微生物M代谢课件

《微生物M代谢课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微生物M代谢课件（122页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第五章第五章 微生物的新陈代谢微生物的新陈代谢 代谢概论代谢概论 第一节第一节 微生物的能量代谢微生物的能量代谢 第二节第二节 微生物特有的合成代谢途径微生物特有的合成代谢途径 第三节第三节 微生物次级代谢与次级代谢产物微生物次级代谢与次级代谢产物 第四节第四节 微生物代谢与生产实践微生物代谢与生产实践微生物微生物MM代谢代谢代谢概论代谢概论一、代谢是生命的基本特征一、代谢是生命的基本特征 二、代谢通过代谢途径完成二、代谢通过代谢途径完成三、代谢途径是不平衡的稳态体系三、代谢途径是不平衡的稳态体系四、代谢途径的形式多样四、代谢途径的形式多样五、代谢途径有明确的细胞定位五、代谢途径有明确的细胞定

2、位六、代谢途径相互沟通六、代谢途径相互沟通七、代谢途径间有能量关联七、代谢途径间有能量关联八、关键酶限制代谢途径的流量八、关键酶限制代谢途径的流量微生物微生物MM代谢代谢新陈代谢：发生在活细胞中的各种分解代谢新陈代谢：发生在活细胞中的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢（）和合成代谢（anabolism）的总和。的总和。 新陈代谢新陈代谢 = 分解代谢分解代谢 + 合成代谢合成代谢分解代谢：分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和）形式的能量和还原力的作用过程

3、。还原力的作用过程。合成代谢：合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子的过程。形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子的过程。微生物微生物MM代谢代谢中间代谢产物中间代谢产物中间代谢产物中间代谢产物分解代谢起源分解代谢起源分解代谢起源分解代谢起源在生物合成中的作用在生物合成中的作用在生物合成中的作用在生物合成中的作用葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-1-1-磷酸磷酸磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸磷酸磷酸核糖核糖核糖核糖-5-5-磷酸磷酸磷酸磷酸赤藓糖赤藓糖赤藓糖赤藓糖-4-4-磷酸磷酸磷酸磷

4、酸磷酸烯醇式丙酮磷酸烯醇式丙酮磷酸烯醇式丙酮磷酸烯醇式丙酮酸酸酸酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸a-a-酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶A A葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖 半乳糖半乳糖半乳糖半乳糖 多糖多糖多糖多糖EMPEMP途径途径途径途径HMPHMP途径途径途径途径HMPHMP途径途径途径途径EMPEMP途径途径途径途径EMPEMP途径途径途径途径 ED ED途径途径途径途径EMPEMP途径途径途径途径三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环丙酮酸脱

5、羧丙酮酸脱羧丙酮酸脱羧丙酮酸脱羧 脂肪氧脂肪氧脂肪氧脂肪氧化化化化核苷糖类核苷糖类核苷糖类核苷糖类戊糖戊糖戊糖戊糖 多糖贮藏物多糖贮藏物多糖贮藏物多糖贮藏物核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸 脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸芳香氨基酸芳香氨基酸芳香氨基酸芳香氨基酸芳香氨基酸芳香氨基酸芳香氨基酸芳香氨基酸 葡萄糖异生葡萄糖异生葡萄糖异生葡萄糖异生 CO CO2 2固定固定固定固定胞壁酸合成胞壁酸合成胞壁酸合成胞壁酸合成 糖的运输糖的运输糖的运输糖的运输丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸 缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸 亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸 CO CO2 2固定固定固定固定丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨

6、酸 甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸 半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸 脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸 精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸 赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸 赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸 蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸 苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸 异亮异亮异亮异亮氨酸氨酸氨酸氨酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸 类异戊二烯类异戊二烯类异戊二烯类异戊二烯 甾醇甾醇甾醇甾醇微生物微生物MM代谢代谢按物质转化方式分：按物质转化方式分：分解代谢：分解代谢：指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在 这个过程中这个过程中产生能量产生能量。合成代谢

