第三章微生物的代谢1

1、 1 1、微生物的呼吸作用、微生物的呼吸作用( (有氧呼吸、无氧呼吸、发有氧呼吸、无氧呼吸、发酵包括酒精发酵、同型乳酸发酵、丙酮丁醇发酵、酵包括酒精发酵、同型乳酸发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵混合酸发酵) )；五种不同呼吸类型的微生物；五种不同呼吸类型的微生物； 2 2、（、（1 1）甲基红试验与）甲基红试验与V.PV.P试验的原理；（试验的原理；（2 2）氧）氧对厌氧菌毒害的机制；（对厌氧菌毒害的机制；（3 3）酵母菌与细菌的乙）酵母菌与细菌的乙醇发酵区别。醇发酵区别。 重重 点点: 3 3、(1)(1)淀粉、纤维素、果胶、蛋白质和脂肪淀粉、纤维素、果胶、蛋白质和脂肪被微生物降解的过程；被微

2、生物降解的过程；（2 2）蛋白质的腐败与腐化；氨基酸的分解）蛋白质的腐败与腐化；氨基酸的分解( (脱脱氨作用和脱羧作用氨作用和脱羧作用) )；（3 3）吲哚试验的原理。）吲哚试验的原理。4 4、（、（1 1）酶在微生物生命活动中的作用；）酶在微生物生命活动中的作用； （2 2）胞内酶和胞外酶、固有酶和适应酶。）胞内酶和胞外酶、固有酶和适应酶。 （3 3）酶的诱导与酶的阻遏、反馈抑制与反馈阻遏）酶的诱导与酶的阻遏、反馈抑制与反馈阻遏 （4 4）同工酶与变构酶。）同工酶与变构酶。5 5、与食品有关的初级与次级代谢产物；初级代谢与、与食品有关的初级与次级代谢产物；初级代谢与次级代谢定义及两者关系。次

3、级代谢定义及两者关系。代谢是代谢是细胞内发生的各种生物化学反应的总称。细胞内发生的各种生物化学反应的总称。代谢代谢分解代谢分解代谢( (catabolism) ) 产生能量产生能量合成代谢合成代谢( (anabolism) ) 消耗能量消耗能量复杂分子复杂分子（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ATPATPHH 在微生物生命的整个代谢过程中，指令系在微生物生命的整个代谢过程中，指令系统是基因，作用系统是酶，调控系统是代谢产统是基因，作用系统是酶，调控系统是代谢产物，影响因素是外界环境。在细胞内各系统之物，影响因素是外界环境。在细胞内各系统之间任何时候都处于相

4、互统一、矛盾、协调和制间任何时候都处于相互统一、矛盾、协调和制约之中，是一个完美的自控体系。约之中，是一个完美的自控体系。 能量代谢的中心任务是：生物体如何将外界环境中的多种形式的能量代谢的中心任务是：生物体如何将外界环境中的多种形式的最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源-ATP-ATP。最初最初能源能源有机物有机物还原态无机物还原态无机物日光日光化能异养微生物化能异养微生物化能自养微生物化能自养微生物光能营养微生物光能营养微生物通用能源通用能源（ATPATP）第一节第一节 微生物的微生物的能量代谢能量代谢微生物生命活动需要的能量来源于微

5、生物的呼吸作用。微生物生命活动需要的能量来源于微生物的呼吸作用。 n生物氧化方式包括：生物氧化方式包括： 物质中加氧；物质中加氧； C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O 化合物脱氢；化合物脱氢； CH3-CH2-OH CH3-CHO 失去电子；失去电子； Fe2+ Fe3+ + e -n生物氧化的功能为：生物氧化的功能为： 产能（产能（ATPATP）、产还原力）、产还原力HH和产小分子中间代谢物。和产小分子中间代谢物。根据最终电子受体根据最终电子受体( (氢受体氢受体) )分为：分为： n有氧呼吸、无氧呼吸与发酵有氧呼吸、无氧呼吸与发酵一、一、微生物的微生物的呼吸作用呼吸作用P9

