微生物的代谢专题知识讲座

代谢概念代谢(metabolism)是微生物细胞与外界环境不停进行物质交换过程，它是细胞内各种化学反应总和。因为代谢作用正常进行，确保了微生物生长与繁殖，代谢作用一旦停顿，微生物生命活动也就停顿。微生物代谢包含物质代谢和能量代谢两部分:代谢=物质代谢十能量代谢细胞是自然界物质有序最高状态，故需要能量维持。微生物的代谢专题知识讲座第1页生物化学统一性标准二十世纪科学上发觉几大基本标准之一对全部生物类群生命物质进行分析发觉：以细胞作为基本结构单位。组成生物体化学元素和有机分子相同。组成DNA四种基本核苷酸、组成RNA四种基本核苷酸以及组成蛋白质二十种氨基酸都是一样，且核酸中糖类都是D型，蛋白质中氨基酸都是L型；普遍以ATP作为能量载体。糖酵解反应过程都相近似。全部生物都以核酸作为遗传物质，所用密码也是相同或通用。微生物的代谢专题知识讲座第2页生物化学统一性标准二十世纪科学上发觉几大基本标准之一对全部生物类群生命物质进行分析发觉：以细胞作为基本结构单位。组成生物体化学元素和有机分子相同。

普遍以ATP作为能量载体。糖酵解反应过程都相近似。全部生物都以核酸作为遗传物质，所用密码也是相同或通用。等等

这些例子，表明宏观上差异巨大生物体在微观层面上含有高度相同性和统一性。

微生物的代谢专题知识讲座第3页4.1微生物能量代谢ATP是细胞中最常见直接能量供体。是“通用货币”。微生物的代谢专题知识讲座第4页4.1微生物能量代谢微生物的代谢专题知识讲座第5页微生物主要产能方式经过底物水平磷酸化（substratelevelphosphorylation）氧化磷酸化

(oxidationphosphorylation)也称电子转移磷酸化(electrontransferphosphorylation)光合磷酸化

(photo-phosphorylation)

三种方式将化能与光能转换为生物通用能源物质(ATP)。微生物的代谢专题知识讲座第6页

ATP合成化学渗透学说微生物的代谢专题知识讲座第7页细菌电子传递链和真核生物电子传递链比较

微生物的代谢专题知识讲座第8页真核生物电子传递链微生物的代谢专题知识讲座第9页线粒体内膜上电子传递链微生物的代谢专题知识讲座第10页化学渗透学说

ATP合成化学渗透学说微生物的代谢专题知识讲座第11页

ATP合成化学渗透学说微生物的代谢专题知识讲座第12页线粒体

ATP合成化学渗透学说微生物的代谢专题知识讲座第13页微生物的代谢专题知识讲座第14页微生物主要产能路径微生物的代谢专题知识讲座第15页微生物主要产能路径(一)有机物氧化

1、有氧呼吸

2、无氧呼吸

3、发酵(Fermentation)(二)无机物氧化(Oxidationofinorganics)(三)光能转换(Photo－conversion)微生物的代谢专题知识讲座第16页

无氧呼吸

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有氧呼吸发酵作用

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微生物的代谢专题知识讲座第17页微生物细胞中能量产生过程中三种受氢方式有氧呼吸。O2为氢受体无氧呼吸。NO3-、NO2-、SO42-、CO2等外源氢受体

发酵作用。细胞内丙酮酸

内源氢受体

微生物的代谢专题知识讲座第18页真核细胞内葡萄糖分解代谢丙酮酸乳酸微生物的代谢专题知识讲座第19页1、呼吸－－有氧呼吸和无氧呼吸有氧呼吸:以分子氧作为质子和电子最终受体呼吸作用C6H12O6+6O2

＝6CO2+6H2O+36ATP无氧呼吸:又称厌氧呼吸,作为最终电子受体物质不是分子氧,而是NO3-、SO42-或CO2等无机物，或延胡索酸等有机物，作为呼吸基质物质普通是有机物。经过无氧呼吸基质可被彻底氧化成CO2，并伴随有ATP生成。微生物的代谢专题知识讲座第20页线粒体微生物的代谢专题知识讲座第21页2、呼吸－－无氧呼吸一些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸。无氧呼吸最终电子受体不是氧，而是像NO3-、NO2-、SO42-、CO2等外源受体。无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体，并在能量分级释放过程中伴随有磷酸化作用。但仅部分能量随电子转移传给最终电子受体，所以生成能量较有氧呼吸少。微生物的代谢专题知识讲座第22页呼吸－－无氧呼吸10[H]+2NO

