán)素），在Cyt bf和和Pc間產(chǎn)生間產(chǎn)生1個個ATP；還包括；還包括PS I系統(tǒng)中的系統(tǒng)中的FeS（非血（非血紅素鐵硫蛋白）、紅素鐵硫蛋白）、Fd（鐵氧還蛋白），最（鐵氧還蛋白），最終由終由NADP+接受電子接受電子，產(chǎn)生可用于還原，產(chǎn)生可用于還原CO2的的NADPH+H+。電子的傳遞途徑屬非循環(huán)式的；電子的傳遞途徑屬非循環(huán)式的；在有氧條件下進(jìn)行；在有氧條件下進(jìn)行

10、；有兩個光合系統(tǒng)，其中光合系統(tǒng)有兩個光合系統(tǒng)，其中光合系統(tǒng)I（PS I）含葉綠素）含葉綠素a，可以吸收利用紅光，反應(yīng)中心的吸收光波為可以吸收利用紅光，反應(yīng)中心的吸收光波為“P700”，光合系統(tǒng)光合系統(tǒng)II（PSII）含葉綠素）含葉綠素b，可以吸收利用藍(lán)光，可以吸收利用藍(lán)光，反應(yīng)中心的吸收光波為反應(yīng)中心的吸收光波為“P680” ；反應(yīng)中同時有反應(yīng)中同時有ATP（產(chǎn)自（產(chǎn)自PSII）、）、NAD(P)H+H+ （產(chǎn)自（產(chǎn)自PS I）和）和O2 產(chǎn)生；產(chǎn)生；NAD(P)H+H+中的中的H是來自是來自H2O分子光解后的分子光解后的H+和電和電子。子。 非循環(huán)光合磷酸化特點(diǎn)：非循環(huán)光合磷酸化特點(diǎn)：3）嗜

11、鹽菌紫膜的光合作用）嗜鹽菌紫膜的光合作用 一種只有嗜鹽菌才有的，無葉綠素或細(xì)菌葉綠素參與的一種只有嗜鹽菌才有的，無葉綠素或細(xì)菌葉綠素參與的獨(dú)特的光合作用。獨(dú)特的光合作用。 嗜鹽菌是一類必須在高鹽（嗜鹽菌是一類必須在高鹽（3.55.0mol/L NaCl）環(huán)境中才環(huán)境中才能生長的古細(xì)菌。能生長的古細(xì)菌。嗜鹽菌可通過兩條途徑獲取能量：嗜鹽菌可通過兩條途徑獲取能量： 有氧條件下的氧化磷酸化途徑；有氧條件下的氧化磷酸化途徑； 無氧條件下的紫膜光合磷酸化途徑。無氧條件下的紫膜光合磷酸化途徑。嗜鹽菌在無氧條件下，利用光能所造成的紫膜蛋白上視黃醛嗜鹽菌在無氧條件下，利用光能所造成的紫膜蛋白上視黃醛輔基構(gòu)像的

12、變化，將質(zhì)子不斷驅(qū)至膜外，從而在膜的兩側(cè)建輔基構(gòu)像的變化，將質(zhì)子不斷驅(qū)至膜外，從而在膜的兩側(cè)建立一個質(zhì)子動勢，推動立一個質(zhì)子動勢，推動ATPATP酶合成酶合成ATPATP。 無無O2條件下進(jìn)行；條件下進(jìn)行； 不產(chǎn)不產(chǎn)O2； 最簡單的光合磷酸化反應(yīng)；最簡單的光合磷酸化反應(yīng)； 無葉綠素和細(xì)菌葉綠素，光合色素是紫膜上的無葉綠素和細(xì)菌葉綠素，光合色素是紫膜上的視紫紅質(zhì)。視紫紅質(zhì)。嗜鹽菌紫膜的光合作用特點(diǎn)：嗜鹽菌紫膜的光合作用特點(diǎn)： 無論自養(yǎng)微生物還是異養(yǎng)微生物，合成單糖的途徑都無論自養(yǎng)微生物還是異養(yǎng)微生物，合成單糖的途徑都是通過是通過EMP途徑的逆行來合成葡萄糖途徑的逆行來合成葡萄糖-6-磷酸，然后再

