第五章微生物的代謝與調(diào)控

第五章

微生物的代謝與調(diào)

節(jié)細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱(chēng)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ATP[H]現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四

在微生物生命的整個(gè)代謝過(guò)程中，指令系統(tǒng)是基因，作用系統(tǒng)是酶，調(diào)控系統(tǒng)是代謝產(chǎn)物，影響因素是外界環(huán)境。在細(xì)胞內(nèi)各系統(tǒng)之間任何時(shí)候都處于相互統(tǒng)一、矛盾、協(xié)調(diào)和制約之中，是一個(gè)完美的自控體系。

現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四第一節(jié)微生物能量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)，是生物體如何把外界環(huán)境中的多種形式的最初能源轉(zhuǎn)換成對(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）現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四生物氧化方式

①物質(zhì)中加氧；

②化合物脫氫；

③失去電子，如Fe2＋離子失去電子變成Fe3＋離子。

根據(jù)最終電子受體(氫受體)分為：有氧呼吸、無(wú)氧呼吸與發(fā)酵一、微生物的呼吸作用現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四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)小分子中間代謝物現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四（一）底物脫氫的4條途徑多數(shù)微生物是化能異養(yǎng)型菌，葡萄糖是微生物最好的碳源和能源，可通過(guò)4條代謝途徑，EMP途徑、HMP途徑、ED途徑、磷酸解酮酶途徑完成脫氫反應(yīng)，并伴隨還原力[H]和能量的產(chǎn)生。

現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四1.EMP途徑(Embden-Meyerhof-Parnaspathway)生物體內(nèi)葡萄糖被降解成丙酮酸的過(guò)程稱(chēng)為糖酵解，這是多數(shù)微生物共有的基本代謝途徑。

通過(guò)EMP途徑，1分子葡萄糖經(jīng)10步反應(yīng)轉(zhuǎn)變成2分子丙酮酸，產(chǎn)生2分子ATP和2分子NADH2。其總反應(yīng)式為：

C6H1206+2NAD+2ADP+2Pi——→2CH3COCOOH+2NADH2+2ATP+2H20

現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四在EMP途徑終反應(yīng)中，2NADH2在有氧條件下，可經(jīng)呼吸鏈的氧化磷酸化反應(yīng)產(chǎn)生6ATP，而在無(wú)氧條件下，則可將丙酮酸還原成乳酸，或?qū)⒈崦擊瘸梢胰?，后者還原為乙醇。

EMP途徑的特征性酶是1,6-二磷酸果糖醛縮酶，它催化1,6-二磷酸果糖裂解生成兩個(gè)三碳化合。2個(gè)3-磷酸甘油醛經(jīng)磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶作用下生成2分子丙酮酸。丙酮酸是EMP途徑的關(guān)鍵產(chǎn)物，由它出發(fā)在不同的微生物中可進(jìn)行多種發(fā)酵.現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四(2)HMP途徑(HexoseMonophosphatePathway))

能產(chǎn)生大量NADPH2形式還原力和重要中間代謝產(chǎn)物而并非產(chǎn)能的代謝途徑。

HMP途徑可概括為三個(gè)階段

①葡萄糖分子通過(guò)幾步反應(yīng)產(chǎn)生5-磷酸核酮糖和CO2；②5-磷酸核酮糖發(fā)生同分異構(gòu)化而分別產(chǎn)生5-磷酸核糖和5-磷酸木酮糖；

③磷酸戊糖在沒(méi)有氧參與的條件下，發(fā)生碳架重排，產(chǎn)生了磷酸己糖和3-磷酸甘油醛，

現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四后者可通過(guò)以下兩種方式進(jìn)行代謝。

一種產(chǎn)物是進(jìn)入EMP途徑生成丙酮酸，

另一種產(chǎn)物是通過(guò)二磷酸果糖醛縮酶和果糖二磷酸酶的作用而轉(zhuǎn)化為磷酸己糖。HMP途徑。

HMP途徑一次循環(huán)需要6分子葡萄糖同時(shí)參與，有5分子6-磷酸己糖再生，用去1分子葡萄糖，產(chǎn)生大量NADPH2形式的還原力。其總反應(yīng)式為：

6-磷酸葡萄糖+2NADP+H20——→5/66-磷酸葡萄糖+2NADPH2+C02+Pi現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四3ED途徑(Enrner-DoudoroffPathway)又稱(chēng)2-酮-3-脫氧-6-磷酸-葡萄糖酸(KDPG)裂解途徑。它是少數(shù)缺乏完整EMP途徑的細(xì)菌所特有的利用葡萄糖的替代途徑。

在ED途徑中，6-磷酸葡萄糖首先脫氫產(chǎn)生6-磷酸葡萄糖酸，繼而在脫水酶生成2-酮-3-脫氧-6-磷酸-葡萄糖（KDPG）然后在KDPG醛縮酶的作用下，產(chǎn)生1分子3-磷酸甘油醛和1分子丙酮酸。

