微生物代谢专业知识讲座

新陈代谢：微生物与其它生物一样，为了本身生长发育及繁殖后代，需要不停地从外界环境中摄取营养物质，在体内经过一系列生化反应，转变成能量和组成细胞物质，并向体外排出不需要产物。这一系列生化过程称为新陈代谢。新陈代谢包含：组成代谢（合成代谢）和分解代谢两个部分。微生物代谢专业知识讲座第1页1、合成代谢：由简单小分子化合物合成复杂细胞物质过程称为合成代谢。2、分解代谢：由复杂营养物质或细胞大分子物质降解成简单产物并产生能量过程称为分解代谢。二者有显著区分，但又紧密相连，分解代谢为合成代谢提供能量及“原材料”；合成代谢又是分解代谢基础，它们在细胞内偶联地进行。微生物代谢是微生物生理学关键，微生物种类繁多，代谢过程和方式也是各种多样。然而，微生物与其它主要生物代谢活动基本规律是一致。微生物代谢专业知识讲座第2页第一节微生物酶

任何生物进行生命活动都离不开酶，微生物也不例外。大分子营养物质要经过微生物产生胞外酶分解成小分子物质，才能被M吸收利用。进入细胞内营养物质也要经过酶作用将其分解并释放出能量。M合成其新细胞物质时，也是在各种酶催化作用下进行。所以能够说，没有酶，细胞内一切生化反应将不能进行，生命也就停顿了。微生物代谢专业知识讲座第3页

一、酶：酶是由生活细胞产生含有蛋白质性质有机催化剂酶特征：①酶含有蛋白质一切性质。凡是能破坏蛋白质结构，使蛋白质变性原因都能够使酶失去活性。②酶含有高效催化作用和专一性。正是因为这种高度专一性，才能使M体内进行着数目众多、复杂化学反应有条不紊地进行。微生物代谢专业知识讲座第4页二、影响酶反应速度原因环境条件影响酶反应速度。

（一）酶反应速度：即酶活力，通常是以单位时间内底物降低或产物增加来表示。离体酶反应速度在一定时间内能保持恒定。但伴随时间延长，反应速度会逐步下降，出现反应速度下降原因很多。为了准确表示酶活力，应以反应初速度为标准。微生物代谢专业知识讲座第5页

（二）影响酶反应速度主要原因：酶浓度、产物浓度、PH质、温度、酶抑制剂、酶激活剂等。普通酶在60℃时就将失活。人工制成干燥酶制剂能够耐较高温度。酶抑制剂：因为改变了酶蛋白上必需基团或活性基化学性质而引发酶活力降低或丧失称为抑制作用。引发这种抑制作用物质称为酶抑制剂。酶激活剂：一些物质存在能够提升酶活性，这些物质称为酶激活剂。微生物代谢专业知识讲座第6页三、酶在微生物细胞中分布：依据酶在微生物细胞中活动部位，通常将酶分为两大类：即胞外酶和胞内酶。胞外酶：是由细胞产生后分泌到细胞外面进行活动酶。主要是指单成份水解酶类。1、水解多糖淀粉E、纤维素E等；2、水解寡糖蔗糖E、麦芽糖E、乳糖E等；3、蛋白酶E、脂肪E等；胞外水解酶类大多是在细胞质膜上合成，然后释放到细胞外。微生物代谢专业知识讲座第7页

（二）胞内酶：是在细胞内部起作用酶。酶在细胞内不是杂乱无章、而是有一定活动区域。不一样性质酶类有不一样活动部位。1、细胞质膜是渗透酶活动场所；2、相关发酵酶类则溶于细胞质中；3、相关呼吸酶类和电子递体大多固定在特定细胞结构上，在原核M中是细胞内膜中体上；在真核微生物中则是在线粒体上。

微生物代谢专业知识讲座第8页4、相关蛋白质合成酶类主要是在核糖核蛋白体上活动；5、相关光合作用酶类则集中在叶绿体片层结构膜上或染色体膜上。即使M体内有许各种酶，但因为各种酶类在细胞中有严格活动区域，从而使M生理活动在时间上和空间上都能有序地、高度有效地进行。微生物代谢专业知识讲座第9页第二节微生物能量代谢

所谓能量就是指做功本事，全部生物进行生命活动都需要能量。所以，M所需能量起源，外界能源物质怎样变成M可利用形式，以及怎样被M利用等，都是M能量代谢基本问题。微生物代谢专业知识讲座第10页一、ATP与氧化磷酸化