7、：合成代谢：是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子的过程。在这个过程中要子的过程。在这个过程中要消耗能量消耗能量。物质代谢：物质代谢：物质在体内转化的过程。物质在体内转化的过程。 能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化。能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化。按代谢产物在机体中作用不同分：按代谢产物在机体中作用不同分：初级代谢：初级代谢： 提供能量、前体、结构物质等生命活动所提供能量、前体、结构物质等生命活动所 必须的代谢物的代谢类型；产物：氨基酸、核苷酸等。必须的代谢物的代谢类型；产物：氨基酸、核苷酸等。次级代谢：次级代谢： 在一定

8、生长阶段出现非生命活动所必需的代谢类型；在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代谢类型； 产物：抗生素、色素、激素、生物碱等产物：抗生素、色素、激素、生物碱等微生物微生物MM代谢代谢一、概述第一节第一节 微生物的能量代谢微生物的能量代谢 微生物微生物MM代谢代谢能量代谢是新陈代谢中的核心问题。能量代谢是新陈代谢中的核心问题。中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成对一切生命活动都能使用的能源对一切生命活动都能使用的能源ATP。有机物最初能源日光通用能源还原态无机物化能自养菌化能异养菌光能营养菌微生物微生物MM代谢代谢1、化能异养微生物的生物氧化和产能过

9、程：脱氢（或电子） 递氢（或电子） 受氢（或电子）功能：产能（ATP）、还原力H、小分子中间代谢产物等。 葡萄糖降解代谢途径生物氧化： 发酵作用 产能过程 呼吸作用（有氧或无氧呼吸）微生物微生物MM代谢代谢生物氧化的生物氧化的形式形式：某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种：某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种生物氧化的生物氧化的功能功能为：为：产能（产能（ATP）、产还原力）、产还原力HH和产小分子中间代谢物和产小分子中间代谢物自养微生物利用自养微生物利用无机物无机物异养微生物利用异养微生物利用有机物有机物生物生物氧化氧化能量能量微生物直接利用微生物直接利用储存在高能化合物（如储存在高能化合物（如AT

10、P）中）中以热的形式被释放到环境中以热的形式被释放到环境中微生物微生物MM代谢代谢2、化能自养微生物的生物氧化与产能 通常是化能自养型细菌，一般是好氧菌。利用卡尔文循环固定C02作为它们的碳源。其产能的途径主要也是借助于无机电子供体(能源物质)的氧化，从无机物脱下的氢(电子)直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生ATP。代谢特点 1）无机底物脱下的氢（电子）从相应位置 直接进入呼吸链 2）存在多种呼吸链 3）产能效率低； 4）生长缓慢，产细胞率低。微生物微生物MM代谢代谢3、光能自养或异氧微生物的产能代谢 指具有捕捉光能并将它用于合成ATP和产生NADH或NADPH的微生物。分为不产氧光合微生物和产

11、氧光合微生物 。 前者利用还原态无机物H2S，H2或有机物作还原C02的氢供体以生成NADH和NADPH。后者由H2O分子光解产物H+和电子形成还原力(NADPH+H+)微生物微生物MM代谢代谢二、葡萄糖降解代谢途径（EMPEMP、HMPHMP、EDED、PKPK途径等。）途径等。） 1）EMP途径（糖酵解途径、己糖二磷酸途径） 葡萄糖 2丙酮酸丙酮酸 有氧：有氧：EMPEMP途径与途径与TCATCA途径连接；途径连接； 无氧：还原一些代谢产物，无氧：还原一些代谢产物， ( (专性厌氧微生物专性厌氧微生物专性厌氧微生物专性厌氧微生物) )产能的唯一途径。产能的唯一途径。 产能：产能：（底物磷酸

