微生物生理學(xué)課件

代謝概論(AnIntroductiontoMicrobialMetabolism)

一.基本概念1.新陳代謝(Metabolism)abcd直線途徑分支的代謝途徑2.代謝途徑(Metabolicpathway)

A

底物SubstrateB

C

中間產(chǎn)物IntermediateD

E

終產(chǎn)物EndproductAaBb

fCc hF H

gDG

dE3.合成代謝途徑(Anabolicpathway)和分解代謝途徑(Catabolicpathway)?區(qū)別3.合成代謝途徑(Anabolicpathway)

和分解代謝途徑(Catabolicpathway)?聯(lián)系分解葡萄糖→→→乙酰乳酸→→乙酰甲基甲醇合↓成↓纈氨酸4.初級(jí)代謝(Primarymetabolism)和 次級(jí)代謝(Secondarymetabolism)?存在的普遍性?產(chǎn)物功能?存在的階段?生理功能?對(duì)環(huán)境的敏感性和遺傳的穩(wěn)定性?酶的底物專一性５、代謝組(metebolome)和代謝組學(xué)(metebolomics)代謝組(metebolome):在某一時(shí)刻細(xì)胞內(nèi)所有代謝物的集合。代謝組學(xué)(metebolomics)：定量描述生物內(nèi)源性代謝物質(zhì)的整體及對(duì)內(nèi)因和外因變化應(yīng)答規(guī)律的科學(xué)。二.微生物代謝的研究方法1.研究代謝的戰(zhàn)略

在天然培養(yǎng)基上培養(yǎng)的微生物混合物 在天然培養(yǎng)基上的純培養(yǎng) 在合成培養(yǎng)基上的純培養(yǎng)采用靜息細(xì)胞研究代謝采用無(wú)細(xì)胞提取液研究代謝代謝調(diào)控的研究分子的運(yùn)動(dòng)及傳遞的研究代謝組學(xué)的研究2.研究代謝的方法細(xì)胞水平（營(yíng)養(yǎng)平衡法、瓦勃格氏壓力計(jì)法、營(yíng)養(yǎng)缺陷型法）分子水平（同位素示蹤法、酶的抑制劑法）基因水平（基因替代、DNA運(yùn)動(dòng)性改變）基因組水平（鳥槍克隆、核酸序列測(cè)定、ORF尋找結(jié)構(gòu)基因、同源序列比較預(yù)測(cè)功能、基因芯片）蛋白質(zhì)組水平（雙向電泳）代謝組水平（NMR、MS、HPLC、GC)2.研究代謝的方法?營(yíng)養(yǎng)平衡(Nutrientbalances)?生物化學(xué)——酶?同位素標(biāo)記法(Radioactivelylabelledcompounds)?瓦勃格氏(Warburg)呼吸計(jì)法2.研究代謝的方法?營(yíng)養(yǎng)平衡(Nutrientbalances)靜息細(xì)胞（休止細(xì)胞）（restingcell）C平衡：底物的C=產(chǎn)物的C氧化還原平衡：氧化態(tài)的C=還原態(tài)C丙丁梭菌的丁醇丙酮發(fā)酵的C平衡與O/R平衡基質(zhì)與摩爾/100摩爾摩爾碳O/RO/R產(chǎn)物基質(zhì)(每分子)(摩爾/100摩爾)葡萄糖丁酸乙酸CO2

H2乙醇丁醇丙酮總計(jì)100

4 14 221 135 7 56 22600

16 28 221 0 14224 66569

0

-2 0+2 -1 -2 -4 -2

0

-8 0 +442 -135 -14 -224 -44-425,+442生物化學(xué)——酶加入酶的抑制劑尋找突變株尋找突變株類型生長(zhǎng)不能生長(zhǎng)積累的中間產(chǎn)物B、Ｃ、ＤＣ、ＤＤＡＡ、ＢＡ、Ｂ、ＣＡＢＣＥＡ、Ｂ、Ｃ、ＤＤ基因替代(genereplacement)凝膠延滯(gelshiftsandsupershifts)基因芯片(genechip)Suicidemutagenesis3.研究代謝的方向PeterMitchell標(biāo)量代謝(scalarmetabolism)向量代謝(vectorialmetabolism)代謝途徑代謝網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí)與思考題：1、靜息細(xì)胞的概念。2、掌握營(yíng)養(yǎng)平衡的計(jì)算方法。3、某一菌株發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生乙醇和二氧化碳。如何測(cè)得它主要走EMP途徑還是ED途徑？4、代謝組學(xué)的概念。

產(chǎn)能代謝(EnergyYieldingMetabolism)第一節(jié)能量來(lái)自有機(jī)化合物第二節(jié)能量來(lái)自無(wú)機(jī)物第三節(jié)能量來(lái)自光第一節(jié)能量來(lái)自有機(jī)化合物碳水化合物烴二碳、一碳化合物內(nèi)源性儲(chǔ)藏物質(zhì)含氮化合物脂肪第二節(jié)能量來(lái)自無(wú)機(jī)物氫細(xì)菌鐵細(xì)菌硫化細(xì)菌亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌第三節(jié)能量來(lái)自光不產(chǎn)氧光合作用產(chǎn)氧光合作用極端嗜鹽菌紫膜的光合作用第一節(jié)能量來(lái)自有機(jī)化合物碳水化合物烴二碳、一碳化合物內(nèi)源性儲(chǔ)藏物質(zhì)含氮化合物脂肪第一節(jié)能量來(lái)自有機(jī)化合物(EnergyFromOrganicCompounds)一.碳水化合物的降解(PathwayofCarbohydrateBreakdown)(一)葡萄糖(二)其它單糖(三)多糖第一節(jié)能量來(lái)自有機(jī)化合物(EnergyFromOrganicCompounds)一.碳水化合物的降解(一)葡萄糖(1)葡萄糖降解途徑1.EMP途徑2.ED3.HMP4.磷酸解酮酶途徑PKTCA循環(huán)1.EMP途徑Embden-Meyerhof-ParansPathwayHexoseDiphosphatePathwayGlycolyticPathwayMechanismofthephosphotransferasesystemofE.coli第一階己糖激酶磷酸己糖異構(gòu)酶磷酸果糖激酶醛縮酶段磷酸丙糖異構(gòu)酶StageI第二階3-磷酸甘油醛脫氫酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸變位酶烯醇化酶段丙酮酸激酶StageIIEMP途徑總反應(yīng)式：G+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2(NADH+H+)+2H2O第二階3-磷酸甘油醛脫氫酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸變位酶烯醇化酶段丙酮酸激酶StageII丙酮酸的去向：2.ED途徑(Entner-DoudoroffPathway)2-酮-3-脫氧-6-磷酸-葡萄糖酸(KDPG)醛縮酶途徑ED途徑的關(guān)鍵反應(yīng)步驟ED途徑總反應(yīng)式:C6H12O6+NADP++NAD++ADP+Pi2CH3COCOOH+NADPH+NADH+2H++ATPED途徑分布E.coliPseudomonasspp.Zymomonasmobilis3.HMP途徑HexoseMonophosphatePathway磷酸戊糖循環(huán)途徑EMP支路磷酸己糖旁路第一階段：不可逆的氧化階段第二階段：可逆的非氧化階段HMP途徑第一階段HMP途徑第二階段_葡萄糖三條主要降解途徑在微生物中的分布微生物不同途徑中的分布(%)EMPHMPED啤酒酵母產(chǎn)朊假絲酵母灰色鏈霉菌產(chǎn)黃青霉大腸桿菌銅綠假單胞菌氧化醋單胞菌運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞嗜糖假單胞菌

