《微生物基》課件-單元六 微生物的代謝及調(diào)節(jié)

微生物學(xué)基礎(chǔ)單元六微生物的代謝及調(diào)節(jié)

１新陳代謝新陳代謝概念：?生物與周?chē)h(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換和能量交換的過(guò)程；

?細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)總稱(chēng)；

?分為分解代謝和合成代謝，；新陳代謝特點(diǎn)：?在溫和條件下進(jìn)行(由酶催化)；

?反應(yīng)步驟繁多，但相互配合、彼此協(xié)調(diào)，逐步進(jìn)行，有嚴(yán)格順序性；

?對(duì)內(nèi)外環(huán)境具有高度的調(diào)節(jié)功能和適應(yīng)功能；一、微生物的代謝概述

項(xiàng)目一微生物的代謝新陳代謝=分解代謝+合成代謝

２分解代謝、合成代謝分解代謝概念：指復(fù)雜的有機(jī)物分子通過(guò)分解代謝酶系的催化，產(chǎn)生簡(jiǎn)單分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和還原力[H]的作用；

合成代謝概念：指在合成代謝酶系的催化下，由簡(jiǎn)單小分子、ATP形式的能量和還原力

[H]一起合成復(fù)雜的大分子的過(guò)程。一、微生物的代謝概述

注：→還原力[H]：還原能力強(qiáng)的物質(zhì)，包括NADH2(還原型輔酶Ⅰ)、NADPH2(還原型輔酶Ⅱ)、FADH2(黃素腺嘌呤二核苷酸)；

３物質(zhì)代謝、能量代謝新陳代謝還可分為：物質(zhì)代謝、能量代謝；它們的關(guān)系如圖：一、微生物的代謝概述

4初級(jí)代謝、次級(jí)代謝按代謝產(chǎn)物在機(jī)體中作用不同分：初級(jí)代謝、次級(jí)代謝；初級(jí)代謝：提供能量、前體、結(jié)構(gòu)物質(zhì)等生命活動(dòng)所必須的代謝物的代謝類(lèi)型；

產(chǎn)物：氨基酸、核苷酸等；次級(jí)代謝：在一定生長(zhǎng)階段出現(xiàn)非生命活動(dòng)所必需的代謝類(lèi)型；

產(chǎn)物：抗生素、色素、激素、生物堿等。一、微生物的代謝概述

１能量代謝概述能量代謝是新陳代謝中的核心問(wèn)題；能量代謝中心任務(wù)：把外界環(huán)境中的各種初級(jí)能源轉(zhuǎn)換成對(duì)一切生命活動(dòng)都能使用的能源——ATP；微生物三類(lèi)最初能源：有機(jī)物、日光、還原態(tài)無(wú)機(jī)物。二、微生物的能量代謝

ATP結(jié)構(gòu)

２生物氧化與產(chǎn)能生物氧化定義：發(fā)生在活細(xì)胞內(nèi)的一系列產(chǎn)能性氧化反應(yīng)的總稱(chēng)，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；生物氧化的三種方式：和氧的直接化合：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O失去電子：Fe2+→Fe3++e–化合物脫氫：二、微生物的能量代謝

２生物氧化與產(chǎn)能生物氧化的三個(gè)功能：產(chǎn)能(ATP)；產(chǎn)還原力[H]；產(chǎn)小分子中間代謝物；二、微生物的能量代謝

例：

２生物氧化與產(chǎn)能生物氧化的過(guò)程（三個(gè)環(huán)節(jié)）：脫氫：底物脫氫（或脫電子）作用，該底物稱(chēng)作電子供體或供氫體；遞氫：氫（或電子）的傳遞，需中間傳遞體，如NAD、FAD等；受氫：最后氫受體接受氫（或電子）（最終電子受體或最終氫受體）。二、微生物的能量代謝

３化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能化能異養(yǎng)微生物的底物生物氧化時(shí)脫氫、遞氫、受氫過(guò)程：底物生物氧化時(shí)脫氫的四種方式：EMP途徑；HMP途徑；ED途徑；TCA途徑；二、微生物的能量代謝

３化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能化能異養(yǎng)微生物的底物生物氧化時(shí)脫氫、遞氫、受氫過(guò)程：底物生物氧化時(shí)遞氫：經(jīng)上述四種脫氫途徑生成的還原力[H]NADH2、NADPH2、FADＨ2等還原型輔酶通過(guò)呼吸鏈（或稱(chēng)電子傳遞鏈）等方式進(jìn)行遞氫；底物生物氧化時(shí)受氫：還原力[H]最終與受氫體（氧、無(wú)機(jī)或有機(jī)氧化物）結(jié)合，以釋放其化學(xué)潛能，生成ATP；有氧呼吸：最終由分子氧受氫；無(wú)氧呼吸：最終由無(wú)機(jī)氧化物（如NO3-、SO42-等）受氫；發(fā)酵：還原力[H]不經(jīng)呼吸鏈傳遞而直接交給某一內(nèi)源氧化性中間代謝產(chǎn)物。二、微生物的能量代謝

３化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能底物生物氧化時(shí)脫氫、遞氫、受氫關(guān)系圖：二、微生物的能量代謝

４脫氫方式一：EMP途徑EMP途徑定義：?又稱(chēng)糖酵解途徑，是生物體內(nèi)普遍存在的葡萄糖降解的途徑；

?是將葡萄糖降解為丙酮酸并伴隨著ATP生成的一系列反應(yīng)；EMP的生物學(xué)意義：?是葡萄糖在生物體內(nèi)進(jìn)行有氧或無(wú)氧分解的共同途徑；

?通過(guò)糖酵解，生物體獲得生命活動(dòng)所需要的能量；

?形成多種重要的中間產(chǎn)物，為氨基酸、脂類(lèi)合成提供碳骨架；

?為糖異生提供基本途徑。二、微生物的能量代謝

４脫氫方式一：EMP途徑EMP途徑步驟：二、微生物的能量代謝

４脫氫方式一：EMP途徑EMP途徑詳細(xì)步驟：

４脫氫方式一：EMP途徑EMP途徑反應(yīng)總步驟：共10步；EMP途徑反應(yīng)簡(jiǎn)式：

EMP途徑總反應(yīng)式：葡萄糖+2NAD+2Pi+2ADP→2丙酮酸+2NADH2+2ATP二、微生物的能量代謝

５脫氫方式二：HMP途徑HMP途徑定義：?由六個(gè)葡萄糖分子參加反應(yīng)，經(jīng)一系列反應(yīng)，最后回收五個(gè)葡萄糖分子，消耗了1分子葡萄糖（徹底氧化成CO2和水），稱(chēng)完全HMP途徑；

?HMP是一條葡萄糖不經(jīng)EMP途徑和TCA循環(huán)途徑而得到徹底氧化，并能產(chǎn)生12個(gè)NADPH+H+形式的還原力和多種中間代謝產(chǎn)物的代謝途徑。二、微生物的能量代謝

