微生物合成代谢与分解代谢的联系ppt课件

第五章微生物的代谢和发酵，1，新陈代谢(metabolism)简单地称为代谢，是活细胞中发生的各种分解代谢(catabolism)和合成代谢(anabolism)的联合分解代谢，是复杂的有机物分子通过分解代谢酶系统的催化而形成的简单分子，腺苷三磷酸合成代谢也称为同化作用，与分解代谢不同，是指简单小分子、ATP形式的能量、H形式的还原力合成复合生物大分子的过程，是合成酶的催化作用。2，新陈代谢=分解代谢合成代谢，3，微生物的能量代谢，新陈代谢的核心问题是能量代谢，4，从属营养微生物的生物氧化和生产力，5，以生物氧化的形式，失去某种物质和氧的结合，脱氢或电子的三种生产化的过程，脱氢(或电子)，氢转移(或电子) 作为基质脱水的四个主要途径，各有脱氢、产能功能，也有以合成反应为原料生产各种形式的小分子中间代谢物质的功能。 HMP、7、EMP路径(emdem-Embdem-Meyer Hof-parnas path way)、糖酵解路径(glycolysis)或己烷二磷酸路径(hexosediphosis) 2nadh h可在好氧条件下通过呼吸链的氧化磷酸化生成6ATP，在厌氧条件下通过还原植酸生成乳酸，或通过还原丙酮酸生成脱羧产物3354乙醛生成乙醇，11，EMP途径以1分子葡萄糖为基质约10步反应后生成2分子丙酮酸和2分子ATP的过程在总反应中处于两个阶段(能耗和生产力) 通过反向反应实现多糖合成的整个EMP途径的生产效率很低。也就是说，每个葡萄糖分子仅产生2个ATP，但生成的各种中间代谢体不仅提供了用于合成反应的原材料，还起到了连接很多代谢途径的作用。13，糖1磷酸途径，有时被称为戊糖磷酸途径(碳代重排途径)的HMP途径。这将使葡萄糖完全氧化，不经过EMP途径和TCA途径，产生大量NADPH h形式的还原力和多种重要的中间代谢途径。，14，无氧参与，15，16，HMP路径净效果如下：产生的五碳糖磷酸和还原力(nad ph h h)的比率，是1: 2，6，17，hmp途径的重要意义，为核苷酸和核酸的生物合成提供了多碳糖-磷酸的NADPH2形式的还原剂。这是通过EMP途径和此途径从果糖-1，6-二磷酸和甘油-3-磷酸的连接，戊糖的需要作为将二氧化碳固定为独立营养微生物的介质(Calvin循环)，因为C3-C7中的各种糖分在反应中存在，具有HMP途径的微生物的碳源是通过此途径更广泛地使用而产生的重要发酵产物，例如在其他生物中，葡萄糖仅4阶反应就能在EMP通路10阶内得到的丙酮酸，19，20，ED通路中的重要反应是2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖的分解，21，ED通路使用葡萄糖的反应阶段简单，生产力低(1分子葡萄糖只生产1分子ATP)。 EMP途径的一半)，反应中有6碳的主要中间代谢物质KDPG(2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸)，2分子丙酮酸不同。生成的丙酮酸可从微好氧细菌中脱去乙醛，乙醛由NADH2还原为乙醇。这也称为细菌酒精发酵，ED途径，22，23，三羧酸循环，TCA循环。这在大部分从属营养微生物的氧化(呼吸)代谢中起着关键作用，大部分TCA循环酶存在于细胞质内。24，25，26，27，28，(2)氢和氢进行的生物氧化可分为三种类型的呼吸、厌氧呼吸和发酵，29，1，呼吸是最常见、最重要的生物氧化或能力的一种形式。