微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座

新陳代謝（metabolism）：簡(jiǎn)稱(chēng)代謝,泛指發(fā)生在活細(xì)胞內(nèi)各種分解代謝和合成代謝總稱(chēng)復(fù)雜分子（有機(jī)物）分解代謝合成代謝簡(jiǎn)單小分子ATP還原力微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第1頁(yè)第一節(jié)微生物能量代謝

第二節(jié)微生物分解代謝和合成代謝第三節(jié)微生物獨(dú)特合成代謝路徑第四節(jié)微生物代謝調(diào)整與發(fā)酵生產(chǎn)微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第2頁(yè)一切生命活動(dòng)都是耗能反應(yīng)，所以，能量代謝是一切生物代謝關(guān)鍵問(wèn)題。能量代謝中心任務(wù)，是生物體怎樣把外界環(huán)境中各種形式最初能源轉(zhuǎn)換成對(duì)一切生命活動(dòng)都能使用通用能源------ATP。這就是產(chǎn)能代謝。最初能源有機(jī)物還原態(tài)無(wú)機(jī)物日光化能異養(yǎng)微生物化能自養(yǎng)微生物光能營(yíng)養(yǎng)微生物通用能源（ATP）微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第3頁(yè)一、化能異養(yǎng)微生物生物氧化和產(chǎn)能生物氧化：發(fā)生在活細(xì)胞內(nèi)一系列產(chǎn)能性氧化反應(yīng)總稱(chēng)。生物氧化過(guò)程：脫氫（或電子）、遞氫（或電子）和受氫（或電子）。生物氧化形式：與氧結(jié)合、脫氫或脫電子P102生物氧化功效：產(chǎn)能（ATP）、產(chǎn)還原力[H]和產(chǎn)小分子中間代謝物生物氧化類(lèi)型：呼吸、無(wú)氧呼吸和發(fā)酵。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第4頁(yè)（一）底物脫氫四種路徑1、EMP路徑2、HMP路徑3、ED路徑4、TCA循環(huán)微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第5頁(yè)EMP路徑主要步聚：葡萄糖分子經(jīng)轉(zhuǎn)化成1，6—二磷酸果糖后，在醛縮酶催化下，裂解成兩個(gè)三碳化合物分子，即磷酸二羥丙酮和3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛被深入氧化生成2分子丙酮酸，1分子葡萄糖可降解成2分子3-磷酸甘油醛，并消耗2分子ATP。2分子3-磷酸甘油醛被氧化生成2分子丙酮酸，2分子NADH2和4分子ATP。1、EMP路徑（糖酵解）又稱(chēng)糖酵解路徑，是絕大多數(shù)生物共有一條主流代謝路徑。以1分子葡萄糖為底物，經(jīng)10步反應(yīng)，產(chǎn)生2分子丙酮酸，2分子NADH+H+和2分子ATP過(guò)程。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第6頁(yè)微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第7頁(yè)

EMP路徑生物學(xué)意義：①供給ATP形式能量和NADH2形式還原力②連接TCA、HMP、ED等路徑橋梁③為生物合成提供各種中間代謝物④經(jīng)過(guò)逆向反應(yīng)進(jìn)行多糖合成⑤與乙醇、乳酸、甘油、丙酮、丁醇發(fā)酵生產(chǎn)親密相關(guān)EM路徑產(chǎn)生一定能量，但效率低（1G產(chǎn)生2ATP）微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第8頁(yè)HMP路徑：葡萄糖經(jīng)轉(zhuǎn)化成6-磷酸葡萄糖酸后，在6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶催化下，裂解成5-磷酸戊糖和CO2。磷酸戊糖深入代謝有兩種結(jié)局，①磷酸戊糖經(jīng)轉(zhuǎn)酮—轉(zhuǎn)醛酶系催化，又生成磷酸己糖和磷酸丙糖（3-磷酸甘油醛），磷酸丙糖借EMP路徑一些酶，深入轉(zhuǎn)化為丙酮酸。稱(chēng)為不完全HMP路徑。②由六個(gè)葡萄糖分子參加反應(yīng)，經(jīng)一系列反應(yīng)，最終回收五個(gè)葡萄糖分子，消耗了1分子葡萄糖（徹底氧化成CO2和水），稱(chēng)完全HMP路徑。2、HMP路徑又稱(chēng)戊糖路徑等。其特點(diǎn)是葡萄糖不經(jīng)EMP路徑和TCA循環(huán)而得到徹底氧化，并產(chǎn)生大量NADPH+H+形式還原力以及各種中間代謝產(chǎn)物。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第9頁(yè)微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第10頁(yè)1)為合成核苷酸、核酸提供戊糖-磷酸。2)產(chǎn)生大量NADPH2形式還原力，為合成脂肪酸、固醇等細(xì)胞物質(zhì)之需，而且可經(jīng)過(guò)呼吸作用產(chǎn)生大量能量。3)反應(yīng)中赤蘚糖-4-磷酸可用于合成芳香族、雜環(huán)族氨基酸（如苯丙氨酸、色氨酸、組氨酸）等。4)是光能自養(yǎng)微生物和化能自養(yǎng)微生物固定CO2主要中介5)路徑中存在C3~C7各種糖，使含有該路徑微生物所能利用碳源譜更為廣泛6)經(jīng)過(guò)本路徑產(chǎn)生主要發(fā)酵產(chǎn)物很多，如核苷酸、氨基酸、輔酶、乳酸等。HMP路徑（磷酸戊糖路徑）生物學(xué)意義微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第11頁(yè)3、ED路徑又稱(chēng)2-酮-脫氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）路徑。1952年由N.Entner和M.Doudoroff在嗜糖假單孢菌（Pseudomonassaccharophila）中發(fā)覺(jué)。存在于一些缺乏完整EMP路徑微生物中，為微生物所特有。特點(diǎn)：葡萄糖只經(jīng)過(guò)4步反應(yīng)即可取得由EMP需10步反應(yīng)才能取得丙酮酸。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第12頁(yè)微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第13頁(yè)微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第14頁(yè)是少數(shù)EMP路徑不完整細(xì)菌所特有利用葡萄糖替換路徑反應(yīng)步驟簡(jiǎn)單，產(chǎn)能效率低；

