微生物的代謝重點

微生物的代謝重點第1頁/共62頁第五章微生物的新陳代謝第2頁/共62頁代謝概論代謝（metabolism）：推動一切生命活動的動力源，細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱。代謝分解代謝(catabolism)異化作用合成代謝(anabolism)同化作用復(fù)雜分子（有機物）分解代謝合成代謝簡單小分子ATP[H]新陳代謝的本質(zhì)既存在高度的統(tǒng)一性，又存在明顯的多樣性。第3頁/共62頁第4頁/共62頁微生物產(chǎn)生和利用能量及其與代謝的關(guān)系圖第5頁/共62頁一、概述

葡萄糖降解代謝途徑生物氧化：

發(fā)酵作用產(chǎn)能過程呼吸作用（有氧或無氧呼吸）1、化能異養(yǎng)微生物的生物氧化與產(chǎn)能第一節(jié)微生物的產(chǎn)能代謝

——將最初能源轉(zhuǎn)換成通用的ATP過程第6頁/共62頁生物氧化的形式：某物質(zhì)與氧結(jié)合、脫氫或脫電子三種生物氧化的功能為：產(chǎn)能（ATP）、產(chǎn)還原力[H]和產(chǎn)小分子中間代謝物自養(yǎng)微生物利用無機物異養(yǎng)微生物利用有機物生物氧化能量微生物直接利用儲存在高能化合物（如ATP）中以熱的形式被釋放到環(huán)境中生物氧化的過程：脫氫、遞氫和受氫三種第7頁/共62頁2、化能自養(yǎng)微生物的生物氧化與產(chǎn)能

通常是化能自養(yǎng)型細(xì)菌，一般是好氧菌。利用固定C02作為它們的碳源。其產(chǎn)能的途徑主要也是借助于無機電子供體(能源物質(zhì))的氧化，從無機物脫下的氫(電子)直接進入呼吸鏈通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。代謝特點

1）無機底物脫下的氫（電子）從相應(yīng)位置直接進入呼吸鏈

2）存在多種呼吸鏈

3）產(chǎn)能效率低；

4）生長緩慢，產(chǎn)細(xì)胞率低。第8頁/共62頁3、光能自養(yǎng)或異氧微生物的產(chǎn)能代謝

指具有捕捉光能并將它用于合成ATP和產(chǎn)生NADH或NADPH的微生物。分為不產(chǎn)氧光合微生物和產(chǎn)氧光合微生物。前者利用還原態(tài)無機物H2S，H2或有機物作還原C02的氫供體以生成NADH和NADPH。后者由H2O分子光解產(chǎn)物H’和電子形成還原力(NADPH+H’)

（還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）第9頁/共62頁二、葡萄糖降解代謝途徑（EMP、HMP、ED等。）

1）EMP途徑（糖酵解途徑、己糖二磷酸途徑）葡萄糖丙酮酸有氧：EMP途徑與TCA途徑連接；產(chǎn)生6ATP

無氧：還原一些代謝產(chǎn)物，

(專性厭氧微生物)產(chǎn)能的唯一途徑。

10步反應(yīng)丙酮酸乳酸：無氧乙醛——乙醇：無氧與TCA連接，將丙酮酸徹底氧化成二氧化碳和水第10頁/共62頁第11頁/共62頁分為兩個階段：1、3個分子6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脫氫酶和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶等催化下經(jīng)氧化脫羧生成6個分子NADPH+H+，3個分子CO2和3個分子5-磷酸核酮糖2、5-磷酸核酮糖在轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶催化下使部分碳鏈進行相互轉(zhuǎn)換，經(jīng)三碳、四碳、七碳和磷酸酯等，最終生成2分子6-磷酸果糖和1分子3-磷酸甘油醛（中間產(chǎn)物：核糖-5-磷酸和木酮糖-5-磷酸）。2）HMP途徑（戊糖磷酸途徑、己糖一磷酸途徑）第12頁/共62頁第13頁/共62頁HMP途徑的總反應(yīng)6葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H2O

5葡萄糖-6-磷酸+12NADPH+12H++6CO2+Pi6C6ATP12NADPH+H+6C56CO2經(jīng)呼吸鏈36ATP5C635ATP重新合成己糖第14頁/共62頁特點：a

