第六章微生物的代謝

第五章微生物的代謝

（Microbialmetabolism）第一節(jié)微生物的能量代謝微生物可利用的最初能源有哪些？研究能量代謝的實質(zhì)就是追蹤微生物可利用的最初能源是如何轉(zhuǎn)化并釋放出一切生命活動的通用能源—ATP的過程。一、化能異氧微生物的生物氧化與產(chǎn)能概念：是指在厭氧條件下，厭氧和兼性厭氧微生物以外源無機氧化物（如NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、CO2、Fe2+等）或有機氧化物（延胡索酸，罕見）作為最終電子（和氫）受體時發(fā)生的一類產(chǎn)能效率低的特殊呼吸。（二）無氧呼吸（anaerobicrespiration）無機物：NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、S、CO2有機物：延胡索酸（fumarate）等根據(jù)末端氫（電子）受體的不同，無氧呼吸分為多種類型：A.硝酸鹽呼吸B.硫酸鹽呼吸C.硫呼吸D.鐵呼吸E.碳酸鹽呼吸F.延胡索酸呼吸某些厭氧和兼性厭氧微生物(極大多數(shù)是細(xì)菌)在無氧條件下，通過電子傳遞鏈遞電子，通過氧化磷酸化而產(chǎn)能的代謝.氫或電子受體1、硝酸鹽呼吸能進行硝酸鹽呼吸的細(xì)菌被稱為硝酸鹽還原細(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。進行硝酸鹽呼吸的細(xì)菌都是兼性厭氧菌，無氧但環(huán)境中存在硝酸鹽時進行厭氧呼吸，而有氧時其細(xì)胞膜上的硝酸鹽還原酶活性被抑制，細(xì)胞進行有氧呼吸。又稱為反硝化作用或硝酸鹽還原硝酸鹽呼吸以硝酸鹽作為最終電子受體的生物學(xué)過程，又稱“反硝化作用”只能接收2個電子，產(chǎn)能效率低；NO2-對細(xì)胞有毒有些菌可將NO2-進一步將其還原成N2能進行硝酸鹽呼吸的細(xì)菌被稱為硝酸鹽還原細(xì)菌（又稱反硝化細(xì)菌），主要生活在土壤和水環(huán)境中，如地衣芽孢桿菌、銅綠假單胞菌、依氏螺菌、脫氮副球菌、脫氮硫桿菌和生絲微菌屬中的一些成員等。大腸桿菌也是一種反硝化細(xì)菌，但它只能將NO3-還原成NO2-

。第二，反硝化作用：指NO3-被還原成NO2-，再逐步還原成NO、N2O和N2的過程，稱“異化性硝酸鹽還原”，僅局限于原核生物。第一，同化性硝酸鹽還原。很多細(xì)菌、真菌及植物將NO3-還原成NH3，為生長提供氮源。硝酸鹽在微生物生命活動中主要具有兩種功能：