气质以一般的方式脱氢后，脱落的氢通过完整的呼吸链(电子传递链)传递，最终被外源分子氧接收，产生水，释放ATP形式的能量，这是其特点。呼吸链：位于原核细胞膜或真核生物线粒体膜上的一系列氧化还原电位分级的链状氢(或电子)载体。功能：(1)将氢或电子从低氧化还原电位的化合物传递并还原到高氧化还原电位的分子氧或其他武器，有机氧化物。(2)与氧化磷酸化反应相结合，能产生ATP形式的能量。氧化磷酸化(电子传递磷酸化):与呼吸链中的氢传递(或电子)以及氢处理和磷酸化反应相结合，产生ATP。30，31，化学渗透假说的要点：在a氧化磷酸化过程中，通过后吸收系统的作用，将基质分子中的质子从膜的内部向外传递，导致质子在膜两边分配的不平衡。也就是说，质子的拔模差异形成，这种拔模差异是产生ATP能量的来源。b proton通过ATP酶的作用，在将质子从膜的外部运送回膜的内部时，在消除质子梯度差异的同时合成ATP。32，2，厌氧呼吸：呼吸链末端的氢受体也称为厌氧呼吸，是外源无机氧化物(分别为有机氧化物)的生物氧化。其特点是基质通常脱氢后通过部分呼吸链输送氢气，最终被氧化无机物(分别为有机物延后产物)接收氢气。33，(1)硝酸盐呼吸在好氧或厌氧条件下，微生物将硝酸盐用作氮源营养品，被称为同化性硝酸盐还原作用。在厌氧条件下，一些厌氧微生物将硝酸盐用作呼吸链末端的氢受体，还原亚硝酸盐、NO、N2O、N2的过程，这称为异化硝酸盐还原作用，即尼盐呼吸。3，发酵：在生物氧化或能量代谢方面，在没有氧气的条件下，基质脱氢后产生的还原力H，不经过呼吸链的传递，直接传递给内源性中间代谢产物的一种低能反应。(1)在EMP途径中使用丙酮酸发酵：酵母的酒精发酵，通过相同的乳酸发酵(2) HMP途径发酵：通过形状的乳酸发酵(3)通过ED途径发酵：细菌的酒精发酵(4)氨基酸发酵能力 stickl和Clostridium PPS这种独特的发酵类型，以一种氨基酸作为氢供体，另一种氨基酸作为氢受体，实现生物氧化能力，称为Stickland反应。34，(5)发酵能力反应：能力机制直接从代谢中间产物(如基质水平磷酸化，能力水平低基质水平磷酸化：磷酸肌醇丙酮酸)的磷酸组转移到ADP分子，形成ATP。35，2，自生微生物为ATP和生产还原力，36，(1)自养微生物，37，化学独立营养微生物的能量代谢特性：教材P120，38，(2)光能营养微生物，1，循环光合磷酸化：厌氧光合细菌特征：(1)在光能的主动作用下，电子退出细菌绿色分子，通过呼吸链等循环，然后返回细菌绿色色素，其间ATP生成；(2)生产ATP和生产还原力H分开进行。(3)还原力来自H2S和其他无机氢供体。(4)不产生氧气。39，40，2，非循环光合作用磷酸化是利用多种绿色植物、藻类、蓝色细菌共享的光能生成ATP的磷酸化反应。特征：(1)电子传递途径是非循环的。(2)在有氧条件下；(3)在两个光合系统(4)反应中，ATP(系统1生产)还原力和氧生成(5)还原力NADPH2的H是H2O分子光解后的H和e-。每个光合系统都是光合作用单位，两个光合作用系统中光合作用色素的组成和比例不同，一个光合作用单位由光捕获复合物和一个反应驱动复合物组成。光浦琳复合物吸收光子后，引起最长波长的细菌绿汀(P870)被激活，传送到反应中心，处于此状态的P870释放高能电子。41，在光合系统1中，叶绿素分子P700吸收光子后激活，释放能量电子。这种高能电子被传递并还原为苯氧蛋白质(Fd)。还原的氧化铁蛋白将NADP还原为NADPH，将P700中的电子还原为光合系统2。