8866-81 97 77 72 _ _ _ _

1219-34 3 23 28 29 100 _ _

_ _ _ _71 _1001004.磷酸解酮酶途徑(PhosphoketolasePathway)

Glucose

Lactate、Ethanol、CO2磷酸果糖激酶醛縮酶磷酸丙糖異構(gòu)酶磷酸戊糖解酮酶4.磷酸解酮酶途徑(PhosphoketolasePathway)戊糖磷酸解酮酶途徑(PK途徑)(PentosePhosphoketolasePathway):戊糖→木酮糖-5-P解酮→2C,3C2C:乙酰磷酸3C:3-P-甘油醛戊糖磷酸解酮酶途徑(PK途徑)(PentosePhosphoketolasePathway)磷酸解酮酶磷酸轉(zhuǎn)乙酰酶乙醛脫氫酶已糖磷酸解酮酶途徑(HK途徑)5.葡萄糖直接氧化（Pseudomonas，Aerobacter，Acetobacter）第一節(jié)能量來(lái)自有機(jī)化合物碳水化合物烴二碳、一碳化合物內(nèi)源性儲(chǔ)藏物質(zhì)含氮化合物脂肪(2)能量的產(chǎn)生(2)能量的產(chǎn)生１、呼吸鏈２、有氧呼吸３、無(wú)氧呼吸４、發(fā)酵1、呼吸鏈(電子傳遞鏈)真核生物的呼吸鏈原核生物的呼吸鏈真核生物呼吸鏈的蛋白質(zhì)組成輔酶Q1.2原核生物的呼吸鏈E.coli的呼吸鏈+

H2

H

乳酸丙酮酸

氫化酶乳酸脫氫酶

高氧

Cyto低氧1/2O2+2H+

H2O1/2O2+2H+

琥珀酸 延胡索酸

α-甘油磷酸磷酸二羥丙酮琥珀酸脫氫酶

α-甘油磷酸脫 氫酶（有氧）Q8Cytd

無(wú)氧硝酸還原酶H2O NO3-

NO2-甲酸

CO2甲酸脫氫酶NADH NADNADH脫氫酶MQ8延胡索酸還原酶延胡索酸 琥珀酸

α-甘油磷酸磷酸二羥丙酮

電子供體α-甘油磷酸脫氫酶（無(wú)氧）電子受體氫細(xì)菌的電子傳遞鏈化能自氧硫細(xì)菌的電子傳遞鏈鐵細(xì)菌的電子傳遞鏈產(chǎn)甲烷菌的電子傳遞鏈2、有氧呼吸三羧酸循環(huán)檸檬酸合成酶順烏頭酸酶

三羧酸循環(huán)延胡索酸酶 琥珀酰CoA合成酶三羧酸循環(huán)的總方程式:乙酰CoA+3NAD++FAD++2H2O+ADP+pi2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+ATP+CoA-SHTCA循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng)①丙酮酸羧化酶：CO2+Pyr+ATP+H2O→Oxalacetate+ADP+Pi②磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶:CO2+PEP+H2O→Oxalacetate+Pi③蘋果酸酶：CO2+Pyr+NADPH+H+→Malate+NADP+三羧酸循環(huán)

葡萄糖

葡萄糖經(jīng)有氧呼吸的最大ATP產(chǎn)量

果糖-1，6-二磷酸糖酵2甘油醛-3-磷酸解2NADH氧化磷酸化6ATP

2ATP

底物水平磷酸化2丙酮酸2乙酰-CoA2NADH 6NADH氧化磷酸化 氧化磷酸化6ATP18ATP2TCA循環(huán)2FADH2氧化磷酸化4ATP底物水平磷酸化2ATP(GTP)總產(chǎn)量:38ATP‘酸循環(huán)中間產(chǎn)物的途徑厭氧條件下異養(yǎng)微生物獲得三羧延胡索酸還原酶不完全氧化(Incompleteoxidation)Bertrand-HudsonruleCH2OHCH2OHHO-C-HHO-C-H CH2OH H-C-OHHO-C-H(2,3-順式)

(2,3-反式)

C=OHO-C-H

CH2OHH-C-OH

CH2OHHCOHHO-C-H H-C-OH H-C-OH CH2OH

山梨醇+NAD+HOCH HCOH C=O CH2OH

山梨糖(2)能量的產(chǎn)生(2)能量的產(chǎn)生１、呼吸鏈２、有氧呼吸３、無(wú)氧呼吸４、發(fā)酵3.無(wú)氧呼吸(anaerobicrespiration)３.1概念３.2無(wú)氧呼吸的類型3.3同化型代謝與異化型代謝(assimilativeanddissimilativemetabolism)碳酸鹽呼吸硫呼吸碳酸鹽呼吸硫酸鹽呼吸延胡索酸呼吸硝酸鹽呼吸鐵呼吸有氧呼吸3.4硝酸鹽呼吸硝酸鹽還原同化型代謝途徑植物、真菌、細(xì)菌異化型代謝途徑

僅原核生物有同化型硝酸鹽還原酶；NH3抑制同化型亞硝酸鹽還原酶；

NO3-NO2-異化型硝酸鹽還原酶；無(wú)氧脫阻遏

NH3

異化型亞硝酸 鹽還原酶；(nitratereduction)NH3抑制無(wú)氧脫阻遏NH2OH NH3

R-NH2NO N2O N2

大氣NO還原酶；無(wú)氧脫阻遏

大氣

N2O還原酶；

無(wú)氧脫阻遏

大氣反硝化作用脫氮作用Paracoccusdenitrificans3.5硫酸鹽還原(sulfatereduction)DesulfovibriosaprovoranuDesulfotomaculumDesulfovibriogigasDesulfobacterpostgatei5’-磷酸硫酸腺苷細(xì)胞色素復(fù)合物5’-磷酸硫酸腺苷絲氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶硫酸鹽通透酶

誘導(dǎo)硫酸鹽通 透酶及同化硫 酸鹽還原途徑 的一系列酶反饋抑制硫酸鹽通透酶和絲氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶3.6Fe3+,Mg4+,ClO3-和有機(jī)電子受體延胡索酸呼吸Escherichia,Proteus,Salmonella,KlebsiellaBacteroides,Propionibacterium,Vibriosuccinogenes3.7甲烷生成（Methanogenesis）產(chǎn)甲烷古菌(Methane-ProducingArchaea:Methanogens)甲烷形成過(guò)程中的特殊輔酶一碳單位載體(C1Carriers)甲烷呋喃(MF)、甲烷蝶呤(MP)、輔酶M(CoM)、輔酶F430(F430)氧化還原輔酶(RedoxCoenzymes)輔酶F420、輔酶B(CoB)a.甲烷呋喃(MF)MF是CO2的受體,甲?；妮d體b.甲烷蝶呤(MP)MP是一碳單位的載體,傳遞一碳單位c.輔酶M(CoM)

2-巰基乙烷磺酸甲基還原酶的輔酶,甲基的載體。d.輔酶F430(F430)甲基還原酶的輔酶e.輔酶F420(F420)低氧化還原電位的雙電子載體MethanosarcinabarkeriMethanobacteriumformicicumf.輔酶B(CoB)7-巰基庚酰蘇氨酸磷酸甲基還原酶的電子供體甲基還原酶的電子供體次甲基(甲烯基)-CH=亞甲基(甲叉基)-CH2-(MPH)甲烷吩嗪(2)能量的產(chǎn)生１、呼吸鏈２、有氧呼吸３、無(wú)氧呼吸４、發(fā)酵4.發(fā)酵（fermentation）4.1概念發(fā)酵和無(wú)氧呼吸發(fā)酵和不完全氧化4.2從丙酮酸開始的幾種發(fā)酵?4.3乳酸發(fā)酵(Lacticacidfermentation)