５脫氫方式二：HMP途徑HMP途徑詳細(xì)步驟：如圖

５脫氫方式二：HMP途徑HMP途徑反應(yīng)簡(jiǎn)式：HMP途徑總反應(yīng)式：

6葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H2O→5葡萄糖-6-磷酸+12NADPH2+6CO2+Pi

二、微生物的能量代謝

５脫氫方式二：HMP途徑HMP途徑的生物學(xué)意義：為核苷酸和核酸的合成提供戊糖磷酸；赤蘚糖-4-磷酸用于芳香族氨基酸的合成；產(chǎn)大量還原力：NADPH2；擴(kuò)大微生物碳源利用范圍：C3~C7；連接EMP途徑：果糖-1,6-二磷酸，甘油醛-3-磷酸；產(chǎn)生許多重要發(fā)酵產(chǎn)物：核苷酸、氨基酸、輔酶、乳酸。二、微生物的能量代謝

６脫氫方式三：ED途徑ED途徑的概念：?又稱(chēng)2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解途徑；

?是少數(shù)缺乏完整EMP途徑的微生物所具有的一種替代途徑；

?葡萄糖只需４步反應(yīng)即可獲得丙酮酸；二、微生物的能量代謝

６脫氫方式三：ED途徑ED途徑詳細(xì)步驟：如圖二、微生物的能量代謝

６脫氫方式三：ED途徑ED途徑反應(yīng)簡(jiǎn)式：ED途徑總反應(yīng)式：

葡萄糖+NAD++NADP+Pi+ADP→2丙酮酸+NADH2+NADPH2+ATP二、微生物的能量代謝

６脫氫方式三：ED途徑ED途徑的生物學(xué)特點(diǎn)：ED途徑的特征反應(yīng)是2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解為丙酮酸和3-磷酸甘油醛；特征性酶：KDPG醛縮酶；ED途徑中的兩分子丙酮酸來(lái)歷不同，一分子由2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸直接裂解產(chǎn)生，另一分子由磷酸甘油醛經(jīng)EMP途徑轉(zhuǎn)化而來(lái)；1摩爾葡萄糖經(jīng)ED途徑僅產(chǎn)生1摩爾ATP；好氧時(shí)與TCA循環(huán)相連，厭氧時(shí)進(jìn)行細(xì)菌乙醇發(fā)酵。二、微生物的能量代謝

７脫氫方式四：TCA循環(huán)TCA循環(huán)概念：?又稱(chēng)為檸檬酸循環(huán)（citricacidcycle）、三羧酸循環(huán)或Krebs循環(huán)（英1953年獲得諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）；

?是三大營(yíng)養(yǎng)素（糖類(lèi)、脂類(lèi)、氨基酸）的最終代謝通路，又是三者代謝聯(lián)系的樞紐；

?丙酮酸先脫羧生成乙酰CoA,生成１分子NADH2和１分子CO2，再進(jìn)入三

羧酸循環(huán)；

?是一個(gè)由一系列酶促反應(yīng)構(gòu)成的循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)，首先由乙酰輔酶A

（C2）與草酰乙酸（C4）縮合生成含有3個(gè)羧基的檸檬酸（C6），經(jīng)過(guò)4

次脫氫（3分子NADH2和1分子FADH2），1次底物水平磷酸化，最終生成2

分子CO2，并且重新生成草酰乙酸的循環(huán)反應(yīng)過(guò)程。二、微生物的能量代謝

７脫氫方式四：TCA循環(huán)TCA循環(huán)詳細(xì)步驟：

７脫氫方式四：TCA循環(huán)TCA循環(huán)反應(yīng)簡(jiǎn)式：TCA循環(huán)總反應(yīng)式：從丙酮酸進(jìn)入循環(huán)：

丙酮酸+4NAD++FAD+GDP+Pi+3H2O→3CO2+4(NADH+H+)+FADH2+GTP從乙酰-CoA進(jìn)入循環(huán)：

乙酰-CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+CoA+GTP二、微生物的能量代謝

７脫氫方式四：TCA循環(huán)TCA循環(huán)在微生物代謝中的樞紐地位：二、微生物的能量代謝

８葡萄糖經(jīng)四種脫氫途徑后的產(chǎn)能效率產(chǎn)能效率比較：二、微生物的能量代謝

產(chǎn)能形式EMPHMPEDEMP+TCA

ATPGTP2122(2ATP)NADH+H+2(=6ATP)1(=3ATP)2+8*(=30ATP)NADPH+H+12(=36ATP)1(=3ATP)FADH22(=4ATP)凈產(chǎn)ATP835**736~38****在TCA循環(huán)的異檸檬酸至-酮戊二酸反應(yīng)中，有的微生物產(chǎn)生的是NADPH+H+；**在葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸?6-磷酸過(guò)程中消耗1ATP；***真核生物的呼吸鏈組分在線粒體膜上，NADH+H+進(jìn)入線粒體要消耗2ATP。

９化能異養(yǎng)微生物－－遞氫和受氫底物生物氧化時(shí)遞氫：經(jīng)上述四種脫氫途徑生成的還原力NADH2、NADPH2、FADH2等還原型輔酶通過(guò)呼吸鏈（或稱(chēng)電子傳遞鏈）等方式進(jìn)行遞氫；底物生物氧化時(shí)受氫：還原力最終與受氫體（氧、無(wú)機(jī)或有機(jī)氧化物）結(jié)合，以釋放其化學(xué)潛能，生成ATP；根據(jù)受氫體的不同，可分為：有氧呼吸：最終由分子氧受氫；無(wú)氧呼吸：最終由無(wú)機(jī)氧化物（如NO3-、SO42-等）受氫；發(fā)酵：還原力[H]不經(jīng)呼吸鏈傳遞而直接交給某一內(nèi)源氧化性中間代謝產(chǎn)物。

10遞氫和受氫--有氧呼吸遞氫：經(jīng)上述四種脫氫途徑生成的還原力NADH2、NADPH2、FADH2等還原型輔酶通過(guò)呼吸鏈（或稱(chēng)電子傳遞鏈）等方式進(jìn)行遞氫；受氫方式之一---有氧呼吸：遞氫后最終由分子氧接受氫并產(chǎn)生水和釋放能量（ATP）；

11遞氫和受氫--呼吸鏈（或電子傳遞鏈）呼吸鏈（或稱(chēng)電子傳遞鏈）概念：?由一系列按氧化還原電位由低到高順序排列起來(lái)的氫(電子)傳遞體組成；

