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文檔簡介
第七章
微生物的代謝1精選課件第七章
微生物的代謝1精選課件
新陳代謝(metabolism)簡稱代謝,泛指生物與周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換和能量交換的過程。
新陳代謝的共同特點(diǎn):(1)在溫和條件下進(jìn)行(由酶催化);(2)反應(yīng)步驟繁多,但相互配合、有條不紊、彼此協(xié)調(diào),且逐步進(jìn)行,表征了新陳代謝具有嚴(yán)格的順序性;(3)對(duì)內(nèi)外環(huán)境具有高度的調(diào)節(jié)功能和適應(yīng)功能。2精選課件新陳代謝(metabolism)簡稱代謝,泛指生物與周圍環(huán)主要內(nèi)容微生物代謝概論微生物的分解代謝和能量的產(chǎn)生微生物分解代謝產(chǎn)物與鑒定反應(yīng)微生物的合成代謝微生物的代謝調(diào)控3精選課件主要內(nèi)容微生物代謝概論3精選課件
微生物代謝的類型物質(zhì)代謝—分解代謝合成代謝
能量代謝—耗能代謝產(chǎn)能代謝
根據(jù)代謝產(chǎn)物的用途可分為—
初級(jí)代謝次級(jí)代謝
4精選課件微生物代謝的類型物質(zhì)代謝—分解代謝合成代謝4精選物質(zhì)代謝1蛋白質(zhì),核酸,糖,脂類等物質(zhì)的變化(合成與分解)。2分解代謝—微生物將各種復(fù)雜的營養(yǎng)物質(zhì)通過分解代謝酶系的催化,產(chǎn)生簡單分子,同時(shí)將產(chǎn)生的能量儲(chǔ)存起來的過程。3合成代謝—微生物在合成代謝酶系的催化下,通過消耗能量,將簡單化合物合成復(fù)雜細(xì)胞物質(zhì)的過程。*5精選課件物質(zhì)代謝1蛋白質(zhì),核酸,糖,脂類等物質(zhì)的變化(合成與分解)分解代謝(catabolism)分解代謝指細(xì)胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì),并在這個(gè)過程中產(chǎn)生能量。一般可將分解代謝分為三個(gè)階段:蛋白質(zhì)多糖脂類氨基酸單糖甘油,脂肪酸丙酮酸/乙酰輔酶ACO2,H20,能量(三羧酸循環(huán))6精選課件分解代謝(catabolism)分解代謝指細(xì)胞將大分子物質(zhì)降合成代謝(anabolism)合成代謝指細(xì)胞利用小分子物質(zhì)合成復(fù)雜大分子的過程,并在這個(gè)過程中消耗能量。合成代謝所利用的小分子物質(zhì)來源于分解代謝過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或環(huán)境中的小分子營養(yǎng)物質(zhì)。7精選課件合成代謝(anabolism)合成代謝指細(xì)胞利用小分子物質(zhì)合在代謝過程中,微生物通過分解作用(光合作用)產(chǎn)生化學(xué)能。這些能量用于:1合成代謝2微生物的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)輸熱和光8精選課件在代謝過程中,微生物通過分解作用(光合作用)產(chǎn)生化學(xué)能。這些
初級(jí)代謝—微生物通過一些相同的代謝途徑,合成細(xì)胞生長和繁殖所必需的化合物的過程。產(chǎn)物:氨基酸、核苷酸等。次級(jí)代謝—合成次級(jí)代謝產(chǎn)物的過程。次級(jí)代謝產(chǎn)物——微生物在代謝過程中產(chǎn)生的,對(duì)微生物自身生長、繁殖無顯著功能的化合物。eg抗生素、生長激素、毒素、色素等。9精選課件初級(jí)代謝—微生物通過一些相同的代謝途徑,合成細(xì)胞生長和繁殖
次級(jí)代謝往往是某些生物為了避免在初級(jí)代謝過程中某種中間產(chǎn)物積累所造成不利作用或外環(huán)境因素脅迫而產(chǎn)生的一類有利于生存的代謝類型??梢哉J(rèn)為次級(jí)代謝是某些生物在一定條件下通過突變獲得的一種適應(yīng)生存的方式。10精選課件次級(jí)代謝往往是某些生物為了避免在初級(jí)代謝過程中某種中間產(chǎn)
