微生物学第七章微生物的代谢

微生物学第七章微生物的代谢第一页，共八十二页，编辑于2023年，星期六代谢概论代谢（metabolism）：细胞内发生的各种化学反应的总称代谢分解代谢(catabolism)合成代谢(anabolism)复杂分子（有机物）分解代谢合成代谢简单小分子ATP[H]第二页，共八十二页，编辑于2023年，星期六一、概述

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过程：脱氢（或电子）递氢（或电子）受氢（或电子）功能：产能（ATP）、还原力、小分子代谢产物等。第一节微生物的产能代谢

——将最初能源转换成通用的ATP过程第三页，共八十二页，编辑于2023年，星期六生物氧化的形式：某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种生物氧化的功能为：产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物自养微生物利用无机物异养微生物利用有机物生物氧化能量微生物直接利用储存在高能化合物（如ATP）中以热的形式被释放到环境中第四页，共八十二页，编辑于2023年，星期六2、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。利用卡尔文循环固定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）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。第五页，共八十二页，编辑于2023年，星期六3、光能自养或异养微生物的产能代谢

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+)第六页，共八十二页，编辑于2023年，星期六二、葡萄糖降解代谢途径（EMP、HMP、ED、PK途径等。）

1）EMP途径（糖酵解途径、二磷酸己糖途径）

葡萄糖

丙酮酸有氧：EMP途径与TCA途径连接；无氧：还原一些代谢产物，

(专性厌氧微生物)产能的唯一途径。

产能：底物磷酸化产能：（1）1，3—二P--甘油酸3—P--甘油酸+ATP；（2）PEP丙酮酸+ATP10步反应第七页，共八十二页，编辑于2023年，星期六分为两个阶段：1、1个分子6-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+H+，3个分子CO2和3个分子5-磷酸核酮糖2、5-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。2）HMP途径（磷酸戊糖途径、旁路途径）第八页，共八十二页，编辑于2023年，星期六6-磷酸果糖出路：可被转变重新形成6-磷酸葡糖，回到磷酸戊糖途径。甘油醛-3-磷酸出路：a、经EMP途径，转化成丙酮酸，进入TCA途径

b、变成己糖磷酸，回到磷酸戊糖途径。总反应式：66-磷酸葡萄糖+12NADP++3H2O→56-磷酸葡萄糖+6CO2+12NADPH+12H++Pi

特点：a

、不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，无ATP生成，b、产大量的NADPH+H+还原力；c、产各种不同长度的重要的中间物（5-磷酸核糖、4-磷酸-赤藓糖）d、单独HMP途径较少，一般与EMP途径同存

e、HMP途径是戊糖代谢的主要途径。第九页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

3）ED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

过程：（4步反应）1葡萄糖6-磷酸-葡萄糖6-磷酸-葡糖酸KDPG6-磷酸-葡萄糖-脱水酶3--磷酸--甘油醛+丙酮酸KDPG醛缩酶特点:

a、步骤简单b、产能效率低：1ATPc、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。第十页，共八十二页，编辑于2023年，星期六4）磷酸酮解酶途径a、磷酸戊糖酮解酶途径（肠膜明串珠菌、番茄乳杆菌、甘露醇乳杆菌、短杆乳杆菌）PK途径G5-磷酸-木酮糖乙酰磷酸+3-磷酸-甘油醛特征性酶木酮糖酮解酶乙酸丙酮酸乳酸1G乳酸+乙酸+1ATP+NADPH+H+第十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