?原核生物呼吸鏈在細(xì)胞膜上，真核生物的呼吸鏈位于線粒體內(nèi)膜，但呼吸鏈的主要成分是類(lèi)似的；

?它能把氫或電子從低氧化還原電位的化合物處傳遞給高氧化還原電位的物質(zhì)（分子氧、無(wú)機(jī)或有機(jī)氧化物），使它們還原；

?在氫或電子傳遞過(guò)程種，與氧化磷酸化反應(yīng)發(fā)生偶聯(lián)，生成能量（ATP）。呼吸鏈的主要成分：

11遞氫和受氫--呼吸鏈（或電子傳遞鏈）典型呼吸鏈（或稱(chēng)電子傳遞鏈）：

11遞氫和受氫--呼吸鏈（或電子傳遞鏈）P/O

：表示當(dāng)一對(duì)電子通過(guò)呼吸鏈傳遞至O2所產(chǎn)生的ATP分子數(shù);電子從NAD+進(jìn)入呼吸鏈傳遞至O2

時(shí)，只有3處釋放出足夠的能量能與ADP磷酸化相偶聯(lián)，產(chǎn)生3分子ATP；

NAD呼吸鏈的P/O=3

；電子從FAD+進(jìn)入呼吸鏈傳遞至O2時(shí)，只有2處釋放出足夠的能量能與ADP磷酸化相偶聯(lián)，產(chǎn)生2分子ATP，F(xiàn)AD呼吸鏈的P/O=2；真核生物和原核生物呼吸鏈的比較：

12遞氫和受氫--無(wú)氧呼吸無(wú)氧呼吸

：?指從葡萄糖或其它有機(jī)基質(zhì)脫下的氫（電子）經(jīng)過(guò)電子傳遞鏈最終由外源無(wú)機(jī)氧化物（少數(shù)為有機(jī)氧化物延胡索酸）受氫，不是氧分子來(lái)受氫；

?是一種無(wú)氧條件下進(jìn)行的產(chǎn)能效率較低的特殊呼吸；

?根據(jù)呼吸鏈末端最終氫受體的不同，無(wú)氧呼吸可分為：

12遞氫和受氫--無(wú)氧呼吸無(wú)氧呼吸-硝酸鹽呼吸

：?以硝酸鹽作為最終電子受體，又稱(chēng)“反硝化”作用;

?反應(yīng)式：

?只能接收2個(gè)電子，產(chǎn)能效率低；?有些菌可將NO2－進(jìn)一步將其還原成N2；反應(yīng)式：

?能進(jìn)行硝酸鹽呼吸的都是一些兼性厭氧微生物（反硝化細(xì)菌），如地衣芽孢桿菌；

?反硝化細(xì)菌具有完整的呼吸鏈，只有在無(wú)氧的條件下，才能誘導(dǎo)出硝酸鹽還原酶Ａ和亞硝酸還原酶。

12遞氫和受氫--無(wú)氧呼吸無(wú)氧呼吸-硫酸鹽呼吸：?經(jīng)呼吸鏈傳遞的氫交給末端氫受體硫酸鹽的一種厭氧呼吸，硫酸鹽還原的最終產(chǎn)物是H2S；

?進(jìn)行硫酸鹽呼吸的細(xì)菌稱(chēng)“硫酸鹽還原細(xì)菌”，或稱(chēng)“反硫化細(xì)菌”，是專(zhuān)性厭氧細(xì)菌，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。

12遞氫和受氫--無(wú)氧呼吸無(wú)氧呼吸-硫呼吸：?元素硫作為無(wú)氧呼吸的最終氫受體，最終硫被還原形成H2S；

?只有氧化乙酸脫硫單胞菌能進(jìn)行此種呼吸；

?反應(yīng)式（利用乙酸為電子供體）：CH3COOH+2H2O+4S2CO2+4H2S無(wú)氧呼吸-碳酸鹽呼吸：?以CO2或碳酸鹽作為呼吸鏈的末端氫受體的無(wú)氧呼吸；

?根據(jù)其還原產(chǎn)物的不同，可分為兩種類(lèi)型，一類(lèi)是產(chǎn)甲烷菌的碳酸鹽呼吸，另一類(lèi)為產(chǎn)乙酸細(xì)菌的碳酸鹽呼吸；無(wú)氧呼吸-延胡索酸呼吸：?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。

12遞氫和受氫--無(wú)氧呼吸無(wú)氧呼吸對(duì)微生物的作用：?無(wú)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(méi)有氧的情況下仍然可以通過(guò)電子傳遞和氧化磷酸化來(lái)

產(chǎn)生ATP，因此對(duì)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(lèi)型的多樣性。

13不經(jīng)傳遞鏈的受氫方式--發(fā)酵發(fā)酵的定義：廣義的“發(fā)酵”：指任何利用好氧或厭氧微生物來(lái)生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物的一類(lèi)生產(chǎn)方式；狹義的“發(fā)酵”：

指在能量代謝或生物氧化中，在無(wú)氧條件下，底物脫氫氧化后所產(chǎn)生的還原力氫[H]（或電子）不經(jīng)呼吸鏈傳遞，而直接交給某種一內(nèi)源氧化性中間代謝產(chǎn)物的一類(lèi)低效產(chǎn)能過(guò)程；本質(zhì)：底物水平磷酸化產(chǎn)生ATP；特點(diǎn):底物氧化不徹底，產(chǎn)能水平低；積累各種中間代謝產(chǎn)物不可缺少的途徑。

13不經(jīng)傳遞鏈的受氫方式--發(fā)酵發(fā)酵的類(lèi)型：從EMP途徑中產(chǎn)生的丙酮酸出發(fā)的發(fā)酵；通過(guò)HMP途徑的發(fā)酵；通過(guò)ED途徑的發(fā)酵；氨基酸發(fā)酵產(chǎn)能。

13發(fā)酵之一--從EMP途徑中產(chǎn)生的丙酮酸出發(fā)的發(fā)酵從EMP途徑中產(chǎn)生的丙酮酸出發(fā)的發(fā)酵：（還原力直接給了某些中間產(chǎn)物）

①酵母型酒精發(fā)酵②同型乳酸發(fā)酵（只有乳酸１種產(chǎn)物）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

13發(fā)酵之二--通過(guò)HMP途徑的發(fā)酵通過(guò)HMP途徑的發(fā)酵：?又稱(chēng)異型乳酸發(fā)酵（葡萄糖發(fā)酵后產(chǎn)生乳酸、乙醇或乙酸、CO2等），區(qū)別于從EMP途徑出發(fā)的同型乳酸發(fā)酵（只有乳酸１種產(chǎn)物）；

?異型乳酸發(fā)酵總反應(yīng)式：

葡萄糖+ADP+Pi乳酸+乙醇+CO2+H2O+ATP

核糖+２ADP+２Pi乳酸+乙酸+2H2O

+2ATP

13發(fā)酵之二--通過(guò)HMP途徑的發(fā)酵通過(guò)HMP途徑的發(fā)酵具體反應(yīng)步驟（異型乳酸發(fā)酵）：

14異型乳酸發(fā)酵和同型乳酸發(fā)酵比較通過(guò)HMP途徑的異型乳酸發(fā)酵和EMP途徑的同型乳酸發(fā)酵比較：

15發(fā)酵之三--通過(guò)ED途徑的發(fā)酵概念：指細(xì)菌通過(guò)ED途徑的同型酒精發(fā)酵，下圖紅圈處；反應(yīng)式：葡萄糖+ADP+Pi