13、磷酸，然后再轉(zhuǎn)化為其它單糖或合成二糖和多糖。轉(zhuǎn)化為其它單糖或合成二糖和多糖。用于合成葡萄糖的前體物質(zhì)可以來自以下幾個方面：用于合成葡萄糖的前體物質(zhì)可以來自以下幾個方面：（1）自養(yǎng)微生物的）自養(yǎng)微生物的CO2固定固定1）Calvin循環(huán)（循環(huán)（Calvin cycle）2）厭氧乙酰）厭氧乙酰-輔酶輔酶A途徑途徑3）還原性）還原性TCA循環(huán)途徑循環(huán)途徑4）羥基丙酸途徑）羥基丙酸途徑（2）異養(yǎng)微生物用以合成單糖的底物）異養(yǎng)微生物用以合成單糖的底物（1）自養(yǎng)微生物的）自養(yǎng)微生物的CO2固定固定1）Calvin循環(huán)（循環(huán)（Calvin cycle）2）厭氧乙酰）厭氧乙酰-輔酶輔酶A途徑途徑3）還原性）還

14、原性TCA循環(huán)途徑循環(huán)途徑4）羥基丙酸途徑）羥基丙酸途徑循環(huán)中特有酶：磷酸核酮糖激酶和核酮糖羧化酶。循環(huán)分三個階段循環(huán)中特有酶：磷酸核酮糖激酶和核酮糖羧化酶。循環(huán)分三個階段 ：羧化反應(yīng)羧化反應(yīng) （核酮糖核酮糖-1,5-二磷酸二磷酸通過核酮糖羧化酶將通過核酮糖羧化酶將CO2固定，轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ǎD(zhuǎn)變?yōu)?個甘油酸個甘油酸-3-磷酸，重復(fù)磷酸，重復(fù)3次，產(chǎn)生次，產(chǎn)生6個個C3化合物化合物 ）還原反應(yīng)（甘油酸還原反應(yīng)（甘油酸-3-磷酸被還原成甘油醛磷酸被還原成甘油醛-3-磷酸磷酸 ） CO2受體的再生受體的再生 （1個甘油醛個甘油醛-3-磷酸逆磷酸逆EMP途徑生成葡萄糖，其余途徑生成葡萄糖，其余5個再生出

15、個再生出3個核酮糖個核酮糖-1,5-二磷酸分子，以便重新接受二磷酸分子，以便重新接受CO2分子分子 ）。）。 自養(yǎng)微生物的自養(yǎng)微生物的CO2還原途徑：還原途徑：1分子分子CO2被還原成甲醇水平，另一分被還原成甲醇水平，另一分子子CO2被還原成被還原成CO，二者合成產(chǎn)生乙酰，二者合成產(chǎn)生乙酰-CoA，經(jīng)丙酮酸合成酶催化由乙，經(jīng)丙酮酸合成酶催化由乙酰酰-CoA接受第接受第3個個CO2分子生成丙酮酸，用于合成各種有機(jī)物。分子生成丙酮酸，用于合成各種有機(jī)物。 CO2通過琥珀酰通過琥珀酰-CoA的還原性羧化生成的還原性羧化生成 -酮戊二酸酮戊二酸而被固定而被固定 少數(shù)綠色硫細(xì)菌以少數(shù)綠色硫細(xì)菌以H2或或

