微生物代谢课件.ppt

,微 生 物 代 谢,分解代谢,分解代谢和能量的合成,一、碳水化合物的分解,主要淀粉酶的作用,1.淀粉,纤维素的分解,纤维素酶是一种复合酶，它是水解纤维素成纤维二糖和葡萄糖的一类酶的总称，包括c1酶、 cx酶（ -1 4 葡萄糖酶）和-葡萄糖苷酶（纤维二糖酶）三种。 真菌中绿色木酶产生的纤维素酶的活性最强。 细菌、放线菌中也有纤维素酶活性强的菌种。,3.果胶 半乳糖醛酸 -1，4 果胶酸,（二）二糖的分解（分解二糖的酶结合于细胞表面或存在于细胞内） 1.被相应水解酶分解成单糖； 2.被相应的磷酸化酶分解。,（二）单糖的分解,丙 酮 酸 代 谢,丙 酮 酸 代 谢,各类发酵途径,atp的产生,二、蛋白质的分解,三、核酸的分解,四、脂类物质的分解,五、其他物质的分解,合成代谢,微生物进行合成代谢的三个必要条件,atp的获得,nadph2的获得,简单小分子前体物质的获得,合成代谢,合成代谢,一、多糖的合成,1.多糖合成路径,多糖类物质的合成,多糖物质合成特点,多糖物质合成特点,不需要模板的指令，是由转移酶类的特异性来决定亚单位在多聚链上的次序。 合成的开始阶段需要引子（多糖的一个小片段），它作为添加单位的受体。 合成时由糖核苷酸作为糖基载体，将单糖分子转移到受体分子上，使多糖链逐步加长。,例：肽聚糖的合成,二、蛋白质的合成,三、核酸的合成,糖代谢中间产物,氨基酸,蛋白质,糖代谢中间产物,嘧啶、嘌呤核苷酸,核酸,四、脂类的合成,五、其他物质的合成,脂肪酸,甘油脂,分解和合成的关系,回补途径,初级代谢与次级代谢,emp途径,糖酵解途径（emp）,1,3-diphosphoglyceric acid,3-phosphoglyceric acid,2-phosphoglyceric acid,phosphoenolpyruvic acid,pyruvic acid,糖酵解途径（emp）,atp,葡萄糖的分解是从1，6-2p f开始的； 整个途径仅在第1，3，10步反应是不可逆的； emp途径中的特征酶是1，6-2p f 醛缩酶； 整个途径不消耗分子氧； emp途径的有关酶系位于细胞质中； g 2atp+2nadh2。,emp途径特点,emp途径特点,emp途径生理功能,emp途径生理功能,为菌体提供生理活动的atp、nadh； 其中间产物为菌体合成提供碳骨架； 在一定条件下可沿emp途径逆转合成多糖。,hmp途径,hmp途径,hmp途径的特点,5.hmp途径中的酶系定位于细胞质中。,hmp途径的特点,1. hmp途径是从6-p-g脱羧开始降解的；,2.该途径中有两种特征酶：转酮酶（tk）和转醛酶（ta）；,3.hmp途径一般只产生 nadph，不产生nadh；,4.是体内生成5-磷酸核糖的唯一代谢途径；,hmp途径生理功能,hmp途径生理功能,5-p-核酮糖可转化为1，5-2p-核酮糖，在羧化酶催化下固定co2，这对自养细菌很重要。,为生物合成提供多种碳骨架：5-磷酸核糖（合成核酸、合成辅酶的原料）；4-p-赤藓糖是合成芳香族氨基酸的前体。,为生物合成提供还原力：nadph是合成反应的供氢体；nadph在特异的转氢酶作用下可变为nadh，再经呼吸链氧化产能。,ed途径,glucose,glucose 6-phosphate,6-phosphogiuconic acid,2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconic acid,pyruvic acid,glyceraldehyde 3-phosphate,h2o,2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径（ed）,pyruvic acid,2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径（ed）,enp、hmp、ed途径在微生物中的分布,emp、hmp、ed等糖代谢途径在微生物中的分布（%）,wd途径,wd途径是warburg & dickens & horecker等人发现的，故称wd途径。 