12、化）产能：底物磷酸化）产能： （1 1） 1 1，3 P-3 P-甘油醛甘油醛 3 P - 3 P -甘油酸甘油酸 + ATP + ATP； （2 2） PEP PEP 丙酮酸丙酮酸 + ATP + ATP10 步反应微生物微生物MM代谢代谢葡萄糖的葡萄糖的 酵解作用酵解作用 ( 又称：Embden -Meyerhof -Parnas途径， 简称：EMP途径途径)微生物微生物MM代谢代谢EMP途径关键步骤途径关键步骤1. 葡萄糖磷酸化葡萄糖磷酸化1.6二磷酸果糖二磷酸果糖(耗能耗能)2. 1.6二磷酸果糖二磷酸果糖2分子分子3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛3. 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸总反

13、应式：总反应式：葡萄糖葡萄糖+2NAD+2ADP+2Pi 2丙酮酸丙酮酸+2NADH+2H+2ATP CoA 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶 乙酰乙酰CoA， 进入进入TCA微生物微生物MM代谢代谢磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶EMP途径的关键酶，在生物中有此酶就意味着途径的关键酶，在生物中有此酶就意味着存在存在EMP途径途径需要需要ATP和和Mg+在活细胞内催化的反应是不可逆的反应在活细胞内催化的反应是不可逆的反应微生物微生物MM代谢代谢分为两个阶段：1、3个分子6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶等催化下经氧化脱羧生成6个分子NADPH+HNADPH+H+ +，3

14、个分子COCO2 2和3个分子5-磷酸核酮糖2、5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖在转酮酶和转醛酶催化下使部分碳链进行相互转换，经三碳、四碳、七碳和磷酸酯等，最终生成2分子6-磷酸果糖和1分子3-磷酸甘油醛。2）HMP 途径（磷酸戊糖途径、旁路途径）微生物微生物MM代谢代谢6-6-6-6-磷酸果糖磷酸果糖磷酸果糖磷酸果糖出路：出路：可被转变重新形成可被转变重新形成6-6-磷酸葡糖磷酸葡糖，回到，回到磷酸戊磷酸戊糖糖途径。途径。甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛-3-3-3-3-磷酸磷酸磷酸磷酸出路：出路： a a、经、经EMPEMP途径，转化成丙酮酸，进入途径，转化成丙酮酸，进入TCA TCA 途径途径 b

15、b、变成变成己糖磷酸，己糖磷酸，回到磷酸戊糖途径。回到磷酸戊糖途径。总反应式：总反应式：6 6-6 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+ +12NADP12NADP+ +6H+6H2 2O O 5 6-5 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 + + 6CO6CO2 2+12NADPH+12H+12NADPH+12H+ +Pi+Pi 特点：特点：a a 、不经、不经EMPEMP途径和途径和TCATCA循环而得到彻底氧化，无循环而得到彻底氧化，无ATPATP生成；生成； b b、产大量的产大量的NADPH+HNADPH+H+ +还原力还原力 ；c c、产各种不同长度的重要的中间物（、产各种不同长度的重要的中间物（5-

16、5-5-5-磷酸核糖磷酸核糖磷酸核糖磷酸核糖、4-4-磷酸磷酸- -赤藓糖赤藓糖 ）；）；d d、单独单独HMPHMP途径较少，一般与途径较少，一般与EMPEMP途径同存途径同存 ；e e、HMPHMP途径是戊糖代谢的主要途径途径是戊糖代谢的主要途径。 微生物微生物MM代谢代谢HMP途径的生理学意义供应合成原料：磷酸戊糖、 4-4-磷酸磷酸- -赤藓糖赤藓糖 为原料。为原料。产还原力。产还原力。作为固定作为固定CO2的中介。扩大碳源利用范围。连接EMPEMP途径。途径。提供发酵产物：核苷酸、氨基酸、辅酶提供发酵产物：核苷酸、氨基酸、辅酶微生物微生物MM代谢代谢 3）ED途径 2-酮-3-脱氧-

