微生物微生物代謝

1、關(guān)于微生物微生物代謝第一張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié)、代謝概論 第二節(jié)、微生物產(chǎn)能代謝一、生物氧化 二、異養(yǎng)微生物的生物氧化 發(fā)酵；2. 呼吸作用： (1) 有氧呼吸；（2）無(wú)氧呼吸三自養(yǎng)微生物的生物氧化1. 氨的氧化 2. 硫的氧化 3. 鐵的氧化 4. 氫的氧化 四能量轉(zhuǎn)換1底物水平磷酸化2氧化磷酸化3光合磷酸化1）環(huán)式光合磷酸化2）非環(huán)式光合磷酸化3） 嗜鹽菌紫膜的光合作用第三節(jié) 微生物分解代謝第四節(jié) 微生物合成代謝第五節(jié) 微生物次級(jí)代謝與次級(jí)代謝產(chǎn)物 微生物的各種產(chǎn)能途徑（方式）的基本特點(diǎn)（特別是其它生命所不具備的產(chǎn)能方式）（微生物在代謝上的多樣性）掌握基本概念，次

2、級(jí)代謝與初級(jí)代謝各自的特點(diǎn) 第二張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 代謝概論代謝（metabolism）活細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱(chēng)物質(zhì)代謝分解代謝(catabolism)合成代謝(anabolism)復(fù)雜分子（有機(jī)物）分解代謝合成代謝簡(jiǎn)單小分子ATPH分解代謝與產(chǎn)能代謝緊密相連； 合成代謝與耗能代謝緊密相連。 微生物的代謝離不開(kāi)酶，無(wú)論是分解代謝還是合成代謝都必須在酶的催化作用下才能進(jìn)行。 能量代謝產(chǎn)能代謝耗能代謝第三張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 微生物產(chǎn)能代謝能量代謝是一切生物代謝的核心問(wèn)題。能量代謝的中心任務(wù)，是把外界環(huán)境中的多種形式的最初能源轉(zhuǎn)換成

3、對(duì)一切生命活動(dòng)都能使用的通用能源-ATP。最初能源有機(jī)物還原態(tài)無(wú)機(jī)物日光化能異養(yǎng)微生物化能自養(yǎng)微生物光能營(yíng)養(yǎng)微生物通用能源（ATP）第四張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月微生物氧化的形式生物氧化作用：細(xì)胞內(nèi)代謝物以氧化作用釋放（產(chǎn)生）能量的化學(xué)反應(yīng)。氧化過(guò)程中能產(chǎn)生大量的能量，分段釋放，并以高能鍵形式貯藏在ATP分子內(nèi)，供需時(shí)使用。 生物氧化的方式： 和氧的直接化合： C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O失去電子： Fe2+ Fe3+ + e -化合物脫氫或氫的傳遞: CH3-CH2-OH CH3-CHONADNADH2第五張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月生物氧

4、化的功能：產(chǎn)能(ATP)產(chǎn)還原力【H】小分子中間代謝物第六張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月生物氧化的過(guò)程一般包括三個(gè)環(huán)節(jié)：底物脫氫（或脫電子）作用（該底物稱(chēng)作電子供體或供氫體）氫（或電子）的傳遞（需中間傳遞體，如NAD、FAD等）最后氫受體接受氫（或電子）（最終電子受體或最終氫受體）底物脫氫的途徑 1、 EMP途徑 2、HMP 3、ED 4、TCA第七張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月生命活動(dòng)需要能量，生活機(jī)體主要通過(guò)生物氧化反應(yīng)獲得能量.已知異養(yǎng)型微生物都是以有機(jī)物為能源，它們從有機(jī)物的氧化反應(yīng)中獲得能量，自養(yǎng)型微生物從光或無(wú)機(jī)物的氧化反應(yīng)中得到能量。在以有機(jī)物為基礎(chǔ)的生物

5、氧化反應(yīng)中，以O(shè)2作為最終電子受體的稱(chēng)為有氧呼吸，以無(wú)機(jī)氧化物中的氧作為最終電子受體的稱(chēng)為無(wú)氧呼吸。以有機(jī)物作為電子受體的稱(chēng)為發(fā)酵。有氧呼吸，無(wú)氧呼吸和發(fā)酵過(guò)程中都能產(chǎn)生能量。第八張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 微生物產(chǎn)能代謝一 生物氧化生物氧化的形式包括某物質(zhì)與氧結(jié)合、脫氫或脫電子三種生物氧化的功能為：產(chǎn)能（ATP）、產(chǎn)還原力H和產(chǎn)小分子中間代謝物自養(yǎng)微生物利用無(wú)機(jī)物異養(yǎng)微生物利用有機(jī)物生物氧化能量微生物直接利用儲(chǔ)存在高能化合物（如ATP）中以熱的形式被釋放到環(huán)境中第九張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月ATP產(chǎn)生的主要方式1.氧化磷酸化 1）底物水平磷酸化 不需氧，