此路徑可與EMP路徑、HMP路徑和TCA循環(huán)相連接，可相互協(xié)調(diào)以滿足微生物對(duì)能量、還原力和不一樣中間代謝物需要。本路徑中所產(chǎn)生丙酮酸對(duì)Zymomonasmobilis(運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單孢菌)等微好氧菌而言，可脫羧成乙醛，乙醛又可深入被NADH2還原為乙醇。這種經(jīng)ED路徑發(fā)酵生產(chǎn)乙醇方法稱(chēng)為細(xì)菌酒精發(fā)酵微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第15頁(yè)4、TCA循環(huán)是指丙酮酸經(jīng)過(guò)一系列循環(huán)式反應(yīng)而徹底氧化、脫羧，形成CO2、H2O和NADH2過(guò)程。丙酮酸乙酰輔酶A檸檬酸草酰乙酸微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第16頁(yè)葡萄糖經(jīng)不一樣脫氫路徑后產(chǎn)能效率特點(diǎn)和差異微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第17頁(yè)（二）遞氫和受氫在生物體中，貯存在葡萄糖等有機(jī)物中化學(xué)能，經(jīng)上述各種路徑脫氫后，經(jīng)過(guò)呼吸鏈（或稱(chēng)電子傳遞鏈）等方式進(jìn)行遞氫，最終與受氫體（氧、無(wú)機(jī)或有機(jī)氧化物）結(jié)合，以釋放其化學(xué)潛能。依據(jù)遞氫尤其是受氫過(guò)程中氫受體性質(zhì)不一樣，能夠把生物氧化區(qū)分成呼吸（有氧呼吸）、無(wú)氧呼吸和發(fā)酵3種類(lèi)型

微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第18頁(yè)微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第19頁(yè)1、呼吸（respiration）又稱(chēng)好氧呼吸，是一個(gè)最普遍又最主要生物氧化或產(chǎn)能方式，其特點(diǎn)是底物常規(guī)方式脫氫后，脫下氫經(jīng)完整呼吸鏈又稱(chēng)電子傳遞鏈傳遞，最終被外源分子氧接收，產(chǎn)生了水并釋放出ATP形式能量。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第20頁(yè)呼吸鏈RespiratoryChain（電子傳遞鏈）