次級(jí)代謝與初級(jí)代謝是一個(gè)相對(duì)的概念,二種代謝既有區(qū)別又有聯(lián)系,它們的區(qū)別主要表現(xiàn)為:(1)次級(jí)代謝只存在于某些生物當(dāng)中,而初級(jí)代謝是一類普遍存在于各類生物中的基本代謝類型。(2)次級(jí)代謝產(chǎn)物對(duì)于產(chǎn)生者本身不是機(jī)體生存所必需的物質(zhì),而初級(jí)代謝產(chǎn)物通常都是機(jī)體生存必不少的物質(zhì)。(3)次級(jí)代謝通常是在微生物的對(duì)數(shù)生長期末期或穩(wěn)定期才出現(xiàn),初級(jí)代謝則自始至終存在于一切生活的機(jī)體之中。(4)次級(jí)代謝對(duì)環(huán)境條件變化很敏感,其產(chǎn)物的合成往往會(huì)因環(huán)境條件變化而受到明顯影響。而初級(jí)代謝對(duì)環(huán)境條件變化的相對(duì)敏感性小,相對(duì)較為穩(wěn)定。11精選課件次級(jí)代謝與初級(jí)代謝是一個(gè)相對(duì)的概念,二種代謝既
(5)催化次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的某些酶專一性較弱,往往都是一些誘導(dǎo)酶。這些酶通常因環(huán)境條件變化而不能合成。相對(duì)而言催化初級(jí)代謝產(chǎn)物合成的酶專一性和穩(wěn)定性較強(qiáng),(6)次級(jí)代謝產(chǎn)物各種各樣,并且每種類型的次級(jí)代謝產(chǎn)物往往是一群化學(xué)結(jié)構(gòu)非常相似而成分不同的混合物。例如目前已知新霉素有4種,桿菌肽有10種,多粘菌素有10種,放線菌素有20多種等。而初級(jí)代謝產(chǎn)物的性質(zhì)與類型在各類生物里相同或基本相同。
12精選課件(5)催化次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的某些酶專一性較弱,往往都是一
次級(jí)代謝以初級(jí)代謝為基礎(chǔ)。因?yàn)槌跫?jí)代謝可以為次級(jí)代謝產(chǎn)物合成提供前體物和所需要的能量,而次級(jí)代謝則是初級(jí)代謝在特定條件下的繼續(xù)和發(fā)展,避免初級(jí)代謝過程中某種(或某些)中間體或產(chǎn)物過量積累對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的毒害作用。13精選課件次級(jí)代謝以初級(jí)代謝為基礎(chǔ)。因?yàn)槌跫?jí)代謝可以為次能量代謝化學(xué)能、光能等能量在微生物細(xì)胞內(nèi)的相互轉(zhuǎn)化和代謝變化稱為能量代謝。14精選課件能量代謝化學(xué)能、光能等能量在微生物細(xì)胞內(nèi)的相互轉(zhuǎn)化和代謝變化有機(jī)物(化能異養(yǎng)菌),無機(jī)物(化能自養(yǎng)菌)等),光能(光能營養(yǎng)菌)化能異養(yǎng)微生物以有機(jī)物作為能源,最常利用的碳源是葡萄糖,在葡萄糖分解氧化過程中,微生物首先將葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔瑫r(shí)產(chǎn)生少量的ATP和還原力NADH2或NADPH2,根據(jù)這兩者中氫或電子去向的不同,可以將能量產(chǎn)生方式分別命名為呼吸和發(fā)酵。若是通過電子傳遞鏈將氫或電子轉(zhuǎn)移給氧,同時(shí)產(chǎn)生大量的能量,這一過程稱為有氧呼吸;若是將氫或電子轉(zhuǎn)移給無機(jī)物,則為無氧呼吸;還可直接用來還原有機(jī)物,積累代謝產(chǎn)物產(chǎn)生少量能量,稱為發(fā)酵。能量來源15精選課件有機(jī)物(化能異養(yǎng)菌),無機(jī)物(化能自養(yǎng)菌)等),光能(光能營微生物代謝和酶酶在微生物細(xì)胞中的分布:胞外酶(以水解酶為主)、胞內(nèi)酶微生物細(xì)胞中酶的種類:氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和合成酶(誘導(dǎo)酶和組成酶)16精選課件微生物代謝和酶酶在微生物細(xì)胞中的分布:胞外酶(以水解酶為主)分解代謝和能量的產(chǎn)生
葡萄糖分解途徑EMP,HMP,ED,PK,直接氧化17精選課件分解代謝和能量的產(chǎn)生
葡萄糖分解途徑17精選課件
EMP(Embdem-Meyerhof-ParnasPathway,糖酵解、己糖二磷酸途徑)絕大多數(shù)生物共有的基本途徑C6H12O6+2NAD++2H3PO4+2ADP
