微生物營(yíng)養(yǎng)和代謝21ppt課件

1、第二章 微生物的營(yíng)養(yǎng)與代謝2）主要內(nèi)容w 己糖的分解w 丙酮酸代謝的多樣性；w 無(wú)機(jī)養(yǎng)料的同化；w 大分子前體物質(zhì)的合成；w 細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分大分子物質(zhì)的合成己糖的分解w 葡萄糖的有氧分解經(jīng)歷了四個(gè)階段：w 糖酵解乙酰輔酶A的生成三羧酸循環(huán)進(jìn)入呼吸鏈產(chǎn)能糖酵解的EM途徑w 糖酵解可以通過(guò)不同途徑，最一般的是EMP途徑。這條途徑是生物界所共有的。一個(gè)分子的葡萄糖在不需要氧的條件下，轉(zhuǎn)化成1，6-二磷酸果糖，隨后在醛縮酶的作用下，裂解并由此生成兩個(gè)分子的丙酮酸的過(guò)程。EM途徑的反應(yīng)式w 反應(yīng)式：C6H12O6 + 2NAD+ +2Pi + 2ADPw 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+

2、+2ATP圖見(jiàn)圖見(jiàn)P52糖酵解中能量的產(chǎn)生w 生成2個(gè)NADH和2個(gè)ATP，w 注：在真核生物中，NADH進(jìn)入線(xiàn)粒體要經(jīng)過(guò)甘油磷酸穿梭系統(tǒng)，細(xì)胞質(zhì)中磷酸二羥丙酮被催化氧化成3-磷酸甘油酸才能進(jìn)入線(xiàn)粒體，再被重新氧化成磷酸二羥丙酮，但在線(xiàn)粒體中的3-磷酸甘油酸脫氫酶的輔基是FAD，為此只能產(chǎn)生2個(gè)ATP， 故而1分子的葡萄糖酵解只能產(chǎn)生6個(gè)ATP。NAD+NADH + H+-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮FADH2FAD胞液胞液線(xiàn)粒體線(xiàn)粒體 內(nèi)膜內(nèi)膜胞液中胞液中-磷酸甘油脫氫酶磷酸甘油脫氫酶(輔酶為輔酶為NAD+)CoQ b c1 c aa3

3、O2線(xiàn)粒體內(nèi)線(xiàn)粒體內(nèi)-磷酸甘油脫氫酶磷酸甘油脫氫酶(輔基為輔基為FAD)-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭乙酰輔酶A的生成w 丙酮酸在丙酮酸脫氫酶系的催化下氧化脫羧、脫氫生成乙酰輔酶A. w CH3COCOOH + CoASH + NAD+ w 丙酮酸脫氫酶系 w CH3COScoA + NADH + H+ + CO2 丙酮酸脫氫酶系組成w 丙酮酸脫氫酶、二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；负投淞蛐了崦摎涿?TCA循環(huán)w 乙酰輔酶A經(jīng)過(guò)依一系列的氧化、脫羧。最終生成CO2和H2O并產(chǎn)生能量的過(guò)程。它是由H.A.Krebs正式提出的，因此由稱(chēng)為Krebs循環(huán)。 w 共生成3個(gè)NADH，1個(gè)FADH2，1個(gè)GTP， T

4、CA循環(huán)圖進(jìn)入呼吸鏈w 三羧酸循環(huán)中生成的NADH和FADH2 進(jìn)入呼吸鏈，將H+和電子交給O2生成水并產(chǎn)生能量。 能量計(jì)算w 經(jīng)過(guò)糖酵解和TCA循環(huán)，一個(gè)分子的葡萄糖被徹底氧化成CO2和H2O，可產(chǎn)生38個(gè)ATP，（真核生物中只產(chǎn)生36個(gè)ATP，因?yàn)樵诰€(xiàn)粒體中，3-磷酸甘油酸脫氫酶的輔基是FAD）。 能量計(jì)算w 酵解1分子葡萄糖 2分子丙酮酸） 2個(gè)FADH或NADH） 2ATP w 1分子丙酮酸 1分子乙酰輔酶A 1個(gè)NADHw 1分子乙酰輔酶A 3 CO2H2O w 3個(gè)NADH1個(gè)FADH1個(gè)GTPw 共計(jì)產(chǎn)生3638個(gè)ATPTCA循環(huán)特點(diǎn)w 在TCA循環(huán)中生產(chǎn)一系列二羧酸和三羧酸化合