、不經(jīng)EMP途徑和TCA循環(huán)而得到徹底氧化，無ATP生成，b、產(chǎn)大量的NADPH+H+還原力；c、產(chǎn)各種不同長度的重要的中間物（5-磷酸核糖、4-磷酸-赤蘚糖）d、單獨HMP途徑較少，一般與EMP途徑同存

e、HMP途徑是戊糖代謝的主要途徑。第15頁/共62頁

3）ED（KDPG）途徑

——2-酮-3-脫氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途徑

1952年Entner-Doudoroff：嗜糖假單胞菌

過程：（4步反應(yīng)）

1葡萄糖

6-磷酸-葡萄糖

6-磷酸-葡糖酸

KDPG6-磷酸-葡萄糖-脫氫酶3--磷酸--甘油醛+丙酮酸KDPG醛縮酶特點:

a、步驟簡單

b、產(chǎn)能效率低：1ATPc、關(guān)鍵中間產(chǎn)物KDPG，特征酶：KDPG醛縮酶

細(xì)菌：銅綠、熒光假單胞菌,根瘤菌,固氮菌,農(nóng)桿菌,運動發(fā)酵單胞菌等。第16頁/共62頁

ATP

有氧時經(jīng)呼吸鏈

6ATP

無氧時進行發(fā)酵2乙醇2ATPNADH+H+NADPH+H+2丙酮酸

ATP C6H12O6KDPGED途徑的總反應(yīng)C6H12O6+ADP+Pi

+NADP++NAD+2CH3COCOOH+ATP+NADPH+H++NADH+H+第17頁/共62頁第18頁/共62頁

1、定義

廣義：利用微生物生產(chǎn)有用代謝一種生產(chǎn)方式。

狹義：厭氧條件下，以自身內(nèi)部某些中間代謝產(chǎn)物作為最終氫（電子）受體的產(chǎn)能過程

特點：

1）通過底物水平磷酸化產(chǎn)ATP；

2）葡萄糖氧化不徹底，大部分能量存在于發(fā)酵產(chǎn)物中；

3）產(chǎn)能率低；

4）產(chǎn)多種發(fā)酵產(chǎn)物。三、發(fā)酵（fermentantion）第19頁/共62頁2、發(fā)酵類型1）乙醇發(fā)酵

a、酵母型乙醇發(fā)酵

1G2丙酮酸2乙醛+CO22乙醇+2ATP

條件：pH3.5~4.5,厭氧菌種：釀酒酵母、少數(shù)細(xì)菌（胃八疊球菌、解淀粉歐文氏菌等）

i、加入NaHSO4NaHSO4+乙醛磺化羥乙醛（難溶）甘油

ii、弱堿性（pH7.5）

2乙醛1乙酸+1乙醇（歧化反應(yīng)）磷酸二羥丙酮作為氫受體，經(jīng)水解去磷酸生成甘油——甘油發(fā)酵（EMP）第20頁/共62頁b、細(xì)菌型乙醇發(fā)酵

(發(fā)酵單胞菌和嗜糖假單胞菌)

同型酒精發(fā)酵：ED途徑G+2ADP+2Pi→2乙醇+2CO2+2ATP

異型酒精發(fā)酵(乳酸菌、腸道菌和一些嗜熱細(xì)菌）：HMP途徑

G+ADP+Pi→乳酸+乙醇+CO2+ATP

第21頁/共62頁2）乳酸發(fā)酵

同型乳酸發(fā)酵（德氏乳桿菌、植物乳桿菌等）

——EMP途徑（丙酮酸乳酸）

G+2ADP+2Pi→2乳酸+2ATP

異型乳酸發(fā)酵:除乳酸外還有乙醇、乙酸、CO2

腸膜明串株菌產(chǎn)能：1ATP

雙歧桿菌（HMP）

產(chǎn)能：2G5ATP即1G2.5ATP

第22頁/共62頁3)混合酸、丁二醇發(fā)酵a混合酸發(fā)酵：

——腸道菌（E.coli、沙氏菌、志賀氏菌等）1G丙酮酸乳酸乳酸脫氫酶

乙酰-CoA+甲酸丙酮酸甲酸解酶草酰乙酸丙酸PEP羧化酶磷酸轉(zhuǎn)乙?；敢胰┟摎涿敢宜峒っ敢掖济摎涿敢宜嵋掖糆.coli與志賀氏菌的區(qū)別：葡萄糖發(fā)酵試驗：