2乙醇+2CO2+ATP

16乙醇發(fā)酵的三個(gè)類(lèi)型比較乙醇發(fā)酵也分為同型乙醇發(fā)酵和異型乙醇發(fā)酵兩類(lèi)

；三種類(lèi)型比較：

17發(fā)酵之四--氨基酸發(fā)酵產(chǎn)能概念：?少數(shù)厭氧梭菌例如生孢梭菌能利用一些氨基酸同時(shí)當(dāng)作碳源、氮源和能源，通過(guò)

部分氨基酸（如丙氨酸等）的氧化與另一些氨基酸（如甘氨酸等）的還原相偶聯(lián)的發(fā)酵方式；

?這種以一種氨基酸作氫供體和以另一種氨基酸作氫受體而產(chǎn)能的獨(dú)特發(fā)酵類(lèi)型，稱(chēng)為Stickland反應(yīng);

?該反應(yīng)的產(chǎn)能效率很低，每分子氨基酸僅產(chǎn)1個(gè)ATP。

１自養(yǎng)微生物的生物氧化、產(chǎn)能和CO2的固定概述：?所有微生物的生物氧化本質(zhì)是相同的，即都包括脫氫、傳遞氫和接受氫三個(gè)階段，且與磷酸化反應(yīng)相偶聯(lián)，產(chǎn)通用能源－ATP；

?自養(yǎng)型微生物最重要的反應(yīng)就是把CO2先還原成[CH2O]水平的簡(jiǎn)單有機(jī)物，再進(jìn)一步合成復(fù)雜的細(xì)胞成分，需大量耗能和耗還原力[H]；

?化能自養(yǎng)型微生物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]則是通過(guò)耗ATP的無(wú)機(jī)氫（H++e)的逆呼吸鏈傳遞而產(chǎn)生的；

?光能自養(yǎng)型微生物其ATP和[H]都是通過(guò)循環(huán)光合磷酸化、非循環(huán)光合磷酸化、紫膜的光合磷酸化而獲得的。二、微生物的能量代謝

項(xiàng)目一微生物的代謝

１自養(yǎng)微生物的生物氧化、產(chǎn)能和CO2的固定二、微生物的能量代謝

自養(yǎng)微生物的CO2固定：所需ATP和還原力[H]的來(lái)源如下圖：

２化能自養(yǎng)微生物的生物氧化、產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

能量來(lái)源：無(wú)機(jī)物脫氫產(chǎn)生的無(wú)機(jī)氫（H++e)順呼吸鏈傳遞并與磷酸化反應(yīng)偶聯(lián)產(chǎn)ATP；常見(jiàn)種類(lèi)：?硝化細(xì)菌（亞硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌）?硫化細(xì)菌?鐵細(xì)菌?氫細(xì)菌

２化能自養(yǎng)微生物的生物氧化、產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

化能自養(yǎng)微生物還原CO2成[CH2O]時(shí)的ATP、還原力[H]的來(lái)源：

２化能自養(yǎng)微生物的生物氧化、產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

無(wú)機(jī)底物脫氫后H++e進(jìn)入呼吸鏈的部位：順呼吸鏈傳遞產(chǎn)生ATP；

逆呼吸鏈傳遞耗ATP產(chǎn)生還原力[H]；化能自養(yǎng)微生物能量代謝特點(diǎn)：無(wú)機(jī)底物的氧化直接和呼吸鏈相偶聯(lián)；呼吸鏈組分多樣，H++e可以從任一組分進(jìn)入呼吸鏈；產(chǎn)能效率比化能異養(yǎng)微生物低。

２化能自養(yǎng)微生物的生物氧化、產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

化能自養(yǎng)菌的硝化作用和化能異養(yǎng)菌的反硝化作用比較：硝化作用反硝化作用由化能自養(yǎng)菌所進(jìn)行的生物氧化作用由化能異養(yǎng)菌所進(jìn)行的還原作用由硝化細(xì)菌所進(jìn)行的有氧呼吸由反硝化菌群所進(jìn)行的無(wú)氧呼吸好氧菌厭氧或兼性厭氧菌有氧的條件下進(jìn)行的氧化反應(yīng)無(wú)氧的條件下進(jìn)行還原反應(yīng)以分子氧為H++e呼吸鏈末端受體以N03-為呼吸鏈末端H++e受體從無(wú)機(jī)物的氧化中獲得能量，產(chǎn)能效率低，只有1分子ATP從有機(jī)物的氧化中得到能量，可產(chǎn)生２分子ATP還原力的形成是在耗能的情況下，通過(guò)反向電子傳遞而形成NADH2還原力NADH2的形成是通過(guò)有機(jī)物的生物氧化，不需要耗能

３光能自養(yǎng)微生物的生物氧化、產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

光能自養(yǎng)微生物的生物氧化、產(chǎn)能概括：

３光能自養(yǎng)微生物的生物氧化、產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

光合細(xì)菌（紅螺菌目）的循環(huán)光合磷酸化特點(diǎn)：

?它們不能利用H2O作為還原CO2的氫供體，只能利用還原態(tài)的H2S、H2或有機(jī)物作為氫供體，在厭氧條件下進(jìn)行，不產(chǎn)氧；

?在光能的驅(qū)動(dòng)下，電子從菌綠素分子上逐出后通過(guò)類(lèi)似呼吸鏈的循環(huán)，又回到菌綠素，其間產(chǎn)生了ATP;

?產(chǎn)ATP與產(chǎn)還原力［H］分別進(jìn)行；

?還原力［H］來(lái)自H2S等無(wú)機(jī)氫供體，在逆電子流、耗能的情況下產(chǎn)生；

３光能自養(yǎng)微生物的生物氧化、產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

光合細(xì)菌（紅螺菌目）的循環(huán)光合磷酸化特點(diǎn)：

３光能自養(yǎng)微生物的生物氧化、產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

藍(lán)細(xì)菌、藻類(lèi)及綠色植物的非循環(huán)光合磷酸化特點(diǎn)：

?利用光能產(chǎn)生ATP的磷酸化反應(yīng)，電子的傳遞途徑屬非循環(huán)式的；

?在有氧條件下進(jìn)行；

?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)可利用藍(lán)光；

?可同時(shí)產(chǎn)還原力［H］、O2和ATP，還原力NADPH2中的［H］是來(lái)自H2O分子光解后的H＋和e－。

３光能自養(yǎng)微生物的生物氧化、產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

嗜鹽菌紫膜的光合作用特點(diǎn)：

?古細(xì)菌，細(xì)胞膜制備物上含紅色和紫色兩部分；

?紅膜：主要成分為類(lèi)胡蘿卜素、細(xì)胞色素和黃素蛋白等；在有氧條件下可進(jìn)行氧化磷酸化產(chǎn)能；

?紫膜：主要成分為細(xì)菌視紫紅質(zhì)和類(lèi)脂；功能與葉綠素相似，能吸收光能，并在光量子的驅(qū)動(dòng)下起著質(zhì)子泵的作用；在缺氧條件下，可進(jìn)行光合作用產(chǎn)能；