6、2NADH2NADn有氧呼吸：有氧呼吸：是氧化底物时，以分子氧作为是氧化底物时，以分子氧作为最终电子受体的生物氧化过程。最终电子受体的生物氧化过程。 脱氢酶使基质脱氢，脱氢酶使基质脱氢，通过细胞色素通过细胞色素C C将电子和氢传递给氧，将电子和氢传递给氧，氧化酶使分子状态的氧活化，成为氢受体，氧化酶使分子状态的氧活化，成为氢受体，最终产物为二氧化碳和水。最终产物为二氧化碳和水。1.1. 有氧呼吸有氧呼吸( (aerobicrespiration）葡萄糖葡萄糖糖酵解作用糖酵解作用丙酮酸丙酮酸发酵发酵有氧有氧无氧无氧各种发酵产物各种发酵产物三羧酸循环三羧酸循环被彻底氧化生成被彻底氧化生成COCO2

7、 2和水，释放大量能量和水，释放大量能量1.1. 有氧呼吸有氧呼吸n糖酵解和三羧酸循环形成的糖酵解和三羧酸循环形成的NADHNADH和和FADHFADH2 2 在在EMPEMP和和TCATCA途径中，途径中，脱下的氢或释放出的电子脱下的氢或释放出的电子经过经过电子传递链电子传递链的的传递作用，最后传递到传递作用，最后传递到O O2 2，在，在电子传递过程中有电子传递过程中有ATPATP生成生成。 需氧菌和兼性厌氧菌需氧菌和兼性厌氧菌在有氧条件下可以进行有氧呼吸，在有氧条件下可以进行有氧呼吸，同时释放大量的能量。总反应式为：同时释放大量的能量。总反应式为：C C6 6H H1212O O6 6

8、+ 6O+ 6O2 2 + 38ADP + 38Pi6CO+ 38ADP + 38Pi6CO2 2 + 6H+ 6H2 2O + 38ATPO + 38ATP 电子传递与氧化电子传递与氧化 电子传递链电子传递链电子传递系统具两种功能电子传递系统具两种功能：一是一是从电子供体接受电子从电子供体接受电子( (氢氢) )并传递给电子并传递给电子 受体；受体；二是二是将电子传递过程中释放的能量合成将电子传递过程中释放的能量合成ATPATP，( (又称氧化磷酸化又称氧化磷酸化) )。 1 1分子葡萄糖通过有氧呼吸彻底氧化时，可产生分子葡萄糖通过有氧呼吸彻底氧化时，可产生3838分子分子ATPATP。 其

9、中包含底物水平磷酸化合成，但大部分由电其中包含底物水平磷酸化合成，但大部分由电子传递磷酸化合成。子传递磷酸化合成。n无氧呼吸：无氧呼吸：是指无机氧化物作为最终电子受体的生物氧是指无机氧化物作为最终电子受体的生物氧化过程。化过程。 无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体，无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体，以氧化态的无以氧化态的无机氧化物机氧化物( (如如NONO3 3- -、NONO2 2- -、SOSO4 42-2-、S S2 2O O3 32-2-、COCO2 2等等) )为最终电为最终电子受体或氢受体，伴随氧化磷酸化作用，产生子受体或氢受体，伴随氧化磷酸化作用，产生ATPATP。n产生的能量

10、产生的能量不如有氧呼吸的多不如有氧呼吸的多。n某些某些厌氧和兼性厌氧菌厌氧和兼性厌氧菌在无氧条件下进行无氧呼吸；在无氧条件下进行无氧呼吸；2.2.无氧呼吸无氧呼吸(anaerobic respiration) 以以NONO3 3- -为最终电子受体的无氧呼吸称硝酸盐呼吸。为最终电子受体的无氧呼吸称硝酸盐呼吸。 也称为也称为硝酸盐的异化作用硝酸盐的异化作用（Dissimilative）。只能接收只能接收2 2个电子，产能效率低个电子，产能效率低；NONO2 2- -对细胞有毒；对细胞有毒；有些细菌可将有些细菌可将NONO2 2- -进一步还原成进一步还原成N N2 2，这个过程称为，这个过程称为

11、反硝化作用反硝化作用硝酸盐呼吸硝酸盐呼吸n在无氧条件下，最终电子受体是被氧化基质本身所产生，而在无氧条件下，最终电子受体是被氧化基质本身所产生，而未被氧化的中间产物既是被氧化的基质，又作为最终电子受未被氧化的中间产物既是被氧化的基质，又作为最终电子受体，而且作为最终电子受体的有机物是基质未被彻底氧化的体，而且作为最终电子受体的有机物是基质未被彻底氧化的中间产物。中间产物。n“发酵发酵”在这里是指不需氧的产能代谢。在这里是指不需氧的产能代谢。n由于发酵作用对有机物的氧化不彻底，发酵结果是积累有机由于发酵作用对有机物的氧化不彻底，发酵结果是积累有机物，物，只释放出只释放出较少能量。较少能量。3.3