→2CH3COCOOH+2NADH2+2ATP原核微生物,1分子G徹底氧化產(chǎn)生38個(gè)ATP(膜上呼吸鏈)。真核微生物,1分子G產(chǎn)生36個(gè)ATP。(NADH2進(jìn)入線粒體膜上的呼吸鏈,傳遞產(chǎn)生FADH2消耗2分子ATP)18精選課件EMP(Embdem-Meyerhof-Parnas*19精選課件*19精選課件
EMP途徑(Embden-Meyerhofpathway)葡萄糖葡糖-6-磷酸果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸磷酸二羥丙酮甘油醛-3-磷酸ATPADPATPADPADPATPADPATPNAD+NADH+H+aa:預(yù)備性反應(yīng)bb:氧化還原反應(yīng)
EMP途徑意義:為細(xì)胞生命活動(dòng)提供ATP和NADH底物水平磷酸化底物水平磷酸化20精選課件EMP途徑葡萄糖葡糖-6-磷酸果糖-6-21精選課件21精選課件HMP途徑(hexosemonophosphatepathway,又稱己糖單磷酸途徑/戊糖磷酸途徑)與EMP途徑共存于細(xì)胞中,不同微生物,兩種代謝途徑所占比例不同。經(jīng)HMP途徑,G可達(dá)到氧化并產(chǎn)生大量NADPH和多種代謝產(chǎn)物,可提供不同碳原子骨架的磷酸糖。G經(jīng)HMP途徑后如徹底氧化,凈產(chǎn)35個(gè)ATP。22精選課件HMP途徑(hexosemonophosphate23精選課件23精選課件完全HMP途徑6葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H2O
5葡萄糖-6-磷酸+12NADPH+12H++12CO2+Pi
HMP途徑的一個(gè)循環(huán)的最終結(jié)果是一分子葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)變成一分子甘油醛-3-磷酸、3個(gè)CO2、6個(gè)NADPH。24精選課件完全HMP途徑HMP途徑的一個(gè)循環(huán)的最終結(jié)果是一分子葡萄糖-HMP途徑從6-磷酸-葡萄糖開始,即在單磷酸已糖基礎(chǔ)上開始降解的故稱為單磷酸已糖途徑。25精選課件HMP途徑從6-磷酸-葡萄糖開始,即在單磷酸已糖基礎(chǔ)上開始降HMP途徑的重要意義為核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。產(chǎn)生大量NADPH2,一方面為脂肪酸、固醇等物質(zhì)的合成提供還原力,另方面可通過呼吸鏈產(chǎn)生大量的能量。與EMP途徑在果糖-1,6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸處連接,可以調(diào)劑戊糖供需關(guān)系。途徑中的赤蘚糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、堿基合成、及多糖合成。途徑中存在3~7碳的糖,使具有該途徑微生物的所能利用利用的碳源譜更為更為廣泛。通過該途徑可產(chǎn)生許多種重要的發(fā)酵產(chǎn)物。如核苷酸、若干氨基酸、輔酶和乳酸(異型乳酸發(fā)酵)等。HMP途徑在總的能量代謝中占一定比例,且與細(xì)胞代謝活動(dòng)對(duì)其中間產(chǎn)物的需要量相關(guān)。26精選課件HMP途徑的重要意義為核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。ED途徑(Enter-Doudoroffpathway)
2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖(KDPG)裂解途徑(eg:假單胞菌:銅綠假單胞菌)ED途徑是少數(shù)缺乏完整EMP途徑的微生物所具有的一種替代途徑,高等動(dòng),植物體未發(fā)現(xiàn)該種產(chǎn)能代謝途徑。G經(jīng)4步反應(yīng)即可快速獲得由EMP途徑10步才能得到的丙酮酸。G經(jīng)ED途徑可產(chǎn)生1個(gè)ATP,產(chǎn)生的丙酮酸有氧條件下進(jìn)入TCA進(jìn)一步徹底氧化,共產(chǎn)生7ATP;無氧條件下脫羧生成乙醛,再被還原成乙醇(細(xì)菌乙醇發(fā)酵機(jī)制)。27精選課件ED途徑(Enter-Doudoroffpathway)28精選課件28精選課件