E.coli、產(chǎn)氣腸桿菌

甲酸CO2+H2

（甲酸氫解酶、H+）志賀氏菌無此酶，故發(fā)酵G不產(chǎn)氣。CO2+H2

第23頁/共62頁b丁二醇發(fā)酵（2，3--丁二醇發(fā)酵）

——

腸桿菌、沙雷氏菌、歐文氏菌等丙酮酸乙酰乳酸3-羥基丁酮乙二酰紅色物質(zhì)（乙酰乳酸脫氫酶）（OH-、O2）中性丁二醇精氨酸胍基其中兩個重要的鑒定反應(yīng)：

1、V．P．實驗2、甲基紅（M.R）反應(yīng)產(chǎn)氣腸桿菌：V.P.試驗（+），甲基紅（-）

E.coli：V.P.試驗（-），甲基紅（+）V.P.試驗的原理：第24頁/共62頁

4）氨基酸的發(fā)酵產(chǎn)能（stickland反應(yīng)）stickland反應(yīng)：以一種氨基酸作底物脫氫，而以另一種氨基酸作氫受體而實現(xiàn)生物氧化產(chǎn)能的獨特發(fā)酵類型。發(fā)酵菌體：生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、雙酶梭菌等。特點：氨基酸的氧化與另一些氨基酸還原相偶聯(lián)；產(chǎn)能效率低（1ATP）

第25頁/共62頁氧化

丙氨酸丙酮酸-NH3NAD+NADH乙酰-CoANAD+NADH乙酸+ATP甘氨酸乙酸甘氨酸-NH3還原CH3CHNH2COOH+2CH2NH2CH2NH2ADP+PiATP3CH3COOH+3NH3+CO2(丙氨酸)供體(甘氨酸)受體(乙酸)第26頁/共62頁四、呼吸（respiration）

——從葡萄糖或其他有機物質(zhì)脫下的電子或氫經(jīng)過系列載體最終傳遞給外源O2或其他氧化型化合物并產(chǎn)生較多ATP的生物氧化過程。

有氧呼吸（aerobicrespiration）

無氧呼吸（anaerobicrespiration）

1有氧呼吸

原核微生物：胞質(zhì)中，僅琥珀酸脫氫酶在膜上真核微生物：線粒體內(nèi)膜上

2個產(chǎn)能的環(huán)節(jié)：TCA循環(huán)、電子傳遞。第27頁/共62頁第28頁/共62頁TCA循環(huán)的生理意義：（1）為細(xì)胞提供能量。（2）三羧酸循環(huán)是微生物細(xì)胞內(nèi)各種能源物質(zhì)徹底氧化的共同代謝途徑。（3)三羧酸循環(huán)是物質(zhì)轉(zhuǎn)化的樞紐。

第29頁/共62頁（2）電子傳遞鏈1）電子傳遞鏈載體:NAD(P)H脫氫酶黃素蛋白(FP)

鐵-硫蛋白輔酶Q（CoQ）細(xì)胞色素類蛋白在線粒體內(nèi)膜中以5個載體復(fù)合物的形式從低氧化還原勢的化合物到高氧化還原勢的分子氧或其他無機、有機氧化物逐級排列。

第30頁/共62頁2）氧化磷酸化產(chǎn)能機制

——化學(xué)滲透假說化學(xué)滲透學(xué)說---英國生物化學(xué)家Peter．Mitchell于1961年提出的。在氧化磷酸化過程中,通過呼吸鏈有關(guān)酶系的作用,可將底物分子上的質(zhì)子從膜內(nèi)側(cè)傳遞到膜的外側(cè),從而造成了膜兩側(cè)質(zhì)子分布不均勻,此即質(zhì)子動勢的由來,也是合成ATP的能量來源.通過ATP酶的逆反應(yīng)可把質(zhì)子從膜的外側(cè)重新回到膜的內(nèi)側(cè),于是在消除質(zhì)子動勢的同時合成了ATP.