然后3-磷酸甘油醛進(jìn)入EMP途徑轉(zhuǎn)變成丙酮酸。1分子葡萄糖經(jīng)ED途徑最后生成2分子丙酮酸、1分子ATP、1分子NADPH2和NADH2。現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四ED途徑的特點(diǎn)：①葡萄糖經(jīng)快速反應(yīng)獲得丙酮酸(僅4步反應(yīng))；②6碳的關(guān)鍵中間代謝產(chǎn)物是KDPG；③特征性酶是KDPG醛縮酶；④特征性反應(yīng)是KDPG裂解生成丙酮酸和3-磷酸甘油醛；⑤產(chǎn)能效率低，1分子葡萄糖經(jīng)ED途徑分解只產(chǎn)生1分子ATP

ED途徑在G―菌中分布較廣，

特別是假單胞菌和某些固氮菌中較多存在，如嗜糖假單胞菌、熒光假單胞菌、銅綠假單胞菌、林氏假單胞菌和運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌等現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四ED途徑可與EMP途徑、HMP途徑和TCA循環(huán)等各種代謝途徑相連接，因此，可以相互協(xié)調(diào)，以滿足微生物對(duì)還原力、能量和不同中間代謝產(chǎn)物的需要。

通過(guò)與HMP途徑連接可獲得必要的戊糖和NADPH2等。

在ED途徑中所產(chǎn)生的丙酮酸對(duì)微好氧菌(如運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌)來(lái)說(shuō)，可脫羧生成乙醛，乙醛進(jìn)一步被還原為乙醇。此種由ED途徑發(fā)酵產(chǎn)生乙醇的過(guò)程與酵母菌經(jīng)EMP途徑生產(chǎn)乙醇不同，稱(chēng)為細(xì)菌酒精發(fā)酵。

不同細(xì)菌進(jìn)行乙醇發(fā)酵的途徑也各不相同。現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四

TCA循環(huán)除了產(chǎn)生提供大量能量,還有以下功能:

①

TCA循環(huán)中的中間代謝產(chǎn)物是一些重要的細(xì)胞物質(zhì)如各種氨基酸、嘌呤、嘧啶和脂類(lèi)等生物合成前體物，這存在于各種生物體中的重要生物化學(xué)反應(yīng)，它在多數(shù)異養(yǎng)微生物的氧化代謝中起關(guān)鍵作用.例如乙酰CoA是脂肪酸合成的起始物質(zhì)；4.三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle)現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四②

TCA環(huán)是糖類(lèi)有氧降解的主要途徑，也是脂肪、蛋白質(zhì)降解的必經(jīng)途徑。例如脂肪酸經(jīng)β-氧化途徑生成乙酰CoA可進(jìn)入TCA環(huán)徹底氧化成CO2和H20；如丙氨酸、天門(mén)冬氨酸、谷氨酸等經(jīng)脫氨基作用后，可分別形成丙酮酸、草酰乙酸、α-酮戊二酸等，它們都可進(jìn)入TCA環(huán)被徹底氧化。

TCA環(huán)實(shí)際上是微生物細(xì)胞內(nèi)各類(lèi)物質(zhì)的合成和分解代謝的中心樞紐?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四應(yīng)用用誘變育種等方法阻止某一代謝支路的進(jìn)行，就必然異常積累某些中間產(chǎn)物。據(jù)此，發(fā)酵工業(yè)上已篩選出優(yōu)良生產(chǎn)菌株進(jìn)行檸檬酸、異檸檬酸、α-酮戊二酸、谷氨酸、蘋(píng)果酸等的發(fā)酵。例如，利用黑曲霉生產(chǎn)檸檬酸時(shí)，由于菌體內(nèi)順烏頭酸水解酶的活力極低，可積累大量檸檬酸?，F(xiàn)在是18頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四(二)遞氫和受氫1.

有氧呼吸(aerobicrespiration）有氧呼吸是氧化底物時(shí)，以分子氧作為最終電子受體的生物氧化過(guò)程。

脫氫酶使基質(zhì)脫氫，

通過(guò)細(xì)胞色素C將電子和氫傳遞給氧，

氧化酶使分子狀態(tài)的氧活化，成為氫受體，最終產(chǎn)物為二氧化碳和水?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四(1)有氧呼吸葡萄糖糖酵解作用丙酮酸發(fā)酵有氧無(wú)氧各種發(fā)酵產(chǎn)物三羧酸循環(huán)被徹底氧化生成CO2和水，釋放大量能量。現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四有氧呼吸：

電子傳遞鏈；

氧分子；

(最終電子受體)呼吸作用現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四2.呼吸作用現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四(電子傳遞與氧化)