17、6-磷酸葡萄糖酸裂解途径 1952年 Entner-Doudoroff ：嗜糖假单胞菌嗜糖假单胞菌 过程： （4步反应） 1 葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖 6-磷酸-葡糖酸 KDPG6-磷酸-葡萄糖-脱水酶3-磷酸-甘油醛 + 丙酮酸KDPG醛缩酶醛缩酶微生物微生物MM代谢代谢特点: a、步骤简单 b、产能效率低：1 ATP c、关键中间产物 KDPG特征酶：KDPG醛缩酶 细菌：铜绿假单胞菌、荧光假单胞菌、根瘤菌、固氮菌、运动发酵单胞菌等。微生物微生物MM代谢代谢4）PK途径（磷酸酮解酶途径）a a、磷酸戊糖酮解酶途径磷酸戊糖酮解酶途径（肠膜明串珠菌、番茄乳杆菌、甘露醇乳肠膜明串珠菌、番茄乳杆菌

18、、甘露醇乳杆菌、短杆乳杆菌杆菌、短杆乳杆菌 ） G 5- G 5-磷酸磷酸- -木酮糖木酮糖 乙酰磷酸 + 3-磷酸-甘油醛特征性酶特征性酶 木酮糖酮解酶木酮糖酮解酶乙醇丙酮酸乳酸 1 G 乳酸 + 乙醇 + 1 ATP + NADPH + H+ 微生物微生物MM代谢代谢 G 6-G 6-磷酸磷酸- -果糖果糖b、磷酸己糖酮解酶途径又称HK途径（两歧双歧杆菌） 4-磷酸-赤藓糖 + 乙酰磷酸特征性酶特征性酶 磷酸己糖酮解酶磷酸己糖酮解酶 3-磷酸甘油醛+ 乙酰磷酸5-磷酸-木酮糖 ，5-磷酸-核糖乙酸戊糖酮解酶戊糖酮解酶6-磷酸-果糖乳酸 乙酸1 G 乳酸 + 1.5乙酸 + 2.5 ATP

19、微生物微生物MM代谢代谢微生物微生物MM代谢代谢TCA循环的重要特点循环的重要特点1、循环一次的结果是乙酰循环一次的结果是乙酰CoA的乙酰基被氧化为的乙酰基被氧化为2分子分子CO2,并重新生成并重新生成1分子草酰乙酸；分子草酰乙酸；2、整个循环有四步氧化还原反应，其中三步反应中将整个循环有四步氧化还原反应，其中三步反应中将NAD+还原为还原为NADH+H+，另一步为，另一步为FAD还原；还原；3、为糖、脂、蛋白质三大物质转化中心枢纽；为糖、脂、蛋白质三大物质转化中心枢纽；4、循环中的某些中间产物是一些重要物质生物合成的前体；循环中的某些中间产物是一些重要物质生物合成的前体；5、生物体提供能量的

20、主要形式；生物体提供能量的主要形式；6、为人类利用生物发酵生产所需产品提供主要的代谢途径。为人类利用生物发酵生产所需产品提供主要的代谢途径。如如:柠檬酸发酵；柠檬酸发酵；Glu发酵等。发酵等。微生物微生物MM代谢代谢 1、定义定义 广义：广义：利用微生物生产有用代谢产物的一种生产方利用微生物生产有用代谢产物的一种生产方式。式。 狭义：狭义：厌氧条件下，以自身内部某些厌氧条件下，以自身内部某些中间代谢中间代谢 产物产物作为最终氢（电子）受体的产能过程作为最终氢（电子）受体的产能过程 特点：特点： 1 1）通过底物水平磷酸化产）通过底物水平磷酸化产ATPATP； 2 2）葡萄糖氧化不彻底，大部分能

21、量存在于）葡萄糖氧化不彻底，大部分能量存在于 发酵产物中；发酵产物中； 3 3）产能率低；）产能率低； 4 4）产多种发酵产物。）产多种发酵产物。 三、发酵（fermentantion）微生物微生物MM代谢代谢发酵的定义发酵的定义 （1）狭义 “发酵”的定义 在生物化学或生理学上发酵是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳。同时获得能量，丙酮酸被还原为乳酸而获得能量等等。 微生物微生物MM代谢代谢（2）广义 “发酵”的定义 工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制

