《微生物代谢重点》课件

1、微生物代谢重点课件 第五章第五章 微生物的新陈代谢微生物的新陈代谢 微生物代谢重点课件 代谢概论代谢概论 代谢（代谢（metabolism）：）： 推动一切生命活动的动力源，细胞内发生的各种推动一切生命活动的动力源，细胞内发生的各种 化学反应的总称。化学反应的总称。 代谢代谢 分解代谢分解代谢(catabolism) 异化作用异化作用 合成代谢合成代谢(anabolism) 同化作用同化作用 复杂分子复杂分子 （有机物）（有机物） 分解代谢分解代谢 合成代谢合成代谢 简单小分子简单小分子ATPH 新陈代谢的本质既存在高度的统一性，又存在明显的多样性。新陈代谢的本质既存在高度的统一性，又存在明显

2、的多样性。 微生物代谢重点课件 微生物代谢重点课件 微生微生 物产物产 生和生和 利用利用 能量能量 及其及其 与代与代 谢的谢的 关系关系 图图 微生物代谢重点课件 葡萄糖降解代谢途径 生物氧化： 发酵作用 产能过程 呼吸作用（有氧或无氧呼吸） 1、化能异养微生物的生物氧化与产能 第一节第一节 微生物的产能代谢微生物的产能代谢 将最初能源转换成通用的ATP过程 微生物代谢重点课件 生物氧化的生物氧化的形式形式：某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种：某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种 生物氧化的生物氧化的功能功能为：为： 产能（产能（ATP）、产还原力）、产还原力HH和产小分子中间代谢物和产小分子中

3、间代谢物 自养微生物利用无机物自养微生物利用无机物 异养微生物利用有机物异养微生物利用有机物 生物生物 氧化氧化 能量能量 微生物直接利用微生物直接利用 储存在高能化合物（如储存在高能化合物（如ATP）中）中 以热的形式被释放到环境中以热的形式被释放到环境中 生物氧化的生物氧化的过程过程：脱氢、递氢和受氢三种：脱氢、递氢和受氢三种 微生物代谢重点课件 2、化能自养微生物的生物氧化与产能 通常是化能自养型细菌，一般是好氧菌。 利用固定C02作为它们的碳源。其产能的途径主要也是 借助于无机电子供体(能源物质)的氧化，从无机物脱下 的氢(电子)直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生ATP。 代谢特点 1）

4、无机底物脱下的氢（电子）从相应位置 直接进入呼吸链 2）存在多种呼吸链 3）产能效率低； 4）生长缓慢，产细胞率低。 微生物代谢重点课件 3、光能自养或异氧微生物的产能代谢 指具有捕捉光能并将它用于合成ATP和产生NADH或 NADPH的微生物。 分为不产氧光合微生物和产氧光合微生物 。 前者利用还原态无机物H2S，H2或有机物作还原C02的 氢供体以生成NADH和NADPH。后者由H2O分子光解产物 H和电子形成还原力(NADPH+H) （还原型烟酰胺腺嘌呤二还原型烟酰胺腺嘌呤二 核苷酸磷酸核苷酸磷酸） 微生物代谢重点课件 10 步反应 乙醛乙醇：无氧 与TCA连接，将丙酮酸彻 底氧化成二氧

5、化碳和水 微生物代谢重点课件 微生物代谢重点课件 分为两个阶段： 1、3个分子6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脱氢 酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶等催化下经氧化脱 羧生成6个分子NADPH+HNADPH+H+ +，3个分子COCO2 2和3个分 子5-磷酸核酮糖 2、5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖在转酮酶和转醛酶催化下使部 分碳链进行相互转换，经三碳、四碳、七碳和 磷酸酯等，最终生成2分子6-磷酸果糖和1分子 3-磷酸甘油醛（中间产物：核糖-5-磷酸和木酮 糖-5-磷酸）。 2）HMP 途径（戊糖磷酸途径、己糖一磷酸途径戊糖磷酸途径、己糖一磷酸途径） 微生物代谢重点课件 微生物代谢重点课

6、件 6 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸+12NADP+6H2O 5 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸+12NADPH+12H+6CO2+Pi 6C6 ATP 12NADPH+H+ 6C5 6CO2 经呼吸链经呼吸链 36ATP 5C6 35ATP 重新合成己糖重新合成己糖 微生物代谢重点课件 微生物代谢重点课件 3）ED（KDPG）途径 2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途径 1952年 Entner-Doudoroff ：嗜糖假单胞菌嗜糖假单胞菌 过程： （4步反应） 1 葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖 6-磷酸-葡糖酸 KDPG 6-磷酸-葡萄糖-脱氢酶 3-磷酸-甘油醛 + 丙酮酸 KDPG醛缩酶

