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1、第四章 营养微生态,第四章 营养微生态,第一节 消化道微生物群 第二节 消化道微生物群对能量代谢和脂类代谢的调控 第三节 消化道微生物群对碳水化合物代谢的影响 第四节 消化道微生物群对蛋白质代谢的影响 第五节 消化道微生物群的维生素合成作用 第六节 消化道微生物群对矿物元素代谢的影响 第七节 消化道微生物群对酶的影响,第一节 消化道微生物群,人体携带的微生物总量约为1271克，其中肠道占1000克，肺20克，皮肤200克，口腔20克，阴道20克，鼻10克，眼1克。 胃肠道的微生物占人体总微生物量的78.67%。,消化道微生态菌群,胃肠道微生物群构成（A）,胃肠道微生态系统庞大复杂，与人体健康和
2、疾病密切相关而极受关注 生态系 菌谱 含菌量 胃生态系 需氧G+链球菌、葡萄球菌、 103CFUml 乳杆菌及一些酵母菌 小肠生态系 主要菌种是链球菌、 103104CFUml (近端小肠) 葡萄球菌和乳杆菌 还可分离出韦荣氏球菌、 放线菌，肠杆菌， 其它厌氧菌较少,胃肠道微生物群构成（B）,生态系 菌谱 含菌量 小肠生态系 G-菌在数量上超过G+菌，肠杆 106108CFUm（远端小肠）菌，由于回肠远端的PH值低， 氧化还原电势已降到150mv， 回肠未端的类杆菌属、双歧杆 菌属、梭杆菌属、梭菌属等 细菌含量已达到一定的水平。 大肠生态系 类杆菌、双歧杆菌、消化（链） 10111012CFU
3、/g 球菌、真杆菌、梭菌、乳杆菌， 而肠杆菌科、肠球菌含量较低 粪便 同上 同上,第二节 消化道菌群对能量代谢和脂类代谢的调控,正常微生物参与宿主的营养素的消化、合成与吸收。 代谢是一切生物的基本特征之一，一般指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。代谢是生物活动的基本特征，也是细菌的基本特征之一，细菌代谢一方面从外界摄取营养物质，在细胞内经过各种化学变化，把这些物质变为细菌本身的组织，另一方面细菌的组织又不断分解为不能再利用的物质排出体外。新陈代谢过程包括营养物质的消化吸收，中间代谢以及代谢产物的排泄等阶段。,菌群与能量代谢,实验证明： 脂肪分解菌的存在不利于动物吸收饱和与非饱和脂肪酸
4、。 微生态制剂-益生康能明显提高脂肪的的吸收、转化和利用率。,菌群与脂类代谢,微生物对肠道的脂质与固醇类的代谢起着重要的作用。肠道微生物可通过直接作用于食物脂质和内源脂类，或间接改变胆固醇和其主要衍生物胆盐的代谢，消化道菌群也可以参加脂类代谢。 胆固醇和胆盐存在着肠肝循环，在其通过肠道时就暴露于菌群的作用。菌群活动生成了大量的胆固醇代谢物，其吸收方式不同于胆固醇。 胆囊所分泌的胆酸盐也经受菌群的多种作用，其代谢物是可再吸收的，其中有些对机体有毒性，但可通过肝加以改变。,胆汁酸及类固醇的肝肠循环模式图,第三节 消化道菌群对碳水化合物代谢的影响,消化道菌群利用糖的主要途径 细菌对淀粉的利用 细菌对