４微生物生產(chǎn)ATP的方式二、微生物的能量代謝

微生物生產(chǎn)ATP的方式概括：光合磷酸化：利用光能合成ATP的反應(yīng)；氧化磷酸化：利用化合物氧化過(guò)程中釋放的能量生成ATP的反應(yīng)；底物水平磷酸化：在某種化合物氧化過(guò)程中可生成一種含高能磷酸鍵的化合物，該化合物通過(guò)酶的作用把高能鍵磷酸根轉(zhuǎn)移給ADP，使其生成ATP。電子傳遞磷酸化：通過(guò)呼吸鏈傳遞電子，將氧化過(guò)程中釋放的能量和ADP的磷酸化偶聯(lián)起來(lái)，形成ATP。

５自養(yǎng)微生物的CO2固定與生物氧化產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

各種自養(yǎng)微生物在生物氧化后所取得的能量主要用于CO2固定；CO2固定的途徑包括：?卡爾文循環(huán)（Calvincycle）；

?厭氧乙酰－輔酶Ａ途徑；?還原性TCA循環(huán)途徑；

５自養(yǎng)微生物的CO2固定與生物氧化產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

CO2固定的途徑--卡爾文循環(huán)（Calvincycle）：含三個(gè)階段第一階段→羧化反應(yīng)：3個(gè)核酮糖－15二磷酸通過(guò)核酮糖二磷酸羧化酶將3個(gè)CO2固定，并轉(zhuǎn)變成6個(gè)3-磷酸甘油酸分子；第二階段→還原反應(yīng)：3-磷酸甘油酸還原成3-磷酸甘油醛（通過(guò)逆向EMP途徑產(chǎn)生）；第三階段→CO2受體的再生：1個(gè)3-磷酸甘油醛通過(guò)EMP途徑的逆轉(zhuǎn)形成葡萄糖，其余5個(gè)分子經(jīng)復(fù)雜的反應(yīng)再生出3個(gè)核酮糖－1,5二磷酸分子?？栁难h(huán)的總反應(yīng)式（以生產(chǎn)一個(gè)葡萄糖分子來(lái)計(jì)算）：

6CO2+12NAD(P)H2+18ATPC6H12O6+12NAD(P)+18ADP+18Pi

５自養(yǎng)微生物的CO2固定與生物氧化產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

CO2固定的途徑--卡爾文循環(huán)（Calvincycle）：精簡(jiǎn)的循環(huán)圖（以產(chǎn)氧光能自養(yǎng)菌為例）

５自養(yǎng)微生物的CO2固定與生物氧化產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

CO2固定的途徑--厭氧乙酰－輔酶Ａ途徑：產(chǎn)乙酸菌、硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷菌等細(xì)菌在厭氧條件對(duì)二氧化碳進(jìn)行固定的一條途徑；

５自養(yǎng)微生物的CO2固定與生物氧化產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

CO2固定的途徑--還原性TCA循環(huán)途徑：

?通過(guò)逆向TCA循環(huán)固定CO2；存在于少數(shù)光合細(xì)菌中；

?每循環(huán)一次可固定三個(gè)CO2、消耗４個(gè)ATP。

６微生物的固氮作用與生物氧化產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

生物固氮作用定義：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；固氮作用的三類(lèi)微生物：自生固氮菌：指一類(lèi)不依賴(lài)與它種生物共生而能獨(dú)立進(jìn)行固氮的微生物；共生固氮菌：指必須與它種生物共生在一起時(shí)才能進(jìn)行固氮的微生物；聯(lián)合固氮菌：指必須生活在植物根際，葉面或動(dòng)物腸道等處才能進(jìn)行固氮的微生物。

６微生物的固氮作用與生物氧化產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

固氮作用的三類(lèi)微生物：自生固氮菌、共生固氮菌、聯(lián)合固氮菌具體類(lèi)屬

６微生物的固氮作用與生物氧化產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

固氮作用的機(jī)理：固氮反應(yīng)的必要條件包括

?ATP的供應(yīng)：固氮1mol氮?dú)庀?0~15molATP；

?還原力［H］為NADPH2；電子載體：鐵氧還蛋白或黃素氧還蛋白；

?還原底物N2(有NH3存在時(shí)會(huì)抑制固氮作用)；

?鎂離子：固氮酶等的輔助因子；

?嚴(yán)格的厭氧微環(huán)境：有氧，固氮酶失活；

?固氮酶：

６微生物的固氮作用與生物氧化產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

固氮過(guò)程：固氮反應(yīng)總式(考慮固氮酶的氫酶活性)：

N2+8H++8e-+16ATP2NH3+H2+16ADP+16Pi固氮反應(yīng)總式(不考慮氫酶活性)：

N2+6H++6e-+12ATP2NH3+12ADP+12Pi

６微生物的固氮作用與生物氧化產(chǎn)能二、微生物的能量代謝

固氮體系厭氧環(huán)境的產(chǎn)生：好氧性自生固氮菌的保護(hù)機(jī)制：?呼吸保護(hù)：固氮菌以較強(qiáng)的呼吸作用迅速將周?chē)h(huán)境中的氧消耗掉；?構(gòu)象保護(hù)：有氧時(shí)固氮酶能形成一個(gè)無(wú)固氮活性但能防止氧損傷的特殊構(gòu)象；藍(lán)細(xì)菌固氮酶的保護(hù)：?分化出特殊的還原性異形胞：胞外有較厚的糖脂膜，防止氧氣進(jìn)入；?利用時(shí)間差：解決固氮酶厭氧和光合放氧的矛盾，即在黑暗下固氮，在光照下進(jìn)行光合作用,如織線藍(lán)細(xì)菌屬；

?提高細(xì)胞內(nèi)SOD和過(guò)氧化物酶活性：消除有毒過(guò)氧化物，保護(hù)固氮酶活性,如粘球粘細(xì)菌屬；根瘤菌固氮酶的抗氧保護(hù)：

?豆科植物共生根瘤菌：膜外存在與氧親和力極強(qiáng)的豆血紅蛋白；?非豆科植物共生根瘤菌：膜外存在與氧親和力極強(qiáng)的植物血紅蛋白；

１微生物的初級(jí)代謝和次級(jí)代謝三、微生物的次級(jí)代謝

項(xiàng)目一微生物的代謝初級(jí)代謝概念：?通過(guò)分解代謝和合成代謝，生成維持生命活動(dòng)所需要的物質(zhì)和能量的過(guò)程；

?產(chǎn)物有：糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由這些化合物聚合而成的高分子化合物（如多糖、蛋白質(zhì)、酯類(lèi)和核酸等）；次級(jí)代謝概念：?指微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期（一般是穩(wěn)定生長(zhǎng)期），以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對(duì)生命活動(dòng)沒(méi)有明確功能的物質(zhì)的過(guò)程；

