微生物的代谢metabolismof

Chapter 微生物的代谢MetabolismofMicroorganisms Metabolism Catabolism Anabolism Energy yieldingnutrientsCarbohydratesFatsProteins Catabolism Energy poorendproductsCO2 H2O NH3 CellmacromoleculesProteins Polysaccharides Lipids Nucleicacids PrecursormoleculesAminoacids Sugars Fattyacids Nitrogenousbases Anabolism ATP RelationshipbetweenEnergyandMetabolism Energyclassesofbacteria lightenergysourceorchemicalenergysource Highenergycompounds batteryforcells PEP 乙酰磷酸盐 一 微生物的产能代谢 生物氧化 物质在生物体内经过一系列氧化还原反应逐步释放能量的过程 物质 ATP 合成代谢 生物运动 发光 产热 主动运输 1 异养微生物的生物氧化 发酵作用 fermentation 呼吸作用 respiration 有氧呼吸 无氧呼吸 A发酵作用 fermentation 微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物 同时释放能量并产生各种不同的代谢产物发酵作用不需要外界提供电子供体 糖的发酵 有机酸的发酵 氨基酸的发酵 EMPpathwayHMPpathwayEDHK PK 糖酵解 Glycolysis EMPpathwayEmbden Meyerhofpathway HMPpathwayHexosemonophosphatepathwayPentosephosphatepathway PPP EDpathway Entner Doudoroffpathway EDpathway Pseudomonassaccharophila Hexokinase Glucose 6 phosphatedehydrogenase 6 phosphogluconatedehydrogenase KDPGaldolase 磷酸解酮酶途径 PKpathway PK HKpathway Pyruvate Acetaldehyde Ethanol 乙醇 Lactate 乳酸 NADH CO2 2 3 Butanediol丁二醇 Butyrate丁酸 Isopropanol 异丙醇 Propionate 丙酸 Butanol 丁醇 酵母的三种发酵类型 型发酵 型发酵 型发酵 乳酸的三种发酵方式 同型发酵 乳酸 异型发酵 乳酸 乙醇 乙酸 双歧发酵 乙酰磷酸 丁糖 4 磷酸乙酰磷酸 甘油醛 3 磷酸 同型发酵 双歧发酵 异型发酵 B呼吸作用 微生物在降解底物过程中 将释放出的电子交给NAD P FAD或FMN等电子载体 再经过电子传递系统传给外源电子受体 从而生成水或者其他还原性产物并释放能量的过程 无氧呼吸与发酵作用 有氧呼吸aerobicRespiration 以O2作为最终电子受体 无氧呼吸AnaerobicRespiration 以氧化型化合物作为最终电子受体 又称厌氧呼吸 2 自养微生物的生物氧化 光能自养微生物 化能自养微生物 光能自养微生物 产氧光能自养微生物 蓝藻 蓝细菌 不产氧光能自养微生物 紫细菌 绿细菌 化能自养微生物 硝化细菌和亚硝化细菌 NH3 NO2 NO3 e O2 ATP 氨的氧化 硫杆菌 Thiobacillus 硫球菌 Thiosphaera 硫的氧化 AcidMineDrainage Thiobacillusferrooxidans 氢氧化细菌 氧化亚铁硫杆菌 能量转换 三 微生物的耗能代谢TheUseofEnergyinBiosynthesis 微生物利用生物能合成细胞物质及其他耗能代谢的过程 细胞物质的合成 其他生理过程 1 细胞物质的合成 A CO2的固定 fixationofCO2 途径1 Calvincycle 为多数光合 微 生物采用 如绿色植物光合细菌 紫细菌 绿细菌等 6CO2 18ATP 12NADPH G 18ADP 12NADP 18Pi Calvincycle TheCalvinCycle 途径2 ReductiveTCAcycle 绿色细菌 绿菌属 Chlorobium Hydrogenobacterthermophilus Desulfobacterhydrogenophilus 4CO2 3ATP 2NADPH FADH2 Oxaloacetate 3ADP 2NADP FAD 途径3 ReductiveAcetylCoApathway Clostridiumthermoaceticum Acetobacteriumwoodii Methanobacteriumthermoautotrophicum Defulfobacteriumautotrophicum ReductiveAcetylCoApathway 途径4 3 Hydroxypropionatecycle 3 羟基丙酸 盐 途径 非硫光合细菌 Chloroflexus 3 Hydroxypropionatecycle B 氮的同化 Thenitrogencycle 生物固氮 固氮菌属 Azotobacter 根瘤菌 Rhizobium Clostridiumpasteurianum N2 6e 6H 21ATP 2NH3 21ADP 21Pi 三叶草根瘤 根瘤的形成过程 1 植物和细菌的正确识别和细菌附着的根毛处2 细菌形成一条感染线侵染根毛3 通过感染线进入主根4 在植物细胞内 形成变性的细菌细胞 类菌体 同时开始固氮5 植物和细菌形成根瘤 豌豆根部共生作用 固氮菌 固氮酶 固氮酶 固氮酶对氧敏感 固氮必须在严格的厌氧条件下进行 C Biosynthesisofaminoacid Aminoacid CO2 H2O 戊糖磷酸途径 葡萄糖 葡糖 6 磷酸 3磷酸 甘油酸 丙酮酸 三羧酸循环乙醛酸循环 核糖 5 磷酸 酵解 组氨酸 色氨酸苯丙氨酸酪氨酸 丝氨酸半胱氨酸甘氨酸 亮氨酸异亮氨酸缬氨酸丙氨酸 草酰乙酸 酮戊二酸 天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸苏氨酸 微生物和植物可以合成所有类型氨基酸 谷氨酸谷氨酰胺赖氨酸精氨酸脯氨酸 D Synthesisofnucleicacid 嘌呤核苷酸的合成 小分子 IMP GMP AMP base 核苷 4 微生物代谢的调节 微生物的各种代谢途径都是在酶的催化下进行的 微生物代谢的调节主要是通过控制酶的作用实现的 微生物代谢的调节 酶活性的调节 酶化学水平上发生 微调 酶合成的调节 遗传学水平发生 粗调 A 酶活性的调节 通过分子构象或分子结构的改变来调节催化反应速率 multienzymesystem C分支合成途径调节 A B D E Y F G Z 同工酶反馈抑制 C 5 微生物次级代谢产物 次级代谢产物的种类 抗生素 激素 生物碱 毒素 维生素 次级代谢的特点