微生物的代謝與發(fā)酵優(yōu)秀課件

Chap5微生物的新陳代謝●能量代謝●分解代謝和合成代謝的聯(lián)系●微生物獨特的合成代謝●代謝調(diào)節(jié)與發(fā)酵●細胞代謝簡化圖§1.微生物能量代謝一、化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能（一）生物底物脫氫的主要途徑●ED途徑概貌●總反應式：C6H12O6+Pi+NADP++NAD+→2CH3COCOOH+ATP+NADPH+H++NADH+H+特點：1）KDPG裂解關鍵反應2）特征酶：KDPG醛縮酶3）2丙酮酸分別來自KDPG裂解和3-磷甘油醛的轉(zhuǎn)化4）產(chǎn)能低（1molATP+NADPH+NADH/1molGlucose）●生物學意義1）EMP途徑的替代途徑2)協(xié)調(diào)EMP、HMP、TCA途徑3）進行細菌酒精發(fā)酵·（二）生物氧化中遞氫和受氫

●依據(jù)受氫體性質(zhì)不同，生物氧化分：呼吸、無氧呼吸和發(fā)酵三種類型。1、呼吸（respiration）●呼吸鏈最終受氫體（O2）原核生物P/O=22、無氧呼吸（anaerobicrespiration）

又稱厭氧呼吸，一類呼吸鏈末端氫受體為外源無機氧化物（少數(shù)為有機氧化物）的生物氧化。主要微生物類群：----反硝化細菌----反硫化細菌----甲烷細菌等●有機物為受氫體3、發(fā)酵（fermentation）

●定義廣義：利用微生物生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物的一類生產(chǎn)方式。狹義：在無氧條件干，底物脫干的氫未經(jīng)呼吸鏈而直接交給某一內(nèi)源性中間代謝物，以實現(xiàn)底物水平磷酸化的生物氧化反應。（1）由EMP途徑中丙酮酸出發(fā)的發(fā)酵

（6種類型）●雙歧桿菌途徑(主要部分)（3）通過ED途徑的發(fā)酵（4）氨基酸發(fā)酵產(chǎn)能（Stickland反應）

二、自養(yǎng)微生物產(chǎn)ATP和產(chǎn)還原力(一)化能自養(yǎng)微生物●ATP和NADPH的產(chǎn)生

E°?-0.0600.260.280.82●還原性無機物氧化直接與呼吸鏈相聯(lián)。其過程比異養(yǎng)菌（經(jīng)EMP/TCA等）簡單?！窈粑湹慕M分多樣化。●產(chǎn)能效率（P/O）比異養(yǎng)菌低。

2、化能自養(yǎng)菌氧化產(chǎn)能的特點：特點：1）電子傳遞非循環(huán)2）有氧干進行（光解水產(chǎn)氧）3）PSI和PSII兩個光合系統(tǒng)4）反應中同時產(chǎn)生ATP和NADPH5）H+質(zhì)子來源于水的光解●細菌光合作用器

●光合細菌(紅螺菌目)Bacteriathatcontainbacteriochlorophyllandcanuselightasanenergysource.WhengrowingunderilluminationtheorganismareanaerobicAnddonotevolveo2duringphotosynthesis.somearealsocapableofgrowinginthedarkbyRespiringwithoxygen.3、嗜鹽菌紫膜光合磷酸化紫膜：

在低氧時，某些嗜鹽菌合成含有菌視紫紅質(zhì)蛋白的細胞膜，因顏色呈紫色，故稱為紫膜?！褡夏す夂狭姿峄ㄙ|(zhì)子泵作用）§2分解代謝和合成代謝的關系●兩用代謝途徑●代謝物回補順序能補充兩用代謝途徑中因合成而消耗的中間產(chǎn)物的那些反應?！褚胰┧嵫h(huán)§3微生物獨特合成途徑一.自養(yǎng)微生物的CO2固定●Calvin循環(huán)●厭氧乙酰—COA途徑●逆向TCA循環(huán)●羥基丙酸途徑●Calvin循環(huán)（略）6CO2通過Calvin循環(huán)產(chǎn)生1果糖6磷酸2）核酮糖二磷酸羧化酶、磷酸核酮糖激酶為特征性酶3）自養(yǎng)菌（生物）固定CO2的主要途徑●厭氧乙酰-輔酶A途徑●逆向TCA循環(huán)二、生物固氮大氣中的分子氮通過微生物固氮酶的催化而還原成氨的過程。生物固氮：130×106噸工業(yè)固氮：50×106噸（一）固氮微生物1.自生固氮菌（Aztobacteria）2.共生固氮菌

（豆科植物）Rhizobium（非豆科植物）3.聯(lián)合固氮必須生長在植物根際、葉面或動物腸道等處才能進行固氮的微生物?！馞rankia二、固氮的生化機制N2+8[H]+18~24ATP→2NH3+18-24ADP+18~24Pi1.條件●ATP●還原力和傳遞載體：NADPHFd、Fld●還原底物（N2）●Mg+●厭氧微環(huán)境●固氮酶2.活力測定—乙炔還原法3固氮的生化途徑●氨的去路

4.固氮酶的產(chǎn)氫反應（2H+→H2）（三）固氮酶避氧機制1.好氣性自生固氮菌：----呼吸保護----構(gòu)象保護2.藍藻：----還原性異形胞----其它3.根瘤菌：----形成豆血紅蛋白（存在于類菌體周膜內(nèi)外）

三、微生物結(jié)構(gòu)大分子---肽聚糖的合成(一)細胞質(zhì)中的合成1）N-乙酰葡萄糖胺-UDP、N-乙酰胞壁酸-UDP

葡萄糖→N-乙酰葡萄糖胺-6-磷酸↙↘N-乙酰葡萄糖胺-UDPN-乙酰胞壁酸-UDP

2）由N-乙酰胞壁酸合成“park”核苷酸●park”核苷酸：即UDP-N-乙酰胞壁酸五肽，細菌細胞壁合成的重要中間體，由N-乙酰胞壁酸和丙氨酸、谷氨酸等在細胞質(zhì)中合成形成。(二)在細胞膜中的合成：產(chǎn)物：肽聚糖單體（雙糖肽亞單位）載體：細菌萜醇●肽聚糖單體合成途徑(三)膜外的組裝●自溶素作用

●轉(zhuǎn)糖基化作用；轉(zhuǎn)肽基作用

●主要反應過程回顧●藥物設計的意義

(肽聚糖合成的抑制)----青霉素：競爭性抑制轉(zhuǎn)肽酶活性中心----環(huán)絲氨酸：抑制Park核苷酸5肽的合成----萬古霉素:抑制肽聚糖單體與細菌萜醇的解離----桿菌肽：抑制肽細菌萜醇的去磷酸化

四、微生物次生代謝產(chǎn)物的合成●微生物次生代謝產(chǎn)物在微生物生長的穩(wěn)定期前后，由初生代謝物為前體，通過復雜的代謝途徑合成的各種結(jié)構(gòu)復雜的化學物質(zhì)。

(6-氨基青霉素烷酸)●常見的抗生素●主要次生代謝途徑●莽草酸延伸途徑§4微生物的代