16、H2S作為電子供體進(jìn)行的一種作為電子供體進(jìn)行的一種CO2固定機(jī)制。固定機(jī)制。通過通過羥基丙酸途徑將羥基丙酸途徑將2個個CO2分子轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜岫M(jìn)入糖的合成途徑。分子轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜岫M(jìn)入糖的合成途徑。 （2）異養(yǎng)微生物用以合成單糖的底物）異養(yǎng)微生物用以合成單糖的底物碳源碳源途徑途徑產(chǎn)物產(chǎn)物乙酸乙酸乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)草酰乙酸草酰乙酸乙醇酸、草酸、甘氨酸乙醇酸、草酸、甘氨酸甘油酸途徑甘油酸途徑甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 乳酸乳酸氧化氧化丙酮酸丙酮酸谷氨酸、天冬氨酸谷氨酸、天冬氨酸脫氨基脫氨基-酮戊二酸、草酰乙酸酮戊二酸、草酰乙酸亮氨酸亮氨酸降解降解丙酮酸丙酮酸 微生物可通過各種途徑生成葡萄糖的前

17、體物質(zhì)，包括：丙微生物可通過各種途徑生成葡萄糖的前體物質(zhì)，包括：丙酮酸、草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸、甘油醛酮酸、草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸、甘油醛-3-磷酸等。磷酸等。 微生物中的多糖可分為同型多糖和雜多糖。同型多糖是由相微生物中的多糖可分為同型多糖和雜多糖。同型多糖是由相同單糖分子聚合而成，如糖原、纖維素、甲殼素等。雜多糖同單糖分子聚合而成，如糖原、纖維素、甲殼素等。雜多糖是由不同單糖分子聚合而成，如肽聚糖、脂多糖等。是由不同單糖分子聚合而成，如肽聚糖、脂多糖等。微生物多糖合成的特點(diǎn)：微生物多糖合成的特點(diǎn)：不需要模板，而是由轉(zhuǎn)移酶的特異性來決定亞單位在多聚不需要模板，而是由轉(zhuǎn)移酶的特異性來決

18、定亞單位在多聚鏈上的次序。鏈上的次序。合成的開始階段需要引物，引物通常由小片斷多糖充當(dāng)。合成的開始階段需要引物，引物通常由小片斷多糖充當(dāng)。多糖合成時，由糖核苷酸作為糖基載體，將單糖分子轉(zhuǎn)移多糖合成時，由糖核苷酸作為糖基載體，將單糖分子轉(zhuǎn)移到受體分子上，使多糖鏈逐步加長。到受體分子上，使多糖鏈逐步加長。多糖合成舉例：細(xì)菌細(xì)胞壁多糖（肽聚糖）的生物合成多糖合成舉例：細(xì)菌細(xì)胞壁多糖（肽聚糖）的生物合成 整個肽聚糖合成過程的步驟將近整個肽聚糖合成過程的步驟將近20步，簡單分為五個階段。步，簡單分為五個階段。1）由葡萄糖合成）由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺-UDP 2）由）由N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖

19、胺-UDP合成合成N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸-UDP3）由）由N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸-UDP合成合成“Park”核苷酸（即：核苷酸（即：UDP-N-乙酰胞乙酰胞壁酸五肽）。該步可被壁酸五肽）。該步可被環(huán)絲氨酸環(huán)絲氨酸所抑制。所抑制。在細(xì)在細(xì)胞質(zhì)胞質(zhì)中合中合成成 4）肽聚糖單體的合成和連接。親水性化合物）肽聚糖單體的合成和連接。親水性化合物UDP-N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸-五五肽在穿過細(xì)胞膜時需要載體的幫助，即細(xì)菌萜醇（肽在穿過細(xì)胞膜時需要載體的幫助，即細(xì)菌萜醇（bactoprenol）的）的類脂載體。該過程可被類脂載體。該過程可被萬古霉素和桿菌肽萬古霉素和桿菌肽阻斷。阻斷。 在細(xì)在細(xì)胞膜胞膜上