因其特征酶为磷酸解酮酶（phosphoketolase），故又称磷酸解酮酶途径。 包括磷酸戊糖解酮酶途径pk途径 磷酸己糖解酮酶途径hk途径,pk途径,hk途径,hk途径,hk途径,hk途径,丙酮酸的有氧去路,丙酮酸的有氧去路,tca循环,三羧酸循环的特点,三羧酸循环的特点：,循环反应在线粒体(mitochondrion)中进行，为不可逆反应。,每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成12分子atp。,循环的中间产物既不能通过此循环反应生成，也不被此循环反应所消耗。,三羧酸循环中有两次脱羧反应，生成两分子co2。,三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶系。,循环中有四次脱氢反应，生成三分子nadh和一分子fadh2。,循环中有一次底物水平磷酸化，生成一分子gtp。,三羧酸循环的生理意义,1.是糖、脂、蛋白质三大物质分解供能的共同通路。 2.是糖、脂、蛋白质三大物质互变的共同途径。,三羧酸循环的生理意义,呼吸,呼吸作用是大多数微生物用来产生能量的一种方式。与发酵相比，基质在氧化过程中放出的电子不是直接交给有机物，而是通过电子传递体系（一系列电子载体），最终交给电子受体的生物学过程。,有氧呼吸以分子氧为最终电子（和氢）受体的氧化作用。 无氧呼吸以无机氧化物（no3-、no2-、so4-、so3-等）作为最终电子（和氢）受体的氧化作用。,无氧呼吸,有机能源的氧化过程,有机能源的氧化过程,呼吸链,呼吸链（电子传递链）由许多电子和氢载体按它们的氧化还原电势升高的顺序排列起的链。在电子传递过程中伴随atp生成称为氧化磷酸化。,atp,有机能源的氧化过程,发酵,狭义的发酵仅仅是指微生物生理学意义上的，指微生物在无氧条件下分解利用底物代谢时，将有机物氧化过程中释放的电子直接转移给底物本身未彻底氧化的中间产物，生成代谢产物并释放能量的过程。,发酵（fermentation）,广义的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下利用营养物生长繁殖并生产人类有用产品的过程。,酵母乙醇发酵,酒精发酵,酵母菌的酒精发酵,酵母乙醇发酵,细菌乙醇发酵,细菌的乙醇发酵,参与微生物:运动发酵单胞菌,发酵途径:ed途径,甘油发酵,酵母第二型发酵（甘油发酵）,厌氧，培养基中加入亚硫酸盐（3%）时,酵母第三型发酵（甘油发酵）,醋酸发酵,好氧性的醋酸发酵好氧性的醋酸细菌,醋酸发酵,厌氧性的醋酸发酵厌氧性的醋酸细菌,乳酸发酵,乳酸发酵,同型乳酸发酵,双歧杆菌乳酸发酵：hk途径,2葡萄糖 + 5adp + pi,2乳酸 + 3醋酸 + 5atp,异型乳酸发酵,乳酸发酵,丁酸发酵：专性厌氧梭菌,丙酮-丁醇发酵,丁醇-异丙醇发酵,混合酸发酵和丁二醇发酵：肠杆菌中的一些细菌。产物有乳酸、乙酸、甲酸、乙醇、co2、h2、2，3-丁二醇等。,其它各类发酵,丙酸发酵：丙酸杆菌，产物除丙酸外，还有乙酸、co2,atp生物能量贮存与转移的中心站,蛋白质和氨基酸的分解,脱羧作用,脱氨作用,脱氨作用,氧化脱氨,水解脱氨,还原脱氨,直接脱氨,氧化还原脱氨（stikland反应）,嘌呤分解途径,嘌呤分解途径,嘧啶分解途径,嘧啶的分解途径,酯类的分解,酯类的分解,-氧化途径,其他物质的分解,rcocoa + ch3cocoa,-氧化途径,能 量 的 产 生 （atp的获得）,能量的产生,微生物的营养类型,有氧呼吸,无氧呼吸,无氧呼吸类型,无机物氧化产能,两种光和作用比较,单体物质的合成,单体物质的合成-单糖的合成,单糖：通过emp途径逆行而合成6-p-g，然后再转化为其它的糖。