微生物生理與遺傳學(xué)小結(jié)

1、靜息細(xì)胞：又稱休止細(xì)胞（resing cell），把培養(yǎng)液中各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生長(zhǎng)因子洗去后懸浮在生理鹽水中培養(yǎng)一段時(shí)間，以消耗內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，呈饑餓狀態(tài)的細(xì)胞。微生物突變株大致可以分為兩類：營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株和特異營(yíng)養(yǎng)突變株。營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株：通過誘變處理(紫外光照射、亞硝基胍及乙基磺酸甲酯等誘變劑)，誘使微生物發(fā)生突變，體內(nèi)的一種或數(shù)種酶缺損，喪失合成某些代謝物質(zhì)的能力，必須由外源供給所缺失的生長(zhǎng)物質(zhì)才能生長(zhǎng)。這種突變株為營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株。特異營(yíng)養(yǎng)突變株：這種經(jīng)誘變處理的菌株，合成特異產(chǎn)物(次級(jí)代謝物)的酶受到阻斷，不能再合成特異產(chǎn)物，但仍能在最低培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，稱為特異營(yíng)養(yǎng)突變株。只有供給合成特異

2、產(chǎn)物的前體，才能再合成這個(gè)菌株的特有產(chǎn)物?！肮埠铣伞笔侵笇⒄T變產(chǎn)生的、兩個(gè)不能單獨(dú)合成特異產(chǎn)物(抗生素)的突變株，經(jīng)一同培養(yǎng)后，又可以再合成原來產(chǎn)生的特異產(chǎn)物的現(xiàn)象，稱為合作生物合成(cooperative biosynthesis)或共合成(cosynthesis)。新陳代謝（metabolism ）生物體與外界環(huán)境之間的物質(zhì)和能量交換以及生物體內(nèi)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)變過程叫做新陳代謝。包括物質(zhì)代謝和能量代謝兩個(gè)方面。按物質(zhì)轉(zhuǎn)化方式分：分解代謝（catabolism）：指細(xì)胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)和還原力，并在這個(gè)過程中產(chǎn)生能量。合成代謝（anabolism）：是指細(xì)胞利用簡(jiǎn)單的小分子物質(zhì)和

3、還原力合成復(fù)雜大分子的過程，在這個(gè)過程中要消耗能量。按代謝產(chǎn)物在機(jī)體中作用不同分：初級(jí)代謝：提供能量、前體、結(jié)構(gòu)物質(zhì)等生命活動(dòng)所必須的代謝物的代謝類型；產(chǎn)物：氨基酸、核苷酸等.次級(jí)代謝：在一定生長(zhǎng)階段出現(xiàn)非生命活動(dòng)所必需的代謝類型；產(chǎn)物：抗生素、色素、激素、生物堿等生物氧化作用：細(xì)胞內(nèi)代謝物以氧化作用釋放（產(chǎn)生）能量的化學(xué)反應(yīng)。氧化過程中能產(chǎn)生大量的能量，分段釋放，并以高能鍵形式貯藏在ATP分子內(nèi)，供需時(shí)使用。生物氧化的方式：和氧的直接化合：C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O失去電子：Fe2+ Fe3+ e -化合物脫氫: CH3-CH2-OH CH3-CHO生物氧化的功能:A

4、 產(chǎn)能（ATP） B產(chǎn)還原力（H）C 小分子中間代謝物生物氧化的過程一般包括三個(gè)環(huán)節(jié)：底物脫氫（或脫電子）作用（該底物稱作電子供體或供氫體）氫（或電子）的傳遞（需中間傳遞體，如NAD、FAD等）最后氫受體接受氫（或電子）（最終電子受體或最終氫受體）底物脫氫的途徑1、EMP2、HMP3、ED 4、WD 5、TCA 6、葡萄糖氧化途徑糖酵解途徑(glycolytic pathway)是指細(xì)胞在胞漿中分解葡萄糖生成丙酮酸(pyruvate)的過程，此過程中伴有少量ATP的生成。EMP途徑的特征酶：1,6-二磷酸果糖醛縮酶 關(guān)鍵酶：磷酸果糖激酶HMP途徑的關(guān)鍵酶系是6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶和轉(zhuǎn)酮-轉(zhuǎn)醛酶

5、系ED途徑的特征反應(yīng)是關(guān)鍵中間代謝物2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解為丙酮酸和3-磷酸甘油醛。ED途徑的特征酶是KDPG醛縮酶。葡萄糖經(jīng)EMP和ED都能產(chǎn)生2分子丙酮酸，如何區(qū)分？1. 檢測(cè)特征酶的酶活（1,6-二磷酸果糖醛縮酶和KDPG醛縮酶）2. 放射性同位素標(biāo)記EMP途徑中，CO2來自于葡萄糖的3位和4位碳原子ED途徑中，CO2來自于葡萄糖的1位和4位碳原子三羧酸循環(huán)又稱TCA循環(huán)、Krebs循環(huán)或檸檬酸循環(huán)。其中大多數(shù)酶在真核生物中存在于線粒體基質(zhì)中，在細(xì)菌中存在于細(xì)胞質(zhì)中；只有琥珀酸脫氫酶是結(jié)合于細(xì)胞膜或線粒體膜上。丙酮酸在進(jìn)入三羧酸循環(huán)之先要脫羧生成乙酰CoA，乙