質(zhì)子推動力（Δp）取決于跨膜的質(zhì)子濃度（ΔpH）和內(nèi)膜兩側(cè)的電位差（Δψ）。

第31頁/共62頁

特點：

a常規(guī)途徑脫下的氫，經(jīng)部分呼吸鏈傳遞；

b氫受體：氧化態(tài)無機物（個別：延胡索酸）

c產(chǎn)能效率低。硝酸鹽呼吸（反硝化作用）即硝酸鹽還原作用特點：

a有其完整的呼吸系統(tǒng)；

b只有在無氧條件下，才能誘導(dǎo)出反硝化作用所需的硝酸鹽還原酶A、亞硝酸還原酶等

c兼性厭氧

細(xì)菌：銅綠假單胞、地衣芽孢桿菌等。2無氧呼吸（厭氧呼吸）第32頁/共62頁同化性硝酸鹽作用：作為氮源營養(yǎng)物

NO3-

NH3-NR-NH2

異化性硝酸鹽作用：還原無氧條件下，利用NO3-為最終氫受體

NO3-NO2NON2ON2

反硝化意義：1）使土壤中的氮（硝酸鹽NO3-）還原成氮氣而消失，降低土壤的肥力；2）反硝化作用在氮素循環(huán)中起重要作用。

亞硝酸還原酶氧化氮還原酶氧化亞氮還原酶硝酸鹽還原酶硝酸鹽呼吸（反硝化作用）第33頁/共62頁

硫酸鹽呼吸（硫酸鹽還原）

——厭氧時，SO42-

、SO32-、S2O32-等為末端電子受體的呼吸過程。

特點：

a、嚴(yán)格厭氧；

b、大多為古細(xì)菌

c、極大多數(shù)為專性化能異氧型，少數(shù)為混合型；

d、最終產(chǎn)物為H2S；

SO42-

SO32-SO2SH2Se、利用有機質(zhì)（有機酸、脂肪酸、醇類）作為氫供體或電子供體；

f、環(huán)境：富含SO42-的厭氧環(huán)境（土壤、海水、污水等）

第34頁/共62頁硫呼吸（硫還原）

——

以元素S作為唯一的末端電子受體。電子供體：乙酸、小肽、葡萄糖等最終產(chǎn)物為H2S，一般為厭氧菌。氧化乙酸脫硫單胞菌碳酸鹽呼吸（碳酸鹽還原）

——以CO2、HCO3-

為末端電子受體產(chǎn)甲烷菌

—

利用H2作電子供體（能源）、CO2為受體，產(chǎn)物CH4；產(chǎn)乙酸細(xì)菌

—H2/CO2

進行無氧呼吸，產(chǎn)物為乙酸。

第35頁/共62頁其他類型無氧呼吸

——以Fe3+、Mn2+許多有機氧化物等作為末端電子受體的無氧呼吸。延胡索酸琥珀酸+1ATP。被砷、硒化合物污染的土壤中，厭氧條件下生長一些還原硫細(xì)菌。利用微生物還原AsO43-生產(chǎn)三硫化二砷（雌黃）作用：生物礦化和微生物清污第36頁/共62頁第二節(jié)微生物特有的合成代謝途徑一、細(xì)菌的光合作用

真核生物：藻類及其他綠色植物

產(chǎn)氧原核生物：藍(lán)細(xì)菌光能營養(yǎng)型生物不產(chǎn)氧（僅原核生物有）：光合細(xì)菌1、光合細(xì)菌類群1）產(chǎn)氧光合細(xì)菌——好氧菌各種綠色植物、藻類藍(lán)細(xì)菌：專性光能自養(yǎng)。