22、造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。产品既有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。微生物微生物MM代谢代谢发酵的类型发酵的类型 根据发酵的特点和微生物对氧的不同需要，可以将发酵分成若干类型：1，按发酵原料来区分：糖类物质发酵、石油发酵及废水发酵等类型。2，按发酵产物来区分：如氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵等。3，按发酵形式来区分：固态发酵和深层液体发酵。4，按发酵工艺流程区分：分批发酵、连续发酵和流加发酵。5，按发酵过程中对氧的不同需求来区分：厌氧发酵和通风发酵

23、两大类型。微生物微生物MM代谢代谢淀粉的分解淀粉：直链、支链1、液化型淀粉酶（淀粉酶）枯草杆菌2、糖化型淀粉酶：三种淀粉1，4麦芽糖苷酶（淀粉酶）特点：从非还原性末端开始，按双糖为单位，生成麦芽糖，不作用于1，6，产物是麦芽糖和极限糊精。微生物微生物MM代谢代谢3、淀粉1，4葡萄糖糖苷酶（糖化酶）特点：以葡萄糖为单位，能越过1，6，根霉和曲霉。4、淀粉1，6葡萄糖苷酶（异淀粉酶）1，6糖苷键。微生物微生物MM代谢代谢2、发酵类型1） 乙醇发酵 a、酵母型乙醇发酵 1 G 2丙酮酸 2 乙醛 + CO2 2 乙醇 + 2 ATP 条件：pH 3.54.5 , 厌氧菌种：酿酒酵母、少数细菌（胃八叠

24、球菌、解淀粉欧文氏菌等） i、加入NaHSO3 NaHSO3 + 乙醛 磺化羟乙醛（难溶） ii、弱碱性（pH 7.5） 2 乙醛 1 乙酸 + 1 乙醇 （歧化反应）磷酸二羟丙酮作为氢受体，经水解去磷酸生成甘油甘油发酵（EMP）-亚硫酸氢钠必须控制亚适量（3%） 概念概念菌种菌种途径途径特点特点发生条件发生条件微生物微生物MM代谢代谢当发酵液处在碱性条件下，酵母的乙醇发酵会改为当发酵液处在碱性条件下，酵母的乙醇发酵会改为甘油发甘油发酵。酵。原因：该条件下产生的乙醛不能作为正常受氢体，结果原因：该条件下产生的乙醛不能作为正常受氢体，结果2分分子乙醛间发生歧化反应，生成子乙醛间发生歧化反应，生成

25、1分子乙醇和分子乙醇和1分子乙酸；分子乙酸；CH3CHO+H2O+NAD+ CH3COOH+NADH+H+CH3CHO+NADH+H+ CH3CH2OH+ NAD+ 此时也由磷酸二羟丙酮担任受氢体接受此时也由磷酸二羟丙酮担任受氢体接受3-磷酸甘油醛脱磷酸甘油醛脱下的氢而生成下的氢而生成 -磷酸甘油，后者经磷酸甘油，后者经 -磷酸甘油酯酶催化，磷酸甘油酯酶催化，生成甘油。生成甘油。2葡萄糖葡萄糖 2甘油甘油+乙醇乙醇+乙酸乙酸+2CO2微生物微生物MM代谢代谢巴斯德效应巴斯德效应(The Pasteur effect )现象：现象：通风对酵母代谢的影响通风对酵母代谢的影响通风（有氧呼吸）通风（有

26、氧呼吸）通风（有氧呼吸）通风（有氧呼吸）缺氧（发酵）缺氧（发酵）缺氧（发酵）缺氧（发酵）酒精生成量酒精生成量酒精生成量酒精生成量耗糖量耗糖量耗糖量耗糖量/ /单位时单位时单位时单位时间间间间细胞的繁殖细胞的繁殖细胞的繁殖细胞的繁殖低（接近零）低（接近零）低（接近零）低（接近零）少少少少旺盛旺盛旺盛旺盛高高高高多多多多很弱至消失很弱至消失很弱至消失很弱至消失概念：有氧条件下，概念：有氧条件下，发酵作用受抑制的酵作用受抑制的现象（或象（或氧氧对发酵的抑制酵的抑制现象）象）。意意义：合理利用能源：合理利用能源机理：机理：微生物微生物MM代谢代谢巴斯德效应（续）巴斯德效应（续） 葡萄糖葡萄糖 6-磷酸