糖酵解和三羧酸循環(huán)形成的NADH和FADH2

在EMP和TCA途徑中，脫下的氫或釋放出的電子經(jīng)過(guò)電子傳遞鏈的傳遞作用，最后傳遞到O2，

需氧菌和兼性菌在有氧條件下可以進(jìn)行有氧呼吸，同時(shí)釋放大量的能量?？偡磻?yīng)式為：

C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi——→6CO2+6H2O+38ATP

在電子傳遞過(guò)程中有ATP生成。

現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四電子傳遞鏈現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四電子傳遞系統(tǒng)具兩種功能：一是從電子供體接受電子(氫)并傳遞給電子受體；二是將電子傳遞過(guò)程中釋放的能量合成ATP，(又稱(chēng)氧化磷酸化)。

一分子葡萄糖通過(guò)有氧呼吸徹底氧化時(shí)，可產(chǎn)生38分子ATP。

其中包含底物水平磷酸化合成，但大部分由電子傳遞磷酸化合成。

現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四2.無(wú)氧呼吸(anaerobicrespiration)無(wú)氧呼吸是指無(wú)機(jī)氧化物作為最終電子受體的生物氧化過(guò)程。

以無(wú)機(jī)氧化物(如NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、CO2等)為最終電子受體，由氧化態(tài)的無(wú)機(jī)物受氫(電子)，并伴隨氧化磷酸化作用產(chǎn)生ATP。產(chǎn)生的能量較少。

有少數(shù)微生物(厭氧菌和兼性厭氧菌)

現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四（2）無(wú)氧呼吸某些厭氧和兼性厭氧微生物在無(wú)氧條件下進(jìn)行無(wú)氧呼吸；無(wú)氧呼吸的最終電子受體不是氧，而是NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、CO2等無(wú)機(jī)物，或延胡索酸（fumarate）等有機(jī)物。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。現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四(1)硝酸鹽呼吸：以硝酸鹽作為最終電子受體的生物學(xué)過(guò)程，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：現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四能進(jìn)行硝酸鹽呼吸的細(xì)菌被稱(chēng)為硝酸還鹽原細(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)菌被認(rèn)為是一種兼性厭氧菌，無(wú)氧但環(huán)境中存在硝酸鹽時(shí)進(jìn)行厭氧呼吸，而有氧時(shí)其細(xì)胞膜上的硝酸鹽還原酶活性被抑制，細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四反硝化作用的生態(tài)學(xué)作用：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В瑥亩档土送寥赖姆柿?。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。現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四(2).硫酸鹽呼吸(sulfaterespiration)

呼吸鏈傳遞的氫交給硫酸鹽這類(lèi)末端氫受體，這是一種異化性的硫酸鹽還原作用。

微生物可在無(wú)氧條件下借呼吸鏈的電子傳遞磷酸化而獲得能量。硫酸鹽還原的最終產(chǎn)物是H2S，自然界中H2S的大多數(shù)由這一反應(yīng)產(chǎn)生。

(這與化能自養(yǎng)菌的反應(yīng)不同，因?yàn)槭茄趸袡C(jī)質(zhì))

硫酸鹽還原菌都是專(zhuān)性厭氧細(xì)菌。

現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四(3)碳酸鹽呼吸(carbonaterespiration)

碳酸鹽呼吸有兩種類(lèi)型:一種是產(chǎn)甲烷細(xì)菌的碳酸鹽呼吸，另一種是產(chǎn)乙酸細(xì)菌的碳酸鹽呼吸，

均以CO2或重碳酸鹽作為無(wú)氧呼吸鏈的末端氫受體。它們均是一些專(zhuān)性厭氧菌?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四3.發(fā)酵(fermentation)在無(wú)氧條件下，最終電子受體是未被徹底氧化的中間產(chǎn)物。即有機(jī)物既是被的基質(zhì)，又作為最終電子受體，基質(zhì)未被徹底氧化的中間產(chǎn)物。

由于發(fā)酵作用對(duì)有機(jī)物的氧化不徹底，發(fā)酵結(jié)果是積累有機(jī)物，且產(chǎn)生能量較少。

“發(fā)酵”在這里是指不需氧的產(chǎn)能代謝?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四(2)．廣義的發(fā)酵概念

在有氧或無(wú)氧條件下，利用好氧或兼性厭氧、厭氧微生物的新陳代謝活動(dòng)，將有機(jī)物氧化轉(zhuǎn)化為有用的代謝產(chǎn)物，從而獲得發(fā)酵產(chǎn)品和工業(yè)原料的過(guò)程。