G6-磷酸-果糖b、磷酸己糖酮解酶途径——又称HK途径（两歧双歧杆菌）

4-磷酸-赤藓糖+乙酰磷酸特征性酶磷酸己糖酮解酶3--磷酸甘油醛+乙酰磷酸5-磷酸-木酮糖，5-磷酸-核糖乙酸戊糖酮解酶6-磷酸-果糖乳酸

乙酸1G乳酸+1.5乙酸+2.5ATP

第十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

1、定义

广义：利用微生物生产有用代谢的一种生产方式。

狭义：厌氧条件下，以自身内部某些中间代谢产物作为最终氢（电子）受体的产能过程

特点：

1）通过底物水平磷酸化产ATP；

2）葡萄糖氧化不彻底，大部分能量存在于发酵产物中；

3）产能率低；

4）产多种发酵产物。三、发酵（fermentantion）第十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期六2、发酵类型1）乙醇发酵

a、酵母型乙醇发酵

i、酵母一型发酵1G2丙酮酸2乙醛+CO22乙醇+2ATP

条件：pH3.5~4.5,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）ii、加入NaHSO4(酵母二型发酵)NaHSO4+乙醛磺化羟乙醛（难溶）ⅲ、弱碱性（pH7.5）(酵母三型发酵)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）---亚硫酸氢钠必须控制适量（3%）

第十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期六b、细菌型乙醇发酵

(发酵单胞菌和嗜糖假单胞菌)

同型酒精发酵

1G2丙酮酸

代谢速率高，产物转化率高，发酵周期短等。缺点是生长pH较高，较易染杂菌，并且对乙醇的耐受力较酵母菌低.

（ED）2乙醇+

1ATP异型酒精发酵(乳酸菌、肠道菌和一些嗜热细菌）应用于酒精工业中

1G2丙酮酸（丙酮酸甲酸酶）乙醛乙醇甲酸

+乙酰--CoA无丙酮酸脱羧酶而有乙醛脱氢酶第十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期六2）乳酸发酵

同型乳酸发酵（德氏乳杆菌、植物乳杆菌等）

——EMP途径（丙酮酸

乳酸）

异型乳酸发酵（PK途径）肠膜明串株菌（HK、

PK）（丙酮酸乳酸、乙醇、乙酸）产能：1ATP或2.5ATP

双歧发酵两岐双歧杆菌（PK、HK）产能：2G5ATP即1G2.5ATP

第十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期六3)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）1G丙酮酸乳酸乳酸脱氢酶

乙酰-CoA+甲酸丙酮酸甲酸解酶草酰乙酸丙酸PEP羧化酶磷酸转乙酰基酶乙醛脱氢酶乙酸激酶乙醇脱氢酶乙酸乙醇E.coli与志贺氏菌的区别：葡萄糖发酵试验：E.coli、产气肠杆菌甲酸CO2+H2

（甲酸氢解酶、H+）志贺氏菌无此酶，故发酵G不产气。CO2+H2

第十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期六b丁二醇发酵（2，3--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（乙酰乳酸脱羧酶）（OH-、O2）中性丁二醇精氨酸胍基其中两个重要的鉴定反应：

1、V．P．实验2、甲基红（M.R）反应产气肠杆菌：V.P.试验（+），甲基红（-）

E.coli：V.P.试验（-），甲基红（+）V.P.试验的原理：第十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期六4）丙酮-丁醇发酵

——严格厌氧菌进行的唯一能大规模生产的发酵产品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3：6：1）

——丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutyricum)2丙酮酸2乙酰-CoA乙酰-乙酰CoA丙酮

+CO2（CoA转移酶）丁醇缩合第十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

5）氨基酸的发酵产能（stickland反应）发酵菌体：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）氢供体（氧化）氨基酸：

Ala、Leu、Ile、Val、His、Ser、Phe、Tyr、

Try等。氢受体（还原）氨基酸：

Gly、Pro、Arg、Met、Leo、羟脯氨酸等。

第二十页，共八十二页，编辑于2023年，星期六氧化

丙氨酸丙酮酸-NH3NAD+NADH乙酰-CoANAD+NADH乙酸+ATP甘氨酸乙酸甘氨酸-NH3还原第二十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期六四、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（aerobicrespiration）无氧呼吸（anaerobicrespiration）

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：Kreb循环、电子传递。第二十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期六TCA循环的生理意义：（1）为细胞提供能量。（2）三羧酸循环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。