C6H12O6+ADP+Pi+NADP+NAD→2
CH3COCOOH
+ATP+
NADPH2+
NADH2ED途徑的特征酶是KDPG醛縮酶.可將2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸(KDPG)裂解為丙酮酸和3-磷酸甘油醛。ED途徑結(jié)果:一分子葡萄糖經(jīng)ED途徑最后生成2分子丙酮酸、1分子ATP,1分子NADPH、1分子NADH。ED途徑在革蘭氏陰性菌中分布較廣ED途徑可不依賴于EMP與HMP而單獨(dú)存在ED途徑不如EMP途徑經(jīng)濟(jì)。29精選課件C6H12O6+ADP+Pi+NADP+NAD→ED途徑結(jié)
ED途徑的細(xì)菌酒精發(fā)酵優(yōu)點(diǎn):代謝速率高,產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率高,菌體生成少,代謝副產(chǎn)物少,發(fā)酵溫度較高,不必定期供氧。缺點(diǎn):pH5,較易染菌;細(xì)菌對(duì)乙醇耐受力低30精選課件ED途徑的細(xì)菌酒精發(fā)酵30精選課件31精選課件31精選課件PK途徑(phosphoketolasepathway)
磷酸酮解途徑存在于腸膜狀明串珠菌屬和雙歧桿菌屬中的一些種進(jìn)行磷酸酮解途徑的微生物缺少醛縮酶,所以它不能夠?qū)⒘姿峒禾橇呀鉃?個(gè)三碳糖。32精選課件PK途徑(phosphoketolasepathway)磷酸已糖解酮酶
HK途徑
磷酸已糖酮解
途徑
33精選課件磷酸已糖解酮酶HK途徑磷酸已糖酮解途徑33精選課件①有兩個(gè)磷酸酮解酶參加反應(yīng);②在沒有氧化作用和脫氫作用的參與下,2分子葡萄糖分解為3分子乙酸和2分子3-磷酸-甘油醛,3-磷酸-甘油醛在脫氫酶的參與下轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗?;乙酰磷酸生成乙酸的反?yīng)則與ADP生成ATP的反應(yīng)相偶聯(lián);③每分子葡萄糖產(chǎn)生2.5分子的ATP;34精選課件①有兩個(gè)磷酸酮解酶參加反應(yīng);34精選課件磷酸戊糖酮解
途徑
35精選課件磷酸戊糖酮解途徑35精選課件
C6H12O6+ADP+Pi→CH3CHOHCOOH+CH3CH2OH+CO2+ATP分解1分子葡萄糖只產(chǎn)生1分子ATP,相當(dāng)于EMP途徑的一半;幾乎產(chǎn)生等量的乳酸、乙醇和CO2許多微生物的異型乳酸發(fā)酵即采取此方式。36精選課件C6H12O6+ADP+Pi→36精選課件
直接氧化途徑葡萄糖氧化酶,常見于假單胞菌、氣桿菌等。37精選課件37精選課件微生物氧化的方式
生物氧化是細(xì)胞內(nèi)代謝物以氧化作用釋放(產(chǎn)生)能量的化學(xué)反應(yīng)。氧化過程產(chǎn)生大量的能量,分段釋放,并以高能鍵形式貯藏在ATP分子內(nèi),供需時(shí)使用。呼吸作用有氧呼吸—以分子氧作為最終電子(和氫)受體的氧化作用無氧呼吸—以無機(jī)氧化物作為最終電子(和氫)受體的氧化作用發(fā)酵作用以有機(jī)物為基質(zhì),電子(或氫)供體和受體都是有機(jī)化合物38精選課件微生物氧化的方式生物氧化是細(xì)胞內(nèi)代謝物以氧化作用釋放(產(chǎn)呼吸作用
有機(jī)物被完全氧化,放出的電子經(jīng)電子傳遞鏈傳遞給電子受體,產(chǎn)生大量能量。1有氧呼吸(1)以氧作為最終電子受體的生物氧化過程,產(chǎn)物為CO2和H2O。(2)G→(EMP)→丙酮酸→TCA/呼吸鏈→6CO2+H2O+38ATP39精選課件呼吸作用有機(jī)物被完全氧化,放出的電子經(jīng)電子傳遞鏈傳遞2無氧呼吸(1)兼性厭氧微生物或厭氧微生物(2)電子受體有—NO3-,SO42-,CO2等,及延胡索酸等有機(jī)物電子供體和受體之間也需要細(xì)胞色素等中間電子遞體,并伴隨有磷酸化作用,底物可被徹底氧化,可產(chǎn)生較多能量,但不如有氧呼吸產(chǎn)生的能量多。40精選課件2無氧呼吸40精選課件硝酸鹽呼吸41精選課件硝酸鹽呼吸41精選課件
3不同呼吸類型的微生物(1)好氧性微生物(aerobic):細(xì)菌,放線菌,真菌。(2)厭氧性微生物(anaerobic)不具有超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD)和過氧化氫酶,不能解除O2-和過氧化氫的強(qiáng)細(xì)胞毒作用。(3)兼性厭氧微生物(facultativeanaerobic)