20、合上合成成 5）肽聚糖的交聯(lián)。一條肽鏈的第）肽聚糖的交聯(lián)。一條肽鏈的第4個氨基酸的羧基與另一條肽鏈的個氨基酸的羧基與另一條肽鏈的第第3個氨基酸的自由氨基之間以肽鍵的方式連接。交聯(lián)過程是由轉(zhuǎn)肽個氨基酸的自由氨基之間以肽鍵的方式連接。交聯(lián)過程是由轉(zhuǎn)肽酶催化的，在轉(zhuǎn)肽的同時，肽尾上的第酶催化的，在轉(zhuǎn)肽的同時，肽尾上的第5個氨基酸釋放出來。轉(zhuǎn)肽酶個氨基酸釋放出來。轉(zhuǎn)肽酶的轉(zhuǎn)肽作用可被的轉(zhuǎn)肽作用可被青霉素青霉素所抑制。所抑制。在細(xì)在細(xì)胞膜胞膜外合外合成成 第三節(jié)第三節(jié) 氨基酸和蛋白質(zhì)代謝氨基酸和蛋白質(zhì)代謝一、蛋白質(zhì)的分解一、蛋白質(zhì)的分解 外源蛋白質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)，總是先經(jīng)過水解作用變?yōu)樾》肿拥耐庠吹鞍踪|(zhì)進(jìn)入體

21、內(nèi)，總是先經(jīng)過水解作用變?yōu)樾》肿拥陌被幔缓笤俦晃?。氨基酸，然后再被吸收?細(xì)胞內(nèi)每種蛋白質(zhì)都有自己的存活時間，短到幾分鐘，長細(xì)胞內(nèi)每種蛋白質(zhì)都有自己的存活時間，短到幾分鐘，長到幾周。這種降解有兩個重要功能：到幾周。這種降解有兩個重要功能：排除不正常的蛋白質(zhì)；排除不正常的蛋白質(zhì)；通過排除累積過多的酶和蛋白，使細(xì)胞代謝秩序井然。通過排除累積過多的酶和蛋白，使細(xì)胞代謝秩序井然。 二、氨基酸的分解二、氨基酸的分解 微生物通過三種方式分解氨基酸：脫氨、脫羧和轉(zhuǎn)氨。微生物通過三種方式分解氨基酸：脫氨、脫羧和轉(zhuǎn)氨。 三、氨基酸的合成三、氨基酸的合成 1. 氨的來源氨的來源4種：直接從外界環(huán)境吸收；種：

22、直接從外界環(huán)境吸收； 體內(nèi)含氮化合物的分解；體內(nèi)含氮化合物的分解； 硝酸鹽還原；硝酸鹽還原； 生物固氮作用。生物固氮作用。 以下主要介紹原核生物特有的生物固氮作用：以下主要介紹原核生物特有的生物固氮作用： 生物固氮是指分子氮通過固氮微生物固氮酶系的催化生物固氮是指分子氮通過固氮微生物固氮酶系的催化而形成氨的過程。而形成氨的過程。 （1）固氮生物的種類）固氮生物的種類 迄今已知的固氮生物都屬于原核微生物，包括兩大類：迄今已知的固氮生物都屬于原核微生物，包括兩大類：其一：能獨(dú)立生存的自生固氮微生物，包括細(xì)菌、放線菌其一：能獨(dú)立生存的自生固氮微生物，包括細(xì)菌、放線菌類微生物和藍(lán)藻等；類微生物和藍(lán)藻等

23、；其二：與其它植物共生的共生固氮微生物，如其二：與其它植物共生的共生固氮微生物，如 根瘤菌。根瘤菌。 （2）生物固氮的機(jī)制）生物固氮的機(jī)制 1）固氮反應(yīng)的總式為：）固氮反應(yīng)的總式為： N2 + 6e + 6H+ + 12ATP 2NH3 + 12ADP + 12Pi 2）固氮反應(yīng)的必要條件：）固氮反應(yīng)的必要條件： ATP和和NAD（P）H+H+的供應(yīng)的供應(yīng) 底物底物N2 鎂離子鎂離子 固氮酶固氮酶 固氮酶的測定：乙炔還原法。固氮酶除了能催化固氮酶的測定：乙炔還原法。固氮酶除了能催化N2 NH3的反應(yīng)外，還能催化包括的反應(yīng)外，還能催化包括C2H2 C2H4反應(yīng)。反應(yīng)。 固氮酶的固氮酶的厭氧微環(huán)境