（1）TCA循环柠檬酸循环或Krebs循环

第二十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期六TCA的补充途径

I乙醛酸循环（TCA循环支路）

（异柠檬酸裂合酶）（乙酰--CoA合成酶）（苹果酸合成酶）乙酰-CoA异柠檬酸琥珀酸+乙醛酸乙酸苹果酸Ii丙酮酸、PEP等化合物固定CO2的方法Iii厌氧、兼性厌氧微生物获得TCA中间产物方式------通过TCA的逆过程第二十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期六（2）电子传递链1）电子传递链载体:NADH脱氢酶黄素蛋白辅酶Q（CoQ）铁-硫蛋白及细胞色素类蛋白在线粒体内膜中以4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。

第二十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期六2）原核微生物电子传递链特点：最终电子受体多样：O2、NO3-、NO2-、NO-、SO42-、S2-、CO32-等；电子供体：H2、S、Fe2+、NH4+、NO2-、G、其他有机质等；含各种类型细胞色素：

a、a1、a2、a4、b、b1、c、c1、c4、c5、d、o等；末端氧化酶：

cyta1、a2、a3、d、o，H2O2酶、过氧化物酶；呼吸链组分、含量多变，存在分支呼吸链：

E.coli（缺氧）CoQcyt.b556cyt.ocyt.b558cyt.d（抗氰化物）细胞色素0分支对氧亲和性低，是一种质子泵，在氧供应充足的条件下工作；细胞色素d分支对氧有很高的亲和性，因此在氧供应不足的情况下起作用。

电子传递多样：CoQcyt.也可不经过此途径。

第二十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期六3）氧化磷酸化产能机制

——化学偶联假说、构象偶联假说、化学渗透假说化学渗透学说---英国生物化学家Peter．Mitchell于1961年提出的。该假说认为电子传递链的组成导致质子从线粒体的基质向外移动，电子向内传递。质子传递可能是由于载体环或特定的质子泵的作用，驱动泵的能量来自电子传递。来自被氧化底物上的一对电子沿传递链转移时所产生的跨膜的电化学梯度（即质子动势Protonmotiveforce,PMF)是ATP合成的原动力。当质子动势驱动被转移至膜间空键的质子返回线粒体基质中时，所释放的能量推动ADP磷酸化生成ATP。质子推动力（Δp）取决于跨膜的质子浓度（ΔpH）和内膜两侧的电位差（Δψ）。

第二十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

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）第二十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期六硝酸盐作用同化性硝酸盐作用：

NO3-

NH3-NR-NH2

异化性硝酸盐作用：无氧条件下，利用NO3-为最终氢受体

NO3-NO2NON2ON2

反硝化意义：1）使土壤中的氮（硝酸盐NO3-）还原成氮气而消失，降低土壤的肥力；2）反硝化作用在氮素循环中起重要作用。

亚硝酸还原酶氧化氮还原酶氧化亚氮还原酶硝酸盐还原酶第二十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

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、极大多专性化能异氧型，少数混合型；

d、最终产物为H2S；

SO42-

SO32-SO2SH2S

（烂秧、腐蚀、除污）

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）

第三十页，共八十二页，编辑于2023年，星期六硫呼吸（硫还原）

——以元素S作为唯一的末端电子受体。电子供体：乙酸、小肽、葡萄糖等碳酸盐呼吸（碳酸盐还原）

——以CO2、HCO3-

为末端电子受体产甲烷菌

—利用H2作电子供体（能源）、CO2为受体，产物CH4；产乙酸细菌

—H2/CO2

进行无氧呼吸，产物为乙酸。

第三十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期六其他类型无氧呼吸

——以Fe3+、Mn2+许多有机氧化物等作为末端电子受体的无氧呼吸。延胡索酸琥珀酸+1ATP。被砷、硒化合物污染的土壤中，厌氧条件下生长一些还原细菌。利用Desulfotomaculumauripigmentum还原AsO43-生产三硫化二砷（雌黄）作用：生物矿化和微生物清污第三十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期六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）：光合细菌第三十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期六1、细菌光合色素