—

3

－－>N2+2OH

—+4H2O+能量

如兼性厌氧脱氮副球菌（Paracoccusenitrificans）在无氧条件下行无氧呼吸，以氢为电子供体，硝酸盐为最终电子受体，还原硝酸盐，进行彻底地反硝化作用.微生物的代谢专题知识讲座第23页3、发酵P89

发酵（fermentation）有广义与狭义两种概念。

狭义发酵

仅仅是指微生物生理学意义上，它普通是指微生物在无氧条件下利用底物代谢时，将有机物生物氧化过程中释放电子直接转移给底物本身未彻底氧化中间产物，生成代谢产物并释放能量过程。

广义发酵是指微生物在有氧或无氧条件下利用营养物生长繁殖并生产人类有用产品过程。比如发酵工业上用苏云金芽孢杆菌等生产生物杀虫剂，利用酵母菌生产面包酵母或酒精，利用链霉菌生产抗生素等通称为发酵。微生物的代谢专题知识讲座第24页

无氧呼吸

→→→→

有氧呼吸发酵作用

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微生物的代谢专题知识讲座第25页微生物脱氢路径1EMP路径微生物的代谢专题知识讲座第26页微生物脱氢路径2ED路径微生物的代谢专题知识讲座第27页微生物脱氢路径3微生物的代谢专题知识讲座第28页微生物脱氢路径4微生物的代谢专题知识讲座第29页脱氢和产能关系微生物的代谢专题知识讲座第30页

无氧呼吸

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有氧呼吸发酵作用

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微生物的代谢专题知识讲座第31页

无机物氧化获能——

自养微生物生物氧化大多数微生物从有机物氧化取得能量。

一些微生物能够从氧化无机物取得能量（和前面讲无氧呼吸不一样），同化合成细胞物质，这类细菌称为化能自养微生物。它们在无机能源氧化过程中经过氧化磷酸化产生ATP。P99氢氧化硫氧化氨氧化铁氧化微生物的代谢专题知识讲座第32页自养微生物生物氧化

常见自养微生物：微生物的代谢专题知识讲座第33页4.3微生物分解代谢和合成代谢

微生物分解代谢和能量代谢亲密相关。

一、己糖分解代谢糖酵解路径。三羧酸循环。磷酸戊糖路径。ED路径。

ED路径为细菌内独有路径，其它，如PK路径、HK路径P195

微生物的代谢专题知识讲座第34页4.3微生物分解代谢和合成代谢微生物的代谢专题知识讲座第35页4.3微生物分解代谢和合成代谢微生物的代谢专题知识讲座第36页化能异养代谢中糖降解己糖(如葡萄糖）降解，形成丙酮酸路径1.EMP路径（Embden-meyerhof-parnaspathway)2.HMP路径（Hexosemonophospatepathway)

3.ED路径(Enter-doudoroff)微生物的代谢专题知识讲座第37页4.3微生物分解代谢和合成代谢二、丙酮酸多样性代谢产物丙酮酸在有氧条件下彻底分解，在无氧条件下可经过发酵作用转化为各种发酵产物。P93酒精发酵及其特点。乳酸发酵及其特点。同型乳酸发酵和异型乳酸发酵其它。丙酸发酵，丁酸发酵等。微生物的代谢专题知识讲座第38页丙酮酸在有氧条件下彻底分解，在无氧条件下可经过发酵作用转化为各种发酵产物。微生物的代谢专题知识讲座第39页微生物的代谢专题知识讲座第40页微生物分解代谢和合成代谢微生物的代谢专题知识讲座第41页微生物分解代谢和合成代谢微生物的代谢专题知识讲座第42页4.4初级代谢与次级代谢初级代谢（primarymetabolism）是一类主要发生在生长繁殖期普遍存在于一切生物中代谢类型。