24、厭氧微環(huán)境：固氮酶的兩個蛋白組分對氧是極：固氮酶的兩個蛋白組分對氧是極端敏感的，而且一旦接觸氧就很快導(dǎo)致不可逆失活。端敏感的，而且一旦接觸氧就很快導(dǎo)致不可逆失活。 大多數(shù)的固氮菌都是大多數(shù)的固氮菌都是好氧菌好氧菌，它們需要利用氧氣進(jìn)行呼，它們需要利用氧氣進(jìn)行呼吸和產(chǎn)生能量。吸和產(chǎn)生能量。 固氮菌發(fā)展出多種機(jī)制來解決其既需要氧又須防止氧對固氮菌發(fā)展出多種機(jī)制來解決其既需要氧又須防止氧對固氮酶損傷的矛盾：呼吸保護(hù)、構(gòu)象保護(hù)、藍(lán)細(xì)菌異形胞、固氮酶損傷的矛盾：呼吸保護(hù)、構(gòu)象保護(hù)、藍(lán)細(xì)菌異形胞、豆血紅蛋白、不同時間進(jìn)行固氮作用與光合作用，等。豆血紅蛋白、不同時間進(jìn)行固氮作用與光合作用，等。3）固氮反應(yīng)生

25、成）固氮反應(yīng)生成NH3的去向的去向 ：NH3通過谷胺酰胺合成酶將谷通過谷胺酰胺合成酶將谷氨酸轉(zhuǎn)氨合成谷氨酰胺，進(jìn)而進(jìn)入生物代謝。氨酸轉(zhuǎn)氨合成谷氨酰胺，進(jìn)而進(jìn)入生物代謝。 2. 硫的來源硫的來源 來自于環(huán)境中的硫酸鹽，但氧化態(tài)的無機(jī)硫要經(jīng)過一系來自于環(huán)境中的硫酸鹽，但氧化態(tài)的無機(jī)硫要經(jīng)過一系列還原反應(yīng)，才能用于生物合成。列還原反應(yīng)，才能用于生物合成。 3. 氨基酸碳骨架的來源氨基酸碳骨架的來源 來自糖代謝產(chǎn)生的中間產(chǎn)物。來自糖代謝產(chǎn)生的中間產(chǎn)物。 4.氨基酸合成的途徑氨基酸合成的途徑 微生物體內(nèi)合成氨基酸主要通過三類途徑：氨基化作用、微生物體內(nèi)合成氨基酸主要通過三類途徑：氨基化作用、轉(zhuǎn)氨基作用和

26、由轉(zhuǎn)氨基作用和由初生氨基酸初生氨基酸合成次生氨基酸。合成次生氨基酸。 第四節(jié)第四節(jié) 脂類代謝脂類代謝一、脂類的分解一、脂類的分解二、脂類的合成二、脂類的合成 脂肪酸的合成與脂肪酸的合成與-氧化的逆反應(yīng)很相象，碳鏈以每次增加氧化的逆反應(yīng)很相象，碳鏈以每次增加兩個碳的速度延伸，但脂肪酸的合成與其分解是由不同的途兩個碳的速度延伸，但脂肪酸的合成與其分解是由不同的途徑來完成的，且過程發(fā)生的場所及所涉及的酰基載體、電子徑來完成的，且過程發(fā)生的場所及所涉及的?；d體、電子供體和受體、酶等都存在很多不同。供體和受體、酶等都存在很多不同。 脂類物質(zhì)是微生物獲取能量的重要來源之一，其中具代表脂類物質(zhì)是微生物獲取