1）叶绿素（chlorophyll）：680、440nm2）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840~1030。

3）辅助色素：提高光利用率类胡萝卜素：

藻胆素：蓝细菌特有藻红素（550nm）、藻蓝素（620~640nm）

藻胆蛋白：与蛋白质共价结合的藻胆素。

第三十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期六2、光合细菌类群

1）产氧光合细菌——好氧菌

似各种绿色植物、藻类

蓝细菌：专性光能自养。

依靠叶绿素，光解水，利用光系统I与Ⅱ进行产氧非循环式光合作用

。

-----------------------非环式光合磷酸化第三十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期六蓝细菌等的产氧光合作用——非循环光合磷酸化过程第三十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期六2）不产氧光合细菌a、紫色细菌

——只含菌绿素a或b的厌氧菌。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。S沉积胞内。氢供体：H2S、H2

或有机物。

H2SSSO42-

；少数暗环境以S2O32-作为电子供体。依靠菌绿素与一个光系统进行循环式不产氧光合作用氧化铁紫硫细菌（Chromatium属）利用FeS,或Fe2+氧化产生Fe(OH)3沉淀第三十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期六光驱使下，电子自菌绿素上逐出后，经过类似呼吸链的循环，又回到菌绿素产ATP和还原力分别进行.紫色细菌循环光合磷酸化过程

第三十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期六紫色非硫细菌（红螺菌科）：旧认为不能利用硫化物作为电子供体；现知大多数亦能利用硫化物，但浓度不能高。--------------------------循环式光合磷酸化b、绿色细菌（绿硫细菌）含较多的菌绿素c、d或e，少量a。电子供体：硫化物或元素硫，S沉积胞外（类似紫色非硫细菌）；暗环境中不进行呼吸代谢，还可同化乙酸、丙酸、乳酸等简单有机物。

H2S或Ｓ２Ｏ３２－环境中，依靠菌绿素，只利用一个光系统进行不产氧非循环式光合作用。第三十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期六外源电子供体——H2S等无机物氧化放出电子，最终传至失电子的光合色素时与ADP磷酸化偶联产生ATP。特点：只有一个光合系统，光合作用释放的电子仅用于NAD+还原NADH，但电子传递不形成环式回路。绿硫细菌和绿色细菌第四十页，共八十二页，编辑于2023年，星期六3、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P870，P870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P870，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）。第四十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

2）非循环光合磷酸化

特点：

a、电子传递非循环式；

b、在有氧的条件下进行；

c、存在两个光合系统

d、ATP、还原力、O2同时产生

当光反应中心I的叶绿素P700吸收光量子能量后释放的电子，经过黄素蛋白和铁氧还蛋白(Fd)传递给NAD+（NADP’）生成NADH（NADPH）+H’(还原力)，而不是返回氧化型P700。光合系统II将电子提供给氧化型P700，并产生ATP。

光合系统II天线色素吸收光能并激发P680放出电子，然后还原脱镁叶绿素a(脱镁叶绿素a是2个氢原子取代中心镁原子的叶绿素a)，经过由质体醌(plastoquinone，PQ)、Cyt.b、Cyt.f和质体蓝素(plastocyanin，PC)组成的电子传递链到氧化型P700（不返回氧化型P680），而氧化型P680从水氧化成02过程中得到电子。在光系统Ⅱ中，电子由PQ经Cyt.b传递给Cyt.f时与ADP磷酸化偶联产生ATP。第四十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期六3）依靠菌视紫红质的光合作用无叶绿素或菌绿素参与的独特的光合作用，是迄今为止最简单的光合磷酸化反应。

——极端嗜盐古细菌

菌视紫红质：

以“视黄醛”（紫色）为辅基。与叶绿素相似，具质子泵作用。与膜脂共同构成紫膜；埋于红色细胞膜（类胡萝卜素）内。

第四十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期六ATP合成机理：视黄醛吸收光，构型改变，质子泵到膜外，膜内外形成质子梯度差和电位梯度差，是ATP合成的原动力，驱动ATP酶合成ATP。第四十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期六二、细菌化能自养作用

