微生物營養(yǎng)和代謝21ppt課件

1、第二章 微生物的營養(yǎng)與代謝2）主要內(nèi)容w 己糖的分解w 丙酮酸代謝的多樣性；w 無機(jī)養(yǎng)料的同化；w 大分子前體物質(zhì)的合成；w 細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分大分子物質(zhì)的合成己糖的分解w 葡萄糖的有氧分解經(jīng)歷了四個階段：w 糖酵解乙酰輔酶A的生成三羧酸循環(huán)進(jìn)入呼吸鏈產(chǎn)能糖酵解的EM途徑w 糖酵解可以通過不同途徑，最一般的是EMP途徑。這條途徑是生物界所共有的。一個分子的葡萄糖在不需要氧的條件下，轉(zhuǎn)化成1，6-二磷酸果糖，隨后在醛縮酶的作用下，裂解并由此生成兩個分子的丙酮酸的過程。EM途徑的反應(yīng)式w 反應(yīng)式：C6H12O6 + 2NAD+ +2Pi + 2ADPw 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+

2、+2ATP圖見圖見P52糖酵解中能量的產(chǎn)生w 生成2個NADH和2個ATP，w 注：在真核生物中，NADH進(jìn)入線粒體要經(jīng)過甘油磷酸穿梭系統(tǒng)，細(xì)胞質(zhì)中磷酸二羥丙酮被催化氧化成3-磷酸甘油酸才能進(jìn)入線粒體，再被重新氧化成磷酸二羥丙酮，但在線粒體中的3-磷酸甘油酸脫氫酶的輔基是FAD，為此只能產(chǎn)生2個ATP， 故而1分子的葡萄糖酵解只能產(chǎn)生6個ATP。NAD+NADH + H+-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮FADH2FAD胞液胞液線粒體線粒體 內(nèi)膜內(nèi)膜胞液中胞液中-磷酸甘油脫氫酶磷酸甘油脫氫酶(輔酶為輔酶為NAD+)CoQ b c1 c aa3

3、O2線粒體內(nèi)線粒體內(nèi)-磷酸甘油脫氫酶磷酸甘油脫氫酶(輔基為輔基為FAD)-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭乙酰輔酶A的生成w 丙酮酸在丙酮酸脫氫酶系的催化下氧化脫羧、脫氫生成乙酰輔酶A. w CH3COCOOH + CoASH + NAD+ w 丙酮酸脫氫酶系 w CH3COScoA + NADH + H+ + CO2 丙酮酸脫氫酶系組成w 丙酮酸脫氫酶、二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；负投淞蛐了崦摎涿?TCA循環(huán)w 乙酰輔酶A經(jīng)過依一系列的氧化、脫羧。最終生成CO2和H2O并產(chǎn)生能量的過程。它是由H.A.Krebs正式提出的，因此由稱為Krebs循環(huán)。 w 共生成3個NADH，1個FADH2，1個GTP， T

4、CA循環(huán)圖進(jìn)入呼吸鏈w 三羧酸循環(huán)中生成的NADH和FADH2 進(jìn)入呼吸鏈，將H+和電子交給O2生成水并產(chǎn)生能量。 能量計(jì)算w 經(jīng)過糖酵解和TCA循環(huán)，一個分子的葡萄糖被徹底氧化成CO2和H2O，可產(chǎn)生38個ATP，（真核生物中只產(chǎn)生36個ATP，因?yàn)樵诰€粒體中，3-磷酸甘油酸脫氫酶的輔基是FAD）。 能量計(jì)算w 酵解1分子葡萄糖 2分子丙酮酸） 2個FADH或NADH） 2ATP w 1分子丙酮酸 1分子乙酰輔酶A 1個NADHw 1分子乙酰輔酶A 3 CO2H2O w 3個NADH1個FADH1個GTPw 共計(jì)產(chǎn)生3638個ATPTCA循環(huán)特點(diǎn)w 在TCA循環(huán)中生產(chǎn)一系列二羧酸和三羧酸化合

5、物，最后又生產(chǎn)草酰乙酸。結(jié)果是乙酰輔酶A被分解成CO2，NADH，和FADH2。w 乙酰輔酶A是脂肪酸合成的原料，TCA循環(huán)中的三羧酸和二羧酸也為其他生物合成提供原料，與氨基酸、嘌呤、嘧啶合成有關(guān)，因此TCA循環(huán)是糖、脂肪和蛋白質(zhì)等代謝的橋梁；w 反應(yīng)中生產(chǎn)大量的能量，同時分子氧不直接參與循環(huán)，但TCA循環(huán)必須在有氧條件下才能進(jìn)行。三羧酸循環(huán)在微生物代謝中的樞紐地位 丙酮酸代謝的多樣性w 丙酮酸在有氧條件下通過TCA循環(huán)被徹底氧化成CO2和H2O；在無氧條件下進(jìn)行發(fā)酵作用 。w 發(fā)酵有酒精發(fā)酵和乳酸發(fā)酵，其中乳酸發(fā)酵又分為同型乳酸發(fā)酵和異型乳酸發(fā)酵酒精發(fā)酵w 丙酮酸在無氧條件下生成乙醇的過程。

6、酵母菌發(fā)酵反應(yīng)式：w C6H12O6 ADPPi 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2ATP 乳酸發(fā)酵w 乳酸細(xì)菌利用葡萄糖在無氧條件下產(chǎn)生乳酸的過程 。w 同型乳酸發(fā)酵：葡萄糖經(jīng)EM途徑降解為丙酮酸，丙酮酸在乳酸脫氫酶作用下被NADH + H+ 還原為乳酸，如乳桿菌屬、鏈球菌屬的多數(shù)細(xì)菌。w 異型乳酸發(fā)酵：該過程中有磷酸酮糖裂解，并且有乙醇和CO2生成。 乳酸發(fā)酵反應(yīng)式w 同型乳酸發(fā)酵：w C6H12O6 2ADP2Pi 2CH3CHOHCOOH + 2ATP w 異型乳酸發(fā)酵：w C6H12O6 ADPPi CH3CHOHCOOHCH3CH2OHCO2 + ATP 異型乳酸發(fā)酵過程A.

