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1、2019/10/27,li,1,微生物学,第六章 微生物的生长及其控制 6,第一章 原核生物的形态、构造和功能 6,第二章 真核微生物的形态、构造和功能 6,第三章 病毒和亚病毒 4,第四章 微生物的营养和培养基 6,绪 论 、微生物的分类和鉴定 4,第八章 微生物的生态 6,第五章 微生物的新陈代谢 10,第九章 传染与免疫 4,第七章 微生物的遗传变异和育种 8,2019/10/27,li,2,第五章 微生物的新陈代谢,2019/10/27,li,3,第五章 微生物的新陈代谢,新陈代谢：广义是指生物体与外界环境之间物质和能量的交换以及生物体内物质和能量的转换。狭义是指发生在活细胞中的各种分
2、解代谢与合成代谢的总和。 新陈代谢是由合成代谢和分解代谢两个同时进行的过程组成，无论是合成代谢还是分解代谢都包括物质代谢和能量代谢两个方面的内容。,2019/10/27,li,4,第五章 微生物的新陈代谢,一、合成代谢和分解代谢 合成代谢：在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子物质、ATP形式的能量、H形式的还原力合成自己新的有机物（糖类、脂类、蛋白质、核酸等），并贮存能量的过程。（耗能、贮能）。 分解代谢：生物体内的有机物（原有的有机物）通过分解代谢酶系的催化，分解成水、二氧化碳等简单小分子物质，同时释放能量ATP和还原力H。（耗能、产能）。,2019/10/27,li,5,第五章 微生物的新
3、陈代谢,合成代谢与分解代谢的关系：合成代谢与分解代谢在生物体中偶联进行，它们之间既有明显差别，但又紧密相关。分解代谢为合成代谢提供所需要的能量和原料，而合成代谢则是分解代谢的基础。,2019/10/27,li,6,第五章 微生物的新陈代谢,二、物质代谢和能量代谢 物质代谢：生物体与内外环境间进行的物质转变与交换。 （合成、分解） 能量代谢：生物体与内外环境间进行的能量转换。 （耗能、贮能、产能） 物质代谢与能量代谢的关系：在物质代谢的过程中伴随着能量代谢的进行，在物质的分解过程中，伴随着能量的释放，这些能量一部分以热的形式散失，一部分以高能磷酸键的形式贮存在三磷酸腺苷（ATP）中，用于维持微生
4、物的生理活动或供合成代谢需要。,2019/10/27,li,7,第五章 微生物的新陈代谢,教学要求（10学时） 1、了解微生物物质代谢与能量代谢、合成代谢与分解代 谢、初生代谢与次生代谢之间的相互区别和联系。 2、掌握微生物能量代谢的基本内容、特点、意义。 3、了解微生物分解代谢的基本内容。 4、掌握分解代谢与合成代谢的联系。 5、了解微生物独特的合成代谢途径。 6、掌握微生物的代谢调节及其在发酵工业中的应用。,2019/10/27,li,8,第一节 微生物的能量代谢 第二节 微生物的分解代谢 第三节 微生物的合成代谢 第四节 微生物的代谢调节与发酵生产,第五章 微生物的新陈代谢,2019/1
5、0/27,li,9,第五章 微生物的新陈代谢,研究能量代谢的根本目的，其实质就是追踪生物体如何把外界环境中多种形式的最初能源逐步转换成对一切生命活动都能利用的通用能源ATP的过程。,第一节 微生物的能量代谢,2019/10/27,li,10,第五章 微生物的新陈代谢,第一节 微生物的能量代谢 一、化能异养微生物产ATP和还原力 二、化能、光能自养微生物产ATP和还原力,2019/10/27,li,11,能量代谢,分解代谢,合成代谢,第一节 微生物的能量代谢,一、化能异养微生物产ATP和还原力,二、自养微生物产ATP和还原力,（一）生物氧化 1、概念 是指发生在活细胞中的一系列产能性氧化还原反应