化能无机营养型细菌：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＋)。利用卡尔文循环固定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。第四十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

化能自养细菌的能量代谢特点：

①无机底物脱下的氢（电子）从相应位置直接进入呼吸链氧化磷酸化产能。②电子可从多处进入呼吸链，所以呼吸链有多种多样。③产能效率，即氧化磷酸化效率(P／0值)通常要比化能异养细菌的低。④生长缓慢，产细胞率低。有以下特点：无机底物上脱下的氢(电子)直接进入呼吸链。第四十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期六1硝化细菌

能氧化氮的化能无机营养型细菌

杆状、椭圆形、球形、螺旋形或裂片状，且它们可能有极生或周生鞭毛。

好氧、没有芽孢的革兰氏阴性有机体，在细胞质中有非常发达的内膜复合体。

将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用。

a、亚硝化细菌

NH3+O2+2H+NH2OH+H2OA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)第四十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期六2氢细菌（氧化氢细菌）

能利用氢作为能源的细菌组成的生理类群称氢细菌或氢氧化细菌(hydrogenoxidizingbacteria)。兼性化能自养菌主要有假单胞菌属、产碱杆菌属(Alcaligenes)、副球菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属(Flavobacterium)、水螺菌属(Aquaspirillum)、分支杆菌属(Mycobacterium)和诺卡氏菌属(Nocardia)等。

产能：2H2+O2—2H2O

合成代谢反应：

2H2+CO2—[CH2O]+H2O。

第四十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

氢细菌的自氧作用

第一步：产能反应，氧化4分子H。产生1分子ATP；

第二步：合成代谢反应，用所产生的ATP还原C02构成细胞物质[CH2O]和生长。在Ralstoniaeutropha中存在两种氢酶，一种膜结合氢酶涉及质子动势而细胞质中的氢酶为Calvincycle

提供还原力NADH。第四十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期六3硫细菌（硫氧化细菌）

——利用H2S、S02、S2O32-等无机硫化物进行自养生长,主要指化能自氧型硫细菌大多数硫杆菌，脱下的H+（e-）经cyt.c部位进入呼吸链；而脱氮硫杆菌从FP或cyt.b水平进入。

嗜酸型硫细菌能氧化元素硫和还原性硫化物外，还能将亚铁离子(Fe2＋)氧化成铁离子(Fe3＋)。第五十页，共八十二页，编辑于2023年，星期六第五十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期六产能途径第一阶段，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(adenosinephosphosulfate，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APS，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2．5分子ATP。第五十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期六4铁细菌和细菌沥滤

(1)铁细菌（多数为化能自养，少数兼性厌氧，产能低。）

定义：能氧化Fe2＋成为Fe3＋并产能的细菌被称为铁细菌(ironbacteria)或铁氧化细菌(ironoxidizingbacteria)。包括亚铁杆菌属(Ferrobacillus)、嘉利翁氏菌属(Gallionella)、纤发菌属(Leptothrix)、泉发菌属(Crenothrix)和球衣菌属(Sphaerotilus)的成员。有些氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusfrrooxidans)和硫化叶菌的一些成员，除了能氧化元素硫和还原性硫化物外，还能将亚铁离子(Fe2＋)氧化成铁离子(Fe3＋)，所以它们既是硫细菌，也是铁细菌。大多数铁细菌为专性化能自养，但也有兼性化能自养的。大多数铁细菌还是嗜酸性的。铁细菌的细胞产率也相当低第五十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期六铁氧化细菌呼吸链的氧化磷酸化的产能途径第五十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

(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—2H2SO44FeSO4+2H2SO4+O2—2Fe2（SO4）3+2H2Ob、低品位铜矿中铜以CuSO4形式浸出