同型乳酸發(fā)酵?異型乳酸發(fā)酵?雙歧發(fā)酵

HomofermentationHeterofermentationBifidumfermention?同型乳酸發(fā)酵異型乳酸發(fā)酵戊糖磷酸解酮酶途徑(PK途徑)(PentosePhosphoketolasePathway)磷酸轉(zhuǎn)乙酰酶乙醛脫氫酶雙歧發(fā)酵已糖磷酸解酮酶途徑(HK途徑)4.4酒精發(fā)酵A．酵母菌的酒精發(fā)酵Ⅰ型

Ⅱ型

Ⅲ型B．細(xì)菌的酒精發(fā)酵GA．酵母菌的酒精發(fā)酵—I型2CO22ATP2ADP2乙醇2乙醛2Pyr2PEPH2O2NAD+2NADH2ADP2ATP2ATP2ADP

二磷酸 果糖3-磷酸甘油醛2（二磷酸甘油酸）2（3-磷酸甘油酸）2（2-磷酸甘油酸）磷酸二羥丙酮I型正常條件下C6H12O6+2(ADP+Pi)丙酮酸脫羧酶2CH3CH2OH+2CO2+2ATP

乙醇脫氫酶A.II型(甘油發(fā)酵):加入亞適量的NaHSO3

SO3NaCH3CHO+NaHSO3

CH3CHOH磺化羥基乙醛油酯酶CH2OHCH2OHα-磷酸甘CH2OHC=OCH2O-PiCHOHCH2O-PiCHOHCH2OH+PiC6H12O6+NaHSO3

C3H8O3+C2H4OHSO3Na+CO2A．II型(甘油發(fā)酵):加入亞適量的NaHSO3NaHSO3CO2ATPADP磺化羥基乙醛乙醛PyrPEPH2OADPATP2ATP2ADP3-磷酸甘油醛二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸G二磷酸果糖

NAD+磷酸二羥丙酮NADH

α-甘油磷酸Pi甘油α-磷酸CH2OHCH2OH甘油酯酶CH2OHC=OCH2O-PiCHOHCH2O-PiCHOHCH2OH+PiC6H12O6+NaHSO3

C3H8O3+C2H4OHSO3Na+CO2德國(guó)科學(xué)家CarlNeuberg和酵母菌II型酒精發(fā)酵

第一次世界大戰(zhàn)甘油硝酸甘油炸藥釀造廠1000噸甘油/月 耐鹽藻類B.III型(甘油發(fā)酵)堿性條件,pH7.6CH3CHO發(fā)生歧化反應(yīng):2CH3CHOCH3COOH+CH3CH2OHIII型(甘油發(fā)酵)堿性條件,pH7.60.5乙醇CO2ATPADPNADHNAD+乙醛PyrPEP0.5乙酸ADPATPH2O2ATP2ADP3-磷酸甘油醛二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸G二磷酸果糖

NAD+磷酸二羥丙酮NADH

α-甘油磷酸Pi甘油III型(甘油發(fā)酵)

CH3CHO發(fā)生歧化反應(yīng):堿性條件,pH7.62CH3CHOCH3COOH+CH3CH2OH反應(yīng)方程式:

2C6H12O6

2C3H8O3+CH3COOH+CH3CH2OH+2CO2B．細(xì)菌的酒精發(fā)酵

?ED途徑

運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌厭氧發(fā)酵單胞菌?EMP途徑胃八疊球菌兼性腸細(xì)菌4.5甲酸發(fā)酵

A.混合酸發(fā)酵

埃希氏菌屬(Escherichia)沙門氏菌屬(Salmonella)丙酮酸甲酸裂解酶志賀氏菌屬(Shigella)

甲酸裂解酶B.丁二醇發(fā)酵腸桿菌屬(Enterbacter)、 沙雷氏菌屬(Serratia)、 歐文氏菌屬(Erwinia)乙酰乳酸合成酶催化的反應(yīng)乙酰乳酸合成酶B.丁二醇發(fā)酵

羥乙酰-TPPErwiniacarotovora羥基丁酮4.6丁酸及可溶性產(chǎn)物發(fā)酵梭菌(clostridium)英國(guó)曼徹斯特猶太科學(xué)家ChainWeizmann和丙酮-丁醇發(fā)酵1噸丙酮/80-100噸木板12噸丙酮和24噸丁醇/100噸糖蜜谷物24.7丙酸發(fā)酵

A.琥珀酸-丙酸途徑

NADH+H+

CO2+乙酸

ATP

propionibacterium

丙酸桿菌屬

1.5 NAD+

3ADP 2

2 2甲基丙二酰CoA-丙酮酸轉(zhuǎn)羧酶

22NADH+2H+

變位酶

2NAD+

22

22NADH+2H+2NAD+

2ATP2CH2B.丙烯酸途徑Clostridiumpropionium

OH

3CH3CHOHCOOH

乳酸

NAD+

NADH+H+CH3COCOOH

丙酮酸

ADPNAD+

NADH+H+

2CH3CCOCoA H

乳酰CoA

2H2O

CHCOCoA

丙烯酰CoA2NADH+2H+

2NAD+CO2+CH3COOH2CH3CH2COCoA

丙酰CoA

CoA2CH3CH2COOH

丙酸能量的利用微生物發(fā)光海洋發(fā)光細(xì)菌

465-490nm

發(fā)光桿菌屬(Photobacterium)

弧菌屬(Vibrio)肉食上的發(fā)光細(xì)菌

490nm

真菌

530nm無(wú)色桿菌(Achromobacter)

革耳屬(Panus)Vibriofischeri（費(fèi)氏弧菌）Photobacteriumphoshoreum（發(fā)光桿菌）光2.發(fā)光的原理

發(fā)光光化學(xué)反應(yīng):化學(xué)能光合作用光能熒光素酶:熒光素O2氧化型熒光素+

(luciferase)細(xì)菌中熒光素(luciferin)通常是RCHO(棕櫚醛)真核生物中熒光素(luciferin)通常是雜環(huán)類衍生物E

真核生物發(fā)光?真核生物中熒光素(luciferin)通常是雜環(huán)類衍生物,在膜上。?熒光素酶分子量為10000，熱不穩(wěn)定。?發(fā)光時(shí)消耗ATP。LH2+ATPE·LH2·AMP+O2E·LH2·AMP+PPi L+H2O+light+AMPE細(xì)菌發(fā)光的途徑(E:熒光素酶,分子量為62000)NAD+NADH+H+FMNFMNH2O2EH2OE·FMNH2·O2