12、.发酵发酵( (fermentation) )(1)(1)狭义的发酵概念狭义的发酵概念(2)(2)广义的发酵概念广义的发酵概念 n在有氧或无氧条件下，利用好氧或兼性厌氧、厌氧微生物在有氧或无氧条件下，利用好氧或兼性厌氧、厌氧微生物的新陈代谢活动，将有机物氧化转化为有用的代谢产物，的新陈代谢活动，将有机物氧化转化为有用的代谢产物，从而获得发酵产品和工业原料的过程。从而获得发酵产品和工业原料的过程。n它包括好氧呼吸、厌氧呼吸和发酵三个方面的过它包括好氧呼吸、厌氧呼吸和发酵三个方面的过程。程。 专性好氧菌专性好氧菌：在正常大气压下通过呼吸产能：在正常大气压下通过呼吸产能;兼性厌氧菌兼性厌氧菌：以呼吸

13、为主，兼营发酵产能：以呼吸为主，兼营发酵产能;微好氧菌微好氧菌 ：需在微量氧：需在微量氧(氧分压氧分压13kPa)下生活下生活; 微生物与氧的关系微生物与氧的关系 :以呼吸为主，兼营厌氧呼吸产能以呼吸为主，兼营厌氧呼吸产能耐氧菌耐氧菌：不需氧，只能以发酵产能，氧无毒害：不需氧，只能以发酵产能，氧无毒害;专性厌氧菌专性厌氧菌：只能以发酵或无氧呼吸产能，氧有害或致死：只能以发酵或无氧呼吸产能，氧有害或致死 二、不同呼吸类型的微生物二、不同呼吸类型的微生物根据微生物的呼吸作用不同，根据微生物的呼吸作用不同，所含的呼吸酶系统是否完全所含的呼吸酶系统是否完全;作为作为最终电子受体的物质是否是氧最终电子受

14、体的物质是否是氧;微生物与分子氧的关系不同，微生物与分子氧的关系不同，分成以下分成以下5种呼吸类型：种呼吸类型：n有氧条件下进行厌氧生活，生长不需要氧，有氧条件下进行厌氧生活，生长不需要氧，n分子氧对它们无毒；分子氧对它们无毒；n它们没有呼吸链，它们没有呼吸链，n细胞内有超氧化物歧化酶细胞内有超氧化物歧化酶(SOD)(SOD)和过氧化物酶和过氧化物酶，n但无过氧化氢酶但无过氧化氢酶；靠专性发酵获得能量。；靠专性发酵获得能量。 乳酸菌多数是耐氧菌。例如：乳酸乳球菌乳酸乳酸菌多数是耐氧菌。例如：乳酸乳球菌乳酸亚种、粪肠球菌、乳酸乳杆菌以及肠膜明串珠菌等亚种、粪肠球菌、乳酸乳杆菌以及肠膜明串珠菌等(

15、1)(1)耐氧菌耐氧菌( (aerotolerant anaerobe) ) 无氧或低氧化还原电位的环境下生长，分子氧对它们无氧或低氧化还原电位的环境下生长，分子氧对它们有毒，即使短期接触空气，也会抑制其生长甚至死亡；有毒，即使短期接触空气，也会抑制其生长甚至死亡；n它们缺乏完整的呼吸酶系统，缺乏它们缺乏完整的呼吸酶系统，缺乏SODSOD和细胞色素氧化酶，和细胞色素氧化酶，多数还缺乏过氧化氢酶；多数还缺乏过氧化氢酶；n靠发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵等提供靠发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵等提供所需能量。所需能量。n常见的有梭菌属、拟杆菌属、双歧杆菌属、消化球菌属、常见的有梭

16、菌属、拟杆菌属、双歧杆菌属、消化球菌属、瘤胃球菌属、韦荣氏球菌属、脱硫弧菌属、甲烷杆菌属瘤胃球菌属、韦荣氏球菌属、脱硫弧菌属、甲烷杆菌属等。其中多数产甲烷细菌是极端厌氧菌。等。其中多数产甲烷细菌是极端厌氧菌。(2)(2)厌氧菌厌氧菌( (anaerobe) )分分 一般厌氧菌一般厌氧菌 专性厌氧菌专性厌氧菌n 有氧或无氧条件下均能生长，但有氧情况生长得更好；有氧或无氧条件下均能生长，但有氧情况生长得更好；n它们具有需氧菌和厌氧菌的两套呼吸酶系统，细胞含它们具有需氧菌和厌氧菌的两套呼吸酶系统，细胞含SODSOD和过氧化氢酶；和过氧化氢酶；n有氧时靠有氧呼吸产能，无氧时籍发酵产能。有氧时靠有氧呼吸