反硝化作用的生態(tài)學(xué)作用：硝酸鹽還原細(xì)菌進行厭氧呼吸土壤及水環(huán)境好氧性機體的呼吸作用氧被消耗而造成局部的厭氧環(huán)境害：土壤中植物能利用的氮（NO3-）還原成氮氣而消失，從而降低了土壤的肥力。防止措施：松土，排除過多的水分，保證土壤中有良好的通氣條件。利：反硝化作用在氮素循環(huán)中的重要作用如果沒有反硝化作用，硝酸鹽將在水中積累，會導(dǎo)致水質(zhì)變壞與地球上氮素循環(huán)的中斷。污水處理系統(tǒng)中：脫氮，保護環(huán)境N2ONONO2-(酸雨)O32.硫酸鹽呼吸進行硫酸鹽呼吸的細(xì)菌稱“硫酸鹽還原細(xì)菌”，包括脫硫弧菌屬、脫硫單胞菌屬、脫硫球菌屬、脫硫腸狀菌屬、脫硫八疊球菌屬等。它們都是嚴(yán)格厭氧的古生菌。極大多數(shù)為專性化能異養(yǎng)型，利用有機酸（乳酸、丙酮酸、延胡索酸和蘋果酸等）、脂肪酸（乙酸和甲酸）和醇類（乙醇）等有機質(zhì)生長。少數(shù)為混合營養(yǎng)型生長，在有適宜有機碳源和能源時以化能異養(yǎng)生活，若無適宜有機物時也能以H2、CO2進行自養(yǎng)生長。經(jīng)呼吸鏈傳遞的氫交給硫酸鹽（末端氫受體）的一種厭氧呼吸。硫酸鹽還原的最終產(chǎn)物是H2S。3.硫呼吸元素硫作為無氧呼吸的最終氫受體，最終硫被異化性還原形成H2S的過程。兼性或?qū)Ｐ詤捬蹙饕?硫還原菌屬、脫硫單胞菌屬CH3COOH+2H2O+4S2CO2+4H2S例如，利用乙酸為電子供體：某些兼性厭氧細(xì)菌可將延胡索酸還原成琥珀酸，即以延胡索酸為最終電子受體，而琥珀酸是還原產(chǎn)物。以CO2或碳酸鹽作為呼吸鏈的末端氫受體的無氧呼吸。根據(jù)其還原產(chǎn)物的不同，可分為兩種類型，一類是產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生甲烷的碳酸鹽呼吸，另一類為產(chǎn)乙酸細(xì)菌產(chǎn)生乙酸的碳酸鹽呼吸。4.碳酸鹽呼吸（carbnaterespiration）無氧呼吸鏈的末端氫受體是Fe3+，這方面的研究目前僅在嗜酸性的氧化亞鐵硫桿菌中有報道。5.鐵呼吸（ironrespiration）6.延胡索酸呼吸（fumaraterespiration）近年來，又發(fā)現(xiàn)了幾種類似于延胡索酸呼吸的無氧呼吸，它們都以有機氧化物作為無氧環(huán)境下呼吸鏈的末端氫受體，包括甘氨酸（還原成乙酸）、二甲基亞砜（還原成二甲基硫化物），氧化三甲基胺（還原成三甲基胺）等。

在無氧條件下，某些微生物在沒有氧、氮或硫作呼吸作用的最終電子受體時，可以磷酸鹽代替，其結(jié)果是生成磷化氫（PH3），一種易燃?xì)怏w。當(dāng)有機物腐敗變質(zhì)時，經(jīng)常會發(fā)生這種情況。若埋葬尸體的墳?zāi)狗饪诓粐?yán)時，這種氣體就很易逸出。農(nóng)村的墓地通常位于山坡上，埋葬著大量尸體。在夜晚，氣體燃燒會發(fā)出綠幽幽的光。長期以來人們無法正確地解釋這種現(xiàn)象，將其稱之為“鬼火”。無氧呼吸對“鬼火”的生物學(xué)解釋厭氧呼吸的產(chǎn)能較有氧呼吸少，但比發(fā)酵多，它使微生物在沒有氧的情況下仍然可以通過電子傳遞和氧化磷酸化來產(chǎn)生ATP，因此對很多微生物是非常重要的。除氧以外的多種物質(zhì)可被各種微生物用作最終電子受體，充分體現(xiàn)了微生物代謝類型的多樣性?！罡拍睿涸谏镅趸邪l(fā)酵是指無氧條件下，底物脫氫后所產(chǎn)生的還原力不經(jīng)過呼吸鏈傳遞而直接交給一內(nèi)源氧化性中間代謝產(chǎn)物的一類低效產(chǎn)能反應(yīng)。在發(fā)酵工業(yè)上，發(fā)酵是指任何利用厭氧或好氧微生物來生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物的一類生產(chǎn)方式?！畎l(fā)酵途徑：葡萄糖在厭氧條件下分解葡萄糖的產(chǎn)能途徑主要有EMP、HMP、ED和PK途徑?！畎l(fā)酵類型：在上述途徑中均有還原型氫供體——NADH+H+和NADPH+H+產(chǎn)生，但產(chǎn)生的量并不多，如不及時使它們氧化再生，糖的分解產(chǎn)能將會中斷，這樣微生物就以葡萄糖分解過程中形成的各種中間產(chǎn)物為氫（電子）受體來接受NADH+H+和NADPH+H+的氫（電子），于是產(chǎn)生了各種各樣的發(fā)酵產(chǎn)物。（三）發(fā)酵EMP途徑：酵母乙醇發(fā)酵（同型乙醇發(fā)酵）、乳酸發(fā)酵（同型乳酸發(fā)酵）、混合酸和丁二醇發(fā)酵、丙酮-丁醇發(fā)酵HMP途徑：異型乳酸發(fā)酵、異型乙醇發(fā)酵ED途徑：細(xì)菌同型乙醇發(fā)酵PK途徑：雙岐桿菌發(fā)酵①酵母型酒精發(fā)酵②同型乳酸發(fā)酵③丙酸發(fā)酵④混合酸發(fā)酵⑤2,3—丁二醇發(fā)酵⑥丁酸發(fā)酵丙酮酸的發(fā)酵產(chǎn)物