6、不經(jīng)過(guò)呼吸鏈。 甘油醛-3-磷酸 磷酸化 1,3二磷酸甘油酸ATP2）電子傳遞磷酸化 需氧氣，經(jīng)過(guò)呼吸鏈。物質(zhì)氧化放出的電子在呼吸鏈中傳遞時(shí)，放出能量，生成ATP生物氧化或光合作用過(guò)程中，將能量通過(guò)磷酸化轉(zhuǎn)移至ATP。第十張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月NAD、NADP和呼吸鏈在代謝中的作用NAD和NADP是生物氧化過(guò)程中脫氫和氫化作用的載體。煙酰胺腺嘌呤二核苷：NAD+2HNADH+H+煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸：NADP+2HNADPH+H+呼吸鏈也是電子傳遞鏈。電子傳遞體按一定順序排列，構(gòu)成電子傳遞鏈，鏈上各個(gè)氧化反應(yīng)與ADP-ATP反應(yīng)偶聯(lián)。真核生物呼吸鏈在線粒體上，原核生物在質(zhì)

7、膜上。第十一張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.光合磷酸化光合微生物捕捉光能，轉(zhuǎn)給ATP藻類(lèi)、藍(lán)細(xì)菌：有光合系統(tǒng)、，進(jìn)行環(huán)式和非環(huán)式光合作用。 CO2 + H2O -(CH2O)n- + O2綠細(xì)菌：只有光合系統(tǒng)，進(jìn)行環(huán)式光合磷酸化 CO2 + 2H2S -(CH2O)n- + H2O + 2SH+-ATP酶體系第十二張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月除ATP 外，能推動(dòng)生物合成的其它高能化合物有： 高能化合物 能活化的生物合成作用GTP（三磷酸鳥(niǎo)嘌呤核苷PPP） 蛋白質(zhì)UTP（三磷酸尿嘧啶核苷PPP） 肽聚糖 CTP（三磷酸胞嘧啶核苷PPP） 磷脂dTPP(三磷酸胸腺嘧啶脫

8、氧核苷PPP) 細(xì)胞壁脂多糖ACSCOA(?；駽OA) 脂肪酸ACCOA(酰基COA) 脂肪酸第十三張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月能量轉(zhuǎn)換化能營(yíng)養(yǎng)型光能營(yíng)養(yǎng)型底物水平磷酸化呼吸鏈光合磷酸化三種產(chǎn)能方式的基本概念，異同點(diǎn)，幾種光合磷酸化的異同點(diǎn)，產(chǎn)生ATP和還原力的方式與特點(diǎn) 氧化磷酸化無(wú)氧氣有氧氣用于微生物合成代謝，合成細(xì)胞組成物質(zhì)用于微生物生命活動(dòng)，主動(dòng)運(yùn)輸、鞭毛運(yùn)動(dòng)生物發(fā)光 產(chǎn)生熱量能量的利用第十四張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 微生物產(chǎn)能代謝二自養(yǎng)微生物的生物氧化（二）無(wú)機(jī)物氧化產(chǎn)能（一）光合磷酸化產(chǎn)能第十五張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光能營(yíng)

9、養(yǎng)微生物產(chǎn)氧不產(chǎn)氧真核生物：藻類(lèi)及綠色植物原核生物：藍(lán)細(xì)菌真細(xì)菌：光合細(xì)菌古細(xì)菌：嗜鹽菌（一）光合磷酸化產(chǎn)能第十六張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.環(huán)式光合磷酸化 不產(chǎn)生氧還原力來(lái)自H2S等無(wú)機(jī)物產(chǎn)能與產(chǎn)還原力分別進(jìn)行特點(diǎn)：電子傳遞途徑屬循環(huán)方式光合細(xì)菌依賴(lài)細(xì)菌葉綠素的光合作用環(huán)式光合磷酸化產(chǎn)生ATP第十七張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.非環(huán)式光合磷酸化 還原力來(lái)自H2O的光解同時(shí)產(chǎn)生還原力、ATP和O2有PS和PS 2個(gè)光合系統(tǒng)特點(diǎn)：有氧條件下進(jìn)行依賴(lài)葉綠素的光合作用第十八張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.嗜鹽菌紫膜的光合作用一種只有嗜鹽菌才有的，無(wú)葉綠

10、素或細(xì)菌葉綠素參與的獨(dú)特的光合作用。嗜鹽菌細(xì)胞膜紅色部分（紅膜）紫色部分（紫膜）主要含細(xì)胞色素和黃素蛋白等用于氧化磷酸化的呼吸鏈載體在膜上呈斑片狀（直徑約0.5 mm）獨(dú)立分布，其總面積約占細(xì)胞膜的一半，主要由細(xì)菌視紫紅質(zhì)組成。在波長(zhǎng)為550-600 nm的光照下，嗜鹽菌ATP的合成速率最高，而這一波長(zhǎng)范圍恰好與細(xì)菌視紫紅質(zhì)的吸收光譜相一致。第十九張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月紫膜的光合磷酸化是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的最簡(jiǎn)單的光合磷酸化反應(yīng)依賴(lài)細(xì)菌視紫紅質(zhì)的光合作用借質(zhì)子動(dòng)力產(chǎn)生ATP。 第二十張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（二）無(wú)機(jī)物氧化產(chǎn)能好氣性的化能自養(yǎng)菌以無(wú)機(jī)物作氧化基