6、酰CoA和草酰乙酸縮合成檸檬酸再進(jìn)入三羧酸循環(huán)。循環(huán)的結(jié)果是乙酰CoA被徹底氧化成CO2和H2O，每氧化1分子的乙酰CoA可產(chǎn)生12分子的ATP，草酰乙酸參與反應(yīng)而本身并不消耗。發(fā)酵作用：沒有任何外源的最終電子受體的生物氧化模式。在生物氧化中發(fā)酵是指沒有外源電子受體的情況下，底物脫氫后所產(chǎn)生的還原力不經(jīng)過呼吸鏈傳遞而直接交給一內(nèi)源氧化性中間代謝產(chǎn)物的一類低效產(chǎn)能反應(yīng)。呼吸作用：有外源的最終電子受體的生物氧化模式。微生物在降解底物的過程中，將釋放出的電子交給NAD(P)+、FAD或FMN等電子載體，再經(jīng)電子傳遞系統(tǒng)傳給外源電子受體，從而生成水或其他還原型產(chǎn)物并釋放出能量的過程。乳酸發(fā)酵：乳酸細(xì)菌

7、能利用葡萄糖及其他相應(yīng)的可發(fā)酵的糖產(chǎn)生乳酸，稱為乳酸發(fā)酵。A. 同型乳酸發(fā)酵 B異型乳酸發(fā)酵 C雙歧發(fā)酵呼吸鏈（respiratory chain,RC）.電子傳遞鏈（electron transport chain ,ETC）：位于原核生物細(xì)胞膜上或真核生物線粒體膜上的由一系列氧化還原勢(shì)呈梯度差的、鏈狀排列的氫傳遞體。氧化磷酸化/電子傳遞鏈磷酸化：指呼吸鏈的遞氫(或電子)和受氫過程與磷酸化反應(yīng)相偶聯(lián)并產(chǎn)生ATP的作用。呼吸鏈氧化磷酸化效率的高低可用PO比：(即每消耗1mol氧原子所產(chǎn)生的ATP mol數(shù))來作定量表示。有氧呼吸：底物脫下的氫經(jīng)過完整的呼吸鏈傳遞,最終被外源分子氧接受，產(chǎn)生水并

8、釋放出ATP形式的能量。無氧呼吸（厭氧呼吸）：無氧呼吸（厭氧呼吸）是一類呼吸鏈末端的氫受體為外源無機(jī)氧化物（個(gè)別為有機(jī)氧化物）的生物氧化。微生物分解氨基酸的能力因菌種而異，一般認(rèn)為革蘭氏陰性菌分解能力大于革蘭氏陽性菌。脫羧作用：脫羧作用是指氨基酸脫去羧基生成胺的過程。在微生物細(xì)胞內(nèi)的氨基酸脫羧酶具有如下的特點(diǎn)：專一性強(qiáng)；大都是誘導(dǎo)酶(只有谷氨酸脫羧酶是組成酶)；一般都需要磷酸吡哆醛作為輔酶(組氨酸脫羧酶不需要輔酶)；反應(yīng)都是不可逆的。R-CH-COOH R-CH2-NH2+ CO2NH2脫氨作用：氨基酸脫去氨基生成相應(yīng)的-酮酸和氨的過程。氧化脫氨：催化氧化脫氨的酶有兩類：氨基酸氧化酶和氨基酸脫

9、氫酶。a氨基酸氧化酶：黃素蛋白酶類，它以FMN或FAD為輔基。b氨基酸脫氫酶：不需氧，它以NAD或NADP為輔基。脫下的H不直接交給氧，經(jīng)電子傳遞鏈產(chǎn)生水和能量。非氧化脫氨：a 還原脫氨：厭氧條件，專性厭氧或兼性厭氧微生物在氫化酶的催化下，使氨基酸加氫脫氨生成脂肪酸和氨。 b水解脫氨 ：水解脫氨生成酮酸。c 直接分解脫氨：氨基酸經(jīng)過直接脫氨生成不飽和脂肪酸和氨。 d 斯提克蘭反應(yīng)（Stickland reaction）：一種氨基酸進(jìn)行氧化脫氨，脫下去的氫去還原另一種氨基酸，使之發(fā)生還原脫氨，二者偶聯(lián)進(jìn)行氧化還原的脫氨作用。（3）脫羧基和脫氨基作用：某些微生物如細(xì)菌和酵母菌中的氨基酸加水分解，同