6、（即参与反应的物质之间的电子转移和氢的转递过程）的总称。（实质：产能）,第五章 微生物的新陈代谢,（一）生物氧化,（二）底物脱氢的 四条途径,（三）递氢和受氢,代谢调节,2019/10/27,li,12,2、生物氧化与燃烧的比较 相同点：都是通过底物的氧化反应而释放出其中的化学潜能。 不同点：生物氧化在活细胞内进行，需要酶的参与，反应条件温和（常温、PH值中性），为多步式梯级反应，产生的能量大部分为ATP，且能量利用率高；而燃烧则不需要酶的参与，反应条件激烈，为一步式快速反应，其产能形式为发光、发热，能量利用率低。,2019/10/27,li,13,3、形式 某物质与氧结合、脱氢或失去电子。
7、4、过程 分为脱氢（或电子）、递氢（或电子）、受氢（或电子）三阶段。 5、功能 产能（ATP）、产还原力H、产小分子中间代谢物。 6、类型 有氧呼吸（呼吸）、无氧呼吸、发酵。,（一）生物氧化,（二）底物脱氢的 四条途径,（三）递氢和受氢,2019/10/27,li,14,（二）底物脱氢的四条途径（以葡萄糖为例讲述H如何脱出） 1、EMP途径（糖酵解途径、己糖二磷酸途径） （1） 过程（两个阶段） 1分子葡萄糖转化成1分子1.6-二磷酸果糖后，在果糖二磷酸醛缩酶作用下，裂解为2 分子 3-磷酸甘油醛。 （耗2分子 ATP） 2 分子3-磷酸甘油醛再转化为2分子丙酮酸。 （产4分子 ATP）,（一
8、）生物氧化,（二）底物脱氢的 四条途径,（三）递氢和受氢,2019/10/27,li,15,（2）总反应途径、特点 两个阶段（耗能、产能） 10步反应 三种产物,净产8个ATP,2019/10/27,li,16,（3）总反应式（细胞质基质中进行） C6H12O6 + 2NAD + 2(ADP+Pi) 2CH3COCOOH + 2ATP + 2NADH2 + 2H2O （4）特征酶和特征反应 1,6-二磷酸果糖 醛缩酶 2分子 3-磷酸甘油醛 （5）产物及去向 ATP（2个） 第二阶段（第七、第十步反应） 共产生4个ATP，但第一阶段（第一、 第三步反应）用掉2个，净剩2个，用 于细胞生长。,2
9、019/10/27,li,17, NADHH+ （2个） a、有氧时：经呼吸链的氧化磷酸化反应产生6个ATP。 b、无氧时：其受氢体是丙酮酸，被还原成乳酸： NADH2 NAD+ 丙酮酸 乳酸 或把丙酮酸的脱羧产物乙醛还原成乙醇（酵母菌酒精发酵）： CO2 NADH2 NAD+ 丙酮酸 乙醛 乙醇 丙酮酸（2分子） 有氧时进入TCA循环彻底氧化成CO2和H2O，并产生大量能量； 无氧时，进行发酵，生成不同的产物，如乳酸 、乙醇。,2019/10/27,li,18,（6）EMP途径的意义 生理意义 a、供应ATP形式的能量 和NADH2形式的还原力 。 b、是连接其它几个重 要代谢途径的桥梁，包
10、括 TCA、HMP和ED途径等。 c、为生物合成提供多种中间代谢物。（130页） d、通过逆向反应可进行多糖合成。 实践意义 用于多种发酵产品的生产，如乙醇、乳酸等。,2019/10/27,li,19,2、HMP途径（己糖一磷酸途径、戊糖磷酸途径、磷酸葡萄糖酸途径） （1）过程（三个阶段） 1分子葡萄糖经磷酸化生成6-磷酸葡萄糖，在脱氢酶作用下脱氢生成6-磷酸葡萄糖酸，在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶作用下，再次脱氢降解为1分子CO2和1分子5-磷酸核酮糖。 5-磷酸核酮糖发生结构变化形成5-磷酸木酮糖和5-磷酸核糖。 5-磷酸木酮糖和5-磷酸核糖在转醛酶和转酮酶的作用下，经一系列复杂反应又生成磷酸己