在有氧或無氧的環(huán)境都能生長,以不同的氧化方式獲得能量。42精選課件3不同呼吸類型的微生物42精選課件發(fā)酵作用發(fā)酵是厭氧微生物和兼性厭氧微生物在無氧條件下產(chǎn)生能量的一種重要方式。以有機(jī)物為基質(zhì),以其降解產(chǎn)物的中間產(chǎn)物為最終電子或氫受體的氧化過程。最終導(dǎo)致有機(jī)物積累和產(chǎn)生少量能量。(1)酵母菌的發(fā)酵(P160圖7-10)
第一型發(fā)酵(乙醇發(fā)酵)G→(EMP)(2NAD→2NADH2)→2丙酮酸→2CO2+2乙醛
2乙醛→(2NADH2→2NAD)→2CH3CH2OHC6H12O6+2ADP+2H3PO4→2CH3CH2OH+2CO2+2ATP
此過程要求厭氧、pH3.5-4.5、較低鹽濃度。第二型發(fā)酵(甘油發(fā)酵)乙醛+亞硫酸氫鈉→磺化羥基乙醛磷酸二羥丙酮→α-磷酸甘油→甘油
C6H12O6+NaHSO3→甘油+CH3CHOH-SO3Na+CO2
此過程不產(chǎn)生ATP。第三型發(fā)酵(甘油發(fā)酵)
2葡萄糖→2甘油+乙醇+乙酸+2CO2
弱堿性條件,不能產(chǎn)生能量43精選課件發(fā)酵作用發(fā)酵是厭氧微生物和兼性厭氧微生物在無氧條件下產(chǎn)生能量概念:有氧條件下,發(fā)酵作用受抑制的現(xiàn)象(或氧對(duì)發(fā)酵的抑制現(xiàn)象)。意義:合理利用能源通風(fēng)對(duì)酵母代謝的影響通風(fēng)(有氧呼吸)缺氧(發(fā)酵)酒精生成量耗糖量/單位時(shí)間細(xì)胞的繁殖低(接近零)少旺盛高多很弱至消失巴斯德效應(yīng)(ThePasteureffect)現(xiàn)象:44精選課件概念:有氧條件下,發(fā)酵作用受抑制的現(xiàn)象(或氧對(duì)發(fā)酵的抑制現(xiàn)象
(2)乳酸發(fā)酵乳酸菌—兼性厭氧菌。eg乳桿菌屬(lactobacillus)、雙歧桿菌(Bifidobacteriumbifidum)等。在嚴(yán)格的厭氧條件下發(fā)酵產(chǎn)生乳酸:
同型乳酸發(fā)酵:G→(EMP)→2乳酸+2ATP
異型乳酸發(fā)酵:G→(pK)→乳酸+乙醇+ATP
此外,還有丁酸發(fā)酵、丙酮-丁醇發(fā)酵、混合酸發(fā)酵、丁二醇發(fā)酵等45精選課件(2)乳酸發(fā)酵45精選課件①酵母型酒精發(fā)酵②同型乳酸發(fā)酵③丙酸發(fā)酵④混合酸發(fā)酵⑤2,3—丁二醇發(fā)酵⑥丁酸發(fā)酵46精選課件①酵母型酒精發(fā)酵46精選課件ATP的生成光合磷酸化—光能通過光合生物的光合色素吸收轉(zhuǎn)變成化學(xué)能-ATP。包括環(huán)式光合磷酸化、非環(huán)式光合磷酸化細(xì)菌的光合作用與高等植物不同的是,除藍(lán)細(xì)菌具有葉綠素、能進(jìn)行水的裂解進(jìn)行產(chǎn)氧的光合作用外,其他細(xì)菌沒有葉綠素,只有菌綠素或其他光合色素,只能裂解無機(jī)物(如H2、H2S等)或簡單有機(jī)物,進(jìn)行不產(chǎn)氧的光合作用。47精選課件ATP的生成光合磷酸化—光能通過光合生物的光合色素吸收轉(zhuǎn)47
底物水平磷酸化——利用化合物氧化過程中釋放的能量生成ATP的反應(yīng)。
3-磷酸甘油醛→→(NAD→NADH2)→→1,3-二磷酸甘油酸→→(ADP)→→3-磷酸甘油酸+ATP氧化磷酸化(主要方式)—生物氧化過程中放出的電子通過電子傳遞鏈(呼吸鏈)偶聯(lián)產(chǎn)生ATP。48精選課件底物水平磷酸化——利用化合物氧化過程中釋放的能量生成ATP環(huán)式光合磷酸化49精選課件環(huán)式光合磷酸化49精選課件放氧型光合作用
非放氧型光合作用
有機(jī)體
葉綠素類型
反應(yīng)中心
Ⅰ
反應(yīng)中心
Ⅱ
氧的產(chǎn)生
還原力來源
植物、藻、藍(lán)細(xì)菌
葉綠素
a等
有
有
有
水的光解
綠硫細(xì)菌、紫硫細(xì)菌、紅螺菌等
細(xì)菌葉綠素
a(
Bchla)等
有
無
無
硫化氫、氫、有機(jī)物等
兩種光合作用類型的比較
50精選課件放氧型光合作用非放氧型光合作用有機(jī)體
葉綠素類型