CuS+2Fe2（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%。

第五十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期六1、固氮微生物的种类

一些特殊类群的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系催化大气中的分子氮还原成氨的过程称为固氮作用。

自生固氮菌：独立固氮（氧化亚铁硫杆菌等）共生固氮菌：与它种生物共生才能固氮形成根瘤及其他形式联合固氮菌：必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能固氮的微生物。根际—芽孢杆菌属；叶面—固氮菌属。三、固氮作用第五十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期六2、固氮机制1）固氮反应的条件

aATP的供应：

1molN2—10~15ATPb还原力[H]及其载体氢供体：H2、丙酮酸、甲酸、异柠檬酸等。电子载体：铁氧还蛋白（Fd）或黄素氧还蛋白（Fld）。

c固氮酶(双组分固氮酶)

组分I：真正“固氮酶”，又称钼铁蛋白（MF）、钼铁氧还蛋白（MoFd）第五十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期六组分II：

固氮酶还原酶，不含钼，又称铁蛋白、固氮铁氧还蛋白（AzoFd）特性：对氧极为敏感；需有Mg2+的存在；专一性：除N2外，可还原其他一些化合物

C2H2—C2H4；

2H+—H2

；

N2O—N2；HCN—CH4+NH3

（乙炔反应：可用来测知酶活）d还原底物N2：

NH3存在时会抑制固氮作用。第五十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

N2+2e+6H++（18~24）ATP—2NH3+H2+（18~24）ADP+18~24Pi

a、固氮酶的形成

e—组分II—组分II（e）—Mg—ATP

组分I+N2—I—N2

b、固氮阶段

N2*—2NH3+H2

即75%还原力用来还原N2，25%的还原力以H2形式浪费2）固氮生化过程

Fd，Fld+固氮酶（1：1复合物）第五十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期六固氮生化途径第六十页，共八十二页，编辑于2023年，星期六3、好氧性固氮菌的防氧机制

固N酶遇氧不可逆失活（组分I，半衰期10’；组分II，45’丧失一半活性）

（1）自身固N菌

a呼吸保护固N菌科的固N菌以极强的呼吸作用消耗掉环境中的氧。

b构象保护高氧分压环境，固氮酶能形成一无固N活性但能防止氧损伤的特殊构象。构象保护的蛋白质——Fe-s蛋白II

氧压增高，固氮酶与Fe—s蛋白II结合，构象变化，丧失固N能力；

氧浓度降低，蛋白自酶上解离第六十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期六(2)蓝细菌保护固N酶机制

a分化出特殊的还原性异形胞（——适宜固氮作用的细胞）

I、厚壁，物理屏障；

II、缺乏氧光合系统II，脱氧酶、氢酶活性高；

III、SOD活性很高；

IV、呼吸强度高

b非异形胞蓝细菌固N酶的保护

——缺乏独特的防止氧对固N酶的损伤机制。

I、固N、光合作用在时间上分隔开——织线蓝菌属（黑暗：固N；光照：光合作用）II、形成束状群体（束毛蓝菌属），利于固N酶在微氧环境下固NIII、提高胞内过氧化酶、SOD的活力，解除氧毒（粘球蓝菌属）第六十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期六I、豆科植物的共生菌——以类菌体形式存在于根瘤中类菌体周膜：豆血红蛋白，可与氧可逆结合（高时结合，低时释放）

豆血红蛋白：蛋白部分由植物基因编码；血红素由根瘤菌基因编码。

II、非豆科植物共生菌——含植物血红蛋白（功能相似豆血红蛋白）Frankin放线菌：营养菌丝末端膨大的泡囊类似异形胞。

c根瘤菌保护固N酶机制

第六十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期六四、肽聚糖的合成

1在细胞质中的合成——UDP-胞壁酸5肽

（尿苷二磷酸）

aG—G-UDP，M--UDPG——6-P-果糖—6-P-葡糖胺——N-乙酸葡糖胺-1-磷酸—N-乙酰葡糖胺-UDP—N-乙酰胞壁酸-UDP（M--UDP）

bM合成“Park”核苷酸（UDP-M-5肽）

UDP作为糖载体

D-Val-D-Val为环丝氨酸（恶唑霉素）阻断；第六十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期六N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸亲水性化合物第六十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