27、磷酸-葡萄糖葡萄糖 6-磷酸磷酸-果糖果糖 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸柠檬酸 6-磷酸磷酸-葡萄糖葡萄糖 磷酸烯醇式丙磷酸烯醇式丙酮酸酮酸 -ADP,AMP -ATP、柠檬酸、柠檬酸 -ADP,AMP1,6-二二-磷酸磷酸-果糖果糖己糖激酶己糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶(PFK)丙酮酸激酶丙酮酸激酶微生物微生物MM代谢代谢b b、细菌型乙醇发酵、细菌型乙醇发酵 ( (发酵单胞菌和嗜糖假单胞菌发酵单胞菌和嗜糖假单胞菌) ) 同型酒精发酵同型酒精发酵 1 G 2 1 G 2 丙酮酸丙酮酸 代谢速率高，产物转化率高，发酵

28、周期短等。缺点是生长代谢速率高，产物转化率高，发酵周期短等。缺点是生长pHpH较高，较易染较高，较易染杂菌，并且对乙醇的耐受力较酵母菌低杂菌，并且对乙醇的耐受力较酵母菌低. . （ED）乙醇乙醇 + 1ATP 异型酒精发酵(乳酸菌、肠道菌和一些嗜热细菌） 1 G 2 丙酮酸（丙酮酸甲酸解酶）（丙酮酸甲酸解酶）乙醛 乙醇乙醇甲酸甲酸 + 乙酰- CoA无丙酮酸脱羧酶而有乙醛脱氢酶微生物微生物MM代谢代谢利用Z.mobilis等细菌生产酒精优点：代谢速率高；产物转化率高；菌体生成少; 代谢副产物少；发酵温度高；缺点：pH5较易染菌；耐乙醇力较酵母低微生物微生物MM代谢代谢 2）乳酸发酵乳酸发酵 同

29、型乳酸发酵 （德氏乳杆菌、植物乳杆菌等） EMP途径（丙酮酸 乳酸） 异型乳酸发酵（PK途径） 肠膜明串株菌（PK） 产能 ：1ATP 双歧双歧杆菌（PK、HK） 产能：2G 5 ATP即 1G 2.5ATP 微生物微生物MM代谢代谢葡萄糖葡萄糖3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2( 1,3-二二-磷酸甘油酸）磷酸甘油酸） 2乳酸乳酸 2丙酮酸丙酮酸同型乳酸发酵同型乳酸发酵2NAD+ 2NADH4ATP4ADP2ATP 2ADPLactococcus lactis（乳酸乳球菌）（乳酸乳球菌）Lactobacillus plantarum（植物乳酸菌）（植物乳酸菌）概念概念菌种菌种

30、途径途径特点特点微生物微生物MM代谢代谢异型乳酸发酵：异型乳酸发酵：葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖6-磷酸葡磷酸葡萄糖酸萄糖酸5-磷酸磷酸木酮糖木酮糖3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛乳酸乳酸乙酰磷酸乙酰磷酸NAD+ NADHNAD+ NADHATP ADP乙醇乙醇 乙醛乙醛 乙酰乙酰CoA2ADP 2ATP-2H概念概念菌种菌种途径途径特点特点-CO2微生物微生物MM代谢代谢乳酸细菌能利用葡萄糖及其他相应的可发酵的糖产生乳酸细菌能利用葡萄糖及其他相应的可发酵的糖产生乳酸，称为乳酸发酵。乳酸，称为乳酸发酵。由于菌种不同，代谢途径不同，生成的产物有所不同，由于菌种不同，代谢途径不同，生成的产物有所不