C6H12O62CH3COCOOH2CH3CHO2CH3CH2OHNADNADH2-2CO2EMP2ATP乙醛脫氫酶※該乙醇發(fā)酵過程只在pH3.5~4.5以及厭氧的條件下發(fā)生。（1）酵母菌的乙醇發(fā)酵：OH-乙酸乙醇歧化a-磷酸甘油甘油亞硫酸氫鈉（亞適量，3%）磺化羥乙醛磷酸二羥丙酮概念菌種途徑特點發(fā)生條件1.乙醇發(fā)酵（2）細(xì)菌的乙醇發(fā)酵葡萄糖2-酮-3-脫氧-6-磷酸-葡萄糖酸3-磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛2乙醇2CO22H2H+ATP2ATP菌種：運動發(fā)酵單胞菌等途徑：ED（P145）

ED途徑又稱2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途徑。

1952年在Pseudomonassaccharophila中發(fā)現(xiàn)，后來證明存在于多種細(xì)菌中（革蘭氏陰性菌中分布較廣）。ED途徑可不依賴于EMP和HMP途徑而單獨存在，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。同型乙醇發(fā)酵（homoalcholicfermentation）

釀酒酵母能夠通過EMP途徑進行同型酒精發(fā)酵，這是一個低效的產(chǎn)能過程，大量能量仍然貯存于乙醇中，其總反應(yīng)為：葡萄糖＋2ADP+2Pi2乙醇+2CO2+2ATP運動發(fā)酵單胞菌能通過ED途徑進行同型乙醇發(fā)酵，但只產(chǎn)生1個ATP。葡萄糖＋ADP+Pi2乙醇+2CO2+ATP2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸優(yōu)點：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)酵溫度高。缺點：對乙醇耐受力低（7%，酵母8%~10%）；pH較高（細(xì)菌約pH5，酵母菌為pH3），易染菌。缺乏完整EMP途徑的少數(shù)細(xì)菌（假單胞菌，根瘤菌，農(nóng)桿菌，糞腸球菌）利用ED途徑替代EMP途徑產(chǎn)能。細(xì)菌進行的同型酒精發(fā)酵特點（3）異型酒精一些細(xì)菌能夠通過HMP途徑或PK途徑進行異型乳酸發(fā)酵產(chǎn)生乙醇、乳酸等，我們也可以稱其為異型乙醇發(fā)酵，例如Leuconostoc

mesenteroides（腸膜明串珠菌）進行的異型乙醇發(fā)酵總反應(yīng)式為：葡萄糖＋ADP+Pi乳酸

+乙醇

+CO2+ATP2.乳酸發(fā)酵乳酸細(xì)菌能利用葡萄糖及其他相應(yīng)的可發(fā)酵的糖產(chǎn)生乳酸，稱為乳酸發(fā)酵。由于菌種不同，代謝途徑不同，生成的產(chǎn)物有所不同，將乳酸發(fā)酵又分為同型乳酸發(fā)酵、異型乳酸發(fā)酵和雙歧桿菌發(fā)酵。同型乳酸發(fā)酵：（經(jīng)EMP途徑）異型乳酸發(fā)酵：（經(jīng)HMP途徑）雙歧桿菌發(fā)酵:（經(jīng)PK途徑—磷酸己糖酮解酶途徑）葡萄糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2(1,3-二-磷酸甘油酸）2乳酸