11、質(zhì)，利用氧化無(wú)機(jī)物釋放出來(lái)的能量進(jìn)行生長(zhǎng)。無(wú)機(jī)物氧化釋放出的電子靠電子傳遞磷酸化或者是基質(zhì)水平磷酸化產(chǎn)生能量ATP。 氫細(xì)菌 H212O2 H2O56.7 千卡 鐵細(xì)菌 2Fe2+1/4 O2 2H+ 2Fe3+ 1/2H2O10.6千卡硝化細(xì)菌 亞硝化細(xì)菌在氧化NH4+ NO2時(shí)獲得能量供細(xì)胞生長(zhǎng) NH4+ 12O2 NO2- H2O2H+64.7千卡 硝化細(xì)菌在氧化NO2- NO3-時(shí)獲得能量供細(xì)胞生長(zhǎng) NO2- 12O2 NO3- 18.5千卡 第二十一張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月硫化細(xì)菌 硫化細(xì)菌在氧化元素硫和硫化物為硫酸時(shí)獲得能量供細(xì)胞生長(zhǎng)。 S32O2H2OSO42-

12、2H+139.8千卡 S2-2O2 SO42- 189.9千卡 化能自養(yǎng)菌的ETC組成及各種無(wú)機(jī)底物脫氫后電子進(jìn)入ETC的部位第二十二張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二自養(yǎng)微生物的生物氧化 硫的氧化硫細(xì)菌（sulfur bacteria）能夠利用一種或多種還原態(tài)或部分還原態(tài)的硫化合物（包括硫化物、元素硫、硫代硫酸鹽、多硫酸鹽和亞硫酸鹽）作能源。俄國(guó)著名微生物學(xué)家Winogradsky的杰出貢獻(xiàn)：化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型微生物的發(fā)現(xiàn)：氧化無(wú)機(jī)物獲得能量；沒(méi)有光和葉綠素的條件下也能同化CO2為細(xì)胞物質(zhì)（能以CO2為唯一或主要碳源）第二十三張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 微生物產(chǎn)能

13、代謝三、異養(yǎng)微生物的生物氧化生物氧化反應(yīng)發(fā)酵有氧呼吸厭氧呼吸呼吸第二十四張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能底物脫氫的4條途徑及其與遞氫、受氫的聯(lián)系第二十五張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月有氧呼吸、無(wú)氧呼吸和發(fā)酵過(guò)程示意圖 第二十六張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、異養(yǎng)微生物的生物氧化發(fā)酵(fermentation)不需要分子態(tài)氧(O2)作為電子受體的氧化作用。產(chǎn)能方式：底物水平磷酸化產(chǎn)生ATP。 電子受體：底物形成的中間產(chǎn)物又作為受氫體接受氫形成新產(chǎn)物，不需氧氣參加。底物去向：底物氧化不徹底，只釋放部分能量。第二十七張，PPT共九十三

14、頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)酵：在無(wú)氧等外源氫受體的條件下，底物脫氫后所產(chǎn)生的還原力H未經(jīng)呼吸鏈傳遞而直接交某一內(nèi)源性中間代謝物接受，以實(shí)現(xiàn)底物水平磷酸化產(chǎn)能的一類(lèi)生物氧化反應(yīng)第二十八張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月乙醇發(fā)酵 不同的微生物進(jìn)行乙醇發(fā)酵的途徑和產(chǎn)物不同，主要有酵母菌的乙醇發(fā)酵和細(xì)菌的乙醇發(fā)酵。 酵母菌的乙醇發(fā)酵： C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2ATP 接合單胞菌的乙醇發(fā)酵： C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2+ ATP乙醇發(fā)酵都產(chǎn)生ATP，但酵母菌產(chǎn)能多，細(xì)菌產(chǎn)能少。ATP的產(chǎn)生靠基質(zhì)水平磷酸化生成的。 第二十九張，PPT共九十三頁(yè)

15、，創(chuàng)作于2022年6月乳酸發(fā)酵 同型乳酸發(fā)酵：指發(fā)酵產(chǎn)物只有單一的乳酸 德氏乳桿菌： C6H12O62乳酸 + 2ATP 異型乳酸發(fā)酵：指發(fā)酵產(chǎn)物除乳酸外，還有其它的化合物。 腸膜狀明串珠菌： 葡萄糖 1乳酸 + 1乙醇 + 1CO2 + 1ATP 雙岐桿菌： 2葡萄糖2 乳酸 + 3 乙酸 + 5ATP （P.K 為磷酸戊糖解酮酶，H.K 為磷酸已糖解酮酶） 異型（P.K）異型（H.K）第三十張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月丁酸發(fā)酵與丙酮丁醇發(fā)酵 丁酸梭狀芽孢桿菌（Clostridium butyricum）可以發(fā)酵葡萄糖得到丁酸 4C6H12O62乙酸3丁酸8CO28H210AT