(H2S環(huán)境中，只利用光合系統(tǒng)進行不產(chǎn)氧作用)。第37頁/共62頁2）不產(chǎn)氧光合細(xì)菌a、紫色細(xì)菌

——只含菌綠素a或b。紫硫細(xì)菌（著色菌科）（舊稱紅硫菌科）含紫色類胡蘿卜素，菌體較大，沉積胞內(nèi)。氫供體：H2S、H2

或有機物。

H2SSSO42-

；少數(shù)暗環(huán)境以S2O32-作為電子供體。氧化鐵紫硫細(xì)菌（Chromatium屬）利用FeS,或Fe2+氧化產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀第38頁/共62頁2、細(xì)菌光合色素

1）葉綠素（chlorophyll）：680、440nm2）菌綠素——a、b、c、d、e、g。

a：與葉綠素a基本相似；850nm處。

b：最大吸收波長840~1030。

3）輔助色素：提高光利用率類胡蘿卜素：

藻膽素：藍(lán)細(xì)菌獨有藻紅素（550nm）、藻藍(lán)素（620~640nm）

藻膽蛋白：與蛋白質(zhì)共價結(jié)合的藻膽素。

第39頁/共62頁3、細(xì)菌光合作用1）循環(huán)光合磷酸化

細(xì)菌葉綠素將捕獲的光能傳輸給其反應(yīng)中心葉綠素，吸收光能并被激發(fā)，使它的還原電勢變得很負(fù)，被逐出的電子經(jīng)過由脫鎂菌綠素(bacteriopheophytin，Bph)、CoQ、細(xì)胞色素b和c組成的電子傳遞鏈傳遞返回到細(xì)菌葉綠素，同時造成了質(zhì)子的跨膜移動，提供能量用于合成ATP。特點：

a、光驅(qū)使下，電子自菌綠素上逐出后，經(jīng)過類似呼吸鏈的循環(huán)，又回到菌綠素；

b、產(chǎn)ATP和還原力[H]分別進行，還原力來自H2S等無機物；

c、不產(chǎn)氧（O2）。第40頁/共62頁

2）非循環(huán)光合磷酸化

特點：

a、電子傳遞非循環(huán)式；

b、在有氧的條件下進行；

c、ATP、還原力、O2同時產(chǎn)生

當(dāng)光反應(yīng)中心的葉綠素吸收光量子能量后釋放的電子，經(jīng)過黃素蛋白和鐵氧還蛋白(Fd)傳遞給NAD+（NADP’）生成NADH（NADPH）+H’(還原力)，而不是返回氧化型。

第41頁/共62頁二、細(xì)菌化能自養(yǎng)作用

化能無機營養(yǎng)型細(xì)菌：通常是化能自養(yǎng)型細(xì)菌，一般是好氧菌。

產(chǎn)能的途徑主要是借助于無機電子供體(能源物質(zhì))的氧化，從無機物脫下-的氫(電子)直接進入呼吸鏈通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。最普通的電子供體是氫、還原型氮化合物、還原型硫化合物和亞鐵離子(Fe2＋)。固定C02作為它們的碳源。最重要反應(yīng)：

CO2

還原成[CH20]水平的簡單有機物，進一步合成復(fù)雜細(xì)胞成分

——大量耗能、耗還原力的過程。第42頁/共62頁1硝化細(xì)菌

能氧化氮的化能無機營養(yǎng)型細(xì)菌。桿狀、橢圓形、球形、螺旋形或裂片狀，且它們可能有極生或周生鞭毛。

好氧、沒有芽孢的革蘭氏陰性有機體，在細(xì)胞質(zhì)中有非常發(fā)達(dá)的內(nèi)膜復(fù)合體。將氨氧化成硝酸鹽的過程稱為硝化作用。

a、亞硝化細(xì)菌

NH3+O2+2H+NH2OH+H2O氨單加氧酶羥氨氧化酶HNO2+4H++4e-b、硝化細(xì)菌NO2-+H2O

亞硝酸氧化酶NO3-+2H++2e-根據(jù)它們氧化無機化合物的不同也稱氨氧化細(xì)菌(產(chǎn)生1分子ATP)第43頁/共62頁2氫細(xì)菌（氧化氫細(xì)菌）

