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1、1第七章微生物的代谢2 新陈代谢（ 简称代谢，泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。新陈代谢的共同特点：（ 1）在温和条件下进行(由酶催化 )；（ 2）反应步骤繁多，但相互配合、有条不紊、彼此协调，且逐步进行，表征了新陈代谢具有严格的顺序性；（ 3）对内外环境具有高度的调节功能和适应功能。3主要内容 微生物代谢概论 微生物的分解代谢和能量的产生 微生物分解代谢产物与鉴定反应 微生物的合成代谢 微生物的代谢调控4微生物代谢的类型 物质代谢 分解代谢 合成代谢 能量代谢 耗能代谢 产能代谢 根据代谢产物的用途可分为 初级代谢 次级代谢5物质代谢 1 蛋白质，核酸，糖，脂类等物质的变化（合
2、成与分解）。 2 分解代谢 微生物将各种复杂的营养物质通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子 ,同时将产生的能量储存起来的过程。 3 合成代谢 微生物在合成代谢酶系的催化下，通过消耗能量，将简单化合物合成复杂细胞物质的过程。*6分解代谢（ 解代谢指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。一般可将分解代谢分为三个阶段：蛋白质 多糖 脂类氨基酸 单糖 甘油，脂肪酸丙酮酸 /乙酰辅酶 ， 量（三羧酸循环）7合成代谢（ 成代谢指细胞利用小分子物质合成复杂大分子的过程，并在这个过程中消耗能量。合成代谢所利用的小分子物质来源于分解代谢过程中产生的中间产物或环境中的小分子营养物质。8在代谢过
3、程中，微生物通过分解作用（光合作用）产生化学能。这些能量用于：1 合成代谢2 微生物的运动和运输3 热和光9初级代谢 微生物通过一些相同的代谢途径，合成细胞生长和繁殖所必需的化合物的过程。产物：氨基酸、核苷酸等。次级代谢 合成次级代谢产物的过程。次级代谢产物 微生物在代谢过程中产生的，对微生物自身生长、繁殖无显著功能的化合物。 长激素、毒素、色素等。10 次级代谢往往是 某些生物为了避免在初级代谢过程中某种中间产物积累所造成不利作用或外环境因素胁迫而产生的一类有利于生存的代谢类型。可以认为次级代谢是某些生物在一定条件下通过突变获得的一种适应生存的方式。11次级代谢与初级代谢是一个相对的概念，二
4、种代谢既有区别又有联系，它们的区别主要表现为： (1)次级代谢只存在于某些生物当中，而初级代谢是一类普遍存在于各类生物中的基本代谢类型。 (2) 次级代谢产物对于产生者本身不是机体生存所必需的物质，而初级代谢产物通常都是机体生存必不少的物质。 (3) 次级代谢通常是在微生物的对数生长期末期或稳定期才出现，初级代谢则自始至终存在于一切生活的机体之中。 (4) 次级代谢对环境条件变化很敏感，其产物的合成往往会因环境条件变化而受到明显影响。而初级代谢对环境条件变化的相对敏感性小，相对较为稳定。12 (5) 催化次级代谢产物合成的某些酶专一性较弱 ,往往都是一些诱导酶。这些酶通常因环境条件变化而不能合
5、成。相对而言催化初级代谢产物合成的酶专一性和稳定性较强， (6) 次级代谢产物各种各样，并且每种类型的次级代谢产物往往是一群化学结构非常相似而成分不同的混合物。 例如目前已知新霉素有 4 种，杆菌肽有 10 种，多粘菌素有 10 种，放线菌素有 20 多种等 。而初级代谢产物的性质与类型在各类生物里相同或基本相同。13次级代谢以初级代谢为基础。因为初级代谢可以为次级代谢产物合成提供前体物和所需要的能量，而次级代谢则是初级代谢在特定条件下的继续和发展，避免初级代谢过程中某种（或某些）中间体或产物过量积累对机体产生的毒害作用。14能量代谢 化学能、光能等能量在微生物细胞内的相互转化和代谢变化称为能
6、量代谢。15 有机物（化能异养菌），无机物（化能自养菌）等），光能（光能营养菌） 化能异养微生物以 有机物 作为能源，最常利用的碳源是葡萄糖，在葡萄糖分解氧化过程中，微生物首先将葡萄糖转变为丙酮酸，同时产生少量的据这两者中氢或电子去向的不同，可以将能量产生方式分别命名为呼吸和发酵。 若是通过电子传递链将氢或电子转移给氧，同时产生 大量的能量 ，这一过程称为 有氧呼吸 ；若是将氢或电子转移给无机物，则为 无氧呼吸 ；还可直接用来还原有机物，积累代谢产物产生少量能量，称为 发酵 。能量来源16微生物代谢和酶 酶在微生物细胞中的分布：胞外酶（以水解酶为主）、胞内酶 微生物细胞中酶的种类：氧化还原酶、