16、P 每 mol 葡萄糖在發(fā)酵中大約產(chǎn) 2.5 個(gè) ATP。 丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）在發(fā)酵葡萄糖經(jīng)丙酮酸到丁酸中，當(dāng)丁酸和乙酸大量積累時(shí)會(huì)使 pH 下降至4.0，這時(shí)導(dǎo)致丁酸進(jìn)一步還原為丁醇，微生物利用還原丁酸為丁醇的酶還原乙酸為乙醇。并還產(chǎn)生丙酮。 葡萄糖丁醇丙酮乙酸乙醇H2CO2ATP 第三十一張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、異養(yǎng)微生物的生物氧化1. 發(fā)酵(fermentation)不同微生物發(fā)酵產(chǎn)物的不同，也是細(xì)菌分類(lèi)鑒定的重要依據(jù)。大腸桿菌：丙酮酸裂解生成乙酰CoA與甲酸，甲酸在酸性條件下可進(jìn)一步裂解生成H2和CO2產(chǎn)酸產(chǎn)氣（參

17、見(jiàn)“微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”P(pán)119-123）志賀氏菌：丙酮酸裂解生成乙酰CoA與甲酸，但不能使甲酸裂解產(chǎn)生H2和CO2產(chǎn)酸不產(chǎn)氣第三十二張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、異養(yǎng)微生物的生物氧化2. 呼吸作用 呼吸的基本特點(diǎn)，包括呼吸與發(fā)酵的區(qū)別，有氧呼吸與無(wú)氧呼吸的區(qū)別，其中有氧呼吸的具體過(guò)程可簡(jiǎn)略，以避免和生化內(nèi)容重復(fù)。無(wú)氧呼吸以硝酸鹽呼吸為例，介紹反硝化作用的概念及生態(tài)學(xué)意義 第三十三張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1、有氧呼吸又稱(chēng)好氧呼吸，是一種最普遍又最重要的生物氧化或產(chǎn)能方式特點(diǎn)：底物常規(guī)方式脫氫后，脫下的氫經(jīng)完整的呼吸鏈又稱(chēng)電子傳遞鏈傳遞，最終被外源分子氧接受，產(chǎn)生了水

18、并釋放出ATP形式的能量。第三十四張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 原核生物的電子傳遞鏈有以下特點(diǎn)：（1）輔酶Q被MK(甲基萘醌)或DMK（脫甲基甲基萘醌）取代。Cyt a3 被Cyt. aa3、,Cyt o或Cyt d取代。（2）氧還載體的數(shù)量可增可減，如E.coli的細(xì)胞色素有9種以上（3）有分支呼吸鏈的存在。如E.coli在缺氧條件下，在輔酶Q后的呼吸鏈就分成兩支： 一是Cyt.b556Cyt.o， 另一支是Cyt.b558Cyt.d（這一支可抗氰化物抑制） NAD電子傳遞鏈第三十五張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.無(wú)氧呼吸 生活在缺氧環(huán)境中的厭氧和兼性厭氧微生物，

19、在產(chǎn)能的生物氧化過(guò)程中以無(wú)機(jī)化合物（NO3-、NO2- 、 SO42-、CO2等無(wú)機(jī)物或個(gè)別為延胡索酸等有機(jī)物作為最終電子受體。 無(wú)氧呼吸也需要細(xì)胞色素等電子傳遞體，并在能量分級(jí)釋放過(guò)程中伴隨有磷酸化作用，也能產(chǎn)生較多的能量用于生命活動(dòng)。由于部分能量隨電子轉(zhuǎn)移傳給最終電子受體，所以生成的能量不如有氧呼吸產(chǎn)生的多。第三十六張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月硝酸還原作用 硝酸還原細(xì)菌在分解有機(jī)物時(shí)利用基質(zhì)脫下的H將硝酸鹽還原，通過(guò)電子傳遞鏈產(chǎn)生 2個(gè)ATP。 硫酸還原作用 2乳酸H2SO4-2乙酸2CO22H2OH2SATP 碳酸鹽還原（甲烷生成） 產(chǎn)甲烷菌在利用甲酸、甲醇、甲胺、乙酸、H

20、2、CO2生成甲烷時(shí)，通過(guò)： 跨膜質(zhì)子運(yùn)動(dòng)； 電子轉(zhuǎn)移磷酸化和 底物水平磷酸化合成 ATP。 第三十七張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月硝酸鹽呼吸：以硝酸鹽作為最終電子受體，也稱(chēng)為硝酸鹽的異化作用（Dissimilative）。只能接收2個(gè)電子，產(chǎn)能效率低；NO2-對(duì)細(xì)胞有毒；有些菌可將NO2-進(jìn)一步將其還原成N2，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為反硝化作用第三十八張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 呼吸作用能進(jìn)行硝酸鹽呼吸的細(xì)菌被稱(chēng)為硝酸還原細(xì)菌，主要生活在土壤和水環(huán)境中，如假單胞菌、依氏螺菌、脫氮小球菌等。硝酸鹽還原細(xì)菌：兼性厭氧無(wú)氧時(shí)，進(jìn)行厭氧呼吸（環(huán)境中存在硝酸鹽時(shí)）；有氧時(shí)，細(xì)胞膜上