11、糖和磷酸丙糖（ 3-磷酸甘油醛 ），磷酸丙糖再经EMP途径的第二阶段反应转为丙酮酸，也可通过糖酵解逆行转化为磷酸己糖。,（一）生物氧化,（二）底物脱氢的 四条途径,（三）递氢和受氢,糖,2019/10/27,li,20,（2）总反应途径、特点 三个阶段，底物彻底氧化成CO2、产大量还原力、多种重要中间代谢产物。,净产35个ATP,7,2019/10/27,li,21,（3）总反应式 66-磷酸-葡萄糖 + 12NADP+ + 6H2O 56-磷酸葡萄糖 + 12NADPH +12H+ + 6CO2 + Pi,7,2019/10/27,li,22,（4）特征酶和特征反应 转醛酶 5-磷酸木酮糖
12、+ 5-磷酸核糖 7-磷酸景天庚酮糖 + 3-磷酸甘油醛,7,2019/10/27,li,23,转酮酶 7-磷酸景天庚酮糖 + 3-磷酸甘油醛 4-磷酸赤藓糖 + 6-磷酸果糖 转醛酶 4-磷酸赤藓糖 + 5-磷酸木酮糖 6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛,7,2019/10/27,li,24,（5）产物去向 NADPH+H+ （12个） 经呼吸链氧化磷酸化产 生36分子ATP，但葡萄糖磷 酸化用去1个ATP ，净剩35 个ATP用于细胞生长。 3-磷酸甘油醛（2个） 可通过EMP途径转化成 丙酮酸进入TCA循环进行彻 底氧化，也能通过果糖二磷 酸醛缩酶和果糖二磷酸酶的 作用转化为己糖磷酸。,2
13、019/10/27,li,25,（6）HMP途径的意义 生理意义 a、供应合成原料：为核 苷酸、核酸等的生物合成提 供戊糖-磷酸。反应中的4-磷 酸赤藓糖可用于合成芳香族 氨基酸、杂环族氨基酸，如 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸 和组氨酸。（130页） b、扩大碳源利用范围：由 于在反应中存在着C3C7的各 种糖，使具有HMP途径的微生 物的碳源利用范围更广。,糖,2019/10/27,li,26,c、产还原力：产生大量的NADPH2形式的还原力。 d、作为固定CO2的中介：途径中的5-磷酸核酮糖在酶的作用 下可转变成1，5二磷酸核酮糖，1，5二磷酸核酮糖在羧华酶 的催化下可固定CO2。,2019/
14、10/27,li,27,e、连接EMP途径：如果微生物对戊糖的需要超过HMP途径的正常供应量时，可通过与EMP途径的连接（在1，6二磷酸果糖和3磷酸甘油醛处）， 为生物合成提供更多的戊糖。,糖,2019/10/27,li,28, 实践意义 通过本途径而产生的重要发酵产物很多，例如核苷酸、若干氨基酸、辅酶、乳酸、乙酸、乙醇等。,2019/10/27,li,29,3、ED途径（2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸(KDPG)裂解途径） 是少数EMP途径不完整的细菌所特有的利用葡萄糖的替代途径。 （1）过程（三个阶段） 1分子葡萄糖经过一系列的酶的催化转化为1分子2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸(K
15、DPG) 。 1分子 KDPG在KDPG醛缩酶的作用下裂解为1分子3磷酸甘油醛和1分子丙酮酸。,（一）生物氧化,（二）底物脱氢的 四条途径,（三）递氢和受氢,2019/10/27,li,30, 3磷酸甘油醛进入EMP途径。,2019/10/27,li,31,（2）总反应途径、特点 四步反应形成丙酮酸、产1个NADH+H+、 1个NADPH+H+、净产1个ATP；具有一特征性反应；存在一特征性酶；终产物2分子丙酮酸的来历不同。,（3）总反应式 C6H12O6 ADP + PiNADP+NAD+ 2CH3COCOOH + ATP + NADPH H+NADHH+,净产7个ATP,2019/10/27,li,32,（4）特征酶和特征反应 特征酶 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶(KDPG醛缩酶)