現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四1.發(fā)酵(fermentation)有機(jī)物氧化釋放的電子直接交給本身未完全氧化的某種中間產(chǎn)物，同時(shí)釋放能量并產(chǎn)生各種不同的代謝產(chǎn)物。有機(jī)化合物只是部分地被氧化，因此，只釋放出一小部分的能量。發(fā)酵過(guò)程的氧化是與有機(jī)物的還原偶聯(lián)在一起的。被還原的有機(jī)物來(lái)自于初始發(fā)酵的分解代謝，即不需要外界提供電子受體。呼吸作用與發(fā)酵作用的根本區(qū)別：

電子載體不是將電子直接傳遞給底物降解的中間產(chǎn)物，而是交給電子傳遞系統(tǒng)，逐步釋放出能量后再交給最終電子受體?，F(xiàn)在是36頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四(1)

有EMP途徑中丙酮酸出發(fā)的發(fā)酵、

在厭氧條件

有EMP途徑(糖酵解途徑)、

HMP途徑(磷酸戊糖支路)、

ED途徑、PK或HK途徑(磷酸解酮酶途徑)等。

現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四①乙醇發(fā)酵②乳酸發(fā)酵③丙酸發(fā)酵④混合酸發(fā)酵⑤丁二醇發(fā)酵⑥丁酸型發(fā)酵現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四

a.酒精發(fā)酵

a.

第一型發(fā)酵酵母菌在無(wú)氧和酸性條件下(pH3.5～4.5)，

經(jīng)過(guò)EMP途徑將葡萄糖分解為丙酮酸，丙酮酸再由丙酮酸脫羧酶作用形成乙醛和CO2，乙醛作為NADH2的氫受體，在乙醇脫氫酶的作用下還原為乙醇?，F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四酒精發(fā)酵(fermentation)丙酮酸CO2乙醛NADHNAD+乙醇磷酸二羥基丙酮NADHNAD+磷酸甘油甘油3%的亞硫酸氫鈉（pH7）Saccharomycescerevisiae厭氧發(fā)酵（磺化羥基乙醛）現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四②同型乳酸發(fā)酵葡萄糖經(jīng)乳酸菌的EMP途徑，發(fā)酵產(chǎn)物只有乳酸的稱(chēng)同型乳酸發(fā)酵

進(jìn)行同型乳酸發(fā)酵的微生物，如乳酸乳球菌乳酸亞種、乳酸乳球菌乳脂亞種、嗜熱鏈球菌、德氏乳桿菌保加利亞亞種(舊稱(chēng)保加利亞乳桿菌)、嗜酸乳桿菌等。

現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四乳酸發(fā)酵廣泛應(yīng)用于食品:泡菜、酸菜、酸牛奶、乳酪以及青貯飼料等都是利用乳酸發(fā)酵的發(fā)酵制品。

由于乳酸菌的代謝活動(dòng)，積累乳酸，酸化環(huán)境，抑制其他微生物的生長(zhǎng)，能使蔬菜、牛奶、青貯飼料等得以保存。

近代工業(yè)多以淀粉為原料，經(jīng)糖化和德氏乳酸桿菌(L.delbrueckii)進(jìn)行乳酸發(fā)酵生產(chǎn)純?nèi)樗帷?/p>

現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四.混合酸發(fā)酵能積累多種有機(jī)酸的葡萄糖發(fā)酵稱(chēng)為混合酸發(fā)酵，又稱(chēng)甲酸發(fā)酵。

大多數(shù)腸道細(xì)菌，如大腸桿菌、傷寒沙門(mén)氏菌、產(chǎn)氣腸桿菌等均能進(jìn)行混合酸發(fā)酵。

先經(jīng)EMP途徑將葡萄糖分解為丙酮酸，在不同酶的作用下丙酮酸分別轉(zhuǎn)變成甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸、CO2和H2等。

CH3COCOOH+CoASH——→CH3COSCoA+HCOOH

丙酮酸甲酸

現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四腸道細(xì)菌的混合酸發(fā)酵特性對(duì)鑒定菌種有實(shí)際意義大腸桿菌在厭氧條件下可合成甲酸氫解酶，在酸性條件下(pH<6.2)將由丙酮酸裂解產(chǎn)生的甲酸分解為CO2和H2，故大腸桿菌能發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)酸又產(chǎn)氣；

而志賀氏菌因無(wú)此酶，發(fā)酵葡萄糖只產(chǎn)酸而不產(chǎn)氣。

在菌種鑒定的生化反應(yīng)試驗(yàn)中，可通過(guò)葡萄糖發(fā)酵試驗(yàn)將是否產(chǎn)酸產(chǎn)氣的細(xì)菌區(qū)別開(kāi)來(lái)。

