大学微生物复习-第4章微生物的营养和代谢1课件

第四章微生物的营养和代谢1第一节微生物的营养营养物质时微生物新陈代谢和一切生命活动的物质基础，失去这个基础，生命也就停止微生物营养的功能A.参与微生物细胞的组成B.提供微生物机体进行各种生理活动所需的能量C.形成微生物代谢产物的来源

2一、微生物细胞的化学组与成营养物质（一）微生物细胞的化学组成元素大量元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫其他元素：钾、钠、钙、镁、铁、锰、铜、钴、锌、钼等存在方式有机物（蛋白质、糖、脂、核酸、维生素，）无机盐水3有机酸：乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高级脂肪酸，氨基酸醇类：乙醇、甲醇脂类：脂肪，磷脂

5烃类：天然气，石油，石油馏分，石蜡油CO2：CO2碳酸盐：NaHCO3,CaCO3,其他：芳香族化合物，氰化物，蛋白质，肽，核酸62.微生物的氮源（1）作用：构成微生物细胞组成或代谢中氮素来源的营养物质。（2）主要种类：无机氮源：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐等有机氮源：蛋白胨、酵母膏、玉米浆、鱼粉、黄豆饼、花生饼等气态氮源：N27微生物的能源分类

化能异养微生物：有机物（同碳源）化学物质：化能自养微生物：还原态无机物能源（不同碳源）—NH4+,NO2-,S,H2S,H2,Fe2+光能：光能自养和光能异养微生物94.微生物的生长因子指那些为微生物生长所必需，但本身不能合成，而需要量又很少的有机物质。狭义：维生素广义：维生素、氨基酸、碱基、脂肪酸等(1).生长因子自养型微生物(2).生长因子异养型微生物(3).生长因子过量合成微生物(4).营养缺陷型微生物10某些微生物生长所需的生长因子11无机盐及其生理功能136.水(1)水的功能A.是微生物细胞的重要组成部分，使原生质保持溶胶状态，保证带正常进行B.是物质代谢的原料C.起到物质溶剂和运输介质的作用D.有效控制细胞内的温度变化14(2)水的可利用性用水活度表示水活度αw(wateractivity)=P/Po

P:溶液的蒸汽压

Po:纯水的蒸汽压在常温常压下，纯水的aw为1.0015几种微生物生长的最适aw值微生物

aw一般细菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80嗜盐细菌0.76嗜盐真菌0.65嗜高渗酵母菌0.6017二、微生物吸收营养物质的方式简单扩散物质运输的动力:膜内外的浓度差特点：A.不消耗能量B.不发生化学变化C.非特异性。被运输的物质：小分子量和脂溶性物，如水，气体、甘油等。18借助膜上的载体蛋白，具有酶促反应的特性。物质运输的动力:膜内外的浓度差特点：A.需要特异性的载体蛋白B.不消耗能量C.可加快运输速度，但不能逆浓度运输194.基团转位葡萄糖通过基团转位运输过程的化学反应1）PEP+HPr酶I磷酸~HPr+丙酮酸

2）磷酸~HPr+葡萄糖酶II6-磷酸葡萄糖+HPr21特点：需复杂的运输酶系参与；同主动运输，但底物在运输过程发生化学变化。主要用于糖及脂肪酸、核苷、碱基等物质的运输。22三、微生物的营养类型细菌的营养方式以能量来源分光能型:以光为能源;化能型:以物质氧化释放的能量为能源;以可利用的供氢体无机营养型:以无机物为供氢体;有机营养型:以有机物为供氢体。231.化能有机营养型微生物碳源——有机物(用于合成细胞物质)能源，供氢体——有机物(用于分解产能)可分为：寄生型微生物——寄生于活的生物体（衣原体）腐生型微生物——以死亡的生物有机体为营养原料（如大肠杆菌）自然界中绝大部分的微生物为化能有机营养型微生物252.化能无机营养型微生物碳源——CO2能源，供氢体——无机物（氢、氨、硫）例：2NH3+2O22HNO2+4H++能量CO2+4H+(CH2O)+H2O微生物：硝化细菌,硫化细菌,氢细菌及铁细菌26微生物的营养类型1划分依据营养类型特点碳源自养型（Autotrophs）以为唯一活主要碳源异养型（Heteritrophs）以有机物为碳源能源光能营养型（Phototrophs）以光为能源化能营养型（Chemotrophs）以有机物氧化释放的化学能为能源电子供体无机营养型（Lithotrophs）以还原性无机物为电子供体有机营养型（Organotrophs）以有机物为电子供体29微生物的营养类型2营养类型电子供体碳源能源例样光能无机自养型H2,H2S,S,H2OCO2光能色细菌，蓝细菌，藻类光能有机异养型有机物有机物光能红螺细菌化能无机自养型H2,H2S,Fe2+，