5、物，最后又生產(chǎn)草酰乙酸。結(jié)果是乙酰輔酶A被分解成CO2，NADH，和FADH2。w 乙酰輔酶A是脂肪酸合成的原料，TCA循環(huán)中的三羧酸和二羧酸也為其他生物合成提供原料，與氨基酸、嘌呤、嘧啶合成有關(guān)，因此TCA循環(huán)是糖、脂肪和蛋白質(zhì)等代謝的橋梁；w 反應(yīng)中生產(chǎn)大量的能量，同時(shí)分子氧不直接參與循環(huán)，但TCA循環(huán)必須在有氧條件下才能進(jìn)行。三羧酸循環(huán)在微生物代謝中的樞紐地位 丙酮酸代謝的多樣性w 丙酮酸在有氧條件下通過(guò)TCA循環(huán)被徹底氧化成CO2和H2O；在無(wú)氧條件下進(jìn)行發(fā)酵作用 。w 發(fā)酵有酒精發(fā)酵和乳酸發(fā)酵，其中乳酸發(fā)酵又分為同型乳酸發(fā)酵和異型乳酸發(fā)酵酒精發(fā)酵w 丙酮酸在無(wú)氧條件下生成乙醇的過(guò)程。

6、酵母菌發(fā)酵反應(yīng)式：w C6H12O6 ADPPi 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2ATP 乳酸發(fā)酵w 乳酸細(xì)菌利用葡萄糖在無(wú)氧條件下產(chǎn)生乳酸的過(guò)程 。w 同型乳酸發(fā)酵：葡萄糖經(jīng)EM途徑降解為丙酮酸，丙酮酸在乳酸脫氫酶作用下被NADH + H+ 還原為乳酸，如乳桿菌屬、鏈球菌屬的多數(shù)細(xì)菌。w 異型乳酸發(fā)酵：該過(guò)程中有磷酸酮糖裂解，并且有乙醇和CO2生成。 乳酸發(fā)酵反應(yīng)式w 同型乳酸發(fā)酵：w C6H12O6 2ADP2Pi 2CH3CHOHCOOH + 2ATP w 異型乳酸發(fā)酵：w C6H12O6 ADPPi CH3CHOHCOOHCH3CH2OHCO2 + ATP 異型乳酸發(fā)酵過(guò)程A.

7、兩岐雙岐桿菌;B.明串珠菌同型乳酸發(fā)酵與異型乳酸發(fā)酵的比較類(lèi)型類(lèi)型途徑途徑產(chǎn)物產(chǎn)物產(chǎn)能產(chǎn)能/1/1葡萄糖葡萄糖菌種代表屬菌種代表屬同型EMP2乳酸2ATPlatobacillus delbriickii(德氏乳桿菌）Streptococcus faecalis(糞鏈球菌）異型HMP1乳酸1ATPLeuconostoc mesenteroides(腸膜明串珠菌）1乙醇1CO21乳酸2ATPlatobacillus brevis(短乳桿菌）1乙酸1CO2微生物的合成代謝w 是指從簡(jiǎn)單的小分子物質(zhì)合成復(fù)雜的大分子物質(zhì)的過(guò)程。合成代謝必須具備三要素：小分子前體物質(zhì)、能量和還原力。 合成代謝與分解代謝的