（一）ATP：就当前所知，在M体内起主要作用是ATP、酰基辅酶—A，二者是体内偶联者，可相互转化。所以，ATP被认为是M能量转移中心站，ATP生成和利用则是M能量代谢中心。ATP是腺嘌呤核苷三磷酸（简称：三磷酸腺苷）缩写，是生物体中最主要高能磷酸化合物。微生物代谢专业知识讲座第11页（二）氧化磷酸化作用：生物利用化合物氧化过程中所释放能量，进行磷酸化生成ATP作用。生物氧化方式：1、呼吸作用：以分子态氧作为最终电子（和氢）受体氧化作用。或有氧呼吸作用；2、无氧呼吸作用：以无机氧化物（如NO3-、NO2-、SO4-2，SO3-2等）中氧作为最终电子（和氢）受体氧化作用称为无氧呼吸作用。3、发酵作用：发酶作用是指电子（氢）供体和电子（氢）受体都是有机化合物氧化作用。微生物代谢专业知识讲座第12页4、呼吸链：电子自其供体向受体转移过程中，要经过一系列中间电子递体，这些电子递体按一定次序排列成链，称为电子传递链。如以氧为最终电子受体，则称为呼吸链。二、ATP利用（能量消耗）ATP主要用于供给合成细胞物质（包含贮藏物质）所需能量。组成细胞物质主要是蛋白质、核酸、类脂和多糖。合成这些物质都需要ATP供给能量；另外，细胞对营养物质吸收，鞭毛菌运动，发光细菌发光等所消耗能量也要由ATP供给。微生物代谢专业知识讲座第13页三、微生物呼吸类型：依据M与分子态度关系，即微生物在生活中是否需要O2，能够将M分为以下几个类型：1、好氧性M：凡是生活中需要O2M；大多数细菌，全部放线菌和霉菌都属这类型。它们以有氧呼吸进行生物氧化，以分子态氧作为最终电子（和氢）受体，产生较多能量。在自然界中，好氧性M种类和数量都是最多。微生物代谢专业知识讲座第14页2、厌氧性M：凡是生活中不需要O2M；一些细菌，如一些梭状芽胞杆菌，它们以发酵作用为唯一生物氧化方式。比如：丁酸梭菌3、兼性厌氧性M：凡是在有氧或无氧条件下都能生活M。它们在有O2或无O2情况下以不一样方式产生能量，有以下两种类型：微生物代谢专业知识讲座第15页①一个类型：在有氧条件下进行有氧呼吸作用，在无氧条件下进行发酵作用。比如：酵母菌，有氧时进行有氧呼吸，以O2作为最终电子受体，基质被彻底氧化，释放能量较多，酵母菌进行生长繁殖；而在无氧条件下则进行发酵作用，产生酒精和CO2，即酒精发酵。②另一个类型：兼厌氧性M，在有氧条件下进行有氧呼吸，在无氧条件下进行无氧呼吸。比如：反硝化细菌，在有O2时，以O2作为最终电子（和氢）受体进行有氧呼吸，在无O2时以无机物NO3-中氧作为电子受体进行无氧呼吸。微生物代谢专业知识讲座第16页4、微好氧性M：只需要微量O2条件下生活M。如固氮螺菌，乳酸菌等。另外，对于“发酵”这一名词在微生物学中是指电子（和氢）供体和受体都是有机化合物一个生物氧化作用，是M在嫌氧条件下分解有机物质过程。但在应用M学中，习惯于把利用M生产人类所需要代谢产物过程称为发酵。比如：酒精发酵、醋酸发酵、青霉素发酵、氨基酸发酵等，是指利用M生产酒类、食醋、青霉素和味精过程。不论这种过程是在厌氧条件下，还是在好氧条件下发生统称为发酵。而其中真正在生物氧化意义上发酵只有酒精发酵。这即使与生物氧化中发酵概念很不相同，可是因为在生产中被广泛使用，也经常在相关资料中看到。不过要注意在不一样情况下“发酵”含义。微生物代谢专业知识讲座第17页第三节营养物质分解在生物体内物质代谢包含分解代谢和合成代谢。分解代谢是复杂营养物质分解成简单化合物并释放出能量过程。合成作用所需要能量和大多数原料物质都来自分解作用。只有M体内进行旺盛分解作用，才能更多地合成M细胞物质并快速生长繁殖。可见，分解作用在M代谢作用中主要性。从外界进入微生物体内营养物质种类很多。微生物代谢专业知识讲座第18页一、碳水化合物分解碳水化合物是异养M主要碳素起源和能量起源，包含各种多糖、双糖和单糖。多糖必须在胞外由对应胞外酶水解，才能被吸收利用；双糖和单糖被M吸收后，马上进入分解路径，被降解成简单含碳化合物，同时分级释放能量，供给细胞合成所需要碳源和能源。基本过程：多糖（胞外E作用下）→单糖、双糖→丙酮酸（进入三羧循环）→H2O、CO2微生物代谢专业知识讲座第19页二、蛋白质和氨基酸分解蛋白质是大分子化合物，不能直接进入M细胞，必须在细胞外被分解成氨基酸之后才能被M利用。由蛋白质分解成氨基酸是由蛋白酶和肽酶联合催化。基本过程：蛋白质（蛋白酶作用下）→肽类（肽酶作用下）→氨基酸氨基酸被M降解有脱氨基和脱羧基两种基本方式。分别为脱氨酶类和脱羧酶类所催化。当培养基pH值偏碱时，进行脱氨作用；偏酸时进行脱羧作用。微生物代谢专业知识讲座第20页三、脂肪和脂肪酸分解脂肪和脂肪酸能够作为许多微生物碳源和能源，但普通利用较为迟缓。细菌中荧光假单胞菌、分枝杆菌、放线菌等；真菌中青霉、曲霉、镰刀菌等都能够分解脂肪或高级脂肪酸。脂肪酸被彻底氧化后能够产生大量能量，比如：1分子16C饱各脂肪酸被彻底氧化时可取得130个ATP。微生物代谢专业知识讲座第21页第四节微生物细胞物质合成微生物细胞物质主要是由蛋白质、核酸、碳水化合物和类脂等组成。合成这些大分子有机化合物需要大量能量和原料。能量来自营养物质分解，重于原料，能够是M从外界吸收小分子化合物，但更多是从营养物质分解中取得。从这里能够看出：分解作用与合成作用之间相互依赖亲密关系，因为它们之间相互依赖偶联进行，M才能含有旺盛生命活动和正常生长繁殖。因而在自然界中得以生存和发展。微生物代谢专业知识讲座第22页