21、的硝酸鹽還原酶活性被抑制，進(jìn)行有氧呼吸。第三十九張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 呼吸作用（2）無(wú)氧呼吸反硝化作用的生態(tài)學(xué)意義：硝酸鹽還原細(xì)菌進(jìn)行厭氧呼吸土壤及水環(huán)境好氧性機(jī)體的呼吸作用氧被消耗而造成局部的厭氧環(huán)境土壤中植物能利用的氮（硝酸鹽NO3-）還原成氮?dú)舛?，從而降低了土壤的肥力。松土，排除過(guò)多的水分，保證土壤中有良好的通氣條件。反硝化作用在氮素循環(huán)中的重要作用硝酸鹽是一種容易溶解于水的物質(zhì)，通常通過(guò)水從土壤流入水域中。如果沒(méi)有反硝化作用，硝酸鹽將在水中積累，會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)變壞與地球上氮素循環(huán)的中斷。第四十張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月酒精發(fā)酵（酵母菌，細(xì)菌）

22、發(fā)酵作用乳酸發(fā)酵（同型，異型） 有氧呼吸： 產(chǎn)能最多，如枯草桿菌 呼吸作用 硝酸還原：反硝化細(xì)菌 無(wú)氧呼吸 硫酸還原：脫S弧菌碳酸還原：產(chǎn)甲烷菌 氫細(xì)菌氧化H 無(wú)機(jī)物氧化 鐵細(xì)菌氧化鐵 硝化細(xì)菌氧化NH4+，NO2-硫化細(xì)菌氧化S02，S2- 環(huán)式光合磷酸化：著色細(xì)菌光合磷酸化 非環(huán)式光合磷酸化：藍(lán)細(xì)菌 視紫紅質(zhì)受光照射產(chǎn)生質(zhì)子動(dòng)力產(chǎn)能：鹽細(xì)菌能量的產(chǎn)生第四十一張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 微生物的分解代謝自然界中的微生物絕大多數(shù)是化能異養(yǎng)型的微生物，這些微生物從外界吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以后，通過(guò)微生物細(xì)胞中的酶進(jìn)行分解代謝產(chǎn)生能量ATP和小分子有機(jī)物。.微生物進(jìn)行合成代謝的前體物

23、ATP是合成代謝所必需的能量的主要源泉第四十二張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一 大分子有機(jī)物的降解不含氮有機(jī)物的降解 淀粉的降解：淀粉 葡萄糖 纖維素的降解：纖維素葡萄糖半纖維素的降解：半纖維素 單糖 + 糖醛酸 果膠質(zhì)的降解：果膠 半乳糖醛酸 + 甲醇 木質(zhì)素的降解 木質(zhì)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，它是由許多芳香族亞基縮合而成的聚合物。 木質(zhì)素 乙酸 + 琥珀酸 第四十三張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月含N有機(jī)物的降解 蛋白質(zhì)的降解 蛋白質(zhì)多肽AA CO2 +NH3 幾丁質(zhì)的降解 幾丁質(zhì)寡聚糖N-乙酰葡萄糖胺乙酸+葡萄糖胺葡萄糖+NH3 尿素的降解 尿素+2H2O（NH4）2

24、CO3 2NH3 + CO2 H2O 第四十四張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月含磷有機(jī)物的降解 卵磷脂 甘油 P-甘油 EMP 脂肪酸乙酰COATCA 膽堿NH3+ CO2 + 有機(jī)酸 磷酸 核酸核苷酸磷酸+核苷嘌呤+嘧啶 卵磷脂酶 核酸酶核苷酸酶第四十五張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月含S有機(jī)物的降解 胱氨酸+3H2O + 1/2O2 2 乙酸+2CO2 +2H2S+2NH3油脂的降解 油脂脂肪酸 -乙酰COATCA 甘油 Pi -P甘油 EMP 烴類(lèi)物質(zhì)的降解 甲烷是最簡(jiǎn)單的烴類(lèi)物質(zhì)，能被甲基營(yíng)養(yǎng)菌作C源利用。 脂肪酶第四十六張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二

25、 已糖的降解多糖類(lèi)大分子有機(jī)物降解最終產(chǎn)生單糖，其中以葡萄糖為主。微生物降解葡萄糖除為微生物提供生長(zhǎng)所需要的能量外，還為合成代謝提供小分子化合物作C架和還原力NADH2或 NADPH2。 己糖降解到丙酮酸的途徑第四十七張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月EMP途徑（EmbdenMyerhof Pathway） EMP途徑為合成代謝提供了： 能量： 2ATP 還原力： 2NADH2 小分子 C 架：6-P葡萄糖 P-二羥丙酮 3-P甘油酸 P-烯醇式丙酮酸 丙酮酸 第四十八張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十九張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月PP途徑Pentose p