8、區(qū)別w 酶系不同；w 分解代謝是產(chǎn)能反應(yīng)，合成代謝是放能反應(yīng)；w 在真核生物中合成代謝和分解代謝發(fā)生在不同的細(xì)胞區(qū)域內(nèi)；而在原核生物細(xì)胞中沒(méi)有分區(qū)，分解代謝和合成代謝主要是由不同的酶系完成的。 無(wú)機(jī)養(yǎng)分的同化 CO2的同化w 自養(yǎng)微生物的唯一碳源是CO2w CO2同化，自養(yǎng)生物對(duì)CO2的固定w 兩個(gè)關(guān)鍵性酶：磷酸核糖酸激酶和核酮糖二磷酸羧化酶是兩個(gè)關(guān)鍵性酶。w 該過(guò)程稱(chēng)為卡爾文循環(huán)。6CO2 + 12NADPH2 18ATP 酶酶 C6H12O6 + 12NADP）+ 18ADP +18Pi 精簡(jiǎn)的Calvin循環(huán) 無(wú)機(jī)養(yǎng)分的同化 CO2的同化w 異養(yǎng)微生物對(duì)CO2的固定w 雖然化能異養(yǎng)型微生

9、物的碳源只有很少來(lái)自CO2，但它是必需的。能合成TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物。w PEP + CO2 PEP羧化酶 CH3COCH2COOH；w 丙酮酸+ CO2+ATP+H2O 丙酮酸羧化酶 草酰乙酸+ADP+Pi無(wú)機(jī)養(yǎng)分的同化 氮素的同化w 硝酸鹽的同化還原：硝酸鹽是一種高度氧化態(tài)硝酸鹽的同化還原：硝酸鹽是一種高度氧化態(tài)的無(wú)機(jī)氮源，首先要被還原成氨才能同化為有的無(wú)機(jī)氮源，首先要被還原成氨才能同化為有機(jī)氮化物，這一過(guò)程稱(chēng)為機(jī)氮化物，這一過(guò)程稱(chēng)為。w 兩個(gè)階段：兩個(gè)階段：w NO3- + NAD(P)H+H+同化硝酸還原酶同化硝酸還原酶 NO2- + H2O +NAD(P)+w NO2- + NAD(

10、P)H+H+ 亞硝酸還原酶亞硝酸還原酶 NH2OH+ NAD(P)H+H+ NH3 +NAD(P)+無(wú)機(jī)養(yǎng)分的同化 氮素的同化w 氨的同化生物固氮分子態(tài)氮的同化）w 指分子氮通過(guò)固氮微生物固氮酶系的催化而形成氨的過(guò)程。是地球上僅次于光合作用的第二個(gè)最重要的生物化學(xué)反應(yīng)。 固氮微生物種類(lèi)w 自1886年M.W.Beijerinck分離到共生固氮的根瘤菌后，至今所研究過(guò)的固氮生物約有50多屬100多種，它們都是原核生物。分別有自生固氮菌能獨(dú)立進(jìn)行固氮的微生物）、共生固氮菌必須與他種生物共生在一起才能固氮的微生物和聯(lián)合固氮菌必須生活在植物根際、葉面或動(dòng)物腸道內(nèi)才能進(jìn)行固氮的微生物） 固氮反應(yīng)的必要條

11、件w ATP的供能，固定1mol N2 大約需要消耗1015 mol ATP。w 還原力H及其載體：還原力H或電子由NAD(P)H2 所提供，它們由電子載體鐵氧還蛋白Fd或黃素氧還蛋白Fld傳遞至鐵蛋白。w （3固氮酶nitrogenase） 組分是鉬鐵蛋白；組分是鐵蛋白w （4還原底物N2 ；鎂離子；嚴(yán)格的厭氧環(huán)境 固氮反應(yīng)的總方程式w N2+6e+6H+12ATP w 2NH3+12ADP+12Pi大分子前體物質(zhì)的合成w 碳水化合物的合成：自養(yǎng)生物通過(guò)卡爾文循環(huán)利用CO2合成；大多數(shù)化能異養(yǎng)微生物能利用葡萄糖等碳水化合物作為能源和形成氨基酸等簡(jiǎn)單化合物的骨架。w 氨基酸的合成：合成氨基酸所需的碳架的前體物質(zhì)主要來(lái)自于糖酵解和TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物。氨基在碳架形成后加上去，也可以在碳架形成過(guò)程中逐步加上。作業(yè)w水在微生物細(xì)胞中的作用有哪些？w什么是生長(zhǎng)因子？通常包括哪三大類(lèi)？w根據(jù)微生物細(xì)胞獲取能量與碳源的方式，可以將其分為哪幾類(lèi)？他們之間有何區(qū)別？（列表說(shuō)明）w什