NAD+RCHO

NADH+H+RCOOHhvFMNH2+O2+RCHOE·FMNH2·O2·RCHO

FMN+H2O+RCOOH+lightRegulationofBioluminescence——MechanismofQuorumSensingVibriofischeriQuorumSensing?Celltocellcommunicationmediatedby smallsignallingmoleculessuchasN-acyl- homoserinelactone(AHL)?Couplescellsdensitytotranscriptionregulation?；呓z氨酸內(nèi)酯QuorumSensing-Vibriofischeri3.微生物發(fā)光的用途?環(huán)保檢測(cè)?ATP的定量測(cè)定?Luciferase的基因可作為工程菌的報(bào)告基因烴類化合物二、烴類化合物的降解脂肪烴芳香烴飽和烴不飽和烴烷烴環(huán)烷烴烯烴炔烴石油:30%烷烴46%環(huán)烷烴24%芳香烴烴微生物(石油微生物)棒狀桿菌、分枝桿菌、假單胞菌、酵母、枝孢菌和鐮刀菌Claolosporiumresinae作用加速石油分解轉(zhuǎn)變工業(yè)廢品為有用產(chǎn)品生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白O2在生化反應(yīng)中作為反應(yīng)物(reactant)加氧酶(oxygenase)單加氧酶(Monooxygenase)雙加氧酶(Dioxygenase)兒茶酚兒茶酚二氧環(huán)烷順，順-粘康酸單加氧酶(Monooxygenase)Substrate-H+O2+NADH Substrate-OH+H2O+NAD+羥化酶（hydroxylase）末端氧化烴的吸收直鏈飽和脂肪烴在有氧條件下的氧化?末端氧化?次末端氧化?雙末端氧化次末端氧化分枝桿菌

CH3(CH2)nCH3

OCH3(CH2)n-1CCH3雙末端氧化皺褶假絲酵母

CH3(CH2)nCH3HOOC(CH2)nCOOH??烯烴的氧化?飽和端的氧化

不飽和端的氧化

不飽和鍵的氧化化飽和端的氧化CH3CH2(CH2)nCH=CH2不飽和鍵 的氧化OHOCH2CH2(CH2)nCH=CH2HOOCCH2(CH2)nCH=CH2

CH3CH2(CH2)nCH-CH2不飽和OH端CH3CH2(CH2)nCHCH2OH的氧

OH CH3CH2(CH2)nCHCOOHCH3CH2(CH2)nCH2COOH

乙酸三、芳香族化合物的降解假單孢菌、無(wú)色桿菌、節(jié)桿菌、棒桿菌、諾卡氏菌、分枝桿菌、青霉和曲霉萘扁桃酸1,2-二羥基萘

苯甲酰甲酸水楊醛 水楊酸

苯甲醛 苯甲酸二羥苯甲酸間位裂解途徑鄰位裂解途徑多數(shù)芳香烴的有氧降解

雙加氧酶 內(nèi)酯化酶芳香族化合物

異構(gòu)

兒茶酚原兒茶酚降解

雙加氧酶鄰位裂解途徑

內(nèi)酯化酶異構(gòu)水解酶

CoA

轉(zhuǎn)移酶脫羧硫解酶間位裂解途徑土壤假單胞菌半醛水解酶水解酶醛縮酶苯甲酸的無(wú)氧降解庚二酸單酰CoA血色紅假單胞菌(Rhodopseudomonaspalustris)

四、二碳化合物的降解1.C2H5OH

-2HCH3CHO

-2HCH3COOH乙酰CoA合成酶CH3COSCoATCAATPCoA2.CH2OHCOOH(乙醇酸)-2HCHOCOOHCH2COOH(甘氨酸) NH2轉(zhuǎn)氨酶CHOCOOH3.CHOCOOH二羧酸循環(huán)乙醇酸 乙醛酸

蘋果酸合成酶NADH2

NAD乙酰CoA

蘋果酸CoA-SHNAD NADH2CO2Pyr

草酰乙酸PEP羧ATPADPPEP化激酶

CO2ADPATP3.CHOCOOHβ-羥基天冬氨酸途徑脫氮微球菌

縮合 脫水脫氨4.HOOC-COOH草酸假單胞菌五、一碳化合物的降解一碳化合物：CH4,CH3OH,HCHO,HCOOH,CH3NH2Methylotrophs(甲基營(yíng)養(yǎng)型)專性:嗜甲基屬(Methylophilus)、甲基球菌屬(Methylococcus)、甲基細(xì)菌屬(Methylobacterium)、甲基彎曲菌屬(Methylosinus)和甲基單胞菌屬(Methylomonas)兼性：假單胞菌、黃色桿菌、一些酵母和霉菌Methanotrophs(甲烷營(yíng)養(yǎng)型)及其豐富的內(nèi)膜系統(tǒng)甲基彎曲菌屬（Methylosinusspecies）II型：平行于細(xì)胞膜的內(nèi)膜甲基球菌屬（Methylococcuscapsulatus）I型：圓盤狀的膜堆集而成甲烷營(yíng)養(yǎng)菌的甲烷氧化厭氧條件下甲烷的氧化HCOOHH2O

甲基營(yíng)養(yǎng)型酵母把甲醇轉(zhuǎn)化成CO2漢遜酵母屬（Hansenula)、假絲酵母屬(Candida)、畢赤酵母屬(Pichia)過(guò)氧化物小體細(xì)胞質(zhì)

細(xì)胞生物量甲醇氧化酶

CH3OH(3)O2H2O2HCHO (3)

HCHO GSH甲醛脫氫酶NAD+Xu5P(7)C3HCHO2H2O(2)

NADH+H+

HCO-SG甲酰谷胱甘肽

NAD+(8)線粒體1/2O2H2O裂解酶GSH

(9)ADP+PiATP

HCOOH NAD+甲酸脫氫酶

NADH+H+

CO2

六、內(nèi)源儲(chǔ)藏物質(zhì)的降解PHB(聚β羥基丁酸)（poly-β-hydroxybutyrate）

CH3-CH-CH2-COOHOHNAD

NADHCH3-C-CH2-COOH

琥珀酰CoA

O

琥珀酸CH3-C-CH2-CO-CoA OCH3-CO-CoATCA七、含氮化合物的降解（一）氨基酸的降解1.脫羧作用

2.脫氨作用氧化脫氨（有氧）還原脫氨脫水脫氨水解脫氨氧化還原脫氨基反應(yīng)——Stickland反應(yīng)3.轉(zhuǎn)氨作用（二）嘌呤的降解有氧降解（二）嘌呤的降解無(wú)氧降解梭菌（三）嘧啶的降解其它嘧啶的降解第二節(jié)能量來(lái)自無(wú)機(jī)物

(EnergyFromInorganicChemicals)

菌名亞硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌能源

NH4+

NO2-電子受體

O2

O2

終產(chǎn)物NO2-H2O NO3-H2O氫細(xì)菌H2O2H2OH2O氧化亞鐵硫桿菌Fe2+脫硫脫硫弧菌H2

O2SO42-Fe3+

H2OH2O H2S貝氏硫桿菌H2SO2SH2O一、氫的氧化（hydrogenOxidation）1.H2細(xì)菌兼性化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型多數(shù)為好氧菌：假單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬Ralstoniaeutrophus（富養(yǎng)羅爾斯通氏菌）少數(shù)為厭氧菌：產(chǎn)甲烷菌少數(shù)為兼性厭氧菌：脫氮付球菌Ralstoniaeutrophus（富養(yǎng)羅爾斯通氏菌）一.氫的氧化（hydrogenOxidation）

2.氫酶(Hydrogenase)

可溶性氫酶:H2+NAD+接合在膜上的氫酶:H2

NADH+H+2H++2e-Ralstoniaeutrophus中的兩種氫酶3.電子傳遞鏈H2→NADH合成H2FP→Q→Cytb→Cytc→Cytaa3→

e-1/2O2

H2O二.還原性硫化物的氧化(OxidationofReducedSulfurCompounds)貝氏硫菌嗜酸熱硫化葉菌硫化細(xì)菌硫桿菌屬、硫化葉菌屬、硫小桿菌屬、無(wú)色菌屬、貝氏硫菌屬和絲硫菌屬亞硫酸氧化APS氧化途徑途徑