2丙酮酸①同型乳酸發(fā)酵2NAD+2NADH4ATP4ADP2ATP2ADPLactococcus

lactisLactobacillusplantarum概念菌種途徑特點②異型乳酸發(fā)酵：葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛乳酸乙酰磷酸NAD+NADHNAD+NADHATPADP乙醇乙醛乙酰CoA2ADP2ATP-2H概念菌種途徑特點-CO23.混合酸發(fā)酵概念：埃希氏菌、沙門氏菌、志賀氏菌屬的一些菌通過EMP途徑將葡萄糖轉(zhuǎn)變成琥珀酸、乳酸、甲酸、乙醇、乙酸、H2和CO2等多種代謝產(chǎn)物，由于代謝產(chǎn)物中含有多種有機酸，故將其稱為混合酸發(fā)酵。發(fā)酵途徑：葡萄糖琥泊酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸乳酸丙酮酸乙醛乙酰CoA

甲酸乙醇乙酰磷酸CO2H2

乙酸丙酮酸甲酸裂解酶乳酸脫氫酶甲酸-氫裂解酶磷酸轉(zhuǎn)乙酰酶乙酸激酶PEP羧化酶乙醛脫氫酶+2HpH﹤6.2概念：腸桿菌、沙雷氏菌、和歐文氏菌屬中的一些細(xì)菌具有-乙酰乳酸合成酶系而進行丁二醇發(fā)酵。發(fā)酵途徑：葡萄糖乳酸丙酮酸乙醛乙酰CoA

甲酸乙醇乙酰乳酸

二乙酰

3-羥基丁酮

2,3-丁二醇CO2H2-乙酰乳酸合成酶-乙酰乳酸脫羧酶2,3-丁二醇脫氫酶EMP2,3-丁二醇發(fā)酵鑒別腸道細(xì)菌的V.P.試驗鑒別原理

縮合脫羧2丙酮酸乙酰乳酸3-羥基丁酮

堿性條件

2,3-丁二醇二乙酰

（與培養(yǎng)基中精氨酸的胍基結(jié)合）紅色化合物-CO2鑒別腸道細(xì)菌的產(chǎn)酸產(chǎn)氣、甲基紅（M.R）試驗產(chǎn)酸產(chǎn)氣試驗：

Escherichia與Shigella在利用葡萄糖進行發(fā)酵時，前者具有甲酸氫解酶，可在產(chǎn)酸的同時產(chǎn)氣，后者則因無此酶，不具有產(chǎn)氣的能力。甲基紅試驗：大腸桿菌與產(chǎn)氣氣桿菌在利用葡萄糖進行發(fā)酵時，前者可產(chǎn)生大量的混合酸，后者則產(chǎn)生大量的中性化合物丁二醇，因此在發(fā)酵液中加入甲基紅試劑時，前者呈紅色，后者呈黃色。大腸桿菌：產(chǎn)酸較多，使pH﹤4.5產(chǎn)氣桿菌：pH﹥4.54.丙酮、丁醇發(fā)酵在丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌(Clostridum

acetobutylium

)中，丙酮酸經(jīng)過一系列的脫縮和縮合等過程而轉(zhuǎn)變?yōu)楸⒍〈?，稱為丙酮丁醇發(fā)酵。5.Stickland反應(yīng)機制氨基酸發(fā)酵產(chǎn)能俄國著名微生物學(xué)家Winogradsky的杰出貢獻：化能無機自養(yǎng)型微生物的發(fā)現(xiàn)：氧化無機物獲得能量；沒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）二、化能自養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能特點：

生物氧化也包括脫氫、遞氫和受氫三個階段；是通過氧化某些還原性的無機底物（NH4+、NO2-、H2S、S、H2、Fe2+

等）獲得能量；絕大多數(shù)是好氧菌；無機底物的氧化直接與呼吸鏈發(fā)生聯(lián)系；呼吸鏈的組分多樣化；產(chǎn)能效率低；

NAD←→FP←→COQ←→Cyt.c.c1←→Cyt.a1.aa3→O2

Cyt.bH2NO2-S2O3-Fe2+ATPATPATPNH4+S2-SO32-無機底物脫氫后電子進入呼吸鏈的部位根據(jù)用作能源的無極化合物種類，主要分為氫細(xì)菌、硫細(xì)菌、硝化細(xì)菌和鐵細(xì)菌等生理類群。它們廣泛分布在土壤和水域中，并對自然界的物質(zhì)轉(zhuǎn)化起著重要的作用。產(chǎn)能途徑見下列化學(xué)反應(yīng)式。