位于原核生物細(xì)胞膜上或真核生物線粒體膜上由一系列氧化還原勢(shì)不一樣H傳遞體或電子傳遞體組成一組鏈狀傳遞次序，其功效是把H或電子從低氧化還原勢(shì)化合物傳遞給高氧化還原勢(shì)分子氧或其它有機(jī)、無(wú)機(jī)氧化物，并使它們還原。組成呼吸鏈H或電子載體除醌類(lèi)外都是一些含有輔酶或輔基酶。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第21頁(yè)指呼吸鏈遞氫（或電子）和受氫過(guò)程與磷酸化反應(yīng)相偶聯(lián)并產(chǎn)生ATP過(guò)程。氧化磷酸化（電子傳遞磷酸化）微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第22頁(yè)當(dāng)前取得多數(shù)學(xué)者接收是化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)。主要觀點(diǎn)：在氧化磷酸化過(guò)程中，經(jīng)過(guò)呼吸鏈酶系作用，將底物分子上質(zhì)子從膜內(nèi)側(cè)傳遞至外側(cè)，從而造成了質(zhì)子在膜兩側(cè)分布不均衡，即形成了質(zhì)子梯度差（又稱(chēng)質(zhì)子動(dòng)力、pH梯度等）。這個(gè)梯度差就是產(chǎn)生ATP能量起源，因?yàn)樗山?jīng)過(guò)ATP酶逆反應(yīng)，把質(zhì)子從膜外側(cè)再輸回到內(nèi)側(cè)，結(jié)果首先消除了質(zhì)子梯度差，同時(shí)就合成了ATP。氧化磷酸化產(chǎn)能機(jī)制微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第23頁(yè)-0.32V+0.82VATPATPATP微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第24頁(yè)P(yáng)/O(磷氧比)：在生物氧化過(guò)程中，伴隨ADP磷酸化所消耗無(wú)機(jī)磷酸磷原子數(shù)與消耗分子氧氧原子數(shù)之比。即每消耗1個(gè)氧原子所產(chǎn)生ATP分子數(shù)或一對(duì)電子經(jīng)過(guò)呼吸鏈傳遞至O2所產(chǎn)生ATP分子數(shù)。試驗(yàn)表明：NADH呼吸鏈P/O值是3，即每消耗一摩爾氧原子就可形成3摩爾ATP，F(xiàn)ADH2呼吸鏈P/O值是2，即消耗一摩爾氧原子可形成2摩爾ATP。

氧化磷酸化P/O比微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第25頁(yè)2、無(wú)氧呼吸（anaerobicrespiration）又稱(chēng)厭氧呼吸，指一類(lèi)呼吸鏈末端氫受體為外源無(wú)機(jī)氧化物（少數(shù)為有機(jī)氧化物）生物氧化。特點(diǎn)：底物經(jīng)常規(guī)路徑脫氫后，經(jīng)部分呼吸鏈遞氫，最終由氧化態(tài)無(wú)機(jī)物或有機(jī)物受氫，并完成氧化磷酸化產(chǎn)能反應(yīng)。無(wú)氧條件下進(jìn)行，產(chǎn)能效率較低微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第26頁(yè)依據(jù)呼吸鏈末端氫受體不一樣，可把無(wú)氧呼吸分成各種類(lèi)型微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第27頁(yè)硝酸鹽呼吸：無(wú)氧條件下，一些兼性厭氧微生物以硝酸鹽作為呼吸鏈最終電子受體，把它還原成亞硝酸、NO和N2O，甚至N2過(guò)程。也稱(chēng)為異化性硝酸鹽還原作用（Dissimilative）。（1）硝酸鹽呼吸（反硝化作用）在通氣不良土壤中，反硝化作用會(huì)造成氮肥損失，其中間產(chǎn)物NO和N2O還會(huì)污染環(huán)境，應(yīng)設(shè)法預(yù)防。硝酸鹽在微生物生命活動(dòng)中含有兩種功效:在有氧或無(wú)氧條件下所進(jìn)行利用硝酸鹽作為氮源營(yíng)養(yǎng)物，稱(chēng)同化性硝酸鹽還原作用微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第28頁(yè)（2）硫酸鹽呼吸在浸水或通氣不良土壤中，厭氧微生物硫酸鹽呼吸及其有害產(chǎn)物對(duì)植物根系造成不利影響（如造成爛根）硫酸鹽呼吸：是一類(lèi)稱(chēng)作硫酸鹽還原細(xì)菌嚴(yán)格厭氧菌在無(wú)氧條件下獲取能量方式，其特點(diǎn)是底物脫氫后，經(jīng)呼吸鏈遞氫，最終由末端氫受體硫酸鹽受氫，在遞氫過(guò)程中與氧化磷酸化相偶聯(lián)而取得ATP。（3）硫呼吸硫呼吸：以無(wú)機(jī)硫作為呼吸鏈最終氫受體產(chǎn)生H2S生物氧化作用。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第29頁(yè)（4）鐵呼吸鐵呼吸：呼吸鏈末端受體是Fe3+。（5）碳酸鹽呼吸碳酸鹽呼吸：呼吸鏈末端氫受體是CO2或重碳酸鹽。依據(jù)還原產(chǎn)物不一樣分2類(lèi)：產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生甲烷碳酸鹽呼吸和產(chǎn)乙酸細(xì)菌產(chǎn)乙酸碳酸鹽呼吸。都是專(zhuān)性厭氧菌沼氣發(fā)酵，廣泛使用。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第30頁(yè)（6）延胡索酸呼吸延胡索酸呼吸：呼吸鏈末端氫受體是延胡索酸，琥珀酸是還原產(chǎn)物。能進(jìn)行延胡索酸呼吸微生物多是兼性厭氧腸桿菌，也有少數(shù)厭氧菌微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第31頁(yè)無(wú)氧呼吸相關(guān)“鬼火”生物學(xué)解釋在無(wú)氧條件下，一些微生物在沒(méi)有氧、氮或硫作為呼吸作用最終電子受體時(shí)，能夠磷酸鹽代替，其結(jié)果是生成磷化氫（PH3），一個(gè)易燃?xì)怏w。當(dāng)有機(jī)物腐敗變質(zhì)時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生這種情況。若埋葬尸體墳?zāi)狗饪诓粐?yán)時(shí)，這種氣體就很易逸出。農(nóng)村墓地通常位于山坡上，埋葬著大量尸體。在夜晚，氣體燃燒會(huì)發(fā)出綠幽幽光。長(zhǎng)久以來(lái)人們無(wú)法正確地解釋這種現(xiàn)象，將其稱(chēng)之為“鬼火”。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第32頁(yè)3、發(fā)酵（fermentation）廣義發(fā)酵：泛指任何利用好氧性或厭氧性微生物來(lái)生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物或食品、飲料一類(lèi)生產(chǎn)方式。狹義發(fā)酵：指在無(wú)氧等外源氫受體條件下，底物脫氫后所產(chǎn)生還原力[H]未經(jīng)呼吸鏈傳遞而直接交某一內(nèi)源性中間代謝物接收，以實(shí)現(xiàn)底物水平磷酸化產(chǎn)能一類(lèi)生物氧化反應(yīng)。底物水平磷酸化：底物水平磷酸化是在某種化合物氧化過(guò)程中可生成一個(gè)含高能磷酸鍵化合物，這個(gè)化合物經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)酶作用把高能鍵磷酸根轉(zhuǎn)移給ADP，使其生成ATP。發(fā)酵含義微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第33頁(yè)(1)由EMP路徑中丙酮酸出發(fā)發(fā)酵由釀酒酵母進(jìn)行同型酒精發(fā)酵由德氏乳桿菌等進(jìn)行同型乳酸發(fā)酵由謝氏丙酸桿菌等進(jìn)行丙酸發(fā)酵由產(chǎn)氣腸桿菌等進(jìn)行2，3-丁二醇發(fā)酵由大腸桿菌進(jìn)行混合酸發(fā)酵由丁醇梭菌等進(jìn)行丁酸型發(fā)酵微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第34頁(yè)微生物經(jīng)過(guò)上述發(fā)酵可獲取其生命活動(dòng)所需能量，人類(lèi)可經(jīng)過(guò)工業(yè)發(fā)酵伎倆大規(guī)模生產(chǎn)這些代謝產(chǎn)物，另外，可用于菌種判定微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第35頁(yè)V-VP（Voges-Proskauer）試驗(yàn)產(chǎn)氣腸桿菌分解葡萄糖產(chǎn)生丙酮酸，丙酮酸經(jīng)縮合、脫羧生成乙酰甲基甲醇，后者在強(qiáng)堿環(huán)境下，被空氣中氧氧化為二乙酰，在α-萘酚和肌酸催化作用下，二乙酰與蛋白胨中胍基生成紅色化合物，稱(chēng)V－P（+）反應(yīng)。大腸埃希菌陰性