7、醛缩酶 特点: a、步骤简单 b、产能效率低：1 ATP c、关键中间产物 KDPG，特征酶：KDPG醛缩酶 细菌：铜绿、荧光假单胞菌,根瘤菌,固氮菌,农杆菌,运动发 酵单胞菌等。 微生物代谢重点课件 ATP 有氧时经呼吸链 6ATP 无氧时 进行发酵 2乙醇 2ATP NADH+H+ NADPH+H+ 2丙酮酸 ATP C6H12O6 KDPG C6H12O6+ADP+ Pi +NADP+ +NAD+ 2CH3COCOOH+ATP+NADPH+H+NADH+H+ 微生物代谢重点课件 微生物代谢重点课件 三、发酵（fermentantion） 微生物代谢重点课件 2、发酵类型 1） 乙醇发酵

8、a、酵母型乙醇发酵 1 G 2丙酮酸 2 乙醛 + CO2 2 乙醇 + 2 ATP 条件：pH 3.54.5 , 厌氧 菌种：酿酒酵母、少数细菌（胃八叠球菌、解淀粉欧文氏菌等） i、加入NaHSO4 NaHSO4 + 乙醛 磺化羟乙醛（难溶） 甘油甘油 ii、弱碱性（pH 7.5） 2 乙醛 1 乙酸 + 1 乙醇 （歧化反应） 磷酸二羟丙酮作为氢受体，经水解去磷酸生成甘油甘油发酵 （EMP） 微生物代谢重点课件 异型酒精发酵(乳酸菌、肠道菌和一些嗜热细菌） ：HMP途径 G+ADP+Pi 乳酸+乙醇+CO2+ATP 微生物代谢重点课件 2）乳酸发酵乳酸发酵 同型乳酸发酵 （德氏乳杆菌、植物

9、乳杆菌等） EMP途径（丙酮酸 乳酸） G+2ADP+2Pi 2乳酸+2ATP 异型乳酸发酵:除乳酸外还有乙醇、乙酸、CO2 肠膜明串株菌 产能 ：1ATP 双歧杆菌（HMP） 微生物代谢重点课件 3)混合酸、丁二醇发酵 a 混合酸发酵： 肠道菌（E.coli、沙氏菌、志贺氏菌等） 1 G丙酮酸 乳酸乳酸 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 乙酰-CoA +甲酸甲酸 丙酮酸甲酸解酶丙酮酸甲酸解酶 草酰乙酸丙酸丙酸 PEP羧化酶羧化酶 磷酸转乙酰基酶磷酸转乙酰基酶 乙醛脱氢酶乙醛脱氢酶 乙酸激酶乙酸激酶 乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶 乙酸乙酸 乙醇乙醇 E.coli与志贺氏菌的区别： 葡萄糖发酵试验： E.coli、

10、产气肠杆菌 甲酸 CO2 + H2 （甲酸氢解酶、（甲酸氢解酶、H+） 志贺氏菌无此酶，故发酵G 不产气。 CO2 + H2 微生物代谢重点课件 b b 丁二醇发酵（丁二醇发酵（2 2，3-3-丁二醇发酵）丁二醇发酵） 肠杆菌、沙雷氏菌、欧文氏菌等 丙酮酸 乙酰乳酸3-羟基丁酮 乙二酰红色物质 （乙酰乳酸脱氢酶）（乙酰乳酸脱氢酶） （OHOH- -、O O2 2） 中性 丁二醇丁二醇 精氨酸胍基 其中两个重要的鉴定反应： 1 、VP实验 2、甲基红（M.R）反应 产气肠杆菌： V.P.试验（+），甲基红（-） ： V.P.试验（-），甲基红（+） V.P.试验的原理： 微生物代谢重点课件 4）

11、氨基酸的发酵产能（stickland反应） stickland反应：以一种氨基酸作底物脱氢，而以另一 种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能的独特发酵类 型。 发酵菌体：生孢梭菌生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、双 酶梭菌等。 特点：氨基酸的氧化与另一些氨基酸还原相偶联； 产能效率低（1ATP） 微生物代谢重点课件 氧化 丙氨酸丙酮酸 -NH3 NADNAD+ +NADHNADH 乙酰-CoA NADNAD+ +NADHNADH 乙酸乙酸 + + ATPATP 甘氨酸乙酸乙酸甘氨酸 -NH3 还原 CH3 CHNH2 COOH + 2 CH2NH2 CH2NH2 ADP+Pi ATP 3CH3COOH