17、产能，无氧时籍发酵产能。n许多酵母菌、肠道细菌、硝酸盐还原菌许多酵母菌、肠道细菌、硝酸盐还原菌( (如脱氮小球菌如脱氮小球菌) )，人和动物的，人和动物的病原菌均属此类菌。病原菌均属此类菌。n肠杆菌科的各种细菌包括大肠杆菌、产气肠杆菌和普通变形杆菌等都肠杆菌科的各种细菌包括大肠杆菌、产气肠杆菌和普通变形杆菌等都是常见的兼性厌氧菌。是常见的兼性厌氧菌。 (3)(3)兼性厌氧菌兼性厌氧菌( (facultative aerobe) )(4)(4)微好氧菌微好氧菌( (microaerophilic bacteria) ) n有氧和绝对厌氧条件均不能生长，只能在较低的有氧和绝对厌氧条件均不能生长，只

18、能在较低的氧分压下才能正常生长；氧分压下才能正常生长；n具有完整的呼吸酶系统具有完整的呼吸酶系统，通过呼吸链并以氧为最，通过呼吸链并以氧为最终氢受体，在终氢受体，在(1(13)3)10103 3PaPa大气压下进行呼吸产大气压下进行呼吸产能。能。例如，霍乱弧菌、发酵单胞菌属、氢单胞菌、少例如，霍乱弧菌、发酵单胞菌属、氢单胞菌、少数拟杆菌属的种等属于此类菌。数拟杆菌属的种等属于此类菌。n在摇瓶培养时，菌体生长于液面以下数毫米处。在摇瓶培养时，菌体生长于液面以下数毫米处。 n必须在有分子氧存在的条件下才能生长；必须在有分子氧存在的条件下才能生长；n具有完整的呼吸酶系统，细胞含具有完整的呼吸酶系统，

19、细胞含 SODSOD和过氧化氢和过氧化氢酶，通过呼吸链并以分子氧作为最终氢受体。酶，通过呼吸链并以分子氧作为最终氢受体。n在正常大气压在正常大气压(2(210104 4Pa)Pa)下进行好氧呼吸产能。下进行好氧呼吸产能。n多数细菌、放线菌、真菌属于此类菌。多数细菌、放线菌、真菌属于此类菌。n一般实验室和工业生产上常用摇瓶振荡或通气搅一般实验室和工业生产上常用摇瓶振荡或通气搅拌供给充足的氧气。拌供给充足的氧气。(5)(5)专性好氧菌专性好氧菌( (strict aerobe) )n1971 1971 在在McCord 和和Fridovich提出提出SODSOD的学说的学说: : 他们认为，厌氧菌

20、因缺乏他们认为，厌氧菌因缺乏SODSOD，故易被生物体内产生，故易被生物体内产生的超氧阴离子自由基而毒害致死的超氧阴离子自由基而毒害致死; ;n好氧菌因为细胞有好氧菌因为细胞有SODSOD，剧毒的，剧毒的O O2 2- - 就被歧化成毒性就被歧化成毒性稍低的稍低的H H2 2O O2 2，而后被，而后被H H2 2O O2 2酶分解为无毒的酶分解为无毒的H H2 2O O。n厌氧菌因为不能合成厌氧菌因为不能合成SODSOD，又无，又无H H2 2O O2 2酶，故无法使酶，故无法使O O2 2- -歧化成歧化成H H2 2O O2 2而被而被O O2 2- -毒害致死。毒害致死。n在有氧存在时

21、形成的在有氧存在时形成的O O2 2- -就使其自身受到毒害。就使其自身受到毒害。厌氧菌的氧毒害机制厌氧菌的氧毒害机制多数耐氧菌都能合成多数耐氧菌都能合成SODSOD，且有过氧化物酶，且有过氧化物酶，故剧毒的故剧毒的O O2 2- -可先歧化成有毒的可先歧化成有毒的H H2 2O O2 2，然后被，然后被过氧化物酶还原成无毒的过氧化物酶还原成无毒的H H2 2O O。 已有实验证明，已有实验证明，对于兼性厌氧的对于兼性厌氧的E.coli，如，如果使之发生缺乏果使之发生缺乏SODSOD的突变，它即成为的突变，它即成为“严严格厌氧菌格厌氧菌”，即，即E.coli短期接触氧被毒害致短期接触氧被毒害致