現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四混合發(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)氣現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四1.發(fā)酵(fermentation)大腸桿菌：產(chǎn)氣氣桿菌：V.P.試驗(yàn)陽(yáng)性甲基紅試驗(yàn)陰性V.P.試驗(yàn)陰性甲基紅試驗(yàn)陽(yáng)性現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四產(chǎn)氣腸桿菌也能進(jìn)行混合酸發(fā)酵，不過(guò)分解葡萄糖產(chǎn)生的丙酮酸又可縮合、脫羧生成乙酰甲基甲醇(3-羥基丁酮)，后者還原成2,3-丁二醇。

乙酰甲基甲醇在堿性環(huán)境中易被氧化成二乙酰，二乙酰與蛋白胨中的精氨酸的胍基作用，生成紅色化合物。

故產(chǎn)氣腸桿菌V.P(VogesProskauertest)試驗(yàn)陽(yáng)性。若加入-萘酚和少量肌酸或肌酐可促進(jìn)此反應(yīng)進(jìn)行。

而大腸桿菌無(wú)此反應(yīng)，V.P試驗(yàn)陰性，故可與產(chǎn)氣腸桿菌區(qū)別。現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四大腸桿菌發(fā)酵葡萄糖，由于產(chǎn)酸較多pH降至4.2以下，發(fā)酵液中加入甲基紅指示劑呈紅色；

產(chǎn)氣腸桿菌發(fā)酵葡萄糖，由于產(chǎn)酸少，加入甲基紅指示劑，發(fā)酵液呈橙黃色，這就是甲基紅試驗(yàn)。

在食品衛(wèi)生檢驗(yàn)時(shí)常以大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌等的存在作為糞便污染食品指示菌，故甲基紅試驗(yàn)、V.P試驗(yàn)均是腸道細(xì)菌常用的鑒定方法現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四(2)．通過(guò)HMP途徑的發(fā)酵——異型乳酸發(fā)酵

①異型乳酸發(fā)酵的經(jīng)典途徑某些乳酸細(xì)菌進(jìn)行異型乳酸發(fā)酵過(guò)程中分解己糖和戊糖的途徑。

該途徑的特征性酶是磷酸解酮酶。

根據(jù)解酮酶的不同，

將具有磷酸戊糖解酮酶的途徑叫PK途徑，

具有磷酸己糖解酮酶的途徑叫HK途徑。(略)現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四異型乳酸發(fā)酵發(fā)酵后除生成乳酸外，還有乙醇(或乙酸)和CO2等多種發(fā)酵產(chǎn)物。

一些短乳桿菌(Lactibacillusbrevis)、發(fā)酵乳桿菌(L.fermentum)、兩歧雙歧桿菌(Bifidobacteriumbifidum)、腸膜明串珠菌(Leuconostocmesenteroides)、乳脂明串珠菌(L.cremoris)、根霉(Rhizopus)等進(jìn)行異型乳酸發(fā)酵。

因它們?nèi)狈MP途徑中的關(guān)鍵性酶——果糖二磷酸醛縮酶和異構(gòu)酶，其葡萄糖的降解完全依賴(lài)HMP途徑?，F(xiàn)在是52頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四磷酸解酮酶途徑

某些乳酸細(xì)菌進(jìn)行異型乳酸發(fā)酵過(guò)程中分解己糖和戊糖的途徑。

該途徑的特征性酶是磷酸解酮酶。

根據(jù)解酮酶的不同，

將具有磷酸戊糖解酮酶的途徑叫PK途徑，

具有磷酸己糖解酮酶的途徑叫HK途徑。(略)現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四②異型乳酸發(fā)酵的雙歧途徑兩歧雙歧乳酸桿菌(Bifidobacteriumbifidum)、雙叉乳酸桿菌(Lactobacillusbifidum)等雙歧桿菌對(duì)葡萄糖的代謝也可歸入異型乳酸發(fā)酵，但與其他乳酸菌異型發(fā)酵不同。

它們通過(guò)HK途徑將2分子葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生2分子乳酸和3分子乙酸，并產(chǎn)生5分子ATP，總反應(yīng)式為：

C6H12O6+5ADP+5Pi———→2CH3CHOHCOOH+3CH3COOH+5ATP現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四兩歧雙歧乳酸桿菌(Bifidobacteriumbifidum)、雙叉乳酸桿菌(Lactobacillusbifidum)等雙歧桿菌對(duì)葡萄糖的代謝也可歸入異型乳酸發(fā)酵，但與其他乳酸菌異型發(fā)酵不同。

它們通過(guò)HK途徑將2分子葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生2分子乳酸和3分子乙酸，并產(chǎn)生5分子ATP，總反應(yīng)式為：

C6H12O6+5ADP+5Pi———→2CH3CHOHCOOH+3CH3COOH+5ATP雙歧途徑現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四(3)通過(guò)ED途徑進(jìn)行的發(fā)酵它是少數(shù)缺乏完整EMP途徑的細(xì)菌所特有的利用葡萄糖的替代途徑。