26、hosphate pathway,舊稱(chēng)HMP途徑(Hexose monophasphate pathway），存在于大多數(shù)生物體內(nèi)。若2個(gè) 3-P 甘油醛縮合為 6-P 葡萄糖為完全PP途徑。若 3-P 甘油醛走 EMP 途徑后半部到丙酮酸則為不完全PP途徑。完全HMP(PP)第五十張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月PP途徑為合成代謝提供：還原力： NADPH22小分子 C 架： 5-P 核糖 （合成核酸的前體物） 4-P赤蘚糖（合成芳香氨基酸的前體物）不完全 PP途徑可提供：能量： 2個(gè)ATP 還原力： 1個(gè)NADPH2 小分子 C 架： 3-P甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 雖然

27、PP途徑中可經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)能，1摩爾葡萄糖經(jīng)PP途徑最終可得到35摩爾ATP，但這不是代謝中的主要方式。因此，不能把PP途徑看作是產(chǎn)生ATP的有效機(jī)制。大多數(shù)好氧和兼性厭氧微生物中都有PP途徑，而且在同一微生物中往往同時(shí)存在EMP和PP途徑，單獨(dú)具有EMP和PP途徑的微生物較少見(jiàn)。第五十一張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月ED途徑2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸(KDPG)裂解途徑 主要局限于接合單胞菌屬的一些細(xì)菌。 葡萄糖+NAD+NADP+Pi+ ADP 2丙酮酸NADH+ NADPH+ 2H+ATPED 途徑為合成代謝提供： 能量： ATP 還原力： NADH2 + NADPH

28、2 小分子 C 架： 6-P 葡萄糖 3-P 甘油酸 P- 烯醇式丙酮酸 丙酮酸有氧時(shí)與TCA循環(huán)連接, 無(wú)氧時(shí)進(jìn)行細(xì)菌發(fā)酵第五十二張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一分子葡萄糖經(jīng)ED途徑最后生成兩分子丙酮酸、一分子ATP、一分子NADPH和NADH。反應(yīng)步驟簡(jiǎn)單，產(chǎn)能效率低.ED途徑在革蘭氏陰性菌中分布廣泛，特別是假單胞菌和固氮的某些菌株較多存在。ED途徑可不依賴(lài)于EMP和PP途徑而單獨(dú)存在，是少數(shù)缺乏完整EMP途徑的微生物的一種替代途徑，未發(fā)現(xiàn)存在于其它生物中。第五十三張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月關(guān)鍵反應(yīng)：2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解催化的酶：6-磷酸脫水

29、酶，KDPG醛縮酶相關(guān)的發(fā)酵生產(chǎn)：細(xì)菌酒精發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)：代謝速率高，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率高，菌體生成少，代謝副產(chǎn)物少，發(fā)酵溫度較高，不必定期供氧。缺點(diǎn)：pH5，較易染菌；細(xì)菌對(duì)乙醇耐受力低ATP有氧時(shí)經(jīng)呼吸鏈6ATP 無(wú)氧時(shí) 進(jìn)行發(fā)酵2乙醇2ATPNADH+H+NADPH+H+2丙酮酸ATPC6H12O6KDPGED途徑的總反應(yīng)第五十四張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月丙酮酸的代謝的多樣性 EMP 途徑不完全 PP 途徑 丙酮酸ED 途徑 進(jìn)入TCA（Tricarboxylic acid cycle）循環(huán) 進(jìn)一步氧化分解，產(chǎn)生還原力NADPH2，ATP 和合成代謝所需要的小分子C 架。發(fā)酵作用Fer

30、matatiom第五十五張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月TCA循環(huán)第五十六張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月TCA循環(huán)總式：C6H12O6 + 6O2 6H2O+ 6CO2 + 30ATPTCA 循環(huán)為合成代謝提供： 能量： ATP、GTP 還原力：NADH2 NADPH2 FADH2 小分子 C 架化合物： 乙酰 COA 、 酮戊二酸、 琥珀酰COA 烯醇式草酰乙酸第五十七張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三羧酸循環(huán)在微生物代謝中的樞紐地位 第五十八張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四節(jié) 微生物的合成代謝合成作用就是微生物將簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物或者有機(jī)物用體內(nèi)的各

31、種酶促反應(yīng)合成大分子即菌體物質(zhì)的過(guò)程。微生物的合成代謝可以概括為三個(gè)階段 產(chǎn)生三要素：能量、還原力、小分子化合物合成前體物：氨基酸、單糖、氨基糖、脂肪酸、核苷酸合成大分子：蛋白質(zhì)、核酸、脂肪、多糖第五十九張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一.三要素的產(chǎn)生ATP的產(chǎn)生 NADH2 （或NADPH2）的產(chǎn)生 小分子碳架化合物的產(chǎn)生 第六十張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月ATP的產(chǎn)生發(fā)酵作用乙醇發(fā)酵 酵母：2ATP，細(xì)菌：ATP乳酸發(fā)酵 同型：2ATP，異型：1ATP丁酸發(fā)酵 平均2.5個(gè)ATP呼吸作用 有氧呼吸 38個(gè)ATP無(wú)氧呼吸 硝酸還原 2個(gè)ATP硫酸還原 可產(chǎn)ATP碳酸還