-+--+微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第36頁(yè)M-甲基紅（methylred）試驗(yàn)葡萄糖→丙酮酸→乙酰甲基甲醇甲基紅-葡萄糖→丙酮酸甲基紅+例：產(chǎn)氣腸桿菌分解葡萄糖產(chǎn)生丙酮酸，丙酮酸經(jīng)脫羧后生成中性乙酰甲基甲醇，故培養(yǎng)液pH>5.4，甲基紅指示劑呈桔黃色，是為甲基紅試驗(yàn)陰性。

大腸埃希菌分解葡萄糖產(chǎn)生丙酮酸，培養(yǎng)液pH≤4.5，甲基紅指示劑呈紅色，則為甲基紅試驗(yàn)陽(yáng)性。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第37頁(yè)（2）經(jīng)過(guò)HMP路徑發(fā)酵

—異型乳酸發(fā)酵

凡葡萄糖經(jīng)發(fā)酵后除了主要產(chǎn)生乳酸外，還產(chǎn)生乙醇、乙酸和CO2等各種產(chǎn)物發(fā)酵。菌株：腸膜明串珠菌、乳脂明串珠菌、短乳桿菌、兩歧雙歧桿菌等經(jīng)典路徑雙歧桿菌路徑利用葡萄糖：乳酸、乙醇、CO2、H2O利用核糖：乳酸、乙酸、H2O利用果糖：乳酸、乙酸、甘露醇、CO2利用葡萄糖：乙酸、乳酸微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第38頁(yè)（3）經(jīng)過(guò)ED路徑進(jìn)行發(fā)酵