31、同，将乳酸发酵又分为同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双将乳酸发酵又分为同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧杆菌发酵。歧杆菌发酵。同型乳酸发酵：（经同型乳酸发酵：（经EMPEMP途径）途径）异型乳酸发酵异型乳酸发酵：（经（经HMPHMP途径）途径）双歧杆菌发酵双歧杆菌发酵: : （经（经HKHK途径途径磷酸己糖解酮酶途径磷酸己糖解酮酶途径） 微生物微生物MM代谢代谢微生物微生物MM代谢代谢3)混合酸、丁二醇发酵a 混合酸发酵： 肠道菌（E.coli、沙氏菌、志贺氏菌等）1 G丙酮酸乳酸乳酸乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 乙酰-CoA +甲酸甲酸丙酮酸甲酸解酶丙酮酸甲酸解酶草酰乙酸丙酸丙酸PEP羧化酶羧化酶磷酸转乙

32、酰基酶磷酸转乙酰基酶乙醛脱氢酶乙醛脱氢酶乙酸激酶乙酸激酶乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶乙酸乙酸 乙醇乙醇E.coli与志贺氏菌的区别：葡萄糖发酵试验： E.coli、产气肠杆菌 甲酸 CO2 + H2 （甲酸氢解酶甲酸氢解酶、H+） 志贺氏菌无此酶，故发酵G 不产气。CO2 + H2 微生物微生物MM代谢代谢鉴别肠道细菌的鉴别肠道细菌的V.P.试验试验鉴别原理鉴别原理 缩合缩合 脱羧脱羧2丙酮酸丙酮酸 乙酰乳酸乙酰乳酸 乙酰甲基甲乙酰甲基甲醇醇 碱性条件碱性条件 2,3-丁二醇丁二醇 二乙酰二乙酰 （与培养基中精氨酸的胍基结合）（与培养基中精氨酸的胍基结合）红色化合物红色化合物-CO2微生物微生物MM代

33、谢代谢鉴别肠道细菌的产酸产气、甲基鉴别肠道细菌的产酸产气、甲基红（红（M.R）试验）试验v产酸产气试验：产酸产气试验： Escherichia与与Shigella在利用葡萄糖进在利用葡萄糖进行发酵时，前者具有甲酸氢解酶，可在产酸的同时产气，行发酵时，前者具有甲酸氢解酶，可在产酸的同时产气，后者则因无此酶，不具有产气的能力。后者则因无此酶，不具有产气的能力。v甲基红试验：甲基红试验：大肠杆菌与产气气杆菌在利用葡萄糖进大肠杆菌与产气气杆菌在利用葡萄糖进行发酵时，前者可产生大量的混合酸，后者则产生大量行发酵时，前者可产生大量的混合酸，后者则产生大量的中性化合物丁二醇，因此在发酵液中加入甲基红试剂的中

34、性化合物丁二醇，因此在发酵液中加入甲基红试剂时，前者呈红色，后者呈黄色。时，前者呈红色，后者呈黄色。大肠杆菌：产酸较多，使pH4.5产气杆菌： pH4.5微生物微生物MM代谢代谢IMViC试验试验：= 吲哚（吲哚（I）、甲基红（）、甲基红（M）、）、V.P.试验（试验（Vi）柠檬酸）柠檬酸盐利用（盐利用（C）共四项试验。用以将大肠杆菌与其形状）共四项试验。用以将大肠杆菌与其形状十分相近的肠杆菌属的细菌鉴别开来。十分相近的肠杆菌属的细菌鉴别开来。吲哚试验吲哚试验吲哚试验吲哚试验甲基红试验甲基红试验甲基红试验甲基红试验V.P.V.P.试验试验试验试验柠檬酸盐柠檬酸盐柠檬酸盐柠檬酸盐利用利用利用利用

35、大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌+ + +- - -产气杆菌产气杆菌产气杆菌产气杆菌- - -+ + +微生物微生物MM代谢代谢b b 丁二醇发酵（丁二醇发酵（2 2，3-3-丁二醇发酵）丁二醇发酵） 肠杆菌、沙雷氏菌、欧文氏菌等丙酮酸乙酰乳酸3-羟基丁酮乙二酰红色物质（乙酰乳酸脱氢酶）（乙酰乳酸脱氢酶）（OHOH- -、O O2 2）中性丁二醇丁二醇精氨酸胍基其中两个重要的鉴定反应： 1 、VP实验 2、甲基红（M.R）反应产气肠杆菌： V.P.试验（+），甲基红（-） E.coli： V.P.试验（-），甲基红（+）V.P.V.P.试验的原试验的原理：理：微生物微生物MM代谢代谢4）丙酮-