?產(chǎn)物有：抗生素、毒素、激素、色素、生物堿等。

１微生物的初級(jí)代謝和次級(jí)代謝三、微生物的次級(jí)代謝

次級(jí)代謝特點(diǎn)：?一般不在生長(zhǎng)期產(chǎn)生，而在生長(zhǎng)后期產(chǎn)生；

?種類(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)特殊，含不常見(jiàn)的化學(xué)鍵：氨基糖、苯醌、香豆素、環(huán)氧化合物、離麥角生物堿、戊二酰胺、多烯、吡咯、喹啉、萜烯、四環(huán)類(lèi)抗生素等；

?一種微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物往往結(jié)構(gòu)相似；不同種類(lèi)的微生物也能產(chǎn)同種產(chǎn)物；

?次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成比生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境因素更敏感；

?次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成差錯(cuò)對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)無(wú)關(guān)緊要，而初級(jí)代謝產(chǎn)物的差錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致致命的結(jié)果；

?次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成由多基因控制，基因不僅位于染色體上也位于質(zhì)粒上；

?催化次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的酶專(zhuān)一性較弱。

２微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物的種類(lèi)三、微生物的次級(jí)代謝

按合成途徑，次級(jí)代謝產(chǎn)物可分為：

２微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物的種類(lèi)三、微生物的次級(jí)代謝

按合成途徑，次級(jí)代謝產(chǎn)物可分為：

１微生物生理生化反應(yīng)概念及種類(lèi)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

項(xiàng)目一微生物的代謝概念：用生化的方法來(lái)檢測(cè)細(xì)菌對(duì)各種基質(zhì)的代謝作用及代謝產(chǎn)物，借以鑒別細(xì)菌種類(lèi)；生理生化反應(yīng)主要種類(lèi)：

２實(shí)訓(xùn)目的及用品四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

實(shí)訓(xùn)目的：?了解細(xì)菌分解碳水化合物的多樣性；

?能夠利用常見(jiàn)的生理生化反應(yīng)鑒定某些細(xì)菌；實(shí)訓(xùn)用品：

?菌種：枯草芽孢桿菌，大腸桿菌，金黃色葡萄球菌，銅綠假單胞菌，普通變形桿菌，產(chǎn)氣腸桿菌；

?培養(yǎng)基：固體油脂培養(yǎng)基，固體淀粉培養(yǎng)基，葡萄糖發(fā)酵培養(yǎng)基試管，乳糖培養(yǎng)基試管各3支（內(nèi)裝有倒置德漢氏小管），蛋白胨水培養(yǎng)基，葡萄糖蛋白胨水培養(yǎng)基；

?試劑：盧戈氏碘液，甲基紅指示劑，V.P.實(shí)驗(yàn)用試劑等；

?儀器和其他用品：無(wú)菌平板，無(wú)菌試管，接種環(huán)，試管架等。

３微生物生理生化反應(yīng)－淀粉水解實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

實(shí)訓(xùn)原理：微生物對(duì)大分子物質(zhì)淀粉不能直接利用，必須依靠產(chǎn)生的胞外酶將大分子物質(zhì)分解后，才能被微生物利用。淀粉酶水解淀粉為小分子的糊精、雙糖和單糖，淀粉遇碘液會(huì)產(chǎn)生藍(lán)色，但細(xì)菌水解淀粉的區(qū)域，用碘液測(cè)定時(shí)，不再產(chǎn)生藍(lán)色，表明細(xì)菌產(chǎn)生淀粉酶；操作步驟：（1）將固體淀粉培養(yǎng)基溶化后冷卻至50℃左右，無(wú)菌操作制成平板；

（2）用記號(hào)筆在平板底部劃成4個(gè)部分；（3）將枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌分別在不同的部分接種，在平板的反面分別在4個(gè)部分寫(xiě)上菌名；

（4）將平板倒置在37℃溫箱中培養(yǎng)24h；（5）觀察各種細(xì)菌的生長(zhǎng)情況，打開(kāi)平板蓋子，滴入少量盧戈氏碘液于平板中，輕輕旋轉(zhuǎn)平板，使碘液均勻鋪滿(mǎn)整個(gè)平板；注：如菌苔周?chē)霈F(xiàn)無(wú)色透明圈，說(shuō)明淀粉已被水解，為陽(yáng)性。根據(jù)透明圈的大小可初步判斷該菌水解淀粉能力的強(qiáng)弱，即產(chǎn)生胞外淀粉酶活力的高低。

３微生物生理生化反應(yīng)－淀粉水解實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

淀粉水解實(shí)驗(yàn)結(jié)果舉例：菌名淀粉水解實(shí)驗(yàn)結(jié)果枯草芽孢桿菌＋大腸桿菌－金黃色葡萄球菌－銅綠假單胞菌＋（“+”表示陽(yáng)性，“-”表示陰性）

４微生物生理生化反應(yīng)－纖維素水解實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

纖維素水解實(shí)驗(yàn)原理：微生物對(duì)大分子物質(zhì)纖維素不能直接利用，必須依靠產(chǎn)生的胞外酶將大分子物質(zhì)分解后，才能被微生物利用。在液體培養(yǎng)基中濾紙條被分解發(fā)生斷裂；在固體培養(yǎng)基上，細(xì)菌降解后可形成水解斑，表明細(xì)菌產(chǎn)生纖維素酶；操作步驟：(1)制備培養(yǎng)基：配制無(wú)機(jī)鹽基礎(chǔ)培養(yǎng)基，并分裝于多支試管中，滅菌備用；在基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配方基礎(chǔ)上加入0.8%的纖維素粉和1.5%瓊脂配制培養(yǎng)基，滅菌后倒入平皿中凝固備用；

(2)標(biāo)記：將試管標(biāo)上細(xì)菌名稱(chēng)，并作空白對(duì)照；

(3)試管測(cè)試法：在試管培養(yǎng)基中，分別加入一條無(wú)菌的寬lcm長(zhǎng)為5-7cm的濾紙條。測(cè)定好氧菌，濾紙條有部分在培養(yǎng)基外面;測(cè)厭氧菌，則紙條完全浸在培養(yǎng)基中。把所有試管包括對(duì)照在37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)1周后觀察，濾紙條分解或折斷為陽(yáng)性，沒(méi)有變化為陰性；

(4)平皿測(cè)試法：用纖維素平板接種，同時(shí)接種不含纖維素的培養(yǎng)基作對(duì)照。均在37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)一周后觀察，菌落周?chē)型该魅殛?yáng)性，沒(méi)有透明圈為陰性。

５微生物生理生化反應(yīng)－油脂水解實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

油脂水解實(shí)驗(yàn)原理：脂肪水解后產(chǎn)生脂肪酸可改變培養(yǎng)基的pH，使pH降低，加入培養(yǎng)基的中性紅指示劑會(huì)使培養(yǎng)基從淡紅色轉(zhuǎn)變?yōu)樯罴t色，說(shuō)明細(xì)胞外存在脂肪酶。操作步驟：（1）將熔化的固體油脂培養(yǎng)基冷卻至50℃左右時(shí)，充分搖蕩，使油脂均勻分布，無(wú)菌操作倒入平板，待凝；（2）用記號(hào)筆在平板底部劃成4部分，分別在4部分表上菌名；