7、兩岐雙岐桿菌;B.明串珠菌同型乳酸發(fā)酵與異型乳酸發(fā)酵的比較類型類型途徑途徑產(chǎn)物產(chǎn)物產(chǎn)能產(chǎn)能/1/1葡萄糖葡萄糖菌種代表屬菌種代表屬同型EMP2乳酸2ATPlatobacillus delbriickii(德氏乳桿菌）Streptococcus faecalis(糞鏈球菌）異型HMP1乳酸1ATPLeuconostoc mesenteroides(腸膜明串珠菌）1乙醇1CO21乳酸2ATPlatobacillus brevis(短乳桿菌）1乙酸1CO2微生物的合成代謝w 是指從簡單的小分子物質(zhì)合成復(fù)雜的大分子物質(zhì)的過程。合成代謝必須具備三要素：小分子前體物質(zhì)、能量和還原力。 合成代謝與分解代謝的

8、區(qū)別w 酶系不同；w 分解代謝是產(chǎn)能反應(yīng)，合成代謝是放能反應(yīng)；w 在真核生物中合成代謝和分解代謝發(fā)生在不同的細(xì)胞區(qū)域內(nèi)；而在原核生物細(xì)胞中沒有分區(qū)，分解代謝和合成代謝主要是由不同的酶系完成的。 無機(jī)養(yǎng)分的同化 CO2的同化w 自養(yǎng)微生物的唯一碳源是CO2w CO2同化，自養(yǎng)生物對CO2的固定w 兩個關(guān)鍵性酶：磷酸核糖酸激酶和核酮糖二磷酸羧化酶是兩個關(guān)鍵性酶。w 該過程稱為卡爾文循環(huán)。6CO2 + 12NADPH2 18ATP 酶酶 C6H12O6 + 12NADP）+ 18ADP +18Pi 精簡的Calvin循環(huán) 無機(jī)養(yǎng)分的同化 CO2的同化w 異養(yǎng)微生物對CO2的固定w 雖然化能異養(yǎng)型微生

9、物的碳源只有很少來自CO2，但它是必需的。能合成TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物。w PEP + CO2 PEP羧化酶 CH3COCH2COOH；w 丙酮酸+ CO2+ATP+H2O 丙酮酸羧化酶 草酰乙酸+ADP+Pi無機(jī)養(yǎng)分的同化 氮素的同化w 硝酸鹽的同化還原：硝酸鹽是一種高度氧化態(tài)硝酸鹽的同化還原：硝酸鹽是一種高度氧化態(tài)的無機(jī)氮源，首先要被還原成氨才能同化為有的無機(jī)氮源，首先要被還原成氨才能同化為有機(jī)氮化物，這一過程稱為機(jī)氮化物，這一過程稱為。w 兩個階段：兩個階段：w NO3- + NAD(P)H+H+同化硝酸還原酶同化硝酸還原酶 NO2- + H2O +NAD(P)+w NO2- + NAD(

10、P)H+H+ 亞硝酸還原酶亞硝酸還原酶 NH2OH+ NAD(P)H+H+ NH3 +NAD(P)+無機(jī)養(yǎng)分的同化 氮素的同化w 氨的同化生物固氮分子態(tài)氮的同化）w 指分子氮通過固氮微生物固氮酶系的催化而形成氨的過程。是地球上僅次于光合作用的第二個最重要的生物化學(xué)反應(yīng)。 固氮微生物種類w 自1886年M.W.Beijerinck分離到共生固氮的根瘤菌后，至今所研究過的固氮生物約有50多屬100多種，它們都是原核生物。分別有自生固氮菌能獨(dú)立進(jìn)行固氮的微生物）、共生固氮菌必須與他種生物共生在一起才能固氮的微生物和聯(lián)合固氮菌必須生活在植物根際、葉面或動物腸道內(nèi)才能進(jìn)行固氮的微生物） 固氮反應(yīng)的必要條

11、件w ATP的供能，固定1mol N2 大約需要消耗1015 mol ATP。w 還原力H及其載體：還原力H或電子由NAD(P)H2 所提供，它們由電子載體鐵氧還蛋白Fd或黃素氧還蛋白Fld傳遞至鐵蛋白。w （3固氮酶nitrogenase） 組分是鉬鐵蛋白；組分是鐵蛋白w （4還原底物N2 ；鎂離子；嚴(yán)格的厭氧環(huán)境 固氮反應(yīng)的總方程式w N2+6e+6H+12ATP w 2NH3+12ADP+12Pi大分子前體物質(zhì)的合成w 碳水化合物的合成：自養(yǎng)生物通過卡爾文循環(huán)利用CO2合成；大多數(shù)化能異養(yǎng)微生物能利用葡萄糖等碳水化合物作為能源和形成氨基酸等簡單化合物的骨架。w 氨基酸的合成：合成氨基酸所需的碳架的前體物質(zhì)主要來自于糖酵解和TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物。氨基在碳架形成后加上去，也可以在碳架形成過程中逐步加上。作業(yè)w水在微生物細(xì)胞中的作用有哪些？w什么是生長因子？通常包括哪三大類？w根據(jù)微生物細(xì)胞獲取能量與碳源的方式，可以將其分為哪幾類？他們之間有何區(qū)別？（列表說明）w什