NH3或NO2-CO2化学能（无机物氧化）氢细菌，硫杆菌，硝化细菌，大多数产甲烷菌化能有机异养型有机物有机物化学能（有机物氧化）大多数微生物，原生动物30四、培养基（一）、配制培养基的原则1.选择适宜的营养物质2.营养物质浓度及配比合适（C/N）3.控制pH条件4.控制氧化还原电位5.灭菌处理6.节约311.适宜营养物质的选择322.营养物质浓度及配比合适（C/N）碳氮比（C/N）：培养基中碳元素/氮元素物质的量比值或还原糖与粗蛋白之比。谷氨酸发酵生产：C/N=4时菌体大量繁殖，Glu积累少；C/N=3时菌体繁殖受抑，Glu大量积累。333.控制pH条件细菌:pH7.0~8.0放线菌：pH7~8.5酵母菌:pH3.8~6.0霉菌：pH4.0~6.034维持培养基pH的方法使用磷酸缓冲剂：

K2HPO4/Na2HPO4:KH2PO4/NaH2PO4采用“备用碱”

CaCO3

、CaHCO3采用液氨或盐酸调节354.控制氧化还原电位好氧微生物：＞+0.1V，一般+0.3~+0.4V厌养微生物：+0.1以下兼性微生物：+0.1以上好氧呼吸；+0.1以下进行发酵

36控制氧化还原电位的方法提高氧化还原电位：通气，搅拌降低氧化还原电位：去除氧气；加入还原剂（硫化物）375.灭菌处理高压蒸汽灭菌：1.05kg/cm，121.3℃，15~30min。注意：高温灭菌对营养物质的破坏及pH变化38（二）、培养基的类型及应用1.按成分不同划分培养基天然培养基合成培养基半合成培养基392.根据物理状态划分培养基固体培养基：固化培养基:含琼脂1.5~2%或其它固形物天然固体培养其:农作物材料液体培养基:不含琼脂半固体培养基：含琼脂0.2~0.7%403.按使用用途划分培养基完全培养基(Completemedium)基础培养基(Minimummedium)加富培养基(Enrichmentmedium)选择培养基(Selectivemedium)鉴别培养基(Differentialmedium)41一些鉴别培养基42

第二节微生物的代谢一、代谢和酶

分解代谢(Catabolism)代谢合成代谢(Anabolism)43

酶的组成与分类

单聚体蛋白酶蛋白寡聚体蛋白:谷酰胺合成酶多聚体蛋白:丙酮酸脱氢酶酶辅基:血红素辅因子辅酶:NAD,FAD,生物素等激活剂:金属离子

胞内酶酶胞外酶44二、微生物主要产能方式（一）发酵与底物水平磷酸化发酵:在无氧条件下进行，并获得能量的一种主要方式。发酵是以有机质分解过程中的部分中间产物作为质子及电子的最终受体被还原，而另一部分有机物则被氧化。工业发酵:是指微生物在有氧或无氧条件下通过物质的分解与合成两个代谢过程将某些物质转变成某些产物的整个过程45

微生物在厌养条件下的发酵过程的前部反应46酵母菌的乙醇发酵C6H12O6+2ADP+2H3PO4

2CH3CH2OH+2ATP+2CO2+2H2O

47乳酸细菌的正型乳酸发酵

C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHOHCOOH+2ATP+2H2O

48（二）呼吸有氧呼吸:有机物为底物的有氧呼吸

以分子氧作为质子和电子的最终受体的呼吸作用

C6H12O6+6O26CO2+6H2O+6ATP49（二）丙酮酸代谢和三羧酸（TCA）循环50（二）丙酮酸代谢和三羧酸（TCA）循环51（三）NAD和NADP在代谢中的作用电子传递链的组成部分脱氢和氢化作用的载体52电子传递系统53微生物好氧呼吸中的电子传递54无机物为底物的有氧呼吸