32、原 可產(chǎn)ATP第六十一張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月無(wú)機(jī)物氧化 H2 H2O+56.7千卡Fe2+ Fe3+ +10.6千卡NH3 NO2 NO3 64.7千卡，18.5千卡S0，S= SO4 139.8千卡，189.9千卡光合磷酸化 環(huán)式：可產(chǎn)1個(gè)ATP非環(huán)式：可產(chǎn)生ATP質(zhì)子梯度 可產(chǎn)生ATP第六十二張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月NADH2 （或NADPH2）的產(chǎn)生化能自養(yǎng)菌化能自養(yǎng)菌產(chǎn)NADPH2 是在消耗 ATP 的情況下通過(guò)反向電子傳遞產(chǎn)生。 例硝化細(xì)菌的電子傳遞磷酸化和電子逆轉(zhuǎn)過(guò)程如下： ATP ATP ATP NADCyta1 cytc cytb Fp(黃

33、素蛋白) NADH2光能自養(yǎng)菌 非環(huán)式光合磷酸化可產(chǎn)1個(gè) NADPH2。第六十三張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月化能異養(yǎng)菌 葡萄糖 2 NADH2 + 2ATP + 2丙酮酸 葡萄糖 NADH2 + NADPH2 + ATP + 2丙酮酸 葡萄糖 2NADPH2 + 5-P 核酮糖 + CO2 葡萄糖 6NADPH2 + NADH2 +丙酮酸 + 3CO2 丙酮酸3 NADPH2 + NADH2 + FADH2 + GTP + 3CO2EMPEDPP不完全PPTCA第六十四張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月小分子碳架化合物的產(chǎn)生微生物通過(guò)對(duì)大分子有機(jī)物的降解，對(duì)已糖的降解，對(duì)

34、丙酮酸的氧化分解，不僅為合成代謝提供了能量，提供了還原力，而且還為合成細(xì)胞大分子有機(jī)物提供了小分子化合物作為合成大分子的C架。第六十五張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月中間代謝產(chǎn)物分解代謝起源在生物合成中的作用葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸核糖-5-磷酸赤蘚糖-4-磷酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸3-磷酸甘油酸a-酮戊二酸草酰乙酸乙酰輔酶A葡萄糖 半乳糖 多糖EMP途徑HMP途徑HMP途徑EMP途徑EMP途徑 ED途徑EMP途徑三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)丙酮酸脫羧 脂肪氧化核苷糖類(lèi)戊糖 多糖貯藏物核苷酸 脫氧核糖核苷酸芳香氨基酸芳香氨基酸 葡萄糖異生 CO2固定胞壁酸合成 糖的運(yùn)輸丙氨酸 纈氨酸

35、 亮氨酸 CO2固定絲氨酸 甘氨酸 半胱氨酸谷氨酸 脯氨酸 精氨酸 賴(lài)氨酸天冬氨酸 賴(lài)氨酸 蛋氨酸 蘇氨酸 異亮氨酸脂肪酸 類(lèi)異戊二烯 甾醇第六十六張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月小分子碳架化合物的產(chǎn)生 第六十七張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二 前體物的合成合成大分子有機(jī)物首先要有前體物，前體物是微生物利用分解代謝中所獲得的小分子C架、ATP 和NADPH2合成的。前體物主要有： 單糖氨基酸氨基糖 核苷酸脂肪酸 第六十八張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月無(wú)機(jī)養(yǎng)料的同化-CO2的固定1）自養(yǎng)微生物CO2的固定Calvin Cycle(植物、藍(lán)細(xì)菌、化能自養(yǎng)細(xì)菌、大部

36、分光合細(xì)菌 )還原三羧酸循環(huán)（光合細(xì)菌、綠硫細(xì)菌 ）還原單羧酸循環(huán)（克氏梭菌 Clostridium kluyveri）2）異養(yǎng)微生物CO2的固定 少量碳源來(lái)自CO2 磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)+ CO2草酰乙酸 乙酰輔酶A 丙二酰輔酶A 第六十九張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月硝酸鹽同化1）硝酸鹽同化還原：見(jiàn)于大多數(shù)細(xì)菌、絲狀真菌和酵母 NO3NO2NH3有機(jī)氮-NH22）以NO3-為電子受體的無(wú)氧呼吸 C6H12O6 + 12 NO3- 6CO2 + 6H2O + 12 NO2- N2第七十張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月大分子前體物的合成單糖的生物合成異養(yǎng)型微生物的單

