《微生物代谢》课件.ppt

第五章微生物的代谢,2学时,本章重点：微生物的产能代谢：发酵、有氧呼吸、无氧呼吸，酵母菌乙醇发酵，次级代谢初级代谢。,一、代谢调节二、微生物产能代谢三、耗能代谢,新陈代谢（metabolism）简称代谢，是活细胞内发生的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢(anabolism)的总和。,第一节代谢概论,分解代谢和合成代谢的关系,第二节微生物的产能代谢,能量代谢是新陈代谢的核心问题,最初能源,有机物,化能异养菌,日光,光能营养菌,无机物,化能自养菌,通用能源（ATP）,一、异养微生物的生物氧化和产能,生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢和失去电子3种,生物氧化就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应,生物氧化的过程有脱氢（或电子）、递氢（或电子）、和受氢（或电子）3个阶段。,产能（ATP）生物氧化的功能：产还原力H产小分子中间代谢物,呼吸生物氧化的类型：无氧呼吸发酵,（一）发酵,1、EMP途径,2、HMP途径,3、ED途径,4、WD途径（磷酸解酮酶途径）,发酵(fermentation)是指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。,5、葡萄糖的直接氧化作用,1、EMP途径（糖酵解）,2、HMP途径,3、ED途径,ED途径的特点：特征反应为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛特征性酶是2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶2分子的丙酮酸来源不同1mol葡萄糖经途径只产生1molATP,4、WD途径WD途径是由沃勃（Warburg）、狄更斯（Dickens）、霍克（Horecker）等人发现的，故称WD途径。由于WD途径中的特征性酶是磷酸解酮酶（Phosphoketolase），所以又称磷酸解酮酶途径。把具有磷酸戊糖解酮酶的称为PK途径，而把具有磷酸己糖解酮酶的称为HK途径。,WD途径,PK途径,HK途径,5、葡萄糖直接氧化途径有些假单胞菌属（Pseudomonas)、气杆菌属(Aerobacter)、醋杆菌属(Acetobacter)的某些菌不具备己糖激酶，不能将葡萄糖磷酸化，但具有葡萄糖氧化酶，能利用空气中的氧，把葡萄糖直接氧化成葡萄糖酸再经磷酸化进行降解。,葡萄糖直接氧化途径图,Stickland反应,某些厌氧梭菌如生孢梭菌（Clostridiumsporogenes）等，可把一些氨基酸当作碳源、氮源和能源。这是以一种氨基酸作氢供体，另一种氨基酸作为氢受体进行生物氧化并获得能量的发酵产能方式。后将这种独特的发酵类型，称为Stickland反应。,Clostridiumsporogenes中以丙氨酸为供氢体和以甘氨酸为受氢体的Stickland反应,1、有氧呼吸（aerobicrespiration）,又称好氧呼吸，是一种最普遍又最重要的生物氧化或产能方式，其特点是底物常规方式脱氢后，脱下的氢经完整的呼吸链又称电子传递链传递，最终被外源分子氧接受，产生了水并释放出ATP形式的能量。,（二）、呼吸作用,TCA循环,2、无氧呼吸（anaerobicrespiration）,又称厌氧呼吸，指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物的生物氧化。特点是底物经常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢，最终由氧化态的无机物或有机物受氢，并完成氧化磷酸化产能反应。,硝酸盐呼吸：以硝酸盐作为最终电子受体的生物学过程，也称为异化性硝酸盐还原作用（Dissimilative）。,（1）硝酸盐呼吸,（2）硫酸盐呼吸,硫酸盐呼吸：是一类称作硫酸盐还原细菌的严格厌氧菌在无氧条件下获取能量的方式，其特点是底物脱氢后，经呼吸链递氢，最终由末端氢受体硫酸盐受氢，在递氢的过程中与氧化磷酸化相偶联而获得ATP。,（3）硫呼吸,硫呼吸：以无机硫作为呼吸链的最终氢受体产生H2S的生物氧化作用,（4）铁呼吸,铁呼吸：呼吸链的末端受体是Fe3+。,（5）碳酸盐呼吸,碳酸盐呼吸：呼吸链的末端氢受体是CO2或重碳酸盐。,（6）延胡索酸呼吸,延胡索酸呼吸：呼吸链的末端氢受体是延胡索酸，琥珀酸是还原产物。,二、自养微生物产ATP和产还原力,（一）化能自养微生物,还原CO2所需要的ATP和H是通过氧化无机物而获得的,NH4+、NO2-、H2S、S0、H2、Fe2+等,呼吸链的氧化磷酸化反应,硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌等属于化能自养类型,（二）光能自养微生物,光能自养微生物,产氧,不产氧,真核生物：藻类及绿色植物,原核生物：蓝细菌,真细菌：光合细菌,古细菌：嗜盐菌,一、微生物独特的合成代谢途径,（一）、生物固氮,微生物将氮还原为氨的过程称为生物固氮,具有固氮作用的微生物近50个属，包括细菌、放线菌和蓝细菌,根据固氮微生物与高等植物以及其他生物的关系，可以把它们分为三大类,自生固氮菌,共生固氮菌,联合固氮菌,第三节耗能代谢,（二）、肽聚糖的合成,肽聚糖是绝大数原核生物细胞壁所含有的独特成分；它在细菌的生命活动中有着重要的功能。它是许多重要抗生素作用的物质基础。,根据反应部位的不同可分成三个合成阶段,（三）、微生物次生代谢物的合成,1.概念,次生代谢物是指某些微生物生长到稳定期前后，以结构简单、代谢途径明确、产量较大的初生代谢物作前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的结构复杂的化学物。,2.种类,毒素,生物碱,色素,抗生素,信息素,生长素,3.途径,糖代谢延伸途径,莽草酸延伸途径,氨基酸延伸途径,乙酸延伸途径,核苷酸、糖苷类、抗生素等,氯霉素等,抗生素、环丝氨酸等,抗生素