能利用氫作為能源的細(xì)菌組成的生理類群稱氫細(xì)菌或氫氧化細(xì)菌(hydrogenoxidizingbacteria)。兼性化能自養(yǎng)菌主要有假單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)、副球菌屬、芽孢桿菌屬、黃桿菌屬(Flavobacterium)、水螺菌屬(Aquaspirillum)、分支桿菌屬(Mycobacterium)和諾卡氏菌屬(Nocardia)等。

產(chǎn)能：2H2+O2

—2H2O

合成代謝反應(yīng)：

2H2+CO2

—[CH2O]+H2O。

第44頁/共62頁3硫細(xì)菌（硫氧化細(xì)菌）

——利用H2S、S02、S2O32-等無機硫化物進行自養(yǎng)生長,主要指化能自氧型硫細(xì)菌

嗜酸型硫細(xì)菌能氧化元素硫和還原性硫化物外，還能將亞鐵離子(Fe2＋)氧化成鐵離子(Fe3＋)。第45頁/共62頁產(chǎn)能途徑第一階段，H2S、S0和S2O32－等硫化物被氧化為SO32－第二階段，形成的SO32－進一步氧化為SO42－和產(chǎn)能。1、由細(xì)胞色素－亞硫酸氧化酶將SO32－直接氧化成為SO42－，并通過電子傳遞磷酸化產(chǎn)能，普遍存在于硫桿菌中。2、磷酸腺苷硫酸(adenosinephosphosulfate，APS)途徑。在這條途徑中，亞硫酸與腺苷單磷酸反應(yīng)放出2個電子生成一種高能分子，放出的電子經(jīng)細(xì)胞電子傳遞鏈的氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。由腺苷酸激酶的催化，每氧化1分子SO32－產(chǎn)生1.5分子ATP。第46頁/共62頁4鐵細(xì)菌和細(xì)菌瀝濾

(1)鐵細(xì)菌（多數(shù)為化能自養(yǎng)，少數(shù)兼性厭氧，產(chǎn)能低。）

定義：能氧化Fe2＋成為Fe3＋并產(chǎn)能的細(xì)菌被稱為鐵細(xì)菌(ironbacteria)或鐵氧化細(xì)菌(ironoxidizingbacteria)。包括亞鐵桿菌屬(Ferrobacillus)、嘉利翁氏菌屬(Gallionella)、纖發(fā)菌屬(Leptothrix)、泉發(fā)菌屬(Crenothrix)和球衣菌屬(Sphaerotilus)的成員。有些氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillusfrrooxidans)和硫化葉菌的一些成員，除了能氧化元素硫和還原性硫化物外，還能將亞鐵離子(Fe2＋)氧化成鐵離子(Fe3＋)，所以它們既是硫細(xì)菌，也是鐵細(xì)菌。大多數(shù)鐵細(xì)菌為專性化能自養(yǎng)，但也有兼性化能自養(yǎng)的。大多數(shù)鐵細(xì)菌還是嗜酸性的。鐵細(xì)菌的細(xì)胞產(chǎn)率也相當(dāng)?shù)偷?7頁/共62頁

(2)細(xì)菌瀝濾

——利用嗜酸性氧化鐵和硫細(xì)菌氧化礦物中硫和硫化物的能力，讓其不斷制造和再生酸性浸礦劑，將硫化礦中重金屬轉(zhuǎn)化成水溶性重金屬硫酸鹽而從低品位礦中浸出的過程。又稱細(xì)菌浸出或細(xì)菌冶金。原理：a、浸礦劑的生成

2S+3O2+2H2O—2H2SO44FeSO4+2H2SO4+O2—2Fe2（SO4）3+2H2Ob、低品位銅礦中銅以CuSO4形式浸出

CuS+2Fe2（SO4）3+2H2O+O2—CuSO4

+4FeSO4+2H2SO4

c、鐵屑置換CuSO4中的銅

CuSO4+Fe—FeSO4+Cu

——適于次生硫化礦和氧化礦的浸出，浸出率達(dá)70%~80%。

第48頁/共62頁1、固氮微生物的種類

一些特殊類群的原核生物能夠?qū)⒎肿討B(tài)氮還原為氨，然后再由氨轉(zhuǎn)化為各種細(xì)胞物質(zhì)。微生物利用其固氮酶系催化大氣中的分子氮還原成氨的過程稱為固氮作用。