利用Z.mobilis等細(xì)菌以生產(chǎn)酒精，是近年來(lái)正在開(kāi)發(fā)工業(yè)，它比傳統(tǒng)酵母酒精發(fā)酵有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）代謝速率高（2）產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率高（3）菌體生成少（4）代謝副產(chǎn)物少（5）發(fā)酵溫度較高（6）無(wú)須定時(shí)供氧等。缺點(diǎn)生長(zhǎng)PH為5，較易染菌（而酵母菌為pH3），細(xì)菌耐乙醇力較酵母菌為低（前者約7.0％，后者則為8～10％）。經(jīng)ED路徑發(fā)酵指細(xì)菌酒精發(fā)酵微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第39頁(yè)（4）Stickland反應(yīng)以一個(gè)氨基酸作供氫體，以另一個(gè)氨基酸作為受氫體而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能獨(dú)特發(fā)酵類(lèi)型。CH3CHNH2COOHCH2NH2COOH+2ADP+PiATP3CH3COOH+3NH3+CO2微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第40頁(yè)（5）發(fā)酵中產(chǎn)能反應(yīng)發(fā)酵是專(zhuān)性厭氧菌或兼性厭氧菌在無(wú)氧條件下一類(lèi)生物氧化反應(yīng)。其產(chǎn)能機(jī)制是底物水平磷酸化反應(yīng)，因而產(chǎn)能效率極低②初始電子供體和最終電子受體還原電勢(shì)相差不大①底物碳原子只被部分氧化微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第41頁(yè)二、自養(yǎng)微生物產(chǎn)ATP和產(chǎn)還原力微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第42頁(yè)（一）化能自養(yǎng)微生物還原CO2所需要ATP和[H]是經(jīng)過(guò)氧化無(wú)機(jī)物而取得NH4+、NO2-、H2S、S0、H2、Fe2+等呼吸鏈氧化磷酸化反應(yīng)硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌、氫細(xì)菌等屬于化能自養(yǎng)類(lèi)型微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第43頁(yè)微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第44頁(yè)（二）光能營(yíng)養(yǎng)微生物光能營(yíng)養(yǎng)型生物產(chǎn)氧不產(chǎn)氧真核生物：藻類(lèi)及綠色植物原核生物：藍(lán)細(xì)菌真細(xì)菌：光合細(xì)菌古細(xì)菌：嗜鹽菌微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第45頁(yè)1.環(huán)式光合磷酸化

④不產(chǎn)生氧③還原力來(lái)自H2S等無(wú)機(jī)物②產(chǎn)能與產(chǎn)還原力分別進(jìn)行特點(diǎn)：①電子傳遞路徑屬循環(huán)方式微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第46頁(yè)2.非環(huán)式光合磷酸化④還原力來(lái)自H2O光解③同時(shí)產(chǎn)生還原力、ATP和O2②有PSⅠ和PS

Ⅱ2個(gè)光合系統(tǒng)特點(diǎn)：①有氧條件下進(jìn)行微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第47頁(yè)3.嗜鹽菌紫膜光合作用一個(gè)只有嗜鹽菌才有，無(wú)葉綠素或細(xì)菌葉綠素參加獨(dú)特光合作用。嗜鹽菌細(xì)胞膜紅色部分（紅膜）紫色部分（紫膜）主要含細(xì)胞色素和黃素蛋白等用于氧化磷酸化呼吸鏈載體在膜上呈斑片狀（直徑約0.5mm）獨(dú)立分布，其總面積約占細(xì)胞膜二分之一，主要由細(xì)菌視紫紅質(zhì)組成。試驗(yàn)發(fā)覺(jué)，在波長(zhǎng)為550-600nm光照下，嗜鹽菌ATP合成速率最高，而這一波長(zhǎng)范圍恰好與細(xì)菌視紫紅質(zhì)吸收光譜相一致。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第48頁(yè)紫膜光合磷酸化是迄今為止所發(fā)覺(jué)最簡(jiǎn)單光合磷酸化反應(yīng)微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第49頁(yè)第一節(jié)微生物能量代謝