10、時(shí)脫掉氨基和羧基，生成醇、氨和二氧化碳。（4）轉(zhuǎn)氨基作用：一種氨基酸把氨基轉(zhuǎn)移到-酮酸上，生成新的氨基酸和原氨基酸相應(yīng)的-酮酸。微生物合成合成代謝的原料：小分子物質(zhì)、能量和還原力（NADPH)CO2是自養(yǎng)微生物的唯一碳源，異養(yǎng)微生物也能利用CO2作為輔助碳源。CO2的固定：將空氣或周圍環(huán)境中的CO2同化為細(xì)胞物質(zhì)的過程。卡爾文循環(huán)(Calvin cycle)：又稱二磷酸核酮糖途徑或還原性戊糖磷酸循環(huán)。是光能自養(yǎng)微生物和化能自養(yǎng)微生物固定CO2的主要途徑。在光能自養(yǎng)生物中，此反應(yīng)不需要光，可在黑暗條件下進(jìn)行，故稱暗反應(yīng)。兩種特有酶：核酮糖二磷酸羧化酶（簡(jiǎn)稱RuBisCO)和磷酸核酮糖激酶.分為三

11、個(gè)階段：(1) CO2固定，即游離的CO2經(jīng)酶促反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物分子中的羧基,也稱作CO2的羧化（carboxylation）。CO2的受體是核酮糖-1,5-二磷酸，催化此反應(yīng)的酶是核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(2) 被固定CO2的還原，羧化產(chǎn)物的還原這一階段包括兩步反應(yīng)：（1）在磷酸甘油酸激酶催化下，發(fā)生高能鍵的轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生1，3-二磷酸甘油酸（BPG）；（2）在磷酸甘油醛脫氫酶的催化下，還原產(chǎn)生3-磷酸甘油醛（G3P）。(3) 受體的再生：3-磷酸甘油醛變?yōu)楣?6-磷酸生物固氮是指固氮微生物將大氣中的氮?dú)膺€原成氨的過程。固氮生物都屬于個(gè)體微小的原核生物，所以，固氮生物又叫做固氮微生

12、物（原核生物）。其中包括化能自養(yǎng)、化能異養(yǎng)、光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)等多種類型。根據(jù)固氮微生物的固氮特點(diǎn)以及與植物的關(guān)系，分為自生固氮微生物、共生固氮微生物（根瘤菌）和聯(lián)合固氮微生物三類。一般將微生物通過代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的自身繁殖所必需的物質(zhì)和能量的過程，稱為初級(jí)代謝,該過程所產(chǎn)生的產(chǎn)物即為初級(jí)代謝產(chǎn)物，如氨基酸、核苷類，以及酶或輔酶等。次級(jí)代謝是指微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期，以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對(duì)于該微生物沒有明顯的生理功能且非其生長(zhǎng)和繁殖所必需的物質(zhì)的過程。這一過程的產(chǎn)物，即為次級(jí)代謝產(chǎn)物，如抗生素、激素、生物堿、毒素及維生素等。次級(jí)代謝的生理功能（1） 次級(jí)代謝可維持初級(jí)代謝的平衡（2）

13、次級(jí)代謝產(chǎn)物是貯存物質(zhì)的一種形式（3） 使菌體在生存競(jìng)爭(zhēng)中占優(yōu)勢(shì)（4） 與細(xì)胞分化有關(guān)前體：加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化合物，能被微生物直接結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而自身的結(jié)構(gòu)無多大變化，且具有促進(jìn)產(chǎn)物合成的作用。中間體：是指養(yǎng)分或基質(zhì)進(jìn)入一途徑后被轉(zhuǎn)化為一種或多種不同的物質(zhì)，它們均被進(jìn)一步代謝，最終獲得該途徑的終產(chǎn)物。次級(jí)代謝的調(diào)節(jié)1 初級(jí)代謝對(duì)次級(jí)代謝的調(diào)節(jié)2碳代謝物的調(diào)節(jié)3氮代謝物的調(diào)節(jié)4磷酸鹽的調(diào)節(jié) 4.1 促進(jìn)初級(jí)代謝、抑制次級(jí)代謝 4.2 抑制次級(jí)代謝產(chǎn)物前體的形成 4.3 阻遏次級(jí)代謝中某些關(guān)鍵酶的合成 4.4 抑制次級(jí)代謝中某些關(guān)鍵酶的活性5能荷水平的調(diào)節(jié)6酶誘導(dǎo)的調(diào)節(jié)誘導(dǎo)酶需要有誘導(dǎo)物存在才能形成。在次級(jí)代謝過程中，有些參與次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的酶為誘導(dǎo)酶。內(nèi)源誘導(dǎo)物：菌體自身代謝過程中形成的誘導(dǎo)物。外源誘導(dǎo)物：外界加入的誘導(dǎo)物。7產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)反饋調(diào)節(jié)包括反饋?zhàn)瓒艉头答佉种疲≒197）。反饋?zhàn)瓒簦╢eedback repression)：作用于基因水平，控制酶的合成量，是終產(chǎn)物抑制生