ADP硫酸化酶

還原性硫化物的氧化過(guò)程APS氧化途徑:2SO32-+2AMPAPS還原酶2APS+4e-ADP硫酸化酶2APS+2Pi2SO42-+2ADP2ADP腺苷酸激酶ATP+AMP硫化細(xì)菌的電子傳遞鏈?還原力的生成

?ATP的生成

逆電子梯度傳遞（reversedelectrontransport）三.鐵的氧化(IronOxidation)

酸性氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillusferrooxidans)2Fe2++2H++1/2O22Fe3++H2O+能量

硫桿菌屬 嘉利翁氏菌屬 纖多菌屬2Fe2++2H++1/2O22Fe3++H2O+能量Fe2+Fe3++e-

1/2O2+e-+2H+H2OThiobacillusferrooxidansFe2+氧化的電子流四、硝化作用(Nitrification)

氨氧化成硝酸分為兩個(gè)階段:亞硝化細(xì)菌(氨氧化細(xì)菌):NH3硝化細(xì)菌(亞硝酸氧化細(xì)菌):NO2-NO2-

NO3-硝化細(xì)菌多數(shù)屬于專性化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型專性好氧生長(zhǎng)緩慢分布廣氨氧化細(xì)菌中氨的氧化和電子流2H+亞硝酸氧化細(xì)菌氧化亞硝酸成硝酸NO2-+H2ONO2-氧化還原酶+NO3-+2e-復(fù)習(xí)和思考題：１、何為反向電子梯度傳遞？２、比較化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型和化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型的產(chǎn)能特點(diǎn)。第三節(jié)能量來(lái)自光產(chǎn)氧光合作用不產(chǎn)氧光合作用以視紫紅質(zhì)為基礎(chǔ)的光合作用Table9.5oxygenicphotosynthesis–eucaryotesandcyanobacteriaanoxygenicphotosynthesis–allotherbacteriaGreenalgaChlamydomonas

衣藻

Purplebacterium

Rhodopseudomonas紅假單胞菌一個(gè)光合作用的單位由200-300個(gè)葉綠素分子組成一、產(chǎn)氧光合作用

光系統(tǒng)Ⅰ(photosystemⅠ)光系統(tǒng)Ⅱ(photosystemⅡ)P700 P680

綠色植物的光合作用noncyclicelectronflow–ATP+NADPHmade(noncyclicphotophos-phorylation)cyclicelectronflow–ATPmade(cyclicphotophos-phorylation)鐵氧還蛋白electronflow→PMF→ATP類囊體基質(zhì)基質(zhì)

類囊體腔Copyright?TheMcGraw-HillCompanies,Inc.Permissionrequiredforreproductionordisplay.顫藍(lán)細(xì)菌(Oscillatorialimnetica)二、不產(chǎn)氧光合作用著色菌屬(chromatium)、紅假單胞菌屬（Rhodopseudomonas）、紅螺菌屬（Rhodospirillum）、紅細(xì)菌屬（Rhodobacter）、綠菌屬（chlorobium）、綠彎菌屬（Chloroflexus）、PurplebacteriumGreenbacteriumchromatiumokeniichlorobiumlimicola奧氏著色菌泥生綠菌（二）電子流(photosynthetic electionflow)脫鎂菌綠素(二)循環(huán)光合磷酸化(cyclicphotophosphorylation)脫鎂菌綠素（三）NADPH的形成細(xì)菌脫鎂葉綠素紫硫細(xì)菌通過(guò)反向電子傳遞產(chǎn)生還原力Rhodobactersphaeroides（類球紅細(xì)菌）綠硫細(xì)菌還原力的產(chǎn)生Chlorobiumlimicola（泥生綠菌）（四）紫色細(xì)菌光合作用的遺傳學(xué)Mapofthephotosyntheticgeneclusterofthepurplephototrophicbacterium,Rhodobactercapsulatus（莢膜紅細(xì)菌）green，encodebacteriochlorophyllsynthesisproteinsred,encodeproteinsthatsynthesizecarotenoids,blue，encodingreactioncenterpolypeptides yellow，genesencodinglight-harvestingIpolypeptides三、極端嗜鹽菌紫膜和光介導(dǎo)的ATP合成系統(tǒng)極端嗜鹽菌(extremelyhalophilicArchaea)最低鹽濃度：1.5MNaCl（8%）最適鹽濃度：3-4MNaCl（17-23%）飽和鹽濃度下（36%）可生長(zhǎng)Halobacteriumsalinarium鹽沼鹽桿菌（一）極端嗜鹽菌(extremelyhalophilicArchaea)的生活環(huán)境極端嗜鹽菌細(xì)胞壁的糖蛋白亞結(jié)構(gòu)（三）極端嗜鹽菌紫膜和光介導(dǎo)的ATP合成系統(tǒng)紫膜(purplemembrane)細(xì)菌視紫紅質(zhì)(bacteriorhodopsin)視紫紅質(zhì)(rhodopsin)視黃醛(retinal)（三）極端嗜鹽菌紫膜和光介導(dǎo)的ATP合成系統(tǒng)復(fù)習(xí)與思考題：1、比較產(chǎn)氧光合作用、不產(chǎn)氧光合作用及極端嗜鹽菌的光介導(dǎo)的ATP合成系統(tǒng)。2、解釋循環(huán)光合磷酸化和非循環(huán)光合磷酸化。第三節(jié)能量來(lái)自光產(chǎn)氧光合作用不產(chǎn)氧光合作用以視紫紅質(zhì)為基礎(chǔ)的光合作用Table9.5oxygenicphotosynthesis–eucaryotesandcyanobacteriaanoxygenicphotosynthesis–allotherbacteriaGreenalgaChlamydomonas

衣藻

Purplebacterium

Rhodopseudomonas紅假單胞菌一個(gè)光合作用的單位由200-300個(gè)葉綠素分子組成一、產(chǎn)氧光合作用

光系統(tǒng)Ⅰ(photosystemⅠ)光系統(tǒng)Ⅱ(photosystemⅡ)P700 P680

綠色植物的光合作用noncyclicelectronflow–ATP+NADPHmade(noncyclicphotophos-phorylation)cyclicelectronflow–ATPmade(cyclicphotophos-phorylation)鐵氧還蛋白electronflow→PMF→ATP類囊體基質(zhì)基質(zhì)