,葡萄糖转化成其它单糖： 在磷酸葡萄糖的水平上互变,在核苷二磷酸水平上互变,特例：自养微生物通过卡尔文循环固定co2产生6-p-f；专门利用甲烷作为碳源的甲基营养型细菌将甲烷同化为细胞物质,氨基酸的合成,氨基酸碳架来源：糖分解代谢过程产生的中间产物,3-p-甘油醛：ser、cysh、gly 4-p-赤藓糖+磷酸烯醇式丙酮酸：trp、tyr、phe 丙酮酸：ala、val、leu -酮戊二酸：glu、gln、pro、arg、lys（真菌中） 草酰乙酸：asp、asn、met、thr、ile、lys（细菌中） 5-p-核酮糖+atp：his,单体物质的合成-氨基酸的合成,氨的来源,氨的来源：,直接从外界环境吸收； 体内含氮化合物的分解； 通过固氮作用合成； 由硝酸还原作用。,氨基酸合成途径,氨基化作用：-酮酸与氨反应形成相应氨基酸。,氨基酸合成途径,1.还原性氨基化反应,2.直接氨基化,转氨基作用,由初生氨基酸合成次生氨基酸,嘧啶核苷酸的合成,嘧啶核苷酸的合成,由各种小分子化合物全新合成尿嘧啶核苷酸，然后再转化成其它嘧啶核苷酸,嘧啶核苷酸的合成,嘧啶核苷酸的合成,嘌呤核苷酸的合成,嘌呤核苷酸的合成,嘌呤核苷酸的合成,嘌呤核苷酸的合成,碱基、核苷和核苷酸的相互转换,由自由碱基或核苷组成相应的核苷酸（需外源供给碱基或核苷）,脱氧核糖核苷酸,脱氧核糖核苷酸,脂肪酸的合成,脂肪酸的合成,脂肪酸的合成,脂肪酸的合成（丙二酰-coa途径）,肽聚糖的合成,肽聚糖的合成,1.udp-nag的合成,肽聚糖的合成,2.udp-nam的合成,3.udp-nam-五肽,4.组装和运载：在细胞膜上完成合成基本重复单位。,5.肽聚糖的交联,蛋白质合成,蛋白质合成,氨基酸的活化,接 trna,合成,甘油脂的合成,甘油脂的合成,吸收、分解及合成作用的关系,吸收、分解及合成作用的关系,体外聚合物（多糖类、蛋白质、核酸、脂肪等）,胞外酶水解,体外简单营养基质（单糖、氨基酸、嘌呤、嘧啶、核糖、脂肪酸、甘油等）,回补途径,回补途径,异养型co2固定,乙醛酸循环途径,乙醛酸循环途径,甘油酸途径,甘油酸途径,初级代谢,初级代谢,初级代谢：指能使营养物质转变成机体的结构物质或机体具有生理活性作用的物质或为机体生长提供能量的一类代谢。,初级代谢产物：包括供机体进行生物合成的各种小分子前提物、单体与多聚物质以及在能量代谢和代谢调节中起作用的各种物质。,次级代谢,次级代谢,次级代谢：指存在于某些生物中并在它们一定的生长时期内出现的一类代谢类型，其代谢产物对产生菌的生理功能不清楚，且非微生物生活所必需，也不是酶活性所必需的物质，它们是微生物细胞正常代谢途径不畅通时增加的支路代谢而产生的物质。,次级代谢产物：如抗生素、生长刺激素、生物碱、毒素、色素等，它们在产生菌本身中的生理作用还不了解，但对人类、动物和植物有重要作用。,初级代谢与次级代谢的比较,初级代谢与次级代谢的比较,初级代谢,次级代谢,存在于一切生物体中的基本代谢类型,某些生物体中特殊的代谢类型,代谢产物主要是氨基酸、核苷酸、维生素和各种有机酸等小分子化合物，用来构成有机体生存所需的大分子物质。如过程受阻，则生长停止或死亡。,代谢产物结构一般较为复杂，具有明显的种属特异性，且对微生物生存、生长及繁殖非必需，但在自然环境中对产生菌的存活还是有益的。如代谢受阻，不影响有机体的生命。,代谢途径在各类生物体中基本相同,代谢途径和产物因菌种而异，可来自多种合成途径，往往以初级代谢中间产物形成前体，经聚合、修饰而成。,代谢过程始终存在于活体中，与生物生长呈平行关系。,一般在生长后期开始,遗传受核dna控制，对环境条件的敏感性小，遗传稳定性大,受核dna和质粒dna控制，对环境条件敏感。,初级代谢是次级代谢的基础,次级代谢是初级代谢的继续与发展,次级代谢可能的生理功能,维持初级代谢的平衡； 是贮藏物质的一种形式； 使菌体