以还原态无机物作为氧化基质，以氧为电子受体，并利用该物质氧化过程中释放的能量进行生长。这类微生物主要是好氧型的化能自养型微生物。55各无机物氧化实例562无氧呼吸:A.作为最终的电子受体物质是NO3-、SO42-或CO2等无机物，或延胡索酸等有机物。B.作为呼吸基质的物质一般是有机物。C.通过无氧呼吸基质可被彻底氧化成CO2，并伴随有ATP的生成。57(1)以硝酸盐为电子受体许多细菌在厌氧条件下，可以NO3-作为质子和电子的最终受体。

C6H12O6＋6H2O脱氢酶6CO2＋24〔H〕24〔H〕＋NO3-硝酸还原酶2N2↑＋12H2O＋能量58(2)以硫酸盐为电子受体硫酸盐还原细菌在厌氧条件下，可以SO42-作为最终电子受体：

2CH3CHOHCOOH＋SO42-2CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋H2S只有脱硫弧菌属(Desulfovibrio)等少数几种菌能以有机物(乳酸、丙酮酸等)或分子氢作为硫酸还原的供氢体。59(3)以CO2为电子受体大多数产甲烷细菌在厌氧条件下可以CO2作为最终电子受体，将CO2还原成甲烷。4H2＋CO2CH4＋2H2O

(4)以延胡索酸为电子受体雷氏变形菌和甲酸乙酸梭菌能以延胡索酸作为受氢体还原生成琥珀酸。

HOOCCH＝CHCOOH＋H2HOOCCH2CH＋2COOH60(四）光合作用和光合磷酸化

1.紫硫细菌的光能转换（1）过程61(2)特点:只能以环式电子传递方式进行。通过电子传递生成的跨膜质子浓度差产生ATP。光合作用一般不能产生还原力（还原NAD+为NADH）。622.绿硫细菌的光能转化（1）过程63(2)特点：以环式及非环式电子传递方式进行。环式电子传递时能生成ATP。进行非环式电子传递时以还原态硫化物为电子供体能还原NAD(P)+为NAD(P)H。643.蓝细菌的光能转化(1)过程65(2)特点：有PSI和PSII两个光合系统。以环式及非环式电子传递方式进行。环式电子传递时能生成ATP。进行非环式电子传递时以水为电子供体能还原NAD(P)+为NAD(P)H，并产生氧气。66原核生物细胞与叶绿体的比较67微生物与氧的关系(隐藏)需氧性微生物只有在有氧条件下才能生长，进行有氧呼吸微生物：多数霉菌，放线菌厌氧性微生物生长不需要分子氧。或进行无氧呼吸，或进行发酵生活微生物：硫酸盐还原菌，产甲烷菌兼性厌氧微生物在有氧和无氧条件下都能生长，但在不同条件下呼吸代谢的方式不同微生物：酵母菌，大肠杆菌68三、化能异养代谢中糖的降解（一）己糖降解，形成丙酮酸的途径1.EMP途径（Embden-meyerhof-parnaspathway)2.HMP途径（Hexosemonophospatepathway)3.ED途径(Enter-doudoroff)4.WD途径5.葡萄糖直接氧化途径69EMP途径70(1）EMP途径的特点:A.葡萄糖分解是从1，6-二磷酸果糖开始B.特征性酶是1，6-二磷酸果糖醛缩酶C.整个途径不消耗氧（2）EMP途径的生理功能:

A.提供ATP和NADH；B.中间产物可生物合成提供碳骨架712.HMP途径途径从6-磷酸葡萄糖酸开始分解分2个阶段：（1）氧化阶段

脱氢、水解、氧化脱羧G6PRu5P+CO2（2）非氧化阶段

基团转移、缩合

Ru5P6-磷酸己糖72HMP途径图73(1)HMP途径的特点:A.是从6-磷酸葡萄糖酸脱羧开始B.特征性酶是转酮酶（TK）和转醛酶（TA）C.该途径一般只产生NADPH(2)HMP途径的生理功能：A.为生物合成提供多种碳架C.为生物合成提供还原力D.该途径中的5-磷酸核酮糖对自养型微生物固定CO2有重要意义。743.ED途径75ED途径的特点A.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B.特征性酶是2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶C.1mol葡萄糖经途径只产生1molATP76EMP、HMP、ED途径的比较途径EMPHMPED特征性