5、纤维素和半纤维素的利用 肠道菌群对果胶的利用 肠道菌群发酵产生短链脂肪酸,消化道菌群利用糖的主要途径, 双磷酸己糖降解途径(EMP途径)：即糖酵解途径 单磷酸己糖降解途径（HMP途径）：即磷酸戊糖途径 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径(ED途径)：即糖类厌氧分解途径 磷酸解酮酶途径,细菌对淀粉的利用,淀粉是D-葡萄糖通过-(l，4)糖苷键连接而成的一种大分子物质。淀粉有两大类，一是直链淀粉，另一种是枝链淀粉。植物淀粉有直链和枝链两种。动物淀粉又称糖原，都是枝链淀粉，只不过分子量更高、分枝多而短。水解淀粉的酶称淀粉酶。细菌产生的淀粉酶有几种，它们分解淀粉的方式不同。 液化型淀粉酶又称a
6、淀粉酶，此酶水解淀粉的结果产生麦芽糖、双糖等。放线菌和霉菌等能产生此型酶。 糖化型淀粉酶能将淀粉水解成麦芽糖或葡萄糖。肠内菌群中的乳杆菌、双歧杆菌、链球菌、拟杆菌、梭状芽胞杆菌等菌属的一部分菌种具有此型分解淀粉的酶。,细菌对纤维素和半纤维素的利用,纤维素是由D-葡萄糖通过-(1，4)糖苷键连接而成的大分子化合物，是构成植物细胞壁的成分。能利用纤维素生长的细菌均具有纤维素酶。常见的纤维素分解菌有粘细菌、梭状芽胞杆菌、产琥珀酸拟杆菌、丁酸弧菌以及瘤胃中的一些分解纤维素的菌。 植物细胞壁里还有半纤维素，它的结构与组成随植物种类或所在部位的不同有明显不同。最常见的半纤维素是木聚糖。一般能水解纤维素的细
7、菌也能利用半纤维素，但某些能利用半纤维素的细菌却不能利用纤维素。,肠道微生物对果胶的利用,果胶是构成高等植物细胞间质的主要物质。它由D-半乳糖醛酸通-(1，4)糖苷键连接起来的直链高分子化合物。果胶分解的最后产物为半乳糖醛酸。半乳糖醛酸最后进入糖代谢途径被分解成VFA并放出能量。细菌中如芽胞杆菌、梭状芽胞杆菌、栖瘤胃拟杆菌以及溶纤维拟杆菌等均具有分解果胶的能力。,肠道微生物发酵产生短链脂肪酸,短链脂肪酸又称挥发性脂肪酸，一般在消化道内见到的主要挥发性脂肪酸有醋酸、丙酸、丁酸。短链脂肪酸是草食动物的前胃发酵以及所有动物的下部消化道(主要在大肠)的发酵而产生的。另外，在大肠内由于肠内细菌如拟杆菌、
8、真杆菌、梭菌、革兰氏阳性球菌等厌氧性菌的作用使蛋白质分解和继续脱氨基反应而产生的。 大肠发酵的物质主要是食物纤维等的未消化多糖，糖经过细菌酶的分解产生中间代谢产物丙酮酸，再继续分解变换为主要终末产物的醋酸、丙酸、丁酸等。,第四节 微生物群对蛋白质代谢的影响,肠道微生物对蛋白质的代谢具有双重作用。 一方面肠道微生物具有分解蛋白质的能力，甚至可分解几乎所有的含氮化合物。 另一方面，肠道微生物又具有利用氮源合成氨基酸和蛋白质的能力。,肠内细菌对蛋白质消化与利用的可能途径,图2-4-2 肠内细菌对蛋白质的消化与利用的可能途径 (虚线是细菌的作用) (引自：Atlas和Bartha,1981),微生物对
9、氨基酸的分解和氮素循环的影响,脱羧作用 脱氨作用 氧化脱氨 还原脱氨 水解脱氨 不饱和化脱氨,第五节 微生物群的维生素合成作用,乳杆菌和双歧杆菌等能够合成多种维生素如尼克酸、叶酸、烟酸、维生素B1、B2、B6、B12等，促进机体对蛋白质的消化、吸收；促进机体对钙、铁、维生素D的吸收，具有帮助消化、增进食欲的功能。例如，双歧杆菌在肠内发酵后可以产生乳酸和醋酸，提高钙、磷、铁的利用率，并促进铁和维生素D的吸收。 肠道微生物能合成维生素K及维生素B复合体。对无菌大鼠，如果给予无维生素K的饮食，很快发生典型的出血性综合征，而相应的普通大鼠不但凝血时间正常，而且一般状态良好。无菌动物转为普通动物或无菌动