22、死死。耐氧菌生长不需要氧，却为何耐受氧气？耐氧菌生长不需要氧，却为何耐受氧气？SODSOD能清除生物体内的能清除生物体内的O O2 2- -而受到医药界的极大关注而受到医药界的极大关注外源外源SODSOD具有保护具有保护DNADNA、蛋白质和细胞膜的作用，使、蛋白质和细胞膜的作用，使它们免遭它们免遭O O2 2- -的破坏。的破坏。对治疗类风湿性关节炎、白内障、膀胱炎、皮肤对治疗类风湿性关节炎、白内障、膀胱炎、皮肤炎、红斑狼疮等疾病疗效较好，对辐射有保护作用炎、红斑狼疮等疾病疗效较好，对辐射有保护作用还发现还发现SODSOD还具有防治人体衰老、抗癌、治疗肺气还具有防治人体衰老、抗癌、治疗肺气肿

23、以及解除苯中毒等一系列疗效。同时，不管何种肿以及解除苯中毒等一系列疗效。同时，不管何种给药方式，均无发现任何副作用。因此，它是一种给药方式，均无发现任何副作用。因此，它是一种很有前途的药用酶。很有前途的药用酶。SODSOD的生理功能的生理功能n多数微生物是化能异养型菌，葡萄糖是微生多数微生物是化能异养型菌，葡萄糖是微生物最好的碳源和能源，物最好的碳源和能源，n可通过可通过4 4条代谢途径，条代谢途径，EMPEMP途径、途径、HMPHMP途径、途径、EDED途径、磷酸解酮酶途径完成脱氢反应，并伴途径、磷酸解酮酶途径完成脱氢反应，并伴随还原力随还原力HH和能量的产生。和能量的产生。三、化能异养微生

24、物的生物氧化三、化能异养微生物的生物氧化发酵的类型发酵的类型 EMPEMP途径途径( (糖酵解途径糖酵解途径) ) HMPHMP途径途径( (磷酸戊糖支路磷酸戊糖支路) ) EDED途径途径( (2-2-酮酮-3-3-脱氧脱氧-6-6-磷酸磷酸- -葡萄糖酸裂解途径葡萄糖酸裂解途径) ) PKPK途径途径( (磷酸戊糖解酮酶的途径磷酸戊糖解酮酶的途径) ) 或或HKHK途径途径( (磷酸己糖解酮酶的途径磷酸己糖解酮酶的途径) )等。等。 双歧途径、双歧途径、 TCATCA途径途径1.EMP1.EMP途径途径n生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解，

25、这是多数微生物共有的基本代谢途径。酵解，这是多数微生物共有的基本代谢途径。n通过通过EMPEMP途径，途径，1 1分子葡萄糖经分子葡萄糖经1010步反应转变成步反应转变成2 2分子丙酮酸，产生分子丙酮酸，产生2 2分子分子ATPATP和和2 2分子分子NADHNADH2 2。其总反应式为：其总反应式为： C6H1206+2NAD+2ADP+2Pi2CH3COCOOH+2NADH2+2ATP+2H20 （1 1）酵母菌的）酵母菌的酒精发酵酒精发酵 第一型发酵第一型发酵- 酒精发酵酒精发酵n酵母菌在无氧和酸性条件下酵母菌在无氧和酸性条件下(pH3.5(pH3.54.5)4.5) n经过经过EMPE

26、MP途径将葡萄糖分解为丙酮酸途径将葡萄糖分解为丙酮酸n丙酮酸再由丙酮酸脱羧酶作用形成乙醛和丙酮酸再由丙酮酸脱羧酶作用形成乙醛和COCO2 2n乙醛作为乙醛作为NADHNADH2 2的氢受体，在乙醇脱氢酶的作用下还原为的氢受体，在乙醇脱氢酶的作用下还原为乙醇。乙醇。n2C2H5OH+2NADH22CH3CH2OH+2NAD 乙醛乙醛 乙醇乙醇第二型发酵第二型发酵甘油发酵甘油发酵n 在酵母菌的在酵母菌的发酵液中有亚硫酸氢钠发酵液中有亚硫酸氢钠它与乙醛加成生成难溶性硫化羟基乙醛它与乙醛加成生成难溶性硫化羟基乙醛n迫使磷酸二羟丙酮代替乙醛作为氢受体，迫使磷酸二羟丙酮代替乙醛作为氢受体， 生成生成 -