NH3、亞硝酸（NO2-）等無機氮化物可以被某些化能自養(yǎng)細(xì)菌用作能源。將氨氧化為亞硝酸并獲得能量將亞硝酸氧化為硝酸并獲得能量，硝化細(xì)菌亞硝化細(xì)菌：亞硝酸氧化細(xì)菌：（二）硝化細(xì)菌這兩類細(xì)菌往往伴生在一起，在它們的共同作用下將銨鹽氧化成硝酸鹽，避免亞硝酸積累所產(chǎn)生的毒害作用。這類細(xì)菌在自然界的氮素循環(huán)中也起者重要的作用，在自然界中分布非常廣泛。硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的比較硝化細(xì)菌反硝化細(xì)菌化能自養(yǎng)微生物化能異養(yǎng)微生物好氧微生物兼性厭氧微生物有氧條件下利用氨或亞硝酸鹽作主要生存能源，形成亞硝酸或硝酸無氧條件下利用硝酸鹽作氫受體，將其還原成NON2在自然界的物質(zhì)合成過程中起重要作用在自然界的氮素循環(huán)中發(fā)揮作用（三）硫細(xì)菌硫細(xì)菌（sulfurbacteria）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。產(chǎn)能途徑與步驟見P152亞鐵（Fe2+）只有在酸性條件（pH低于3.0）下才能保持可溶解性和化學(xué)穩(wěn)定；當(dāng)pH大于4-5，亞鐵（Fe2+）很容易被氧氣氧化成為高價鐵（Fe3+）（四）鐵細(xì)菌這類細(xì)菌成員中有一部分即能氧化硫元素和還原性硫化物外，還能氧化亞鐵離子，所以它們既是硫細(xì)菌也是鐵細(xì)菌，如氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillus

ferrooxidans）因此，在富含F(xiàn)eS2的煤礦中繁殖，產(chǎn)生大量的硫酸和Fe(OH)3，從而造成嚴(yán)重的環(huán)境污染?？刂疲核纳L只需要FeS2及空氣中的O2和CO2，因此要防止其破壞性大量繁殖的唯一可行的方法是封閉礦山，使環(huán)境恢復(fù)到原來的無氧狀態(tài)。細(xì)菌瀝濾與細(xì)菌冶金Cu、Ni、Mn、Fe、Zn、Mo、和U

細(xì)菌冶金學(xué)、硫化銅礦生物冶金等三、光能微生物的能量代謝（一）光合細(xì)菌類群（二）細(xì)菌的光合色素1.葉綠素2.菌綠素（大多數(shù)光合細(xì)菌依賴其進行光合作用）