現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四◆在Stickland反應(yīng)中，一種氨基酸作為氫供體氧化脫氨，另一種氨基酸作為氫受體還原脫氨，生成相應(yīng)的有機(jī)酸、-酮酸和氨。◆這是氧化脫氨與還原脫氨相偶聯(lián)的特殊發(fā)酵。丙氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸等為氫供體。甘氨酸、羥脯氨酸、脯氨酸和鳥(niǎo)氨酸等為氫受體。例如：CH3CHNH2COOH+2

CH2NH2COOH→3CH3COOH+3NH3+CO2

丙氨酸甘氨酸乙酸

(氫供體)(氫受體)（4）由氨基酸發(fā)酵產(chǎn)能---Stickland反應(yīng)現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四(5)發(fā)酵中的產(chǎn)能反應(yīng)底物磷酸化（自學(xué)）現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四四、自養(yǎng)微生物的生物氧化

在化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型的微生物中，其所需能量ATP是通過(guò)還原態(tài)無(wú)機(jī)物經(jīng)過(guò)生物氧化產(chǎn)生的，

還原力[H]是通過(guò)耗ATP的無(wú)機(jī)氫(H++e)逆呼吸鏈傳遞而產(chǎn)生；

在光能自養(yǎng)微生物中，其ATP和還原力[H]都是通過(guò)循環(huán)光合磷酸化、非循環(huán)光合磷酸化或通過(guò)紫膜光合磷酸化而獲得?，F(xiàn)在是60頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四1.化能自養(yǎng)微生物的生物氧化

氧化無(wú)機(jī)物獲得能量，對(duì)自然界的物質(zhì)轉(zhuǎn)化起重要作用。

它們分別屬于氫細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌和硝化細(xì)菌。

現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四第二節(jié)微生物產(chǎn)能代謝三．自養(yǎng)微生物的生物氧化化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型：從無(wú)機(jī)物的氧化獲得能量以無(wú)機(jī)物為電子供體這些微生物一般也能以CO2為唯一或主要碳源合成細(xì)胞物質(zhì)自養(yǎng)微生物從對(duì)無(wú)機(jī)物的生物氧化過(guò)程中獲得生長(zhǎng)所需要能量的微生物一般都是：化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型微生物現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四復(fù)雜分子（有機(jī)物）分解代謝合成代謝簡(jiǎn)單小分子ATP[H]自養(yǎng)微生物的合成代謝：

將CO2先還原成[CH2O]水平的簡(jiǎn)單有機(jī)物，然后再進(jìn)一步合成復(fù)雜的細(xì)胞成分。化能異養(yǎng)微生物：ATP和還原力均來(lái)自對(duì)有機(jī)物的生物氧化化能自養(yǎng)微生物：無(wú)機(jī)物氧化過(guò)程中主要通過(guò)氧化磷酸化產(chǎn)生ATP如果作為電子供體的無(wú)機(jī)物的氧化還原電位足夠低，也在氧化磷酸化的過(guò)程中產(chǎn)生還原力，但大多數(shù)情況下都需要通過(guò)電子的逆向傳遞，以消耗ATP為代價(jià)獲得還原力。現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四硝化細(xì)菌氨的氧化是由硝化細(xì)菌完成。

硝化細(xì)菌是一些專(zhuān)性好氧的G+菌，大多數(shù)是專(zhuān)性無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型。

硝化細(xì)菌有兩種，一是亞硝酸細(xì)菌，

另一則硝酸細(xì)菌。

這些細(xì)菌在自然界的氮素循環(huán)中起重要作用。它們使自然界中的氨氧化為亞硝酸，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成硝酸，被稱(chēng)為硝化作用。

現(xiàn)在是64頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四亞硝酸細(xì)菌利用氨氧化成亞硝酸的過(guò)程中放出的能量，使CO2還原成有機(jī)物，這類(lèi)細(xì)菌形成的亞硝酸對(duì)生物是有毒的。亞硝酸細(xì)菌：NH4++3/2O2———→NO2-+H2O+2H++270.7kJ