P114次级代谢（secondarymetabolism）是一些生物在一定生长时期，以初级代谢为前体物质，合成一些无明确生理功效物质过程。（通常为了防止初级代谢过程中某种中间产物积累或环境原因胁迫而产生)。经过次级代谢合成产物通常称为次级代谢产物。P119微生物的代谢专题知识讲座第43页微生物次级代谢产物可大致分为抗生素、毒素、激素、色素、生物碱等不一样类型。微生物的代谢专题知识讲座第44页次级代谢产物-----1、抗生素抗生素是对其它种类微生物或细胞能产生抑制或致死作用一大类有机化合物。它是由生物合成或半合成次级代谢产物。如氨苄青霉素为半合成青霉素，因为在青霉素苄基侧链a-位上引入氨基、羧基、羟基极性大亲水基团。当前发觉抗生素已经有10000

各种，其中有一部分在医学临床与农、林、畜牧业生产上已得到广泛应用。由点青霉产生青霉素是上一世纪30年代发觉第一个抗生素。

放线菌能产生抗生素种类最多，当前医疗上广泛应用链霉素、红霉素、庆大霉素、金霉素、土霉素、制霉菌素等都是放线菌类群一些种，主要是链霉菌属组员产生。微生物的代谢专题知识讲座第45页次级代谢产物-----2、毒素对人和动植物细胞有毒杀作用一些微生物次生代谢产物称为毒素。毒素大多是蛋白质类物质，比如毒性白喉棒状杆菌产生白喉毒素、破伤风梭菌产生破伤风毒素、肉毒梭菌产生肉毒毒素等。其它许多病原细菌如葡萄球菌、链球菌、沙门氏杆菌、痢疾杆菌等也都产生各种外毒素和内毒素。真菌中产生毒素种类也很多，很各种蕈子是有毒，曲霉属中也有－些产毒素种，如黄曲霉产生黄曲霉毒素可对食品造成危害。微生物的代谢专题知识讲座第46页次级代谢产物------3、生长刺激素

它是主要由植物和一些细菌、放线菌、真菌等微生物合成并能刺激动植物生长一类生理活性物质。微生物的代谢专题知识讲座第47页次级代谢产物-----4、色素是指由微生物在代谢中合成积累在胞内或分泌于胞外各种呈色次生代谢产物。放线菌和真菌产生色素分泌于体外时，使菌落底面培养基展现紫、黄、绿、褐、黑等色。积累于体内色素多在孢子、孢子梗或孢子器中，使菌落表面展现各种颜色。如红曲霉产生红曲色素，使菌体展现紫红色，并分泌体外。故红曲色素是天然色素。微生物的代谢专题知识讲座第48页次级代谢产物-----5、维生素维生素是生理学上概念，不是化学上同类物质。丙酸细菌、芽孢杆菌和一些链霉菌与耐高温放线菌在培养过程中能够积累维生素B12

，一些分枝杆菌能利用碳氢化合物合成吡哆醛与尼克酰胺，一些假单胞菌能过量合成生物素，一些醋酸细菌能过量合成维生素C，各种霉菌不一样程度地积累核黄素等，酵母菌类细胞中除含有大量硫胺素、核黄素、尼克酰胺、泛酸、吡哆素以及维生素B12外，还含有各种固醇。

当前医药上应用各种维生素主要是用各种微生物生物合成后提取。微生物的代谢专题知识讲座第49页次级代谢产物-----6、生物碱即使生物碱大部分由植物合成，但一些霉菌合成生物碱如麦角生物碱，即属于次生代谢产物。麦角生物碱在临床上主要用来作为预防产后出血、治疗交感神经过敏、周期性偏头痛和降低血压等疾病药品。微生物的代谢专题知识讲座第50页4.5微生物代谢与调控微生物的代谢专题知识讲座第51页4.5微生物代谢与调控对微生物代谢进行调控主要性对微生物代谢进行调控，最有效是对酶进行调控。

对酶活性进行调控P115酶激活和酶活性抑制对酶合成（即该酶数量）进行调控酶诱导和酶阻遏注意抑制和阻遏区分微生物的代谢专题知识讲座第52页酶活性调控——酶活性抑制微生物的代谢专题知识讲座第53页酶活性调控——酶活性抑制

微生物的代谢专题知识讲座第54页酶合成调控1、诱导诱导酶和组成酶概念P117凡能促进酶生物合成现象称为诱导(