a、b、c、d、e、g六種，c、d、e具有接受光能的“天線”作用，a、b則將接受的光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。g為陽光細(xì)菌所獨有。3.輔助色素如類胡蘿卜素，光合色素依靠它們能夠捕獲更多的可利用光，或提高光的利用率；還有藻膽素，這是藍(lán)細(xì)菌所獨有的（三）細(xì)菌的光合作用1.依靠菌綠素的光合作用光合磷酸化：實質(zhì)就是將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程，具體過程為當(dāng)一個葉綠素（菌綠素）分子吸收光量子后，被激活，釋放一個電子（氧化），釋放的電子進入電子傳遞系統(tǒng)，在電子傳遞過程中釋放能量，產(chǎn)生ATP。——循環(huán)光合磷酸化——非循環(huán)光合磷酸化——循環(huán)光合磷酸化詳見P157圖。在此過程中，輔酶Q將電子傳遞給細(xì)胞色素c的過程中，造成了質(zhì)子的跨膜移動，為ATP的合成提供了能量。在這個電子循環(huán)傳遞過程中，光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，產(chǎn)物只有ATP，無NADP(H)，也不產(chǎn)生分子氧?！茄h(huán)光合磷酸化1.產(chǎn)氧型的（綠色植物、藍(lán)細(xì)菌）非環(huán)式光合磷酸化的反應(yīng)式：2NADP+＋2ADP＋2Pi+2H2O→2NADPH＋2H+＋2ATP＋O22.不產(chǎn)氧型的（綠色細(xì)菌）hvchlNAD(P)++H2S+ADP+PiNAD(P)H+H++ATP+S（四）特殊細(xì)菌的光合作用即嗜鹽菌（廣泛分布在鹽湖、曬鹽場或鹽腌海產(chǎn)品上，常見的咸魚上的紫紅斑塊就是嗜鹽菌的細(xì)胞群）紫膜的光合磷酸化作用。嗜鹽菌的細(xì)胞膜制備物可分離出紅色和紫色兩個組分；紅膜：有氧條件下可進行氧化磷酸化產(chǎn)能；主要成分為類胡蘿卜素、細(xì)胞色素和黃素蛋白等；紫膜：缺氧條件下，能利用光能的介導(dǎo)獲得能量；主要成分為細(xì)菌視紫紅質(zhì)（與人眼視網(wǎng)膜上柱狀細(xì)胞中所含的一種蛋白質(zhì)—視紫紅質(zhì)十分相似）和類脂；細(xì)菌視紫紅質(zhì)的功能與葉綠素相似，能吸收光能，并在光量子的驅(qū)動下起著質(zhì)子泵的作用（一）Calvin循環(huán)是自養(yǎng)型微生物固定CO2的主要途徑；本途徑含有兩種特有的酶：核酮糖二磷酸羧化酶；磷酸核酮糖激酶；四、自養(yǎng)微生物對CO2的固定（二）厭氧乙酰-CoA途徑這種非循環(huán)式的CO2固定機制主要存在于一些化能自養(yǎng)菌中，如產(chǎn)乙酸菌、硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷菌等；整個反應(yīng)的關(guān)鍵酶是CO脫氫酶；（三）逆向TCA循環(huán)一些綠色硫細(xì)菌固定CO2的方式特殊酶為檸檬酸裂合酶其裂解產(chǎn)物草酰乙酸做CO2受體為起始。（四）羥基丙酸途徑少數(shù)綠色硫細(xì)菌以H2或H2S作電子供體進行自養(yǎng)生活時所特有的一種CO2的固定機制；此類細(xì)菌無Calvin循環(huán)和逆向TCA循環(huán)途徑；其關(guān)鍵步驟是羥基丙酸的產(chǎn)生；總反應(yīng)是：2CO2＋4[H]＋3ATP--→乙醛酸指大氣中的分子氮通過微生物固氮酶的催化還原成氨的過程；生物界中只有原核生物的部分菌才具有固氮能力；生物固氮是地球上僅次于光合作用的生物化學(xué)反應(yīng)；荷蘭學(xué)者Beijerinck

最早分離出共生固氮微生物Rhizobium(根瘤菌屬)；一、生物固氮

(Biologicalnitrogenfixation)第二節(jié)微生物獨特合成代謝（一）固氮微生物的種類內(nèi)生固氮：固氮弧菌屬（禾本科植物根內(nèi)）共生固氮菌

(free-livingnitrogen-fixer)：根瘤菌屬、慢生根瘤菌屬、弗蘭克氏放線菌屬、魚腥藻屬。聯(lián)合固氮菌

(associativenitrogen-fixer)：固氮螺菌屬（植物根圏）自生固氮菌

(free-livingnitrogen-fixer)

化能自養(yǎng)：氧化亞鐵硫細(xì)菌

光能營養(yǎng)：藍(lán)細(xì)菌、紅螺菌。

化能異養(yǎng)：好氧：固氮菌屬。Azotobacter

厭氧：巴斯德梭菌、脫硫弧菌。

兼厭氣：肺炎克氏桿菌、陰溝腸桿菌、腸桿菌屬

（二）固氮的生化機制生物固氮反應(yīng)的六大要素ATP的供應(yīng)；還原力[H]及其傳遞載體；固氮酶；還原底物—N2；鎂離子；嚴(yán)格的厭氧微環(huán)境；（1）.固氮酶特性：A、鉬鐵蛋白與鐵蛋白分子比為1:2時活性最強，單獨存在無活性。

B、異源（來自兩個不同菌）的鐵蛋白與鉬鐵蛋白可互補。但活性不高

C、對O2高度敏感。

D、鉬鐵蛋白是N2的絡(luò)合中心，鐵蛋白是電子的活化中心微量凱氏定氮法、同位素法、乙炔還原法（2）.固氮酶活力的測定（3）.固氮酶的作用機理：說明：在固氮反應(yīng)中，鉬鐵蛋白起絡(luò)合底物并催化底物的還原作用，鐵蛋白在電子供體與鉬鐵蛋白之間起電子的傳遞和活化作用，鐵蛋白從Fld