反應(yīng)氧化磷酸化—電子傳遞磷酸化呼吸鏈在傳遞氫或電子的過程中釋放的能量與ADP磷酸化偶聯(lián)產(chǎn)生ATP的過程。51精選課件氧化磷酸化—電子傳遞磷酸化呼吸鏈在傳遞氫或電子的過程中釋放的呼吸鏈(respiratorychain)電子傳遞鏈(electrontransferchain):從葡萄糖或其他氧化型化合物上脫下的氫(電子),經(jīng)過一系列按照氧化還原電勢(shì)由低到高順序排列的氫(電子)傳遞體,定向有序傳遞的系統(tǒng)。52精選課件呼吸鏈(respiratorychain)電子傳遞鏈(el能量的利用ATP用于:合成細(xì)胞物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸鞭毛的運(yùn)動(dòng)發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光維持細(xì)胞生命狀態(tài)生物熱53精選課件能量的利用ATP用于:53精選課件糖發(fā)酵實(shí)驗(yàn)IMViC實(shí)驗(yàn)吲哚實(shí)驗(yàn)(I)甲基紅實(shí)驗(yàn)(M)VP實(shí)驗(yàn)(V)枸櫞酸鹽利用實(shí)驗(yàn)(C)淀粉水解實(shí)驗(yàn)明膠液化實(shí)驗(yàn)H2S實(shí)驗(yàn)過氧化氫酶實(shí)驗(yàn)微生物分解代謝產(chǎn)物與鑒定反應(yīng)54精選課件糖發(fā)酵實(shí)驗(yàn)微生物分解代謝產(chǎn)物與鑒定反應(yīng)54精選課件FermentationTests55精選課件FermentationTests55精選課件
Eschericiha與Shigella在利用葡萄糖進(jìn)行發(fā)酵時(shí),前者具有甲酸氫解酶,可在產(chǎn)酸的同時(shí)產(chǎn)氣,后者則因無此酶,不具有產(chǎn)氣的能力。56精選課件Eschericiha與Shigella在利用葡萄糖進(jìn)行發(fā)陽性吲哚試驗(yàn)大腸桿菌:+產(chǎn)氣桿菌:-57精選課件陽性吲哚試驗(yàn)大腸桿菌:+57精選課件甲基紅試驗(yàn)陽性陰性對(duì)照大腸桿菌:+產(chǎn)氣桿菌:-58精選課件甲基紅試驗(yàn)陽性陰性對(duì)照大腸桿菌:+58精選課件
:大腸桿菌與產(chǎn)氣氣桿菌在利用葡萄糖進(jìn)行發(fā)酵時(shí),前者可產(chǎn)生大量的混合酸,后者則產(chǎn)生大量的中性化合物丁二醇,因此在發(fā)酵液中加入甲基紅試劑時(shí),前者呈紅色,后者呈黃色。大腸桿菌:產(chǎn)酸較多,使pH﹤4.5產(chǎn)氣桿菌:pH﹥4.559精選課件:大腸桿菌與產(chǎn)氣氣桿菌在利用葡萄糖進(jìn)行發(fā)酵時(shí),前者可產(chǎn)生大V-P試驗(yàn)陰性陽性大腸桿菌:-產(chǎn)氣桿菌:+60精選課件V-P試陰性陽性大腸桿菌:-60精選課件枸櫞酸利用試驗(yàn)大腸桿菌:-產(chǎn)氣桿菌:+61精選課件枸櫞酸利用試驗(yàn)大腸桿菌:-61精選課件H2S試驗(yàn)62精選課件H2S試驗(yàn)62精選課件檢測(cè)微生物培養(yǎng)液中過氧化氫酶存在的方法。從瓊脂培養(yǎng)液中挑一滿環(huán)細(xì)胞與載玻片上一滴30%H2O2混合。若立即出現(xiàn)氣泡就說明有過氧化氫酶存在。產(chǎn)生的氣泡是O2,即通過反應(yīng):H2O2+H2O2→2H2O+O263精選課件檢測(cè)微生物培養(yǎng)液中過氧化氫酶存在的方法。從瓊脂培養(yǎng)液中挑一滿吲哚(I)、甲基紅(M)、V.P.試驗(yàn)(Vi)檸檬酸鹽利用(C)共四項(xiàng)試驗(yàn),合稱IMViC試驗(yàn)。用以將大腸桿菌與其形狀十分相近的腸桿菌屬的細(xì)菌鑒別開來。吲哚試驗(yàn)甲基紅試驗(yàn)V.P.試驗(yàn)檸檬酸鹽利用大腸桿菌++--產(chǎn)氣桿菌--++64精選課件吲哚(I)、甲基紅(M)、V.P.試驗(yàn)(Vi)檸檬酸鹽利用(微生物的合成代謝合成代謝的三要素1ATP
發(fā)酵、呼吸、無機(jī)物氧化、光能轉(zhuǎn)換產(chǎn)生ATP,產(chǎn)生的方式包括底物水平磷酸化、電子傳遞磷酸化和光合磷酸化。2還原力(NADH2,NADPH2)
eg化能異氧菌(1)呼吸,(2)發(fā)酵,(3)TCA。65精選課件微生物的合成代謝合成代謝的三要素65精選課件3小分子前體碳架物質(zhì)(1)EMP、HMP、TCA等途徑產(chǎn)生的不同數(shù)目碳原子的磷酸糖、有機(jī)酸、乙酰CoA等,用來合成AA,核苷酸、蛋白質(zhì)、核酸、多糖等細(xì)胞物質(zhì)。(2)原核生物—肽聚糖,磷壁酸,脂多糖,莢膜等。(3)真核生物—葡聚糖,甘露聚糖(yeast),纖維素,幾丁質(zhì)(mold)。66精選課件3小分子前體碳架物質(zhì)66精選課件