——肽聚糖单体亚单位的合成

载体：细菌萜醇（类脂载体）——C55类异戊二烯醇（含11个异戊二烯单位）穿膜的同时与G结合，接上肽桥，

——形成双糖肽亚单位此外，类脂载体还参与胞外多糖、脂多糖的合成（磷壁酸、纤维素、几丁质、甘露聚糖等）万古霉素，杆菌肽抑制这些反应

2细胞膜中的合成第六十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期六“Park”核苷酸合成肽聚糖单体细胞膜上细胞质双糖肽位于细胞膜外细胞壁生长点处第六十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期六3膜外的合成

a、多糖链的伸长（横向连接）：肽糖单体+引物（6~8肽糖单位）—多糖链横向延伸1双糖单位。b、相邻多糖链相联（纵向连接）：2D-Val—M-4肽+D-Val—甲肽尾五甘氨酸肽的游离—NH与乙肽尾D-Val（第4个氨基酸）游离COOH转肽作用：

青霉素所抑制。青霉素为D-Val-D-Val结构类似物，竞争转肽酶转糖基（形成-1，4糖苷键）第六十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期六转糖基作用和转肽作用第六十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

第三节微生物代谢的调节一、酶活性调节（酶活性的激活和抑制）１、变构调节２、修饰调节二、酶合成调节——例如大肠杆菌乳糖操纵子模型１、诱导协同诱导顺序诱导２、阻遏终产物阻遏分解代谢产物阻遏

第七十页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

第四节微生物次级代谢与次级代谢产物一、次级代谢与次级代谢产物

一般将微生物通过代谢活动所产生的自身繁殖所必需的物质和能量的过程，称为初级代谢,该过程所产生的产物即为初级代谢产物，如氨基酸、核苷类，以及酶或辅酶等。

次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对于该微生物没有明显的生理功能且非其生长和繁殖所必需的物质的过程。这一过程的产物，即为次级代谢产物，如抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等。第七十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期六

次级代谢与初级代谢关系密切，初级代谢的关键性中间产物往往是次级代谢的前体，比如糖降解过程中的乙酰-CoA是合成四环素、红霉素的前体；一般菌体的次级代谢在对数生长后期或稳定期间进行，受环境条件的影响；

次级代谢产物的合成，因菌株不同而异，但与分类地位无关；与次级代谢的关系密切的质粒则控制着多种抗生素的合成。

次级代谢产物在微生物生命活动过程中的产生极其微量，对微生物本身的生命活动没有明显作用，当次级代谢途径被阻断时，菌体生长繁殖仍不会受到影响，因此，它们没有一般性的生理功能，也不是生物体生长繁殖的必需物质，但对其它生物体往往具有不同的生理活性作用，因此，人们利用这些具有各种生理活性的次级代谢产物生产具有应用价值的药物。第七十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期六二、次级代谢的调节1．初级代谢对次级代谢的调节次级代谢与初级代谢类似，它在调节过程中也有酶活性的激活和抑制及酶合成的诱导和阻遏。2．含氮化合物对次级代谢的调节作用菌体内的谷氨酰胺合成酶(GS)的水平与抗生素的产量间呈正相关性，丙氨酸脱氢酶(ADH)水平与利福霉素SV合成则呈负的相关性，而ADH和GS同化氨途径受培养基中氨浓度的调节，因此，氨浓度的调节影响抗生素的产量。

3．诱导作用及产物的反馈抑制第七十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期六一、微生物代谢产物的利用利用微生物代谢过程中产生的众多代谢产物生产各种发酵产品。按照积累产物类型：

初级代谢产物，如氨基酸、核苷类，以及酶或辅酶；次级代谢产物，抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等。按照发酵类型：自然发酵：酒精、乳酸等，代谢控制发酵：终