、Fd接受電子，在MgATP的參與下，將電子傳遞給鉬鐵蛋白，使底物還原。（4）.固氮的生化途徑形成相應(yīng)的氨基酸呼吸無氧呼吸發(fā)酵光合作用NAD(P)H2ATP

Fd(Fld)HN二NHN三NH2N-NH2

2NH3

固二氮酶還原酶組分II固二氮酶組分

IADP+PiMg2+氧障氨的同化：微生物對氮素的吸收首先將氮素一律轉(zhuǎn)化為NH4+才加以利用，合成氨基酸固氮酶對氧極端敏感；組分II（鐵蛋白）：在空氣中暴露45s失活；組分I（鉬鐵蛋白）：半衰期10min；但大多數(shù)固氮菌都是好氧菌；如何解決微生物既需要氧又須防止氧對固氮酶損傷的矛盾？思考?（三）好氧菌固氮酶避氧害機制1.好氧性自生固氮菌的保護固氮酶機制呼吸保護：加快呼吸，耗氧。構(gòu)象保護：當(dāng)O2分壓較大時，固氮酶構(gòu)象發(fā)生改變，使其對O2敏感的部位避開O2的損害。2.藍(lán)細(xì)菌固氮酶的抗氧保護機制分化出特殊的還原性異形胞;異形胞外圍有一層很厚的膜，阻止O2進入異形胞內(nèi)只有光合系統(tǒng)Ⅰ，不產(chǎn)O2。異形胞內(nèi)氫酶活躍，使4H++O2-----2H2O（三）好氧菌固氮酶避氧害機制3.豆科植物根瘤菌固氮酶的抗氧保護機制根瘤菌處在泡囊中，有膜包圍，膜的分隔作用阻止O2進入。泡囊中存在大量豆血紅蛋白，可將O2迅速轉(zhuǎn)移根瘤菌的類菌體在末端有一個氧化酶系統(tǒng)，可盡快接受豆血紅蛋白的O2

二、肽聚糖的生物合成整個肽聚糖的合成過程約有20步(Staphylococcusaureus)（一）在細(xì)胞質(zhì)中的合成合成胞壁酸五肽（二）在細(xì)胞膜中的合成由N-乙酰胞壁酸五肽與N乙酰葡糖胺合成肽聚糖單體——雙糖肽亞單位（三）在細(xì)胞膜外的合成雙糖肽亞單位插在細(xì)胞膜外的細(xì)胞壁生長點中并交聯(lián)形成肽聚糖1.由葡萄糖合成

N-乙酰葡萄糖胺和

N-乙酰胞壁酸

（一）在細(xì)胞質(zhì)中的合成葡萄糖-6-磷酸葡萄糖ATPADP果糖-6-磷酸GlnGlu葡糖胺-6-磷酸N-乙酰葡糖胺-6-磷酸乙酰CoACoAN-乙酰葡糖胺-1-磷酸UDPGUTPPP