27、-磷酸甘油。磷酸甘油。n后者在后者在 - -磷酸甘油脱氢酶的催化下，再水解磷酸甘油脱氢酶的催化下，再水解脱去磷酸生成甘油，脱去磷酸生成甘油，使乙醇发酵变成甘油发酵。使乙醇发酵变成甘油发酵。啤酒酵母啤酒酵母甘油发酵甘油发酵丙酮酸丙酮酸COCO2 2乙醛乙醛NADHNAD+乙醇乙醇磷酸磷酸二羟丙酮二羟丙酮NADHNAD+磷酸甘油磷酸甘油甘油甘油3%3%的亚硫酸氢钠（的亚硫酸氢钠（pH7.0pH7.0）（硫化羟基乙醛）（硫化羟基乙醛）啤酒酵母啤酒酵母酒精发酵酒精发酵第三型发酵第三型发酵 甘油发酵甘油发酵n在偏碱性条件下在偏碱性条件下(pH 7.6)(pH 7.6)，乙醛不能作为氢受体被还原成，乙醛不

28、能作为氢受体被还原成乙醇，而是乙醇，而是2 2个乙醛分子发生歧化发应，个乙醛分子发生歧化发应，n1 1分子乙醛氧化成乙酸，分子乙醛氧化成乙酸，n另另1 1分子乙醛还原成乙醇，分子乙醛还原成乙醇，n使磷酸二羟丙酮作为使磷酸二羟丙酮作为NADHNADH2 2的氢受体，的氢受体，n还原为还原为 - -磷酸甘油，再脱去磷酸生成甘油，这称为碱法甘磷酸甘油，再脱去磷酸生成甘油，这称为碱法甘油发酵。这种发酵方式不产生能量。油发酵。这种发酵方式不产生能量。2 2葡萄糖葡萄糖22甘油甘油 + + 乙酸乙酸 + + 乙醇乙醇 + CO+ CO2 2（2 2）同型乳酸发酵）同型乳酸发酵 n葡萄糖经乳酸菌的葡萄糖经乳

29、酸菌的EMPEMP途径，发酵产物只有乳途径，发酵产物只有乳酸，称同型乳酸发酵。酸，称同型乳酸发酵。 n进行同型乳酸发酵的微生物，如乳酸乳球菌进行同型乳酸发酵的微生物，如乳酸乳球菌乳酸亚种、乳酸乳球菌乳脂亚种、嗜热链球乳酸亚种、乳酸乳球菌乳脂亚种、嗜热链球菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种( (旧称保加利亚旧称保加利亚乳杆菌乳杆菌) )、嗜酸乳杆菌等。、嗜酸乳杆菌等。 n乳酸发酵广泛应用于食品乳酸发酵广泛应用于食品: : 泡菜、酸菜、酸牛奶、泡菜、酸菜、酸牛奶、乳酪以及青贮饲料等都是利用乳酸发酵的发酵制乳酪以及青贮饲料等都是利用乳酸发酵的发酵制品。品。由于乳酸菌的代谢活动，积累

30、乳酸，酸化环境，由于乳酸菌的代谢活动，积累乳酸，酸化环境，抑制其他微生物的生长，能使蔬菜、牛奶、青贮抑制其他微生物的生长，能使蔬菜、牛奶、青贮饲料等得以保存。饲料等得以保存。近代工业多以淀粉为原料，经糖化和德氏乳酸杆近代工业多以淀粉为原料，经糖化和德氏乳酸杆菌菌( (L.delbrueckii) )进行乳酸发酵生产纯乳酸。进行乳酸发酵生产纯乳酸。 （2 2）同型乳酸发酵同型乳酸发酵 发酵后除生成乳酸外，还有乙醇发酵后除生成乳酸外，还有乙醇( (或乙酸或乙酸) )和和COCO2 2等等多种发酵产物。多种发酵产物。一些短乳杆菌、发酵乳杆菌、两歧双歧杆菌、肠一些短乳杆菌、发酵乳杆菌、两歧双歧杆菌、肠