類囊體腔Copyright?TheMcGraw-HillCompanies,Inc.Permissionrequiredforreproductionordisplay.顫藍(lán)細(xì)菌(Oscillatorialimnetica)二、不產(chǎn)氧光合作用著色菌屬(chromatium)、紅假單胞菌屬（Rhodopseudomonas）、紅螺菌屬（Rhodospirillum）、紅細(xì)菌屬（Rhodobacter）、綠菌屬（chlorobium）、綠彎菌屬（Chloroflexus）、PurplebacteriumGreenbacteriumchromatiumokeniichlorobiumlimicola奧氏著色菌泥生綠菌（二）電子流(photosynthetic electionflow)脫鎂菌綠素(二)循環(huán)光合磷酸化(cyclicphotophosphorylation)脫鎂菌綠素（三）NADPH的形成細(xì)菌脫鎂葉綠素紫硫細(xì)菌通過(guò)反向電子傳遞產(chǎn)生還原力Rhodobactersphaeroides（類球紅細(xì)菌）綠硫細(xì)菌還原力的產(chǎn)生Chlorobiumlimicola（泥生綠菌）（四）紫色細(xì)菌光合作用的遺傳學(xué)Mapofthephotosyntheticgeneclusterofthepurplephototrophicbacterium,Rhodobactercapsulatus（莢膜紅細(xì)菌）green，encodebacteriochlorophyllsynthesisproteinsred,encodeproteinsthatsynthesizecarotenoids,blue，encodingreactioncenterpolypeptides yellow，genesencodinglight-harvestingIpolypeptides三、極端嗜鹽菌紫膜和光介導(dǎo)的ATP合成系統(tǒng)極端嗜鹽菌(extremelyhalophilicArchaea)最低鹽濃度：1.5MNaCl（8%）最適鹽濃度：3-4MNaCl（17-23%）飽和鹽濃度下（36%）可生長(zhǎng)Halobacteriumsalinarium鹽沼鹽桿菌（一）極端嗜鹽菌(extremelyhalophilicArchaea)的生活環(huán)境極端嗜鹽菌細(xì)胞壁的糖蛋白亞結(jié)構(gòu)（三）極端嗜鹽菌紫膜和光介導(dǎo)的ATP合成系統(tǒng)紫膜(purplemembrane)細(xì)菌視紫紅質(zhì)(bacteriorhodopsin)視紫紅質(zhì)(rhodopsin)視黃醛(retinal)（三）極端嗜鹽菌紫膜和光介導(dǎo)的ATP合成系統(tǒng)復(fù)習(xí)與思考題：1、比較產(chǎn)氧光合作用、不產(chǎn)氧光合作用及極端嗜鹽菌的光介導(dǎo)的ATP合成系統(tǒng)。2、解釋循環(huán)光合磷酸化和非循環(huán)光合磷酸化。二、異養(yǎng)型CO2固定（一）發(fā)現(xiàn)1936年,H.G.Wood和C.H.Workman“丙酸細(xì)菌在甘油異化作用中對(duì)CO2的利用”首次報(bào)道了異養(yǎng)細(xì)菌對(duì)CO2的固定。1941年，進(jìn)一步采用13CO2及質(zhì)譜技術(shù)確證。二、異養(yǎng)型CO2固定（一）發(fā)現(xiàn)1945年，H.A.Bake等Clostridiumthermoaceticum及其它一些異養(yǎng)菌對(duì)葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生乙酸有1/3的乙酸的甲基碳和羰基碳來(lái)自CO2。1952年，Wood采用13CO2進(jìn)一步證實(shí)。把異養(yǎng)生物CO2的固定的研究擴(kuò)展到高等動(dòng)物的肝臟。二、異養(yǎng)型CO2固定（二）類型1、TCA循環(huán)的添補(bǔ)反應(yīng)2、脂肪酸、核苷酸、氨基酸的合成中1、TCA循環(huán)的添補(bǔ)反應(yīng)異養(yǎng)微生物固定CO2生成TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物，屬TCA循環(huán)的添補(bǔ)反應(yīng)(anapleroticreaction)。CO2的受體主要有：磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)丙酮酸α-酮戊二酸1、TCA循環(huán)的添補(bǔ)反應(yīng)1）PEP羧化酶:PEP+CO2→OA+Pi

2）PEP羧基激酶：PEP+CO2+ADP→OA+ATP3）丙酮酸羧化酶：Pyr+CO2+ATP→OA+ADP+Pi4）蘋果酸酶：Pyr+CO2+NAD(P)H2→L-蘋果酸+NAD(P)5）異檸檬酸脫氫酶：α-酮戊二酸+CO2+NAD(P)H2→異檸檬酸+NAD(P)2、在脂肪酸、核苷酸、氨基酸的合成中1)在脂肪酸合成中乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA2)次黃嘌呤核苷酸的合成中

5-氨基咪唑核苷羧化酶HCO3-Mg2+

5-氨基-4-羧基咪唑核苷O3）氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸合成酶：NH3+HCO3-+2ATP→NH2-C-OPO3-+2ADP+Pi+H+尿嘧啶核苷酸氨甲酰磷酸瓜氨酸第三節(jié)一碳、二碳有機(jī)化合物的同化一、甲烷營(yíng)養(yǎng)型對(duì)甲烷的同化甲烷營(yíng)養(yǎng)菌的甲烷氧化Methanotrophs(甲烷營(yíng)養(yǎng)型)

及其豐富的內(nèi)膜系統(tǒng)

甲基彎曲菌屬（Methylosinusspecies）

II型：平行于細(xì)胞膜的內(nèi)膜絲氨酸途徑有完整的TCA甲基球菌屬（Methylococcuscapsulatus）

I型：圓盤狀的膜堆集而成

核酮糖單磷酸途徑

無(wú)整的TCA1、絲氨酸途徑(Serinepathway)絲氨酸轉(zhuǎn)羥甲基酶1、絲氨酸途徑(Serinepathway)甲醛通過(guò)絲氨酸途徑生成乙酰CoA。甲醛的受體是甘氨酸。關(guān)鍵酶是絲氨酸轉(zhuǎn)羥甲基酶(serinetranshydroxymethylase)2、核酮糖單磷酸途徑(ribulosemonophosphatepathway)己酮糖磷酸合酶二、二碳化合物的同化乙酸、Gly、乙醇酸、草酸等的同化有2條途徑：1.乙醛酸循環(huán)（同化乙酸）2.甘油酸途徑（同化Gly、乙醇酸、草酸等）1.乙醛酸循環(huán)(Glyoxylatecycle)(又稱乙醛酸支路)存在于細(xì)菌,真菌及植物中。需氧，無(wú)氧條件下不存在。２個(gè)特征酶：異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合酶三、二碳化合物的同化2.甘油酸途徑（glycericacidpathway)許多微生物可以利用甘氨酸、乙醇酸和草酸等作為唯一碳源，以甘油酸途徑對(duì)它們進(jìn)行同化利用。乙醇酸氧化

草酸還原

乙醛酸連接酶甘氨酸乙醛酸乙醛酸-CO2羥基丙酸半醛

NADH2

NAD+甘油酸甘油酸途徑EMPTCA第三節(jié)糖類的合成代謝單糖的合成和相互轉(zhuǎn)化寡糖及多聚糖的合成細(xì)胞壁的合成(一)單糖的合成(二)糖核苷酸的合成及其相互轉(zhuǎn)化(一)單糖的合成

3-P-甘油醛合成G的前體PEPOA

丙酮酸

葡萄糖生成作用 （葡萄糖異生作用）

(gluconeogenesis)G葡萄糖異生作用從丙酮酸生成PEP1、紫色細(xì)菌和綠硫細(xì)菌:丙酮酸磷酸二激酶：丙酮酸+ATP+Pi→PEP+AMP+PPi2、E.coil：PEP合成酶：丙酮酸+ATP+H2O→PEP+AMP+Pi從丙酮酸生成PEP3、真核生物：丙酮酸羧化酶：丙酮酸+CO2+ATP+H2O→草酰乙酸+ADP+Pi+2H+PEP羧激酶：草酰乙酸+GTP→PEP+CO2+GDP