PEPPi縮合反應(yīng)NADPHNADP+還原反應(yīng)UDPMUDP-N-乙酰胞壁酸-五肽即“Park”核苷酸ATPADP+PiD-GluUDPMATPADP+PiL-LysUDPMATPADP+PiL-AlaUDPMUDPMUDPMATPADP+PiD-AlaD-Ala2.由N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸G-mDAPG（二）在細(xì)胞膜中的合成—肽聚糖單體的合成轉(zhuǎn)糖基化作用轉(zhuǎn)肽作用（三）在細(xì)胞膜外的合成思考題:1.肽聚糖是如何合成？哪些化學(xué)因子可抑制肽聚糖的合成？抑制位點？3.青霉素的抑菌機制？第三節(jié)微生物代謝的調(diào)節(jié)微生物細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)是通過酶的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的；微生物細(xì)胞內(nèi)酶的存在方式：組成酶：在細(xì)胞內(nèi)以較高的濃度存在；誘導(dǎo)酶：底物或誘導(dǎo)物存在時才合成；微生物細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)細(xì)胞膜對營養(yǎng)物的透性；限制酶與底物的接觸；調(diào)節(jié)代謝流：細(xì)調(diào)——調(diào)節(jié)現(xiàn)成酶分子的催化活力（反饋抑制）；粗調(diào)——調(diào)節(jié)酶的合成量（誘導(dǎo)和阻遏）；一、代謝調(diào)節(jié)的方法調(diào)節(jié)微生物生命活動的方法生理水平基因調(diào)控水平代謝途徑水平如何積累人們所需要的有用代謝產(chǎn)物？調(diào)節(jié)微生物的生理狀態(tài)營養(yǎng)類型和濃度氧的供應(yīng)pH調(diào)節(jié)前體和表面活性劑等基因水平的調(diào)控酶合成的阻遏酶合成的誘導(dǎo)通過調(diào)節(jié)酶的合成量進而調(diào)節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)機制，是基因水平上的調(diào)節(jié)，屬于粗放的調(diào)節(jié)，間接而緩慢。（一）酶合成調(diào)節(jié)的類型1.誘導(dǎo)(induction)：是酶促分解底物或產(chǎn)物誘使微生物細(xì)胞合成分解代謝途徑中有關(guān)酶的過程。微生物通過誘導(dǎo)作用而產(chǎn)生的酶稱為誘導(dǎo)酶（為適應(yīng)外來底物或其結(jié)構(gòu)類似物而臨時合成的酶類）。舉例：E.coli在含乳糖的培養(yǎng)基中合成β-半乳糖苷酶和半乳糖苷滲透酶等誘導(dǎo)和阻遏誘導(dǎo)物(inducer)：底物或結(jié)構(gòu)類似物，如：異丙基-β-D-硫代半乳糖苷（IPTG，isopropylthiogalactoside）。

★誘導(dǎo)作用的類型：同時誘導(dǎo)：誘導(dǎo)物加入后，微生物能同時誘導(dǎo)出幾種酶的合成，主要存在于短的代謝途徑中。順序誘導(dǎo)：先合成能分解底物的酶，再合成分解各中間代謝物的酶達到對復(fù)雜代謝途徑的分段調(diào)節(jié)。組成酶（固有酶）：不依賴底物或底物結(jié)構(gòu)類似物的存在而合成的酶。如：EMP途徑的一些酶。誘導(dǎo)酶：依賴于底物或底物結(jié)構(gòu)類似物的存在而合成的酶。如：乳糖酶。是阻礙代謝過程中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的一系列酶的合成的現(xiàn)象，從而更徹底地控制和減少末端產(chǎn)物的合成。★阻遏作用的類型：①末端產(chǎn)物阻遏（end-productrepression）：由于終產(chǎn)物的過量積累而導(dǎo)致生物合成途徑中酶合成的阻遏的現(xiàn)象，常常發(fā)生在氨基酸、嘌呤和嘧啶等這些重要結(jié)構(gòu)元件生物合成的時候。例如過量的精氨酸阻遏了參與合成精氨酸的許多酶的合成。2.阻遏（repression）：②分解代謝物阻遏（cataboliterepression）：當(dāng)微生物在含有兩種能夠分解底物的培養(yǎng)基中生長時，利用快的那種分解底物會阻遏利用慢的底物的有關(guān)酶的合成的現(xiàn)象。最早發(fā)現(xiàn)于大腸桿菌生長在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基時,故又稱葡萄糖效應(yīng)。分解代謝物阻遏導(dǎo)致出現(xiàn)“二次生長（diauxicgrowth）”.直接作用者是優(yōu)先利用的碳源的中間代謝物——實質(zhì)是：因代謝反應(yīng)鏈中某些中間代謝物或末端代謝物的過量積累而阻遏代謝中一些酶的合成的現(xiàn)象。操縱子學(xué)說概述：1、操縱子（operon）：是基因表達和控制的一個完整單元，其中包括結(jié)構(gòu)基因，調(diào)節(jié)基因，操作子和啟動子。①結(jié)構(gòu)基因(structuralgenes)：是決定某一多肽的DNA模板，可根據(jù)其上的堿基順序轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的mRNA，然后再可通過核糖體轉(zhuǎn)譯出相應(yīng)的酶;（編碼蛋白質(zhì)的DNA序列）②啟動子(promoter)：能被依賴于DNA的RNA聚合酶所識別的堿基順序，是RNA聚合酶的結(jié)合部位和轉(zhuǎn)錄起點；（在許多情況下還包括促進這一過程的調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點。）