硝酸細(xì)菌利用亞硝酸氧化成硝酸的氧化過(guò)程中釋放的能量來(lái)同化CO2。

硝酸細(xì)菌：NO2-+1/2O2———→NO3-+77.4kJ

現(xiàn)在是65頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四硝化細(xì)菌NH3、亞硝酸（NO2-）等無(wú)機(jī)氮化物可以被某些化能自養(yǎng)細(xì)菌用作能源亞硝化細(xì)菌：硝化細(xì)菌：將氨氧化為亞硝酸并獲得能量將亞硝氧化為硝酸并獲得能量這兩類(lèi)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(lèi)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?，F(xiàn)在是66頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四氨的氧化亞硝化細(xì)菌：硝化細(xì)菌：現(xiàn)在是67頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四三．自養(yǎng)微生物的生物氧化氨的氧化NH3、NO2-的氧化還原電勢(shì)均比較高，以氧為電子受體進(jìn)行氧化時(shí)產(chǎn)生的能量較少，而且進(jìn)行合成代謝所需要的還原力需消耗ATP進(jìn)行電子的逆呼吸鏈傳遞來(lái)產(chǎn)生，因此這類(lèi)細(xì)菌生長(zhǎng)緩慢，平均代時(shí)在10h以上?，F(xiàn)在是68頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四非循環(huán)磷酸化是各種綠色植物、藻類(lèi)和藍(lán)細(xì)菌所共有的利用光能產(chǎn)生ATP的磷酸化反應(yīng)。高等植物和藍(lán)細(xì)菌主要通過(guò)非循環(huán)式磷酸化作用產(chǎn)生ATP、O2和NADPH2。

特點(diǎn)是：①電子傳遞途徑為非循環(huán)式；

②在有氧條件下進(jìn)行；

③有兩個(gè)光合系統(tǒng)，其中的色素系統(tǒng)Ⅰ(含葉綠素a)可以利用紅光，色素系統(tǒng)Ⅱ(含葉綠素b)可以利用藍(lán)光；

④反應(yīng)同時(shí)有ATP(產(chǎn)自系統(tǒng)Ⅰ)、還原力[H](產(chǎn)自系統(tǒng)Ⅱ)和O2產(chǎn)生。

⑤還原力NADPH2中的[H]是來(lái)自H2O分子光解后的H+和e-。

1.非循環(huán)磷酸化(二）光能營(yíng)養(yǎng)微生物現(xiàn)在是69頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四非環(huán)式光合磷酸化的反應(yīng)式：2NADP+＋2ADP＋2Pi＋2H2O→2NADPH＋2H+＋2ATP＋O21非環(huán)式光合磷酸化產(chǎn)氧型光合作用（綠色植物、藍(lán)細(xì)菌）現(xiàn)在是70頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四2.環(huán)式光合磷酸化光合細(xì)菌主要通過(guò)環(huán)式光合磷酸化作用產(chǎn)生ATP不是利用H2O，而是利用還原態(tài)的H2、H2S等作為還原CO2的氫供體，進(jìn)行不產(chǎn)氧的光合作用；電子傳遞的過(guò)程中造成了質(zhì)子的跨膜移動(dòng)，為ATP的合成提供了能量。通過(guò)電子的逆向傳遞產(chǎn)生還原力；現(xiàn)在是71頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四2.循環(huán)光合磷酸化循環(huán)磷酸化是指在光驅(qū)動(dòng)下通過(guò)電子的循環(huán)式傳遞而完成的磷酸化，

其特點(diǎn)是：①在光能的驅(qū)使下，電子從葉綠素分子上逐出后，通過(guò)類(lèi)似于呼吸鏈的循環(huán)，又回到葉綠素，其間產(chǎn)生了ATP；

②產(chǎn)ATP與產(chǎn)還原力[H]分別進(jìn)行；

③還原力來(lái)自H2S等的無(wú)機(jī)氫供體；

④不產(chǎn)生氧。光合細(xì)菌主要通過(guò)循環(huán)式光合磷酸化作用產(chǎn)生ATP，此類(lèi)細(xì)菌主要包括紫色硫細(xì)菌、綠色細(xì)菌、紫色非硫細(xì)菌和綠色非硫細(xì)菌。

現(xiàn)在是72頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是73頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四四．能量轉(zhuǎn)換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0.5mm）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。四種生理類(lèi)型的微生物在不同光照和氧下的ATP合成實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在波長(zhǎng)為550-600nm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?，F(xiàn)在是74頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四四．能量轉(zhuǎn)換3、光合磷酸化（photophosphorylation）（3）嗜鹽菌紫膜的光合作用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)現(xiàn)在是75頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四一、兩用代謝途徑

凡在分解代謝和合成代謝中均具有功能的代謝途徑，稱(chēng)為兩用代謝途徑（amphibolicpathway）。EMP、HMP和TCA循環(huán)等都是重要的兩用途徑。例如:葡糖異生作用（gluconeogenesis）。第二節(jié)分解代謝與合成代謝的聯(lián)系現(xiàn)在是76頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四①在兩用代謝途徑中，合成途徑并非分解途徑的完全逆轉(zhuǎn)。②在分解代謝與合成代謝途徑的相應(yīng)代謝步驟中，包含了完全不同的中間代謝物。③在真核生物中，合成代謝和分解代謝一般在細(xì)胞的不同區(qū)域中分隔進(jìn)行；原核生物因其細(xì)胞結(jié)構(gòu)上的間隔程度低，故反應(yīng)的控制主要在簡(jiǎn)單的酶分子水平上進(jìn)行?，F(xiàn)在是77頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四分解代謝與合成代謝的關(guān)系圖現(xiàn)在是78頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四二.