27、能量的重要來源之一，其中具代表意義的是甘油三酯。甘油三酯被微生物分解為脂肪酸和甘油，意義的是甘油三酯。甘油三酯被微生物分解為脂肪酸和甘油，脂肪酸和甘油又都能夠在進(jìn)一步的分解代謝中釋放能量，脂肪脂肪酸和甘油又都能夠在進(jìn)一步的分解代謝中釋放能量，脂肪酸的分解主要通過酸的分解主要通過-氧化途徑完成。氧化途徑完成。 第五節(jié)第五節(jié) 微生物的代謝調(diào)控與發(fā)酵生產(chǎn)微生物的代謝調(diào)控與發(fā)酵生產(chǎn) 利用微生物代謝調(diào)控能力的自然缺損或通過人為方法獲得利用微生物代謝調(diào)控能力的自然缺損或通過人為方法獲得突破代謝調(diào)控的變異菌株，從而使有用目的產(chǎn)物大量生成、突破代謝調(diào)控的變異菌株，從而使有用目的產(chǎn)物大量生成、積累的發(fā)酵稱為代謝

28、控制發(fā)酵。積累的發(fā)酵稱為代謝控制發(fā)酵。代謝控制發(fā)酵（代謝控制發(fā)酵（metabolic control fermentation） 微生物細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)方式很多，其中微生物細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)方式很多，其中酶的調(diào)節(jié)酶的調(diào)節(jié)是代謝最是代謝最本質(zhì)的調(diào)節(jié)。酶的調(diào)節(jié)包括兩個方面：本質(zhì)的調(diào)節(jié)。酶的調(diào)節(jié)包括兩個方面： 通過激活或抑制以改變細(xì)胞內(nèi)已有酶分子的催化通過激活或抑制以改變細(xì)胞內(nèi)已有酶分子的催化活力活力； 調(diào)節(jié)酶分子的合成或降解以改變酶分子的調(diào)節(jié)酶分子的合成或降解以改變酶分子的含量含量。 反饋調(diào)節(jié)具有反饋調(diào)節(jié)具有作用直接、效果快速、當(dāng)末端產(chǎn)物濃度低時又可作用直接、效果快速、當(dāng)末端產(chǎn)物濃度低時又可重新解除重新

29、解除等優(yōu)點(diǎn)。等優(yōu)點(diǎn)。一、一、酶活力的調(diào)節(jié)酶活力的調(diào)節(jié) 酶合成的調(diào)節(jié)是一種通過調(diào)節(jié)酶的合成量進(jìn)而調(diào)節(jié)代酶合成的調(diào)節(jié)是一種通過調(diào)節(jié)酶的合成量進(jìn)而調(diào)節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)機(jī)制，是基因水平上的代謝調(diào)節(jié)。在基因轉(zhuǎn)謝速率的調(diào)節(jié)機(jī)制，是基因水平上的代謝調(diào)節(jié)。在基因轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)酶的合成量。錄水平上調(diào)節(jié)酶的合成量。 由代謝終產(chǎn)物抑制酶合成的負(fù)反饋?zhàn)饔梅Q為反饋?zhàn)瓒粲纱x終產(chǎn)物抑制酶合成的負(fù)反饋?zhàn)饔梅Q為反饋?zhàn)瓒簦╮epression）。促進(jìn)酶生物合成的現(xiàn)象，稱誘導(dǎo)作用（）。促進(jìn)酶生物合成的現(xiàn)象，稱誘導(dǎo)作用（induction）。）。二、酶合成的調(diào)節(jié)二、酶合成的調(diào)節(jié) 分解代謝物阻遏（分解代謝物阻遏（catabolite