31、膜明串珠菌、乳脂明串珠菌、根霉等进行异型乳膜明串珠菌、乳脂明串珠菌、根霉等进行异型乳酸发酵。酸发酵。因它们缺乏因它们缺乏EMPEMP途径中的关键性酶途径中的关键性酶果糖二磷酸果糖二磷酸醛缩酶和异构酶，醛缩酶和异构酶，其葡萄糖的降解完全依赖于其葡萄糖的降解完全依赖于HMPHMP途径途径和和EMPEMP途径途径的的变异途径。即变异途径。即PK途径途径(磷酸戊糖磷酸戊糖解酮酶的途径解酮酶的途径) )和和HKHK途径途径( (磷酸己糖解酮酶的途径磷酸己糖解酮酶的途径) )（3）异型乳酸发酵）异型乳酸发酵（4 4）丙酸发酵和丁酸型发酵）丙酸发酵和丁酸型发酵( (略，详见略，详见P98)P98)（5）混合

32、酸发酵）混合酸发酵n能积累多种有机酸的葡萄糖发酵称为混合酸发酵，能积累多种有机酸的葡萄糖发酵称为混合酸发酵，又称又称甲酸发酵甲酸发酵。n大多数肠道细菌，如大肠杆菌、伤寒沙门氏菌、大多数肠道细菌，如大肠杆菌、伤寒沙门氏菌、产气肠杆菌等均能进行混合酸发酵。产气肠杆菌等均能进行混合酸发酵。n先经先经EMPEMP途径将葡萄糖分解为丙酮酸，在不同酶途径将葡萄糖分解为丙酮酸，在不同酶的作用下，丙酮酸分别转变成甲酸、乙酸、乳酸、的作用下，丙酮酸分别转变成甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸、琥珀酸、COCO2 2和和H H2 2等。等。 CHCH3 3COCOOH + CoASH CHCOCOOH + CoASH CH

33、3 3COSCoA + HCOOHCOSCoA + HCOOH 丙酮酸丙酮酸 甲酸甲酸n产气肠杆菌产气肠杆菌也也能进行混合酸发酵，不过分解葡萄糖产生的丙能进行混合酸发酵，不过分解葡萄糖产生的丙酮酸又可缩合、脱羧生成乙酰甲基甲醇酮酸又可缩合、脱羧生成乙酰甲基甲醇(3-(3-羟基丁酮羟基丁酮) )，后者，后者还原成还原成2,3-2,3-丁二醇。丁二醇。n乙酰甲基甲醇在碱性环境中易被氧化成二乙酰，二乙酰与蛋乙酰甲基甲醇在碱性环境中易被氧化成二乙酰，二乙酰与蛋白胨中的精氨酸的胍基作用，生成红色化合物。白胨中的精氨酸的胍基作用，生成红色化合物。故产气肠杆故产气肠杆菌菌V.PV.P试验阳性。试验阳性。n若

34、加入若加入- -萘酚和少量肌酸或肌酐可促进此反应进行。萘酚和少量肌酸或肌酐可促进此反应进行。n大肠杆菌无此反应，大肠杆菌无此反应，V.PV.P试验阴性，故可与产气肠杆菌区别试验阴性，故可与产气肠杆菌区别混合酸发酵混合酸发酵V.PV.P试验试验大肠杆菌：大肠杆菌：产气气杆菌：产气气杆菌：V.P.V.P.试验阳性试验阳性甲基红试验阴性甲基红试验阴性V.P.V.P.试验阴性试验阴性甲基红试验阳性甲基红试验阳性混合酸发酵混合酸发酵V.PV.P试验试验n大肠杆菌发酵葡萄糖，由于产酸量较多大肠杆菌发酵葡萄糖，由于产酸量较多pHpH降至降至4.24.2以下，发酵液中加入甲基红指示剂呈红色，以下，发酵液中加入

35、甲基红指示剂呈红色，为为甲甲基红试验阳性基红试验阳性。n产气肠杆菌发酵葡萄糖，由于产酸量较少，加入产气肠杆菌发酵葡萄糖，由于产酸量较少，加入甲基红指示剂，发酵液呈橙黄色，甲基红指示剂，发酵液呈橙黄色，为为甲基红试验甲基红试验阴性。阴性。n在食品卫生检验时常以大肠杆菌、产气肠杆菌等在食品卫生检验时常以大肠杆菌、产气肠杆菌等的存在作为粪便污染食品指示菌，的存在作为粪便污染食品指示菌，故甲基红试验、故甲基红试验、V.PV.P试验均是肠道细菌常用的鉴定方法试验均是肠道细菌常用的鉴定方法混合酸发酵混合酸发酵甲基红试验甲基红试验 肠道细菌的肠道细菌的混合酸发酵混合酸发酵特性对鉴定菌种有特性对鉴定菌种有实际