微生物种类很多，其合成路径也比较复杂和各种多样。其主要细胞物质合成路径有以下几个。一、二氧化碳固定少数M能利用CO2，它们将空气中CO2同化成细胞物质过程称为CO2固定作用，或CO2同化。CO2固定方式有自养型和异养型两种。微生物代谢专业知识讲座第23页二、氮同化全部生物都需要氮，氮最终起源是无机氮。大气中约有3/4是N2，但全部高等生物和绝大多数M都不能利用，只有固氮M能够同化固定N2，每年能固定氮素约1亿多吨，远比当前用化学方法合成氮肥量要多。能固氮M很多，约有50多个属，都是原核生物。凡能与植物共生固氮M称为共生固氮M，比如；与豆科植物根部细胞其生根瘤菌；与非豆科植物根部共生放线菌；与蕨类植物共生兰细菌。凡能单独生活固氮M，称为自生固氮M。微生物代谢专业知识讲座第24页三、氨同化与氨基酸合成M经过固氮作用，或硝酸还原作用所生成氨NH3（氨），或直接从外界吸收NH3，以及含氨化合物分解时所放出NH3，都能够用来使酮酸氨基化而形成对应氨基酸。（其余个体内容自己看）微生物代谢专业知识讲座第25页四、蛋白质合成蛋白质生物合成机制说明是当代生物科学巨大成就，我国1965年首次人工合成了胰鸟素，为蛋白质合成研究作出了贡献。蛋白质生物合成是一个高度复杂而又巧妙过程，除需要有各种氨基酸和相关酶参加外，还需要核酸和核蛋白体参加作用。一个生物能合成哪些蛋白质，是由它DNA决定。基本过程：先以DNA为模板合成mRNA（此过程称为转录）→再以mRNA为模板合成蛋白质（此过程称为翻译）。翻译过程是在核蛋白体上进行，所以常称核蛋白体是合成蛋白质工厂。微生物代谢专业知识讲座第26页蛋白质生物合成过程是：1、氨基酸活化；2、氨基酰—tRNA生成；3、以mRNA为模板，完成蛋白质最终合成。五、类脂合成：内容包含：脂肪酸合成；脂肪和磷脂合成；β—羟基丁酸合成；微生物代谢专业知识讲座第27页六、次生代谢产物合成在合成代谢中，M除了合成组建本身物质外，还能够经过支路代谢合成大量次生物质。次生物质种类很多，比如：