肽聚糖的生物合成——根據(jù)反應(yīng)是在細(xì)胞質(zhì)中,細(xì)胞膜上或是細(xì)胞外,可將其分為三個(gè)階段。(以金黃色葡萄球菌為例)67精選課件肽聚糖的生物合成——根據(jù)反應(yīng)是在細(xì)胞質(zhì)中,細(xì)胞膜上或是細(xì)胞
(一)在細(xì)胞質(zhì)中的合成1.由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸
68精選課件(一)在細(xì)胞質(zhì)中的合成68精選課件葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸 果糖-6-磷酸ATP ADPGln Glu葡糖胺-6-磷酸 N-乙酰葡糖胺-6-磷酸乙酰CoACoAN-乙酰胞壁酸-UDP磷酸烯醇式丙酮酸PiNADPH NADPN-乙酰葡糖胺-1-磷酸
N-乙酰葡糖胺-UDPUTPPPi69精選課件葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸 果糖-6-磷酸ATP ADPGl70精選課件70精選課件2.由N-乙酰胞壁酸合成N-乙酰胞壁酸五肽(“Park”核苷酸)UDP作為糖載體71精選課件2.由N-乙酰胞壁酸合成N-乙酰胞壁酸五肽(“Park”核苷(二)在細(xì)胞膜中的合成(單體的合成)類脂載體是一種含11個(gè)異戊二烯單位的C55類異戊二烯醇,它可通過兩個(gè)磷酸基與N-乙酰胞壁酸分子相接,使糖的中間代謝物呈現(xiàn)很強(qiáng)的疏水性,從而使它能順利通過的細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移到膜外UDPUMP72精選課件(二)在細(xì)胞膜中的合成(單體的合成)類脂載體是一種含11個(gè)異(三)在細(xì)胞膜外的合成必須有現(xiàn)成的細(xì)胞壁殘余(至少含有6~8個(gè)肽聚糖單體)作為引物。通過轉(zhuǎn)糖基酶和轉(zhuǎn)肽酶的作用。73精選課件(三)在細(xì)胞膜外的合成必須有現(xiàn)成的細(xì)胞壁殘余(至少含有6~8青霉素抑菌機(jī)理
青霉素是肽聚糖單體五肽尾末端的D-丙氨酰-D-丙氨酸的結(jié)構(gòu)類似物——競爭抑制轉(zhuǎn)肽酶74精選課件青霉素抑菌機(jī)理青霉素是肽聚糖單體五肽尾末端的D75精選課件75精選課件合成代謝的特殊產(chǎn)物1熱原質(zhì)(pyrogen)
LPS—121℃、20min不被破壞,250℃、30min或180℃、4h被破壞。2毒素—內(nèi)毒素(LPS)、外毒素(毒性蛋白)。3細(xì)菌素—抑制或殺死近緣細(xì)菌的物質(zhì)(蛋白質(zhì)),作用于細(xì)胞膜,核糖體等。4色素—水溶性,脂溶性(金黃色葡萄球菌)。5抗生素,酶,維生素等。76精選課件合成代謝的特殊產(chǎn)物1熱原質(zhì)(pyrogen)76精選課件
微生物代謝的調(diào)控一、酶活性的調(diào)節(jié)酶的激活,酶的抑制二、酶合成的調(diào)節(jié)酶的誘導(dǎo),酶的阻遏三、微生物代謝調(diào)節(jié)及發(fā)酵生產(chǎn)77精選課件微生物代謝的調(diào)控一、酶活性的調(diào)節(jié)77精選課件☆微生物代謝調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn):精確、可塑性強(qiáng),細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)能力超過高等生物。成因:細(xì)胞體積小,所處環(huán)境多變。舉例:大腸桿菌細(xì)胞中存在2500種蛋白質(zhì),其中上千種是催化正常新陳代謝的酶。每個(gè)細(xì)菌細(xì)胞的體積只能容納10萬個(gè)蛋白質(zhì)分子,所以每種酶平均分配不到100個(gè)分子。如何解決合成與使用效率的經(jīng)濟(jì)關(guān)系?解決方式:組成酶(constitutiveenzyme)經(jīng)常以高濃度存在,其它酶都是誘導(dǎo)酶(inducibleenzyme),在底物或其類似物存在時(shí)才合成,誘導(dǎo)酶的總量占細(xì)胞總蛋白含量的10%。78精選課件☆微生物代謝調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn):精確、可塑性強(qiáng),細(xì)胞水平的代