第二節(jié)分解代謝和合成代謝聯(lián)絡(luò)第三節(jié)微生物獨(dú)特合成代謝路徑第四節(jié)微生物代謝調(diào)整與發(fā)酵生產(chǎn)微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第50頁(yè)分解代謝功效在于確保正常合成代謝進(jìn)行，而合成代謝又反過(guò)來(lái)為分解代謝創(chuàng)造了更加好條件，二者相互聯(lián)絡(luò)，促進(jìn)了生物個(gè)體生長(zhǎng)繁殖和種族繁榮發(fā)展。假如在生物體中只進(jìn)行能量代謝，則有機(jī)能源最終止局只是產(chǎn)生ATP、H2O和CO2，這時(shí)便沒(méi)有任何中間代謝物可供累積，所以，合成代謝也不可能正常進(jìn)行。相反，假如要進(jìn)行正常合成代謝，又須抽走大量為分解代謝正常進(jìn)行所必需中間代謝物，結(jié)果也勢(shì)必影響含有循環(huán)機(jī)制分解代謝正常運(yùn)轉(zhuǎn)。微生物與其它生物在長(zhǎng)久進(jìn)化過(guò)程中，經(jīng)過(guò)兩用代謝路徑和代謝回補(bǔ)次序方式，巧妙地處理了這個(gè)矛盾。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第51頁(yè)一、兩用代謝路徑凡在分解代謝和合成代謝中含有雙重功效路徑，就稱(chēng)兩用代謝路徑。EMP、HMP和TCA循環(huán)是主要兩用代謝路徑。注意①在兩用代謝路徑中，合成路徑并非分解路徑完全逆轉(zhuǎn)。②在分解與合成代謝路徑中，在對(duì)應(yīng)代謝步驟中，往往還包含了完全不一樣中間代謝物。③在真核生物中，合成代謝和分解代謝普通在細(xì)胞不一樣區(qū)域中分隔進(jìn)行，原核生物因其細(xì)胞結(jié)構(gòu)上間隔程度低，故反應(yīng)控制主要在簡(jiǎn)單酶分子水平上進(jìn)行。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第52頁(yè)二、代謝物回補(bǔ)次序

所謂回補(bǔ)次序，又稱(chēng)賠償路徑或添補(bǔ)路徑，就是指能補(bǔ)充兩用代謝路徑中因合成代謝而消耗中間代謝物反應(yīng)。這么，當(dāng)主要產(chǎn)能路徑中關(guān)鍵中間代謝物必須被大量用作生物合成原料時(shí)，仍可確保能量代謝正常進(jìn)行。不詳細(xì)介紹微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第53頁(yè)第一節(jié)微生物能量代謝

第二節(jié)微生物分解代謝和合成代謝第三節(jié)微生物獨(dú)特合成代謝路徑第四節(jié)微生物代謝調(diào)整與發(fā)酵生產(chǎn)微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第54頁(yè)一、自養(yǎng)微生物CO2固定

各種自養(yǎng)微生物在其生物氧化包含氧化磷酸化、發(fā)酵和光合磷酸化中獲取能量主要用于CO2固定。在微生物中，至今已了解CO2固定路徑有4條：1）Calvin循環(huán)（Calvincycle）2）厭氧乙酰-輔酶A路徑3）還原性TCA循環(huán)路徑4）羥基丙酸路徑CO2是自養(yǎng)微生物唯一碳源,異養(yǎng)微生物也能利用CO2作為輔助碳源。將空氣CO2同化成細(xì)胞物質(zhì)過(guò)程,稱(chēng)為CO2固定作用。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第55頁(yè)1）Calvin循環(huán)（Calvincycle）

①羧化反應(yīng)：

3個(gè)核酮糖-1,5-二磷酸經(jīng)過(guò)核酮糖羧化酶將3分子CO2固定，轉(zhuǎn)變?yōu)?個(gè)甘油酸-3-磷酸；②還原反應(yīng)：甘油酸-3-磷酸被還原成甘油醛-3-磷酸

③CO2受體再生：

1部分甘油醛-3-磷酸經(jīng)互變生成磷酸二羥丙酮，甘油醛-3-磷酸與磷酸二羥丙酮縮合生成6-磷酸果糖，其余再生成核酮糖-1,5-二磷酸分子，方便重新接收CO2分子。循環(huán)中特有酶：磷酸核酮糖激酶和核酮糖羧化酶。循環(huán)分三個(gè)階段：P131圖5-30微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第56頁(yè)2）厭氧乙酰-輔酶A路徑

3）還原性TCA循環(huán)路徑

4）羥基丙酸路徑

自養(yǎng)微生物CO2還原路徑：1分子CO2被還原成甲醇水平，另一分子CO2被還原成CO，二者合成產(chǎn)生乙酰-CoA，經(jīng)丙酮酸合成酶催化由乙酰-CoA接收第3個(gè)CO2分子生成丙酮酸，用于合成各種有機(jī)物。CO2經(jīng)過(guò)琥珀酰-CoA還原性羧化生成-酮戊二酸而被固定少數(shù)綠色硫細(xì)菌以H2或H2S作為電子供體進(jìn)行一個(gè)CO2固定機(jī)制。經(jīng)過(guò)羥基丙酸路徑將2個(gè)CO2分子轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜岫M(jìn)入糖合成路徑。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第57頁(yè)生物固氮-----大氣中分子態(tài)氮（N2）經(jīng)過(guò)微生物固氮酶催化還原為氨（NH3）過(guò)程。二、生物固氮