（3）用無(wú)菌操作將枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌分別劃十字線接種于平板的相對(duì)應(yīng)部分的中心；

（4）將平板倒置，37℃溫箱中培養(yǎng)24h；（5）取出平板，觀察菌苔顏色；注：如出現(xiàn)紅色斑點(diǎn)，說(shuō)明脂肪水解，為陽(yáng)性反應(yīng)。

５微生物生理生化反應(yīng)－油脂水解實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

油脂水解實(shí)驗(yàn)結(jié)果舉例：菌名油脂水解實(shí)驗(yàn)結(jié)果枯草芽孢桿菌－大腸桿菌－金黃色葡萄球菌－銅綠假單胞菌＋

６微生物生理生化反應(yīng)－糖發(fā)酵實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

糖發(fā)酵實(shí)驗(yàn)原理：?常用的鑒別反應(yīng)，在腸道細(xì)菌的鑒定上尤為重要，絕大多數(shù)細(xì)菌都能利用糖類(lèi)作為碳源，但在分解糖的能力上有很大的差異，有些細(xì)菌能分解糖產(chǎn)有機(jī)酸（如乳酸、醋酸、丙酸等）和氣體（如氫氣、加完、二氧化碳等），有些細(xì)菌只產(chǎn)酸不產(chǎn)氣；

?當(dāng)發(fā)酵產(chǎn)酸時(shí)，培養(yǎng)基中指示劑（溴甲酚紫）可由紫色（pH6.8）轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色（pH5.2）；氣體的產(chǎn)生可由倒置的德漢氏小管中有無(wú)氣泡來(lái)證明。

６微生物生理生化反應(yīng)－糖發(fā)酵實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

糖發(fā)酵實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用記號(hào)筆在各試管外壁上分別標(biāo)明發(fā)酵培養(yǎng)基的名稱(chēng)和所接種的細(xì)菌菌名；（2）取葡萄糖發(fā)酵培養(yǎng)基試管3支，分別接入大腸桿菌、普通變形桿菌，第三支不接種，作為對(duì)照。另取乳糖發(fā)酵培養(yǎng)基試管3支，同樣分別接入大腸桿菌、普通變形桿菌，第三支不接種，作為對(duì)照。在接種后，輕緩搖動(dòng)試管，使其均勻，防止倒置的小管進(jìn)入氣泡；（3）將接過(guò)種和作為對(duì)照的6支試管均置37℃中培養(yǎng)24~48h；（4）觀察各試管顏。

６微生物生理生化反應(yīng)－糖發(fā)酵實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

糖發(fā)酵實(shí)驗(yàn)結(jié)果舉例：糖類(lèi)發(fā)酵大腸桿菌普通變形桿菌對(duì)照葡萄糖發(fā)酵＋＋－乳糖發(fā)酵＋－－（“+”表示產(chǎn)酸或產(chǎn)氣，“-”表示不產(chǎn)酸、不產(chǎn)氣）

７微生物生理生化反應(yīng)－吲哚實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

吲哚實(shí)驗(yàn)原理：某些細(xì)菌可產(chǎn)生色氨酸酶，分解蛋白胨中的色氨酸產(chǎn)生吲哚和丙酮酸。對(duì)二甲基氨基苯甲醛遇吲哚形成玫瑰吲哚（紅色）；但并非所有的微生物都具有分解色氨酸產(chǎn)生吲哚的能力。色氨酸水解反應(yīng)：顯色反應(yīng)：

７微生物生理生化反應(yīng)－吲哚實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

吲哚實(shí)驗(yàn)操作步驟：

（1）將大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌分別接入2支蛋白胨水培養(yǎng)基中，置37℃培養(yǎng)48h；（2）向培養(yǎng)基內(nèi)加入3~4滴乙醚，搖動(dòng)數(shù)次，靜置1min，待乙醚上升后，沿試管壁徐徐加入2滴吲哚試劑。在乙醚和培養(yǎng)物之間產(chǎn)生紅色環(huán)狀物為陽(yáng)性反應(yīng)。

８微生物生理生化反應(yīng)－甲基紅實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

甲基紅實(shí)驗(yàn)原理：?甲基紅試驗(yàn)是用來(lái)檢測(cè)由葡萄糖產(chǎn)生的有機(jī)酸，如甲酸、乙酸、乳酸等。當(dāng)細(xì)菌代謝糖產(chǎn)生酸時(shí)，培養(yǎng)基就會(huì)變酸，使加入培養(yǎng)基中的甲基紅指示劑由橙黃色（pH6.3）轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色（pH4.2），即甲基紅反應(yīng)。

?盡管所有的腸道微生物都能發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生有機(jī)酸，但這個(gè)試驗(yàn)在區(qū)分大腸桿菌和產(chǎn)氣腸桿菌上仍然是有價(jià)值的。這兩個(gè)細(xì)菌在培養(yǎng)的早期均產(chǎn)生有機(jī)酸，但大腸桿菌在培養(yǎng)后期仍能維持酸性pH4，而產(chǎn)氣腸桿菌則轉(zhuǎn)化有機(jī)酸為非酸性末端產(chǎn)物，如乙醇、丙酮酸等，使pH升至大約6，因此，大腸桿菌為陽(yáng)性，產(chǎn)氣腸桿菌為陰性。

８微生物生理生化反應(yīng)－甲基紅實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

甲基紅實(shí)驗(yàn)操作步驟：（1）將大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌分別接入2支葡萄糖蛋白胨水培養(yǎng)基中，置37℃培養(yǎng)48h。（2）將1支葡萄糖蛋白胨水培養(yǎng)基培養(yǎng)物內(nèi)加入甲基紅試劑2滴，培養(yǎng)基變?yōu)榧t色者為陽(yáng)性，變?yōu)辄S色者為陰性。甲基紅實(shí)驗(yàn)結(jié)果舉例：

９微生物生理生化反應(yīng)－細(xì)菌V.P.實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

細(xì)菌V.P.實(shí)驗(yàn)原理：某些細(xì)菌能從葡萄糖→丙酮酸→乙酰甲基甲醇→2，3-丁烯二醇，在有堿存在時(shí)氧化成二乙酰，后者和蛋白胨中氨基酸的胍基化合物起作用，產(chǎn)生粉紅色的化合物。其反應(yīng)式為∶

９微生物生理生化反應(yīng)－細(xì)菌V.P.實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

細(xì)菌V.P.實(shí)驗(yàn)操作步驟：（1）制備培養(yǎng)基：按要求制備葡萄糖蛋白胨水培養(yǎng)基，然后各裝入5mL到20mL試管中滅菌備用；

（2）接種：將大腸桿菌和產(chǎn)氣腸桿菌分別接種于裝有葡萄糖蛋白胨水培養(yǎng)基的培養(yǎng)液中，置37℃培養(yǎng)48h；（3）結(jié)果觀察：取培養(yǎng)液1mL加入無(wú)菌的小試管中，加1mL40%NaOH和0.5mLα-萘酚，用力振蕩，在37℃恒溫培養(yǎng)箱中保溫15~30min后觀察其顏色變化；如培養(yǎng)液為紅色則V.P.試驗(yàn)為陽(yáng)性，黃色為V.P.試驗(yàn)陰性。