37、糖通常是外源性單糖通過(guò)互變產(chǎn)生的。第七十一張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月氨基酸的合成氨基酸的合成主要有以下三個(gè)過(guò)程： 由-酮酸經(jīng)氨基化作用生成氨基酸 a.還原氨基化；b.直接氨基化；c.酰氨化。由轉(zhuǎn)氨作用形成氨基酸從頭合成由初生氨基酸合成次生氨基酸 D-氨基酸，由消旋酶或D-氨基酸轉(zhuǎn)氨酶催化產(chǎn)生第七十二張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三 大分子有機(jī)物的生物合成核酸的生物合成 DNA的合成半保留復(fù)制第七十三張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)的生物合成受基因控制，一個(gè)基因指導(dǎo)合成一條多肽鏈1)以DNA為模板合成mRNA(轉(zhuǎn)錄)2)經(jīng)mRNA為模板合成蛋白質(zhì)(翻譯

38、) mRNA結(jié)合在核蛋白體上，攜帶著專(zhuān)一性aa的tRNA分子靠著它們的反密碼正確地識(shí)別mRNA上的各種密碼，按照mRNA密碼的秩序?qū)⑾鄳?yīng)的各種aa有秩序的組成多肽鏈。（沿mRNA 53的方向逐個(gè)加入aa，使肽鏈延長(zhǎng)直到遇到終止密碼為止。終止密碼是UAA，UAG和UGA）。第七十四張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五節(jié) 微生物獨(dú)特的合成代謝途徑一、生物固氮 微生物將氮還原為氨的過(guò)程稱(chēng)為生物固氮 具有固氮作用的微生物近50個(gè)屬，包括細(xì)菌、放線菌和藍(lán)細(xì)菌 根據(jù)固氮微生物與高等植物以及其他生物的關(guān)系，可以把它們分為三大類(lèi) 自生固氮菌共 生固氮菌 聯(lián)合固氮菌 第七十五張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作

39、于2022年6月a.自生固氮菌一類(lèi)不依賴(lài)與它種生物共生而能獨(dú)立進(jìn)行固氮的生物自生固氮菌好氧：固氮菌屬、氧化亞鐵硫桿菌屬、藍(lán)細(xì)菌等兼性厭氧：克雷伯氏菌屬、紅螺菌屬等厭氧：巴氏梭菌、著色菌屬、縁假單脃菌屬等第七十六張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月b.共生固氮菌必須與它種生物共生在一起才能進(jìn)行固氮的生物共生固氮菌非豆科：弗蘭克氏菌屬等滿江紅：滿江紅魚(yú)腥 藍(lán)細(xì)菌等根瘤豆科植物：根瘤菌屬等植物地衣：魚(yú)腥藍(lán)細(xì)菌屬等第七十七張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月c.聯(lián)合固氮菌 必須生活在植物根際、葉面或動(dòng)物腸道等處才能進(jìn)行固氮的生物聯(lián)合固氮菌根際：生脂固氮 螺菌芽胞桿菌屬等葉面：克雷伯氏菌屬、

40、固氮菌屬等動(dòng)物腸道：腸桿菌屬、克雷伯氏菌屬等第七十八張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、肽聚糖的合成 肽聚糖是絕大數(shù)原核生物細(xì)胞壁所含有的獨(dú)特成分；它在細(xì)菌的生命活動(dòng)中有著重要的功能。它是許多重要抗生素作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。 根據(jù)反應(yīng)部位的不同可分成三個(gè)合成階段第七十九張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.在細(xì)胞質(zhì)中的合成a.由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸第八十張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月b.由N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸第八十一張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.在細(xì)胞膜中的合成需要細(xì)菌萜醇(bactoprenol,Bcp)脂質(zhì)載體參與

41、，這是一種由11個(gè)類(lèi)異戊烯單位組成的C35 類(lèi)異戊烯醇，它通過(guò)兩個(gè)磷酸基與N-乙酰胞壁酸相連，載著在細(xì)胞質(zhì)中形成的胞壁酸到細(xì)胞膜上，在那里與N-乙酰葡萄糖胺結(jié)合，并在L-Lys上接上五肽(Gly)5 ,形成雙糖亞單位。第八十二張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月肽聚糖單體的合成細(xì)菌萜醇細(xì)菌萜醇（bactoprenol）：又稱(chēng)類(lèi)脂載體；運(yùn)載“Park”核苷酸進(jìn)入細(xì)胞膜，連接N-乙酰葡糖胺和甘氨酸五肽“橋”，最后將肽聚糖單體送入細(xì)胞膜外的細(xì)胞壁生長(zhǎng)點(diǎn)處。結(jié)構(gòu)式： CH3CH3 CH3CH3C=CHCH2(CH2C=CHCH2)9CH2C=CHCH2OH功能：除肽聚糖合成外還參與微生物多種細(xì)胞外多糖和脂多糖的生物合成，如：細(xì)菌的磷壁酸、脂多糖， 細(xì)菌和真菌的纖維素， 真菌的幾丁質(zhì)和甘露聚糖等。第八十三張，PPT共九十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月已合成的雙糖肽插在細(xì)胞膜外的細(xì)胞壁生長(zhǎng)點(diǎn)中，并交聯(lián)形成肽聚糖。這一階段分