微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第58頁(yè)含有固氮作用微生物近50?80?個(gè)屬，包含細(xì)菌、放線菌和藍(lán)細(xì)菌依據(jù)固氮微生物與高等植物以及其它生物關(guān)系，能夠把它們分為三大類(lèi):自生固氮菌共生固氮菌

聯(lián)合固氮菌(一)固氮菌微生物微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第59頁(yè)1、自生固氮菌一類(lèi)不依賴(lài)與它種生物共生而能獨(dú)立進(jìn)行固氮生物自生固氮菌好氧：固氮菌屬、氧化亞鐵硫桿菌屬、藍(lán)細(xì)菌等兼性厭氧：克雷伯氏菌屬、紅螺菌屬等厭氧：巴氏梭菌、著色菌屬、縁假單脃菌屬等微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第60頁(yè)2、共生固氮菌必須與它種生物共生在一起才能進(jìn)行固氮生物共生固氮菌弗蘭克氏菌屬與非豆科植物滿江紅與滿江紅魚(yú)腥藍(lán)細(xì)菌共生根瘤根瘤菌屬與豆科植物藍(lán)細(xì)菌與真菌根瘤地衣微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第61頁(yè)根瘤菌根瘤微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第62頁(yè)滿江紅魚(yú)星藻微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第63頁(yè)地衣微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第64頁(yè)3、聯(lián)合固氮菌

必須生活在植物根際、葉面或動(dòng)物腸道等處才能進(jìn)行固氮生物聯(lián)合固氮菌根際：生脂固氮螺菌、芽胞桿菌屬等葉面：克雷伯氏菌屬、固氮菌屬等動(dòng)物腸道：腸桿菌屬、克雷伯氏菌屬等微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第65頁(yè)(二)固氮反應(yīng)條件

ATP

還原力[H]及其載體

固氮酶

鎂離子

厭氧微環(huán)境

底物N2

MoFe蛋白Fe蛋白固氮酶固氮酶2個(gè)組分對(duì)氧敏感，一旦遇氧很快失活微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第66頁(yè)(三)好氧菌固氮酶防氧保護(hù)對(duì)于厭氧（或兼性厭氧）固氮微生物而言，其生活條件與固氮酶工作條件一致，但好氧固氮微生物生命活動(dòng)本身需氧，為了在生長(zhǎng)時(shí)同時(shí)固氮，需具備保護(hù)固氮酶防氧機(jī)制。已知防氧保護(hù)機(jī)制：呼吸保護(hù)當(dāng)環(huán)境中氧濃度增大時(shí)，加強(qiáng)呼吸以消耗過(guò)多氧固氮菌（Azotobocter）在環(huán)境中氧濃度高時(shí)可增加一條支鏈呼吸細(xì)胞結(jié)構(gòu)保護(hù)有些固氮菌在細(xì)胞外有一層很厚粘液性莢膜,能夠降低氧直接向胞內(nèi)擴(kuò)散速度；藍(lán)細(xì)菌異形胞胞壁特厚,有阻止外界氧氣透入作用構(gòu)象保護(hù)高氧分壓條件下,固氮酶形成一個(gè)無(wú)固氮活性但能預(yù)防氧害特殊構(gòu)象。已知是鐵硫蛋白與固氮酶2個(gè)組分形成耐氧復(fù)合物。氧緩沖保護(hù)進(jìn)入植物細(xì)胞內(nèi)根瘤菌菌體細(xì)胞被豆血紅蛋白漿液包圍。外界氧被豆血紅蛋白結(jié)合，從而保護(hù)了固氮酶。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第67頁(yè)二、肽聚糖合成

肽聚糖是絕大數(shù)原核生物細(xì)胞壁所含有獨(dú)特成份；它在細(xì)菌生命活動(dòng)中有著主要功效。它是許多主要抗生素作用物質(zhì)基礎(chǔ)。依據(jù)反應(yīng)部位不一樣可分成三個(gè)合成階段微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第68頁(yè)1、在細(xì)胞質(zhì)中合成1）由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺-UDP2）由N-乙酰葡糖胺-UDP合成N-乙酰胞壁酸-UDP整個(gè)肽聚糖合成過(guò)程步驟快要20步，簡(jiǎn)單分為五個(gè)階段。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第69頁(yè)3）由N-乙酰胞壁酸-UDP合成“Park”核苷酸（即：UDP-N-乙酰胞壁酸五肽）。該步可被環(huán)絲氨酸所抑制。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第70頁(yè)2.在細(xì)胞膜中合成4）肽聚糖單體合成和連接。親水性化合物UDP-N-乙酰胞壁酸-五肽在穿過(guò)細(xì)胞膜時(shí)需要載體幫助，即細(xì)菌萜醇（bactoprenol）類(lèi)脂載體。該過(guò)程可被萬(wàn)古霉素和桿菌肽阻斷。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第71頁(yè)3.在細(xì)胞膜外合成5）肽聚糖交聯(lián)。轉(zhuǎn)糖基作用指肽聚糖單體N-乙酰葡糖胺與壁引物上N-乙酰胞壁酸之間經(jīng)過(guò)β-1，4鍵連接，使多糖鏈橫向延伸1個(gè)雙糖單位。轉(zhuǎn)肽作用指兩條糖鏈上短肽在轉(zhuǎn)肽酶作用下經(jīng)過(guò)甘氨酸五肽橋相連接。在轉(zhuǎn)肽同時(shí)，肽尾上第5個(gè)氨基酸釋放出來(lái)。轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽作用可被青霉素所抑制。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第72頁(yè)青霉素抑菌機(jī)制