自生固氮菌：獨立固氮（氧化亞鐵硫桿菌等）共生固氮菌：與它種生物共生才能固氮形成根瘤及其他形式聯(lián)合固氮菌：必須生活在植物根際、葉面或動物腸道等處才能固氮的微生物。根際—芽孢桿菌屬；葉面—固氮菌屬。三、固氮作用第49頁/共62頁2、固氮機制1）固氮反應(yīng)的條件

aATP的供應(yīng)：

1molN2

—10~15ATPb還原力[H]及其載體氫供體：H2、丙酮酸、甲酸、異檸檬酸等。電子載體：鐵氧還蛋白（Fd）或黃素氧還蛋白（Fld）。

c固氮酶

組分I：真正“固氮酶”，又稱鉬鐵蛋白（MF）、鉬鐵氧還蛋白（MoFd）第50頁/共62頁組分II：

固氮酶還原酶，不含鉬，又稱鐵蛋白、固氮鐵氧還蛋白（AzoFd）特性：對氧極為敏感；需有Mg2+的存在；專一性：除N2外，可還原其他一些化合物

C2H2

—C2H4；

2H+

—H2

；

N2O—N2；HCN—CH4+NH3

（乙炔反應(yīng)：可用來測知酶活）d還原底物N2：

NH3存在時會抑制固氮作用。第51頁/共62頁

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

固氮階段

N2*—2NH3+H2

即75%還原力用來還原N2，25%的還原力以H2形式浪費2）固氮生化過程第52頁/共62頁

第三節(jié)微生物次級代謝與次級代謝產(chǎn)物次級代謝與次級代謝產(chǎn)物

一般將微生物通過代謝活動所產(chǎn)生的自身繁殖所必需的物質(zhì)和能量的過程，稱為初級代謝,該過程所產(chǎn)生的產(chǎn)物即為初級代謝產(chǎn)物，如氨基酸、核苷類，以及酶或輔酶等。

次級代謝是指微生物在一定的生長時期，以初級代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對于該微生物沒有明顯的生理功能且非其生長和繁殖所必需的物質(zhì)的過程。這一過程的產(chǎn)物，即為次級代謝產(chǎn)物，如抗生素、激素、生物堿、毒素及維生素等。第53頁/共62頁

次級代謝與初級代謝關(guān)系密切，初級代謝的關(guān)鍵性中間產(chǎn)物往往是次級代謝的前體，比如糖降解過程中的乙酰-CoA是合成四環(huán)素、紅霉素的前體；一般菌體的次級代謝在對數(shù)生長后期或穩(wěn)定期間進行，受環(huán)境條件的影響；

次級代謝產(chǎn)物的合成，因菌株不同而異，但與分類地位無關(guān)；與次級代謝的關(guān)系密切的質(zhì)粒則控制著多種抗生素的合成。

次級代謝產(chǎn)物在微生物生命活動過程中的產(chǎn)生極其微量，對微生物本身的生命活動沒有明顯作用，當(dāng)次級代謝途徑被阻斷時，菌體生長繁殖仍不會受到影響，因此，它們沒有一般性的生理功能，也不是生物體生長繁殖的必需物質(zhì)，但對其它生物體往往具有不同的生理活性作用，因此，人們利用這些具有各種生理活性的次級代謝產(chǎn)物生產(chǎn)具有應(yīng)用價值的藥物。第54頁/共62頁一、微生物代謝產(chǎn)物的利用利用微生物代謝過程中產(chǎn)生的眾多代謝產(chǎn)物生產(chǎn)各種發(fā)酵產(chǎn)品。按照積累產(chǎn)物類型：

初級代謝產(chǎn)物，如氨基酸、核苷類，以及酶或輔酶；次級代謝產(chǎn)物，抗生素、激素、生物堿、毒素及維生素等。按照發(fā)酵類型：自然發(fā)酵：酒精、乳酸等，代謝控制發(fā)酵：終端產(chǎn)物，賴氨酸、鳥苷酸、腺苷酸等；中間產(chǎn)物，檸檬酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、高絲氨酸、肌苷酸、黃苷酸等；第四節(jié)微生物