在光合作用系统2中，叶绿素分子P680吸收光子，然后传递到辅酶q，传递到光合作用系统1，还原P700，失去电子的P680用水的光解产生的电子补充。42，3，光介导的ATP合成嗜热紫色膜，通过对无氧条件下利用光能生成的紫色膜蛋白的黄色醛辅助基础结构的变化，使质子继续从膜外驱，在膜两侧建立质子迁移电位，从而促进ATP酶合成ATP，即光介导ATP合成。43，2节分解代谢与合成代谢的连接，44，1，在两用调节途径分解代谢和合成代谢中均起作用的调节途径称为两用调节途径。45，2，代谢产物补充顺序是指补充两用代谢途径的合成代谢消耗的中间产物的反应。EMP路径和TCA循环中的代谢产物补充主要围绕两个重要的中间代谢产物：EMP路径中的依诺丙酮酸(EPP)和TCA循环中的依赖酸(OA)。46、乙醛酸循环的意义：作为TCA循环的恢复途径，提供高效的生产力功能，为许多重要的生物合成提供与中间代谢产物相关的功能，同时对一些以乙酸为唯一碳源的微生物起着非常重要的作用。47、第三节微生物独特的合成代谢途径实例1，将CO2固定在自生微生物的CO2固定微生物中的4种方法：卡尔文循环、厌氧乙酰-CoA途径、反TCA循环和羟基丙酸途径。(a)卡尔文周期是光能自养生物和自养生物固定CO2的主要方法。核酮二磷酸羧化酶和磷酸核酮糖基激酶是该途径的两种固有酶。这个周期是羧化反应，还原反应，CO2受体再生，48，(2)厌氧乙酰-CoA途径非循环方式，主要在一些自身营养细菌中发现，例如乙酸生产，产甲烷细菌。49，(3)反TCA周期也称为还原TCA周期，通过反TCA周期固定二氧化碳，存在于绿色硫细菌中。50，(4)羟基丙酸途径少数绿色硫细菌使用H2或H2S作为电子捐赠者，在滋养生活中具有特有的固定CO2机制。51，2，生物固氮定义教材P133 (1)固氮微生物由三大群组成：自生固氮细菌(azotobacter)、共生固氮细菌(rhizobia)、结合固氮细菌(enoto bacter)偶氮酶(成分)和偶氮酶还原酶(成分)，成分I是钼铁蛋白、复合、活化和还原N2的功能，称为成分 (ferritin)的实际偶氮酶还原酶，在成分I中传递电子的功能上2，用乙炔还原法测定氮分解酶活性和乙炔(2)结构保护：在高氧分压下，氮酶没有固氮活性，但形成防止氧气伤害的特殊结构。2、蓝细菌氮分解酶的抗氧化保护机制(1)与特殊还原性外星人细胞分化：壁厚，氧生产光合系统不足2，超氧化物歧化酶活性高，解除氧中毒的功能，呼吸强度高。(2)非事件细胞蓝细菌氮分解酶保护时间划分，氧生产的光合系统2，超氧化物歧化酶活性提高等。3、豆科植物根瘤菌氮分解酶抗氧剂根瘤菌固氮，分化成固氮活性强的菌体，二菌体内外都有独特的大豆血红蛋白，大豆血红蛋白通过氧化状态和还原状态的变化起到缓冲作用，使O2保持低而稳定。54，3，微生物结构大分子肽聚糖的生物合成，55，2，N-乙酰细胞壁酸合成的“Park”核苷酸，56，(2)细胞膜中肽聚糖单体脂质载体的合成：11个异戊二烯，57，(3)细胞膜外合成，58，青霉素的抗菌机制，4，微生物次代谢产物的合成次代谢产物，是指特定微生物生长到稳定时期后，结构简单，新陈代谢明显，产量大的次代谢产物为前驱体，通过复杂的次代谢途径合成的多种复杂化学物质。59，2，在代谢调节发酵产业中应用(a)利用营养不足菌株进行正常反馈调节1，赖氨酸发酵，4节微生物的代谢调节和发酵生产1，利用微生物的代谢调节组合酶，诱导酶，60，(2)利用反馈调节解除突变株的反馈调节，61，(2)添加适量的青霉素可提高谷氨酸产量。2、油酸缺陷菌株通过细胞