30、repression）：指細(xì)胞內(nèi)同）：指細(xì)胞內(nèi)同時具有不同的同類分解底物（如兩種碳源或兩種氮源），時具有不同的同類分解底物（如兩種碳源或兩種氮源），利用快的那種分解底物在其分解過程中所產(chǎn)生的中間代謝利用快的那種分解底物在其分解過程中所產(chǎn)生的中間代謝物或末端代謝物會阻遏利用慢的底物的有關(guān)酶合成的現(xiàn)象物或末端代謝物會阻遏利用慢的底物的有關(guān)酶合成的現(xiàn)象。如葡萄糖分解代謝物阻遏乳糖操縱子的現(xiàn)象。如葡萄糖分解代謝物阻遏乳糖操縱子的現(xiàn)象 ，因此這種，因此這種現(xiàn)象有時也稱為葡萄糖效應(yīng)?，F(xiàn)象有時也稱為葡萄糖效應(yīng)。間接而緩慢的調(diào)節(jié)方式間接而緩慢的調(diào)節(jié)方式能與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合并改變其性質(zhì)的一些小分子物質(zhì)能與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)

31、合并改變其性質(zhì)的一些小分子物質(zhì)結(jié)合在激活蛋白（或不結(jié)合在阻遏物）上，結(jié)合在激活蛋白（或不結(jié)合在阻遏物）上，啟動操縱子轉(zhuǎn)錄。啟動操縱子轉(zhuǎn)錄。結(jié)合在阻遏蛋白上，關(guān)閉操縱子轉(zhuǎn)錄。結(jié)合在阻遏蛋白上，關(guān)閉操縱子轉(zhuǎn)錄。p153lacZ,lacY,lacA分別編碼分別編碼 半乳糖苷酶半乳糖苷酶, 半乳糖苷半乳糖苷透性酶透性酶和和乙?；D(zhuǎn)移酶乙?；D(zhuǎn)移酶.在缺乏在缺乏乳糖乳糖等等誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物時時,調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合在操縱基因上蛋白結(jié)合在操縱基因上,抑制抑制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄;當(dāng)乳糖存在當(dāng)乳糖存在時時,乳糖與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合乳糖與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合,使其使其發(fā)生構(gòu)象變化而不能與操縱發(fā)生構(gòu)象變化而不能與操縱基因結(jié)合

32、基因結(jié)合,結(jié)構(gòu)基因就能轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因就能轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯和轉(zhuǎn)譯.乳糖操縱子還受另一種正調(diào)節(jié)乳糖操縱子還受另一種正調(diào)節(jié)當(dāng)當(dāng)分解物激活蛋白分解物激活蛋白CAP先結(jié)先結(jié)合到啟動子上游時，合到啟動子上游時，RNA聚聚合酶才能與啟動子結(jié)合而開始合酶才能與啟動子結(jié)合而開始轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。CAP 是一種變構(gòu)蛋白，當(dāng)它是一種變構(gòu)蛋白，當(dāng)它與與cAMP結(jié)合后構(gòu)象改變，才結(jié)合后構(gòu)象改變，才能與能與DNA結(jié)合并促進(jìn)結(jié)合并促進(jìn)RNA聚聚合酶的結(jié)合合酶的結(jié)合。而。而葡萄糖分解代葡萄糖分解代謝產(chǎn)物能抑制謝產(chǎn)物能抑制cAMP形成形成并促并促進(jìn)其分泌到胞外。胞內(nèi)進(jìn)其分泌到胞外。胞內(nèi)cAMP水平下降，水平下降， RNA聚合酶不能聚合酶不能