細(xì)胞壁和細(xì) 胞外膜多糖 葡萄糖Calvin

rTCA

糖原

6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油醛

PEP OA

雙糖 其它單糖PEP合成酶或丙酮酸磷酸二激酶

耗ATP乳酸氧化

丙酮酸生糖氨基酸TCA前體物質(zhì)(二)糖核苷酸的合成及其相互轉(zhuǎn)化

葡萄糖ATP己糖激酶

PEP基團(tuán)轉(zhuǎn)位6-磷酸葡萄糖

異構(gòu)化

1-磷酸葡萄糖

UTP PPi糖核苷酸（激活態(tài)）？ 參與生物合成或相互轉(zhuǎn)化20.09kJ31.81kJ糖核苷酸是單糖與核苷二磷酸結(jié)合生成的衍生物。在微生物細(xì)胞中有多種糖核苷酸，但主要是二磷酸核苷單糖，如：UDP-葡萄糖、UDP-N-乙酰氨基葡萄糖等。糖核苷酸的合成UDP-葡萄糖焦磷酸化酶焦磷酸化酶對(duì)己糖磷酸和三磷酸核苷兩者有專一性糖核苷酸的合成GDP-G UDP-GG-1-P焦磷酸化酶

PPiNTPADP-GTDP-G

CDP-G焦磷酸化酶對(duì)己糖磷酸和三磷酸核苷兩者有專一性。其它糖的轉(zhuǎn)化主要是通過(guò)異構(gòu)化和氧化還原等反應(yīng)來(lái)進(jìn)行，如：

UDP-葡萄糖UDP-半乳糖UDP-葡萄糖醛酸UDP-半乳糖醛酸UDP葡萄糖醛酸

脫羧

UDP-木糖

UDP-半乳糖

UDP-葡萄糖葡萄糖-1-磷酸 葡萄糖-6-磷酸糖核苷酸（UDP-單糖）在微生物細(xì)胞中具有兩種功能：第一，可用于某些糖核苷酸的相互轉(zhuǎn)化；第二，合成多糖的糖基供體。二、多糖的合成

多聚葡萄糖 多聚果糖同多糖 雜多糖

糖原 纖維素 甲殼質(zhì)肽聚糖脂多糖磷壁酸二、多糖的合成合成的特點(diǎn)：

①不需模板； ②需要引子；③以糖核苷酸為糖基載體。（一）同多糖的合成

1.多聚葡萄糖和多聚果糖的合成

多聚G單體及糖苷型G,α-1→6

多聚FF,β-2→6底物受體外源底物蔗糖 蔗糖酶葡萄糖膠蔗 糖轉(zhuǎn)移酶果糖膠蔗糖轉(zhuǎn)移酶能量來(lái)源蔗糖中的糖苷鍵，非ATP（一）同多糖的合成

1.多聚葡萄糖和多聚果糖的合成

葡萄糖膠蔗糖轉(zhuǎn)移酶α-1，6-多聚葡萄糖

果糖膠蔗糖轉(zhuǎn)移酶β-2,6-多聚果糖多聚葡萄糖的合成2×α-G-β-Fβ-F-α-G-α-G+Fβ-F-α-G-α-G+α-G-β-F

β-F-α-G-α-G-α-G多聚果糖的合成

2×α-G-β-F

+Fα-G-β-F-β-F+Gα-G-β-F-β-F+α-G-β-F α-G-β-F-β-F-β-F-+G多聚葡萄糖產(chǎn)生菌的危害

L.mesenteroides的胞外粘 液層的主要成分是多聚葡 萄糖。 在用甘蔗及甜菜生產(chǎn)蔗糖 的過(guò)程中，L.m能利用蔗 糖生成多聚葡萄糖，因而

腸膜狀明串珠菌(Leuconostocmesenteroides)造成蔗糖產(chǎn)量下降。多聚葡萄糖的應(yīng)用蔗糖腸膜狀明串珠

菌L.M-1226葡萄糖聚合物

水解

右旋糖酐醫(yī)藥工業(yè)中用作代血漿。食品工業(yè)中可作飲料、糕點(diǎn)等制作的穩(wěn)定劑、保濕劑、石油、鉆井中可用作增粘劑生化分離中可用作凝膠過(guò)濾的介質(zhì)----Sephadex增稠劑多聚果糖產(chǎn)生菌的危害：

唾液鏈球菌的粘液成分 是多聚果糖。 它可將蔗糖轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑?/p>

果糖，后者把細(xì)菌牢牢

地粘附于牙齒表面，細(xì)

Bar:1μm

唾液鏈球菌(Streptococcussalivarius)菌發(fā)酵糖類產(chǎn)生乳酸并局部累積，嚴(yán)重腐蝕琺瑯質(zhì)引起齲齒。多聚果糖合成酶基因的應(yīng)用果糖膠蔗糖轉(zhuǎn)移酶(又稱為果聚糖蔗糖酶)的基因?yàn)閟acB，分離自Bacillussubtilis。將sacB構(gòu)建到自殺性質(zhì)粒pJQ200SK上去，并轉(zhuǎn)移到G-性菌內(nèi)，當(dāng)培養(yǎng)基內(nèi)有蔗糖時(shí)，誘導(dǎo)該基因的表達(dá)，合成大量的多聚果糖造成受體菌不能生長(zhǎng)而致死。

2.糖原的合成：

α-1,6-糖苷鍵

α-1,4-糖苷鍵細(xì)菌糖原的合成(消耗大量的ATP，貯存能量)：ADP-G+引物糖原步葡萄糖ATP微生物中

糖 原 的

ADP

6-磷酸葡萄糖

磷酸葡萄糖變位酶1-磷酸葡萄糖合成的ATP

PPi

焦磷酸化酶ADP-葡萄糖

糖原合成酶(α-1,4鍵）驟(ADP)n糖原分支酶(α-1,6鍵)分支酶的作用3.幾丁質(zhì)、多聚甘露糖、纖維素 的合成

N-乙酰氨基葡萄糖

幾丁質(zhì)(Chitin)是一些真菌細(xì)胞壁的組成成分。

幾丁質(zhì)合成酶UDP-N-乙酰氨基葡萄糖

幾丁質(zhì)β-1，4糖苷鍵3.幾丁質(zhì)、多聚甘露糖、纖維素的合成多聚甘露糖主要存在于酵母細(xì)胞壁中。多聚甘露糖以UDP-甘露糖作為供體，以類似的方式合成，。3.幾丁質(zhì)、多聚甘露糖、纖維素的合成葡萄糖之間以β-1，4-糖苷鍵相連酶：纖維素合成酶單體：UDP-葡萄糖合成需引物一些高等真菌CW及某些細(xì)菌中有纖維素Bacterialcelluloseandplantcellulose.Thefigureshowsanelectronmicroscopicimageofbiocelluloseandplantcellulose.Bacterialcelluloseisproducedbyanaceticacid-producingbacterium,Acetobacterxylinum.Thediameterofbiocelluloseisabout1/100ofthatofplantcellulose.第四節(jié)糖類的合成代謝單糖的合成和相互轉(zhuǎn)化寡糖及多聚糖的合成細(xì)胞壁的合成(一)單糖的合成(二)糖核苷酸的合成及其相互轉(zhuǎn)化二、多糖的合成

多聚葡萄糖 多聚果糖同多糖 雜多糖

糖原 纖維素 甲殼質(zhì)肽聚糖脂多糖磷壁酸三、雜多糖的合成三、雜多糖的合成—細(xì)胞壁的合成肽聚糖磷壁酸脂多糖(一)肽聚糖的生物合成(一)肽聚糖的生物合成4(一)肽聚糖的生物合成可分為以下5個(gè)階段：