10微生物生理生化反應(yīng)－檸檬酸鹽實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

檸檬酸鹽實(shí)驗(yàn)原理：?細(xì)菌利用檸檬酸鹽的能力不同，如各種腸道細(xì)菌可利用檸檬酸為碳源，而大腸埃希菌則不能利用，故能否利用檸檬酸鹽是一項(xiàng)鑒別性特征；

?培養(yǎng)基中含有檸模酸鈉時(shí)，如微生物能將檸檬酸分解為CO2，則培養(yǎng)基中由于有游離鈉離子呈堿性，使培養(yǎng)基中酚紅指示劑由淡粉紅色變?yōu)槊倒寮t色以識(shí)別之。

10微生物生理生化反應(yīng)－檸檬酸鹽實(shí)驗(yàn)四、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)：微生物的生理生化反應(yīng)

檸檬酸鹽實(shí)驗(yàn)操作步驟：

（1）制備培養(yǎng)基：按要求制備檸檬酸鹽培養(yǎng)基，滅菌制備斜面?zhèn)溆茫?/p>

（2）接種：將試驗(yàn)菌大腸桿菌和產(chǎn)氣腸桿菌分別在斜面上劃線接種，置于37℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48h。

（3）結(jié)果觀察：若該菌能利用檸檬酸鹽，則可在此斜面上生長(zhǎng)并將培養(yǎng)基由原來(lái)的淡粉紅色變?yōu)槊倒寮t色，此為陽(yáng)性，顏色不變者為陰性。

１酶的概念和催化特點(diǎn)一、酶活性的調(diào)節(jié)

項(xiàng)目二微生物代謝的調(diào)節(jié)概念：催化功能的生物大分子，主要都是蛋白質(zhì)酶；酶催化特點(diǎn)：?高效性：比化學(xué)催化劑高107－1013倍；

?專(zhuān)一性：絕對(duì)專(zhuān)一(只催化一種底物)；相對(duì)專(zhuān)一(催化一類(lèi)底物)；立體異構(gòu)專(zhuān)一(只催化立體異構(gòu)體分子中的一個(gè))；

?反應(yīng)條件溫和：常溫、常壓、中性的pH；

?酶的活性、酶的合成受到調(diào)節(jié)。

２酶的分類(lèi)一、酶活性的調(diào)節(jié)

酶的分類(lèi)：按酶的組成分類(lèi)：?jiǎn)误w酶（一個(gè)活性多肽）、寡聚酶（多個(gè)亞基）、多酶復(fù)合體（多種酶彼此嵌合）；按酶的催化性質(zhì)分類(lèi)：氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂合酶、異構(gòu)酶、合成酶；按酶的結(jié)構(gòu)分類(lèi)：1.簡(jiǎn)單蛋白酶：活性取決于本身，如淀粉酶；2.結(jié)合蛋白酶：全酶=酶蛋白+輔助因子（多為金屬離子）

３酶的活性部位一、酶活性的調(diào)節(jié)

酶的活性部位：即酶的活性中心，與酶活力直接相關(guān)的區(qū)域，酶分子中能與底物特異性的結(jié)合并催化底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的區(qū)域；活性部位包括：結(jié)合基團(tuán)部位、催化基團(tuán)部位；

４微生物代謝調(diào)節(jié)的特點(diǎn)一、酶活性的調(diào)節(jié)

微生物代謝調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)：精確、可塑性強(qiáng)，細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)能力超過(guò)高等生物；成因：細(xì)胞體積小，所處環(huán)境多變；微生物細(xì)胞代謝是通過(guò)控制酶的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，分為酶合成的調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)酶分子的合成量）和酶活性調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)酶分子的活性）兩種。

５酶活性調(diào)節(jié)概述一、酶活性的調(diào)節(jié)

酶活性調(diào)節(jié)概念：?通過(guò)改變現(xiàn)成的酶分子活性來(lái)調(diào)節(jié)新陳代謝的速率的方式；

?是酶分子水平上的調(diào)節(jié)，屬于精細(xì)的調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)方式：酶活性的激活、酶活性的抑制

?酶活性的激活：在代謝途徑中后面的反應(yīng)可被較前面的反應(yīng)產(chǎn)物所促進(jìn)的現(xiàn)象；常見(jiàn)于分解代謝途徑；如：粗糙脈孢霉的異檸檬酸脫氫酶的活性受檸檬酸促進(jìn)；

?酶活性的抑制：主要指反饋抑制，當(dāng)某代謝途徑的末端產(chǎn)物（即終產(chǎn)物）過(guò)量時(shí)，該產(chǎn)物反過(guò)來(lái)直接抑制該途徑中第一個(gè)酶（關(guān)鍵酶）的活性，使整個(gè)反應(yīng)過(guò)程減慢或停止，從而避免末端產(chǎn)物的過(guò)多積累；

?特點(diǎn)：作用直接、效果快速、末端產(chǎn)物濃度降低時(shí)又可解除。

５酶活性調(diào)節(jié)概述一、酶活性的調(diào)節(jié)

酶活性調(diào)節(jié)分類(lèi)：

６酶活性調(diào)節(jié)－直線式代謝途徑中的反饋抑制一、酶活性的調(diào)節(jié)

直線式代謝途徑中的反饋抑制：最簡(jiǎn)單的反饋抑制類(lèi)型；

７酶活性調(diào)節(jié)－分支代謝途徑中的反饋抑制一、酶活性的調(diào)節(jié)

分支代謝途徑中的反饋抑制：情況較為復(fù)雜，為了避免在一個(gè)分支上的產(chǎn)物過(guò)多時(shí)不致同時(shí)影響另一分支上產(chǎn)物的供應(yīng)，微生物發(fā)展出多種調(diào)節(jié)方式：同工酶調(diào)節(jié)協(xié)同反饋抑制合作反饋抑制累積反饋抑制順序反饋抑制

８酶活性調(diào)節(jié)－同工酶調(diào)節(jié)一、酶活性的調(diào)節(jié)

同工酶調(diào)節(jié)：?催化相同的生化反應(yīng)，而酶分子結(jié)構(gòu)有差別的一組酶；

?意義：某一產(chǎn)物過(guò)量?jī)H抑制相應(yīng)酶活性，對(duì)其他產(chǎn)物沒(méi)影響。

９酶活性調(diào)節(jié)－協(xié)同反饋抑制一、酶活性的調(diào)節(jié)

協(xié)同反饋抑制：?分支代謝途徑中幾個(gè)末端產(chǎn)物同時(shí)過(guò)量時(shí)才能抑制共同途徑中的第一個(gè)酶的一種反饋調(diào)節(jié)方式；

?如：天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受賴(lài)氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋抑制和阻遏。

10酶活性調(diào)節(jié)－合作反饋抑