33、與啟動子結(jié)合從而阻遏了與啟動子結(jié)合從而阻遏了lac操縱子的轉(zhuǎn)錄操縱子的轉(zhuǎn)錄,即即分解代謝阻分解代謝阻遏，遏，又稱又稱葡萄糖效應(yīng)。葡萄糖效應(yīng)。cAMP- CAP復(fù)合物是一個復(fù)合物是一個不同于阻遏物的正調(diào)控因子不同于阻遏物的正調(diào)控因子p155負(fù)控阻遏系統(tǒng)負(fù)控阻遏系統(tǒng)大腸桿菌的色氨酸操縱子含大腸桿菌的色氨酸操縱子含5個結(jié)構(gòu)基因，編碼色氨酸生物合成途徑的各種酶個結(jié)構(gòu)基因，編碼色氨酸生物合成途徑的各種酶轉(zhuǎn)錄通過操縱區(qū)和阻遏蛋白控制，它的效應(yīng)物是色氨酸。當(dāng)轉(zhuǎn)錄通過操縱區(qū)和阻遏蛋白控制，它的效應(yīng)物是色氨酸。當(dāng)色色氨酸豐富時，氨酸豐富時，結(jié)合到游離的阻遏物上誘發(fā)變構(gòu)轉(zhuǎn)換，使阻遏物結(jié)合在操縱區(qū)；當(dāng)色氨酸不結(jié)合到

34、游離的阻遏物上誘發(fā)變構(gòu)轉(zhuǎn)換，使阻遏物結(jié)合在操縱區(qū)；當(dāng)色氨酸不足時，阻遏物失去了所結(jié)合的色氨酸，從操縱區(qū)解離下來，足時，阻遏物失去了所結(jié)合的色氨酸，從操縱區(qū)解離下來，trp操縱子開始轉(zhuǎn)操縱子開始轉(zhuǎn)錄。錄。 代謝控制發(fā)酵的基本思想就是要打破微生物自身的代代謝控制發(fā)酵的基本思想就是要打破微生物自身的代謝調(diào)節(jié)控制機(jī)制，使其能夠大量積累某種代謝產(chǎn)物。謝調(diào)節(jié)控制機(jī)制，使其能夠大量積累某種代謝產(chǎn)物。 具體的措施包括以下幾方面：具體的措施包括以下幾方面： 三、代謝調(diào)控在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用三、代謝調(diào)控在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用 1. 解除菌體自身的反饋調(diào)節(jié)解除菌體自身的反饋調(diào)節(jié) （1）選育代謝拮抗物抗性突變株）選育代謝拮

35、抗物抗性突變株 代謝拮抗物是指那些與正常代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)相似，并且具代謝拮抗物是指那些與正常代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)相似，并且具有與之同等的與阻遏物或變構(gòu)酶相結(jié)合的能力的物質(zhì)。它們有與之同等的與阻遏物或變構(gòu)酶相結(jié)合的能力的物質(zhì)。它們在細(xì)胞中的濃度不會降低，與阻遏物及變構(gòu)酶的結(jié)合是不可在細(xì)胞中的濃度不會降低，與阻遏物及變構(gòu)酶的結(jié)合是不可逆的，這就使得有關(guān)酶不可逆的停止了合成，或是酶的催化逆的，這就使得有關(guān)酶不可逆的停止了合成，或是酶的催化作用被不可逆的抑制。因此，將代謝拮抗物作為選擇壓力進(jìn)作用被不可逆的抑制。因此，將代謝拮抗物作為選擇壓力進(jìn)行突變株的選育，得到的代謝拮抗物抗性突變株的變構(gòu)酶將行突變株的選育，得到的代謝拮抗物抗性突變株的變構(gòu)酶將對反饋抑制不敏感或?qū)ψ瓒粲锌剐?，又或兼而有之。對反饋抑制不敏感或?qū)ψ瓒粲锌剐?，又或兼而有之。賴氨酸對天冬氨酸激賴氨酸對天冬氨酸激（AK）酶有反饋抑制酶有反饋抑制天冬氨酸除用于合成賴氨天冬氨酸除用于合成賴氨酸外，還要作為合成甲硫酸外，還要作為合成甲硫氨酸和蘇氨酸的原料氨酸和蘇氨酸的原料.（2）選育營養(yǎng)缺陷型突變株）選育營養(yǎng)缺陷型突變株 該菌的一個該菌的一個腺苷酸琥珀酸合成酶腺苷酸琥