通過改變現(xiàn)成的酶分子活性來調(diào)節(jié)新陳代謝的速率的方式。(一)調(diào)節(jié)方式,包括兩個(gè)方面:1、酶活性的激活:前體激活、小分子離子激活、補(bǔ)償激活2、酶活性的抑制:包括:競爭性抑制和反饋抑制。反饋抑制——主要表現(xiàn)在某代謝途徑的末端產(chǎn)物過量時(shí)可反過來直接抑制該途徑中第一個(gè)酶的活性。主要表現(xiàn)在氨基酸、核苷酸合成途徑中。特點(diǎn):作用直接、效果快速、末端產(chǎn)物濃度降低時(shí)又可解除一、酶活性的調(diào)節(jié)79精選課件通過改變現(xiàn)成的酶分子活性來調(diào)節(jié)新陳代謝的速率的方式。二、酶合成的調(diào)節(jié)
通過調(diào)節(jié)酶的合成量進(jìn)而調(diào)節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)機(jī)制。(一)酶合成調(diào)節(jié)的類型1.誘導(dǎo)(induction):是酶促分解底物或產(chǎn)物誘使微生物細(xì)胞合成分解代謝途徑中有關(guān)酶的過程。微生物通過誘導(dǎo)作用而產(chǎn)生的酶稱為誘導(dǎo)酶(為適應(yīng)外來底物或其結(jié)構(gòu)類似物而臨時(shí)合成的酶類)。舉例:E.coli在含乳糖的培養(yǎng)基中誘導(dǎo)合成β-半乳糖苷酶和半乳糖苷滲透酶等(與乳糖代謝有關(guān))。誘導(dǎo)物(inducer):底物或結(jié)構(gòu)類似物,如:異丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)。
80精選課件二、酶合成的調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)酶的合成量進(jìn)而調(diào)節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)★誘導(dǎo)作用的方式:
同時(shí)誘導(dǎo):誘導(dǎo)物加入后,微生物能同時(shí)誘導(dǎo)出幾種酶的合成,主要存在于短的代謝途徑中。
順序誘導(dǎo):先合成能分解底物的酶,再合成分解各中間代謝物的酶達(dá)到對(duì)復(fù)雜代謝途徑的分段調(diào)節(jié)。81精選課件★誘導(dǎo)作用的方式:81精選課件2.阻遏(repression)
是阻礙代謝過程中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的一系列酶的合成的現(xiàn)象,從而更徹底地控制和減少末端產(chǎn)物的合成?!镒瓒糇饔玫念愋停孩倌┒水a(chǎn)物阻遏:由于終產(chǎn)物的過量積累而導(dǎo)致生物合成途徑中酶合成的阻遏的現(xiàn)象,常常發(fā)生在氨基酸、嘌呤和嘧啶等這些重要結(jié)構(gòu)元件生物合成的時(shí)候。保證了細(xì)胞內(nèi)各種物質(zhì)維持適當(dāng)?shù)臐舛取@邕^量的精氨酸阻遏了參與合成精氨酸的許多酶的合成。82精選課件2.阻遏(repression)是阻礙代謝過83精選課件83精選課件84精選課件84精選課件②分解代謝物阻遏(cataboliterepression):當(dāng)微生物在含有兩種能夠分解底物的培養(yǎng)基中生長時(shí),利用快的那種分解底物會(huì)阻遏利用慢的底物的有關(guān)酶的合成的現(xiàn)象。最早發(fā)現(xiàn)于大腸桿菌生長在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基時(shí),故又稱葡萄糖效應(yīng)。分解代謝物阻遏導(dǎo)致出現(xiàn)“二次生長(diauxicgrowth)”.85精選課件②分解代謝物阻遏(cataboliterepresFigure9.TheDiauxicGrowthCurveofE.coligrowninlimitingconce
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