微生物代谢的学习教案

微生物代谢的学习教案第1页/共32页

第一节微生物的能量代谢

有机物最初能源

日光通用能源还原态无机物化能异养菌光能营养菌化能自养菌(ATP)相当于货币、电力一样一化能异养菌的生物氧化1生物氧化：第2页/共32页三个形式(被氧化的形式)2生物氧化的“三、三”与氧化合失去电子脱氢基质底物脱氢递氢受体受氢产能产[H]产小分子中间代谢物H2+1/2O2H2OCH3CHOHCOOHCH3COCOOH+2H++2eFe2+Fe3++e三个阶段(形成能量阶段)三个产物(生物氧化功能)生物合成三要素第3页/共32页3异养微生物的产能代谢(从阶段上看)第4页/共32页(1)EMP途径第5页/共32页根据主要代谢产物的不同，将微生物通过EMP途径发酵分为下列六种类型

酵母的乙醇发酵同型乳酸发酵丙酸发酵丁二醇发酵混合酸发酵丁酸发酵丁酸型发酵丙酮-丁醇发酵丁醇-异丙酮发酵丙酮酸的主要去路厌氧：乙醇发酵、乳酸发酵有氧：2分子丙酮酸加入三羧酸循环第6页/共32页(2)HMP途径可分为两个阶段：葡萄糖经磷酸化脱氢、脱羧，形成五碳糖五碳糖经转酮、转醛作用重新合成六碳糖戊糖磷酸支路的生物学意义是直接由葡萄糖起始的、完整的、可单独进行的途径，可以和EMP途径相互补充，增加机体的适应能力。经此途径，糖被彻底分解，故可与三羧酸循环等氧化途径相配合。是还原辅酶II(NADPH2)的提供者，还原型辅酶II是许多生化反应所必不可少的。它的产物是许多重要合成的必要底物。第7页/共32页(3)ED途径是少数缺乏完整EMP途径的微生物的替代途径。Enter-Doudoroff途径2-keto-3-deoxy-8-phosphe-gluconicacid2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸裂解途径(KDPG途径)特点代谢速度快转化率高菌体生存少发酵温度高第8页/共32页三羧酸循环第9页/共32页第10页/共32页(二)递氢和受氢“氢传递”实质上是电子转移。[H]=[H++e-]H+被释放在细胞液中。第11页/共32页

呼吸作用有机物CO2O2(外在电子受体存在)(气态氧被还原为水)碳流电子流

发酵作用有机物发酵产物(如乙醇、乳酸等)内部氧化还原作用(无外在电子受体存在)(只有一小部分力量放出水)碳流电子流

无氧呼吸作用有机物CO2氧化态NO3-、SO42-、CO32-(还原为NO2-、SO32-、CH4)碳流电子流第12页/共32页1呼吸在生物氧化时以分子氧为最终电子受体。细菌呼吸链特点组分在膜上由一系列氧还电位不同的运转体按顺序组成电子由低电位向高电位流动与氧化磷酸化偶联，产ATP氧化载体的取代性强氧化载体可增可减有分支呼吸链的存在

有机物CO2O2(外在电子受体存在)(气态氧被还原为水)碳流电子流第13页/共32页2无氧呼吸在生物氧化时呼吸链末端的最终电子受体为无机氧化物。有机物CO2氧化态NO3-、SO42-、CO32-(还原为NO2-、SO32-、CH4)碳流电子流第14页/共32页3发酵作用有机物发酵产物(如乙醇、乳酸等)内部氧化还原作用(无外在电子受体存在)(只有一小部分力量放出水)碳流电子流微生物以有机物为基质，以有机物为最终电子受体的生物氧化过程。狭义广义廉价的原料

有用的代谢产物有O2、无O2有益微生物第15页/共32页根据主要代谢产物的不同，将微生物通过EMP途径发酵分为下列六种类型

酵母的乙醇发酵同型乳酸发酵丙酸发酵丁二醇发酵混合酸发酵丁酸发酵丁酸型发酵丙酮-丁醇发酵丁醇-异丙酮发酵第16页/共32页二化能自养菌的生物氧化第17页/共32页1氢细菌是依靠H2的氧化获得能量，以CO2为碳源的自养菌。氢细菌利用氢化酶氧化分子氢，产生生物合成所需要的能量。第18页/共32页2硝化细菌亚硝酸细菌亚硝酸细菌：NH3NO2-硝酸细菌:NO2-NO3-第19页/共32页硝酸细菌第20页/共32页3硫细菌包括光能自养硫细菌和化能自养硫细菌第21页/共32页氧化磷酸化底物磷酸化三细菌的光合作用能量来源：光能ATP细菌叶绿素(光合细菌)光合色素：叶绿素(蓝细菌)细菌视紫质(盐细菌)光合磷酸化：由光能引起叶绿素分子逐出电子，并通过电子传递来产生ATP的方式。类型光合色素环式光合磷酸化非环式光合磷酸化第22页/共32页(一)生物氧化和产能1环式光合磷酸化还原力怎么解决？第23页/共32页2非环式光合磷酸化还原力来自于水的光解第24页/共32页3嗜盐菌紫膜的光合作用第25页/共32页1Calvin循环羧化反应还原反应CO2受体的再生(二)自养生物CO2的固定2乙酰-辅酶A途径3还原性TCA循环途径第26页/共32页四微生物独特合成途径举例1定义：N2+6[H]2NH3生物固氮固氮生物Mg2++ATP第27页/共32页2固氮生物的种类

(1)自生固氮菌：能独立进行固氮的微生物

(2)共生固氮菌：与它种生物共生时才能固氮的微生物

(3)联合固氮菌：必须生活在植物跟际、叶面或动物肠道等处才能固氮的微生物

从固氮生物在分类上高度分散来推断，固氮作用应是原始生物的基本代谢之一第28页/共32页3固氮生物的生化机制(1)固氮的必要条件ATP供应还原力及其载体固氮酶还原底物N2镁离子严格的厌氧微环境(2)固氮酶第29页/共32页(3)固氮酶活力测定定氮法同位素法乙炔法(1965年)HCCH