36、意义实际意义n大肠杆菌在厌氧条件下可合成甲酸氢解酶，在酸性条件下大肠杆菌在厌氧条件下可合成甲酸氢解酶，在酸性条件下(pH6.2)(pH6.2)将由丙酮酸裂解产生的甲酸分解为将由丙酮酸裂解产生的甲酸分解为COCO2 2和和H H2 2，故大故大肠杆菌能发酵葡萄糖产酸又产气。肠杆菌能发酵葡萄糖产酸又产气。n而志贺氏菌因无此酶，而志贺氏菌因无此酶，不能使不能使丙酮酸丙酮酸裂解产生的甲酸分解裂解产生的甲酸分解为为COCO2 2 和和H H2 2 ，故志贺氏菌发酵葡萄糖只产酸而不产气。故志贺氏菌发酵葡萄糖只产酸而不产气。 在菌种鉴定的生化反应试验中，可通过葡萄糖发酵试验将在菌种鉴定的生化反应试验中，可通

37、过葡萄糖发酵试验将是否产酸产气的细菌区别开来。是否产酸产气的细菌区别开来。n在在EMPEMP途径终反应中，途径终反应中， 2NADH2NADH2 2在有氧条件下，在有氧条件下，可经呼吸链的氧化磷酸化反应可经呼吸链的氧化磷酸化反应产生产生6 ATP6 ATP，而，而在无氧条件下，则可将丙酮酸还原成乳酸，或将在无氧条件下，则可将丙酮酸还原成乳酸，或将丙酮酸脱羧成乙醛，后者还原为乙醇。丙酮酸脱羧成乙醛，后者还原为乙醇。nEMPEMP途径的特征性酶是途径的特征性酶是1,6-1,6-二磷酸果糖醛缩酶，它二磷酸果糖醛缩酶，它催化催化1,6-1,6-二磷酸果糖裂解生成两个三碳化合。二磷酸果糖裂解生成两个三碳

38、化合。n2 2个个3-3-磷酸甘油醛经磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激磷酸甘油醛经磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶作用下生成酶作用下生成2 2分子丙酮酸。分子丙酮酸。n丙酮酸是丙酮酸是EMPEMP途径的关键产物，由它出发在不同的途径的关键产物，由它出发在不同的微生物中可进行多种发酵。微生物中可进行多种发酵。（参见（参见P 127P 127图图3-23-2）2.HMP2.HMP途径途径n能产生大量能产生大量NADPHNADPH2 2形式还原力和重要中间形式还原力和重要中间代谢产物而并非产能的代谢途径。代谢产物而并非产能的代谢途径。 n( (略，详见略，详见P128P128图图3-3)3-3)3.3.磷酸解

39、酮酶途径磷酸解酮酶途径 某些乳酸细菌进行某些乳酸细菌进行异型乳酸发酵异型乳酸发酵过程中分解己过程中分解己糖和戊糖的途径。糖和戊糖的途径。该途径的特征性酶是磷酸解酮酶。该途径的特征性酶是磷酸解酮酶。 根据解酮酶的不同，根据解酮酶的不同，将具有磷酸将具有磷酸戊糖戊糖解酮酶的途径解酮酶的途径叫叫PKPK途径。途径。将具有磷酸将具有磷酸己糖己糖解酮酶的途径叫解酮酶的途径叫HKHK途径。途径。PKPK途径途径( (略，详见略，详见P129,130)P129,130)(2)HK(2)HK途径途径( (略，详见略，详见130)130)4 4、双歧途径、双歧途径n两歧双歧乳酸杆菌两歧双歧乳酸杆菌( (Bifidobacterium bifidum) )、双叉乳酸杆、双叉乳酸杆菌菌( (Lactobacillus bifidum) )等双歧杆菌对葡萄糖的代谢也可等双歧杆菌对葡萄糖的代谢也可归入异型乳酸发酵，归入异型乳酸发酵，但与其他乳酸菌异型发酵不同。但与其他乳酸菌异型发酵不同。( (略，略，代谢途径详见代谢途径详见P131P131图图3-5)3-5)n它们通过它们通过HKHK途径途径将将2 2分子葡萄糖分子葡萄糖发酵产生发酵产生2