12、+3NH3+CO2 (丙氨酸丙氨酸)供体供体(甘氨酸甘氨酸)受体受体 (乙酸乙酸) 微生物代谢重点课件 四、呼吸（respiration） 从葡萄糖或其他有机物质脱下的电子或氢 经过系列载体最终传递给外源O2或其他氧 化型化合物并产生较多ATP的生物氧化过程。 有氧呼吸（aerobic respiration） 无氧呼吸（anaerobic respiration） 1 有氧呼吸 原核微生物：胞质中，仅琥珀酸脱氢酶在膜上 真核微生物：线粒体内膜上 2 个产能的环节：TCA 循环、电子传递。 微生物代谢重点课件 微生物代谢重点课件 TCA循环的生理意义： （1）为细胞提供能量。 （2）三羧酸循环

13、是微生物细胞内各种能源物质彻底 氧化的共同代谢途径。 （3)三羧酸循环是物质转化的枢纽。 微生物代谢重点课件 （2）电子传递链 1）电子传递链载体: NAD(P)H脱氢酶 黄素蛋白(FP) 铁-硫蛋白 辅酶Q（CoQ） 细胞色素类蛋白 在线粒体内膜中以5个载体复合物的形式从低氧化还 原势的化合物到高氧化还原势的分子氧或其他无机、有 机氧化物逐级排列。 微生物代谢重点课件 2） 氧化磷酸化产能机制 化学渗透假说 化学渗透学说-英国生物化学家PeterMitchell于1961年提出 的。 在氧化磷酸化过程中,通过呼吸链有关酶系的作用,可将底物 分子上的质子从膜内侧传递到膜的外侧,从而造成了膜两侧

14、质子 分布不均匀,此即质子动势的由来,也是合成ATP的能量来源.通过 ATP酶的逆反应可把质子从膜的外侧重新回到膜的内侧,于是在消 除质子动势的同时合成了ATP. 质子推动力（p）取决于跨膜的质子浓度（pH）和内膜 两侧的电位差（）。 微生物代谢重点课件 特点： a常规途径脱下的氢，经部分呼吸链传递； b氢受体：氧化态无机物（个别：延胡索酸） c产能效率低。 硝酸盐呼吸（反硝化作用）即硝酸盐还原作用 特点： a 有其完整的呼吸系统； b 只有在无氧条件下，才能诱导出反硝化作 用所需的硝酸盐还原酶A、亚硝酸还原酶等 c 兼性厌氧 细菌：铜绿假单胞、地衣芽孢杆菌等。 2 无氧呼吸（厌氧呼吸） 微生

15、物代谢重点课件 亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶氧化氮还原酶氧化氮还原酶氧化亚氮还原酶氧化亚氮还原酶硝酸盐还原酶硝酸盐还原酶 微生物代谢重点课件 硫酸盐呼吸（硫酸盐还原） 厌氧时，SO42- 、SO32-、S2O32- 等为末端电 子受体的呼吸过程。 特点： a、严格厌氧； b、大多为古细菌 c、极大多数为专性化能异氧型，少数为混合型； d、最终产物为H2S； SO42- SO32- SO2 S H2S e、利用有机质（有机酸、脂肪酸、醇类）作 为氢供体或电子供体； f、环境： 富含SO42-的厌氧环境（土壤、海水、污水等） 微生物代谢重点课件 微生物代谢重点课件 利用微生物还原利用微生物还原AsO4

16、3- 生产三硫化二砷（雌黄）生产三硫化二砷（雌黄） 作用：生物矿化和微生物清污作用：生物矿化和微生物清污 微生物代谢重点课件 第二节 微生物特有的合成代谢途径 一、细菌的光合作用 真核生物：藻类及其他绿色植物 产氧 原核生物：蓝细菌 光能营养型生物 不产氧 （仅原核生物有）：光合细菌 1、光合细菌类群 1）产氧光合细菌好氧菌 各种绿色植物、藻类 蓝细菌：专性光能自养。 (H2S环境中，只利用光合系统进行不产氧作用)。 微生物代谢重点课件 2）不产氧光合细菌 a、紫色细菌 只含菌绿素a 或 b。 紫硫细菌（着色菌科）（紫硫细菌（着色菌科）（旧称红硫菌 科） 含紫色类胡萝卜素，菌体较大，沉积 胞内