轉(zhuǎn)肽作用可被青霉素所抑制。作用機(jī)制是：

1、青霉素是肽聚糖單體五肽尾末端D-丙氨酰-D-丙氨酸結(jié)構(gòu)類(lèi)似物，即：

2、二者可相互競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)肽酶活力中心。轉(zhuǎn)肽酶一旦被青霉素結(jié)合，前后2個(gè)肽聚糖單體間不能形成肽橋，肽聚糖缺乏機(jī)械強(qiáng)度，由此產(chǎn)生了原生質(zhì)體或球狀體之類(lèi)細(xì)胞壁缺損細(xì)菌。

★青霉素作用機(jī)制是抑制肽聚糖分子中肽橋生物合成，對(duì)于生長(zhǎng)繁殖旺盛階段細(xì)菌含有顯著抑制作用，對(duì)處于生長(zhǎng)停滯狀態(tài)休止細(xì)胞，卻無(wú)抑制作用。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第73頁(yè)三、微生物次生代謝物合成(一)概念次生代謝物是指一些微生物生長(zhǎng)到穩(wěn)定時(shí)前后，以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、代謝路徑明確、產(chǎn)量較大初生代謝物作前體，經(jīng)過(guò)復(fù)雜次生代謝路徑所合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜化學(xué)物。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第74頁(yè)1、次生代謝物分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、代謝路徑獨(dú)特、在生長(zhǎng)后期合成、產(chǎn)量較低、生理功效不很明確（尤其是抗生素）、其合成普通受質(zhì)粒控制；

2、形態(tài)結(jié)構(gòu)和生活史越復(fù)雜微生物（如放線菌和絲狀真菌），其次生代謝物種類(lèi)也就越多；

3、次生代謝物種類(lèi)極多，如抗生素，色素，毒素，生物堿，信息素，動(dòng)、植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑以及生物藥品素等；

4、次生代謝物化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分屬各種類(lèi)型如內(nèi)酯、大環(huán)內(nèi)酯、多烯類(lèi)、多炔類(lèi)、多肽類(lèi)、四環(huán)類(lèi)和氨基糖類(lèi)等；

5、合成路徑復(fù)雜，以各種初生代謝路徑，如糖代謝、TCA循環(huán)、脂肪代謝、氨基酸代謝以及萜烯、甾體化合物代謝等為次生代謝路徑基礎(chǔ)。（二）次生代謝特點(diǎn)微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第75頁(yè)次生代謝路徑于初生代謝路徑聯(lián)絡(luò)（三）微生物次生代謝物合成路徑

1、糖代謝延伸路徑由糖類(lèi)轉(zhuǎn)化、聚合產(chǎn)生多糖類(lèi)、糖苷類(lèi)和核酸類(lèi)化合物，深入轉(zhuǎn)化而形成核苷類(lèi)、糖苷類(lèi)和糖衍生物類(lèi)抗生素；

2、莽草酸延伸路徑由莽草酸分支路徑產(chǎn)生氯霉素等；

3、氨基酸延伸路徑由各種氨基酸衍生、聚合形成各種含氨基酸抗生素，如多肽類(lèi)抗生素、β-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素、D-環(huán)絲氨酸和殺腺癌菌素等；

4、乙酸延伸路徑分2條支路：（1）乙酸經(jīng)縮合后形成聚酮酐，進(jìn)而合成大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)、四環(huán)素類(lèi)、灰黃霉素類(lèi)抗生素和黃曲霉毒素；

（2）經(jīng)甲羥戊酸合成異戊二烯類(lèi)，深入合成主要植物生長(zhǎng)刺激素——赤霉素或真菌毒素——隱杯傘素等。微生物醫(yī)學(xué)知識(shí)講座第76頁(yè)第一節(jié)微生物能量代謝

第二節(jié)微生物分解代謝和合成代謝第三節(jié)微生物獨(dú)特合成代謝路徑第四節(jié)微生物代謝調(diào)整