1.UDP-NAG的合成2.UDP-NAMA的合成3.UDP-NAMA-五肽的合成4.組裝和運(yùn)載5.肽聚糖肽鏈的交聯(lián)(一)肽聚糖的生物合成1.UDP-NAG的合成6-P-葡萄糖異構(gòu)酶

L-Gln6-P-果糖L-Glu

6-P-氨基葡萄糖HSCoA乙酰CoA變位酶1-P-N-乙酰氨基葡萄糖1-P-氨基葡萄糖UTPUDP-葡萄糖焦磷酸化酶PPi

UDP-N-乙酰氨基葡萄糖（UDP-NAG）HC還原2.UDP-NAMA的合成CH2OH O CH2C-O-P轉(zhuǎn)移酶HOOHO-P-P-U

COOH CH2OH O HOOO-P-P-U NHCOCH3

C H2C COOHUDP-NAG丙酮酸醚

NHCOCH3

UDP-NAG

CH2OH OHOOO-P-P-U NHCOCH3H3CCOOH

UDP-NAMA3．UDP-NAMA-五肽的合成

五肽是(在S.aureus中)：

L-Ala－D-Glu－L-Lys－D-Ala－D-Ala

消旋酶L-Ala

D-Ala

二肽合成酶D-Ala-D-AlaNHCH2OH OUDP-NAMAHOOO-P-P-UHCNHCOCH3H3CC=O ∣ OH

HC C=O

D-Glu L-Lys D-AlaCH3L-AlaD-Ala二肽合D-Ala成酶D-AlaD-Ala消旋酶2L-Ala-O-P-O－)924．組裝和運(yùn)載

糖基載體脂：十一異戊烯磷酸CH3CH3CH3OH3C－C=CHCH－(CH2－C=CH－CH2－CH2－C=CHCH2

O

GCL-P(1)組裝過(guò)程：細(xì)胞膜上的GCL-PUDP-NAMA

UMPGCL-P-P-NAMA五肽UDP-NAG五肽

UDPGCL-P–P-NAMA-β-1,4-NAG

五肽(2)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程：肽聚糖部分自溶斷開β-1,4-鍵；

肽聚糖轉(zhuǎn)移酶將GCL運(yùn)載來(lái)的新的肽聚糖連接起來(lái)，釋放GCL-P-P。焦磷酸酯酶水解GCL-P-P成GCL-P并循環(huán)使用。-NH-5．肽聚糖肽鏈的交聯(lián)

相鄰肽鏈之間通過(guò)轉(zhuǎn)肽酶相互連接。

E.coli肽聚糖中 的肽橋

ML-AlaD-GluG

ML-AlaD-GluG-m-DAP D-Ala-COm-DAPD-Ala5．肽聚糖肽鏈的交聯(lián)

G+細(xì)菌中，是通過(guò)(Gly)5肽橋進(jìn) 行交聯(lián)。

ML-AlaD-GluG

ML-AlaD-GluG-L-Lys D-Ala(Gly)5

L-LysD-Ala肽聚糖的生物合成途徑PatternsofCellWallFormation?autolysins–carryoutlimiteddigestionofpeptidoglycan–activityallowsnewmaterialtobeaddedtowall?2generalpatternsofcellwallformation?growthatoneorjustafewsites?usuallyatsiteofseptumformation?observedinmanygram-positivebacteria?growthsitesscatteredalonglengthofcell?growthalsoatsiteofseptumformation24?observedinmanyrod-shapedbacteria肽聚糖先立后破生長(zhǎng)模型—以三代一6．抗生素對(duì)肽聚糖合成的抑制6．抗生素對(duì)肽聚糖合成的抑制磷霉素環(huán)絲氨酸安萊霉素

桿菌肽A萬(wàn)古霉素β-內(nèi)酰胺類抗生素(1)D-環(huán)絲氨酸D-環(huán)絲氨酸抑制丙氨酸消旋酶D-Ala-D-Ala二肽合成酶(2)磷霉素HHHOOCCCCOH3COPO3H2H2CPO3H2磷霉素PEP抑制UDP-NAG丙酮酸轉(zhuǎn)移酶 抑制UDP-NAMA的合成(3)安萊霉素(enramycin)17個(gè)氨基酸和不飽和脂肪酸組成的堿性肽。與GCL-P-P-NAMA-五肽結(jié)合，抑制了UDP-NAG與GCL-P-P-NAMA-五肽的組裝。(4)桿菌肽A12個(gè)氨基酸組成的多肽。分子中的L-Cys和L-Ile的氮原子之間能螯合二價(jià)金屬離子（如Zn2+,Ca2+，Mg2+等）。GCL-P-P又與螯合的金屬離子結(jié)合，三者形成復(fù)合物后抑制GCL-P-P的脫磷酸反應(yīng)，使GCL-P不能再生。SCCH-CH-C2H5H2CL-CysN金屬

CH3NH2L-IleC-HC=OPPL-IleD-PheL-HisL-LeuD-OrnL-AspD-GluL-IleL-LysL-Asp桿菌肽、金屬離子和GCL-P-P三者的復(fù)合物(5)萬(wàn)古霉素由Streptomycesorientalis產(chǎn)生的糖肽類抗生素。抑制交聯(lián)作用（6）β-內(nèi)酰胺類抗生素(如青霉ChainI素)RL-Lys

HN OHCC(Gly)5

CH3

N H OHCC

CH3O-OC

H HNC C O

高反應(yīng)性肽鍵

β-內(nèi)酰胺鍵

SCH

N H O

CH3

CH3CHC O-D-AlaD-Ala青霉素R與D-丙氨酰-O

CHNHCCCH

N HS

CH3

CH3CHD-丙氨酸的結(jié)構(gòu)相似，競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)肽酶，抑制交聯(lián)作用。OEOCO-青霉素酶(β-內(nèi)酰胺酶)的作轉(zhuǎn)肽酶-青霉素復(fù)合物用如何？第四節(jié)糖類的合成代謝單糖的合成和相互轉(zhuǎn)化寡糖及多聚糖的合成細(xì)胞壁的合成二、多糖的合成

多聚葡萄糖 多聚果糖同多糖 雜多糖

糖原 纖維素 甲殼質(zhì)肽聚糖脂多糖磷壁酸二、多糖的合成合成的特點(diǎn)：

①不需模板； ②需要引子；③以糖核苷酸為糖基載體。(二)磷壁酸合成O POH

O-CH2RO-CH CH2-OO POH

甘油磷壁酸R=D-Ala,glucose,glucosamine.-Ala

R

O-CH2-Ala

R-Ala

RO POHH-C-OAla

H-C-OH H-C-OR CH2-OO P OH

核糖醇磷壁酸R=glucoseorN-acetylglucosamine(二)磷壁酸合成1．磷壁酸的特征：

僅存在于G+細(xì)菌中，是以磷酸 多元醇為C骨架陰離子多聚物。基本結(jié)構(gòu)方式：甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸等。根據(jù)與壁或膜的結(jié)合可分為：（壁）磷壁酸脂磷壁酸壁磷壁酸與肽聚糖的連接Man(單核細(xì)胞增生李斯特氏菌)脂磷壁酸與磷脂的連接+2.核糖醇磷壁酸合成過(guò)程

還原酶nD-核酮糖-1-Pn核糖醇-1-PNADH2NAD

CTP焦磷酸化酶

PPi nCDP-核糖醇

聚合酶

nCMP(1，5-P-核糖醇)n3.甘油磷壁酸的合成過(guò)程

焦磷酸化酶