10、物饮食中加上维生素K，出血症状立即消失。自然产生的维生素K比人工合成维生素K，对维生素K缺乏症的治疗更有效。肠道内脆弱拟杆菌和大肠埃希菌能合成维生素K。,第六节 微生物群对矿物元素代谢的影响,菌群对于无机盐代谢的重要性。 微生物在肠道产生的有机酸是一种螯合剂，能促进后肠中钙、磷等矿物质的吸收。双歧杆菌能大量产酸，可促进各种矿物质如Ca、Fe、Mg、Zn 的吸收利用，也能降低血清胆固醇和甘油三酯。 用酿酒酵母或葡萄汁酵母来作为富集多种微量元素铁、锌、铬、硒等的载体。通过酵母对微量元素的富集，使部分微量元素进入一系列蛋白质，形成如金属硫蛋白、多糖络合物、硒胱氨酸、硒蛋氨酸、锌蛋氨酸、锰蛋氨酸等，可
11、显著提高动物对微量元素的吸收利用率。,第七节 微生物群对酶的影响,微生物的酶按其催化作用不同分为三种酶： 水解酶：促进蛋白质、糖和脂肪等各种有机物的分解，使它们成为小分子量的易溶物质。常见的有分解纤维素、半纤维素、淀粉、果胶等的多糖酶；分解麦芽糖、蔗糖、乳糖等的双糖酶；分解蛋白质及其产物的蛋白分解酶以及将脂肪分解为甘油和游离脂肪酸的脂肪酶等。 发酵酶：是将糖类物质分解为简单化合物和产生能量，可起催化作用，其催化作用主要是通过氧化还原反应和磷酸化反应完成的。 呼吸酶：此类酶在微生物呼吸过程中氢和氧的转移上具有重要作用，如脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶等。,酶活性的调节,酶活性的激活 最常
12、见的酶活性的激活是前馈激活，常见于分解代谢，即代谢途径中后面的反应可以被该途径较前面的一个产物所促进，如粪链球菌的乳酸脱氢酶活性被前馈物质1-6二磷酸果糖所促进。 酶活性的抑制 酶活性的抑制是反馈机制。大肠杆菌合成亮氨酸时，异亮氨酸的积累过多就会抑制该途径中的第一个酶苏氨酸脱氢酶的活性，于是停止合成-酮丁酸，从而停止合成异亮氨基。,对酶合成的调节:,酶合成的诱导 参与代谢活动的各种酶，有些是细胞所固有合成的，就是不需要某些物质(如底物)的存在而合成的。另外一类酶，在一般情况下细胞内不产生或产生很少，当酶合成时需要某些物质(如底物)的存在，这类酶叫诱导酶。 酶合成的阻遏 微生物代谢过程中，当代谢
13、途径中某种末端产物过量时除可以用反馈抑制的方式抑制代谢途径中关键酶的活性，减少末端产物的合成外，还可以通过反馈阻遏作用，阻遏代谢途径中关键酶的进一步合成，从而控制代谢的进行，减少末端产物的合成。,正常微生物所产生的酶,肠内菌群可产生消化酶，哺乳动物常常有缺乏，尽管胰酶及蛋白消化酶缺乏并不多见，但乳糖消化酶的缺乏却是常见病。乳糖不耐症在临床上是常见的，这是因为小肠的半乳糖酶匮乏所致。患此症者乳糖不能在小肠吸收，而进入结肠由众多的细菌发酵，产生短链脂肪酸，氢及CO2从而发生腹泻。乳糖不耐症可给与口服乳杆菌制剂得到缓解。在此时乳杆菌发酵液（去掉乳杆菌）也有此效果。这是因为乳杆菌代谢产物中也具有半乳糖酶。 肠内菌群还可产生葡萄糖甙酶、葡萄糖醛酸酶、硝酸还原酶、偶氮还原酶、硝基还原酶、氨基脱羧酶、氨基酸脱氨酶、硫化酶及胆汁代谢酶及各种短链脂肪酸酶及其产物。,微生物酶的利用,在应用用微生物对酶的调节作用以提高饲料营养的利用率方面,