17、。 氢供体：H2S、H2 或 有机物。 H2S S SO42- ； 少数暗环境以S2O32-作为电子供体。 氧化铁紫硫细菌（氧化铁紫硫细菌（Chromatium属）利 用FeS,或Fe2+ 2+ 氧化产生Fe(OH)3沉 淀 微生物代谢重点课件 2、细菌光合色素 1）叶绿素（chlorophyll）：680、440nm 2）菌绿素 a、b、c、d、e、g。 a ：与叶绿素 a 基本相似；850nm处。 b：最大吸收波长8401030。 3）辅助色素：提高光利用率 类胡萝卜素： 藻胆素：蓝细菌独有 藻红素（550nm）、藻蓝素（620 640 nm） 藻胆蛋白：与蛋白质共价结合的藻胆素。 微生物

18、代谢重点课件 3、细菌光合作用 1）循环光合磷酸化 细菌叶绿素将捕获的光能传输给其反应中心叶绿素，吸收光能并 被激发，使它的还原电势变得很负，被逐出的电子经过由脱镁菌 绿素(bacteriopheophytin，Bph)、CoQ、细胞色素b和c组成的电 子传递链传递返回到细菌叶绿素，同时造成了质子的跨膜移动， 提供能量用于合成ATP。 特点： a、光驱使下，电子自菌绿素上逐出后，经过类似呼吸链的循 环，又回到菌绿素； b、产ATP和还原力H分别进行，还原力来自H2S等无机物； c、不产氧（O2）。 微生物代谢重点课件 微生物代谢重点课件 二、细菌化能自养作用细菌化能自养作用 化能无机营养型细菌

19、： 通常是化能自养型细菌，一般是好氧菌。 产能的途径主要是借助于无机电子供体(能源物质)的氧化，从 无机物脱下-的氢(电子)直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生 ATP。 最普通的电子供体是氢、还原型氮化合物、还原型硫化合物和 亚铁离子(Fe2)。 固定C02作为它们的碳源。 最重要反应： CO2 还原成CH20水平的简单有机物，进一步合成复杂细 胞成分 大量耗能、耗还原力的过程。 微生物代谢重点课件 氨单加氧酶 羟氨氧化酶 HNO2 +4H+ +4e- b、硝化细菌 NO2- + H2O 亚硝酸氧化酶 NO3-+ 2H+ +2e- 根据它们氧化无机化合物的不同 也称氨氧化细菌 (产生1分子ATP

20、) 微生物代谢重点课件 微生物代谢重点课件 微生物代谢重点课件 产能途径 第一阶段，H2S、S0和S2O32等硫化物被氧化为SO32 第二阶段，形成的SO32进一步氧化为SO42和产能。 1、由细胞色素亚硫酸氧化酶将SO32直接氧化成为 SO42，并通过电子传递磷酸化产能，普遍存在于硫杆 菌中。 2、磷酸腺苷硫酸(adenosine phosphosulfate，APS)途径。 在这条途径中，亚硫酸与腺苷单磷酸反应放出2个电子 生成一种高能分子，放出的电子经细胞电子传递链的 氧化磷酸化产生ATP。由腺苷酸激酶的催化，每氧化1 分子SO32产生1.5分子ATP。 微生物代谢重点课件 微生物代谢重

21、点课件 (2) 细菌沥滤 利用嗜酸性氧化铁和硫细菌氧化矿物中硫和硫化物的能力，让其 不断制造和再生酸性浸矿剂，将硫化矿中重金属转化成水溶性重金属硫酸 盐而从低品位矿中浸出的过程。又称细菌浸出或细菌冶金。 原理： a、浸矿剂的生成 2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 2Fe2（SO4）3 + 2 H2O b、低品位铜矿中铜以CuSO4形式浸出 CuS + 2 Fe2（SO4）3 + 2H2O + O2 CuSO4 + 4FeSO4 +2H2SO4 c、铁屑置换CuSO4中的铜 CuSO4 + Fe FeSO4 + Cu 适于次生硫化矿和氧化矿的浸出，浸出 率达70% 80%。 微生物代谢重点课件 1、固氮微生物的种类 一些特殊类群的原核生物原核生物能够将分子态氮还原为氨，然后再由氨转化为 各种细胞物质。微生物利用其固氮酶