7、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和合成酶（诱导酶和组成酶）17分解代谢和能量的产生葡萄糖分解途径接氧化18酵解、己糖二磷酸途径）绝大多数生物共有的基本途径 2+ 2 2 2 2 2原核微生物， 1分子 8个 上呼吸链）。真核微生物， 1分子 传递产生 分子 9*萄糖葡糖 61， 6- 二磷酸1， 3油醛 +预备性反应 氧化还原反应细胞生命活动提供 10 步反应简式：耗能阶段 产能阶段 2 N A D H + H+酮酸2 A T P 4 A T P 2 A T 62 N A D+ 2 A D P + 2 P C O O H + 2 N A D H + 2 H+ 2 A T P + 2 本代谢途径，
8、产能效率低，提供多种中间代谢物作为合成代谢原料，有氧时与 T C A 环连接，无氧时丙酮酸及其进一步代谢产物乙醛被还原成各种发酵产物，与发酵工业有密切关系。1. E M P 途径22称己糖单磷酸途径 /戊糖磷酸途径） 与 同微生物，两种代谢途径所占比例不同。 经 提供不同碳原子骨架的磷酸糖。 产 35个324完全 萄糖 126萄糖 122H+12633个 6个 5 6葡萄糖开始，即在单磷酸已糖基础上开始降解的故称为单磷酸已糖途径。26为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖 产生大量 一方面为脂肪酸 、 固醇等物质的合成提供还原力 ， 另方面可通过呼吸链产生大量的能量 。 与 1， 63 可以调剂戊糖
9、供需关系 。 途径中的赤藓糖 、 景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成 、 碱基合成 、 及多糖合成 。 途径中存在 37碳的糖 ， 使具有该途径微生物的所能利用利用的碳源谱更为更为广泛 。 通过该途径可产生许多种重要的发酵产物 。 如核苷酸 、若干氨基酸 、 辅酶和乳酸 （ 异型乳酸发酵 ） 等 。 且与细胞代谢活动对其中间产物的需要量相关 。27 236裂解途径（ 单胞菌：铜绿假单胞菌） 高等动，植物体未发现该种产能代谢途径 。 步反应即可快速获得由 0步才能得到的丙酮酸。 个 生的丙酮酸有氧条件下进入 产生 7氧条件下脱羧生成乙醛，再被还原成乙醇（细菌乙醇发酵机制）。2829 i+ 可将
10、236解为丙酮酸和 3 一分子葡萄糖经 分子丙酮酸 、 1分子 1分子 1分子 0谢速率高，产物转化率高，菌体生成少，代谢副产物少，发酵温度较高，不必定期供氧。缺点： 易染菌；细菌对乙醇耐受力低31葡萄糖三条降解途径在不同微生物中的分布菌名 E M P （ % ） H M P （ % ） % ）酿酒酵母 88 12 产朊假丝酵母 6 6 8 1 1 9 3 4 灰色链霉菌 97 3 产黄青霉 77 23 大肠杆菌 72 28 铜绿假单胞菌 29 71嗜糖假单胞菌 100枯草杆菌 74 26 氧化葡萄糖杆菌 100 真养产碱菌 100运动发酵单胞菌 100藤黄八叠球菌 70 30 32 磷酸酮解
11、途径 存在于肠膜状明串珠菌属和双歧杆菌属中的一些种 进行磷酸酮解途径的微生物 缺少醛缩酶 ，所以它不能够将磷酸己糖裂解为 2个三碳糖。33磷酸已糖解酮酶 径磷酸已糖酮解途径34 有两个磷酸酮解酶 参加反应；在没有氧化作用和脱氢作用的参与下，2分子葡萄糖分解为 3分子乙酸和 2分子3甘油醛， 3甘油醛在脱氢酶的参与下转变为乳酸；乙酰磷酸生成乙酸的反应则与 每分子葡萄糖产生 5磷酸戊糖酮解 途径36 i 分解 1分子葡萄糖只产生 1分子 当于 几乎产生等量的乳酸、乙醇和 许多微生物的 异型乳酸发酵 即采取此方式。37直接氧化途径葡萄糖氧化酶，常见于假单胞菌、气杆菌等 。38微生物氧化的方式生物氧化是细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）能量的化学反应。氧化过程产生大量的能量，分段释放，并以高能键形式贮藏在 需时使用。 呼吸作用有氧呼吸 以分子氧作为最终电子（和氢）受体的氧化作用无氧呼吸 以无机氧化物作为最终电子（和氢）受体的氧化作用 发酵作用以有机物为基质，电子（或氢）供体和受体都是有机化合物3