回補(bǔ)途徑(replenishmentpathway)

三羧酸循環(huán)是產(chǎn)能反應(yīng)和生物合成的重要代謝環(huán)節(jié)，作為電子的供體和碳骨架,此外,通過(guò)TCA四碳、五碳、六碳酸均可在有氧環(huán)境下被微生物利用，通過(guò)氧化磷酸化產(chǎn)生能量。

若將三羧酸循環(huán)中的有機(jī)酸分子移去而用于生物合成將會(huì)影響三羧酸循,草酰乙酸在每次循環(huán)后都能再生的情況下才能進(jìn)行。

微生物可利用回補(bǔ)途徑來(lái)解決這一矛盾。

現(xiàn)在是79頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四

回補(bǔ)途徑

補(bǔ)充在兼用代謝途徑(如三羧酸循環(huán))中因合成代謝而消耗的中間代謝產(chǎn)物的反應(yīng)。

不同微生物在不同條件下具有各自的TCA回補(bǔ)途徑，主要有乙醛酸循環(huán)途徑和甘油酸途徑。

現(xiàn)在是80頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四①乙醛酸循環(huán)途徑

以乙酸作為底物，草酰乙酸將通過(guò)乙醛酸途徑再生。

這條途徑由三羧酸循環(huán)中的反應(yīng)和另外的兩種酶組成：

異檸檬酸裂解酶ICL(催化異檸檬酸裂解成琥珀酸和乙醛酸)

蘋(píng)果酸合成酶MS(將乙醛酸和乙酰輔酶A轉(zhuǎn)化為蘋(píng)果酸)。

(2)

現(xiàn)在是81頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四乙醛酸循環(huán)的生物合成途徑:

異檸檬酸被裂解成琥珀酸和乙醛酸，使琥珀酸可以進(jìn)入生物合成途徑，

而乙醛酸與乙酰輔酶A結(jié)合生成蘋(píng)果酸，后者又轉(zhuǎn)化為草酰乙酸，以維持三羧酸循環(huán)的進(jìn)行。

琥珀酸可以直接圖用于卟啉的合成，或者氧化為草酰乙酸后，作為四碳化合物碳骨架，或者用于合成葡萄糖（經(jīng)由草酰乙酸和磷酸烯醇式丙酮酸）。

乙醛酸循環(huán)較普遍存在于好氧微生物中。

細(xì)菌中的醋酸桿菌、固氮菌、大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌、脫氮副球菌、熒光假單胞菌，以及真菌中的酵母菌、黑曲霉和青霉菌等，都已證明有乙醛酸循環(huán)，

它們可以利用乙酸作為唯一碳源和能源生長(zhǎng)。現(xiàn)在是82頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四在乙醛酸循環(huán)中有兩個(gè)關(guān)鍵酶——它們可使丙酮酸和乙酸等化合物合成4C二羧酸，以保證微生物正常生物合成的需要。異檸檬酸裂合酶（isocitratelyase，ICL）蘋(píng)果酸合酶（malatesynthase，MS）現(xiàn)在是83頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四第三節(jié)微生物的獨(dú)特代謝途徑舉例自學(xué)!

初級(jí)代謝與次級(jí)代謝現(xiàn)在是84頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四微生物的次生代謝微生物代謝產(chǎn)物一般可以分為兩類(lèi)：

初級(jí)代謝產(chǎn)物

次級(jí)代謝產(chǎn)物現(xiàn)在是85頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四一、微生物的初級(jí)代謝及其產(chǎn)物初級(jí)代謝產(chǎn)物(primarymetabolite)

初級(jí)代謝產(chǎn)物一般屬于分解代謝或能量代謝的產(chǎn)物，如乙醇、有機(jī)酸、氨基酸等初級(jí)代謝產(chǎn)物與微生物生長(zhǎng)、繁殖密切相關(guān)。與食品有關(guān)的微生物初級(jí)代謝產(chǎn)物有酸類(lèi)、醇類(lèi)、氨基酸和維生素等。

現(xiàn)在是86頁(yè)\一共有95頁(yè)\編輯于星期四二、微生物的次級(jí)代謝及其產(chǎn)物次級(jí)代謝通過(guò)支路代謝合成一些對(duì)自身的生命活動(dòng)無(wú)明確功能的物質(zhì)的過(guò)程。通常以一簇結(jié)構(gòu)相似的化合物組成。

次級(jí)代謝產(chǎn)物的形成與微生物的生長(zhǎng)和繁殖無(wú)關(guān)。既不參與細(xì)胞的組成，又不是酶的活性基，也不是細(xì)胞的貯存物質(zhì)，大