36、丁醇发酵 严格厌氧菌进行的严格厌氧菌进行的 唯一能大规模生产的发酵唯一能大规模生产的发酵产品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例产品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3 3：6 6：1 1） 丙酮丁醇梭菌丙酮丁醇梭菌( (Clostridium acetobutyricumClostridium acetobutyricum) )2丙酮酸2乙酰-CoA乙酰-乙酰 CoA丙酮丙酮 +CO2（CoA转移酶）转移酶）丁醇丁醇缩合微生物微生物MM代谢代谢 5）氨基酸的发酵产能（stickland反应）发酵菌体：生孢梭菌生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、双 酶梭菌等。 特点：氨基酸的氧化与另一些氨基酸还原相偶

37、联； 产能效率低（1ATP） 氢供体（氧化）氨基酸： Ala、Leu、Ile、Val、His、Ser、Phe、Tyr、 Try等。 氢受体（还原）氨基酸： Gly、Pro、Arg、Met、Leo、羟脯氨酸等。 微生物微生物MM代谢代谢氧化 丙氨酸丙酮酸-NH3NADNAD+ +NADHNADH乙酰-CoANADNAD+ +NADHNADH乙酸乙酸 + + ATPATP甘氨酸乙酸乙酸甘氨酸-NH3还原微生物微生物MM代谢代谢柠檬酸发酵一、菌种：能产生柠檬酸的菌种很多，但以霉菌为主，一、菌种：能产生柠檬酸的菌种很多，但以霉菌为主，其中又以黑曲霉产生柠檬酸的能力较强，并能利用多种其中又以黑曲霉产生柠

38、檬酸的能力较强，并能利用多种碳源，故常是生产上使用的菌种。碳源，故常是生产上使用的菌种。二、发酵机理：细胞内有三羧酸循环和乙醛酸循环；柠二、发酵机理：细胞内有三羧酸循环和乙醛酸循环；柠檬酸合成酶活力较高，而乌头酸酶或异柠檬酸脱氢酶可檬酸合成酶活力较高，而乌头酸酶或异柠檬酸脱氢酶可被某些因素，如金属离子的缺乏，受到抑制，这有利于被某些因素，如金属离子的缺乏，受到抑制，这有利于柠檬酸的积累。柠檬酸的积累。三、工艺流程：三、工艺流程：发酵液的发酵液的pH值对柠檬酸生成影响很大；值对柠檬酸生成影响很大；pH23时，发酵产物主要是柠檬酸；时，发酵产物主要是柠檬酸； pH值中性或碱性时，值中性或碱性时，会

39、产生较多草酸和葡萄糖酸；会产生较多草酸和葡萄糖酸； 可往培养基中加入亚铁氰化钾或采可往培养基中加入亚铁氰化钾或采取育种手段改造菌种，使乌头酸酶或异柠檬酸脱氢酶缺取育种手段改造菌种，使乌头酸酶或异柠檬酸脱氢酶缺失或尽量降低活性，以阻碍失或尽量降低活性，以阻碍TCA循环的正常进行，从而循环的正常进行，从而增加柠檬酸的积累。增加柠檬酸的积累。微生物微生物MM代谢代谢谷氨酸发酵一、谷氨酸发酵菌种：一、谷氨酸发酵菌种：Corynebacterium pekinense北京棒状杆菌北京棒状杆菌Corynebacterium glutamicum谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌Brevibacterium fl

40、avum黄色短杆菌黄色短杆菌二、发酵机理：二、发酵机理： 谷氨酸以谷氨酸以 -酮戊二酸为碳架；当酮戊二酸为碳架；当以糖质为发酵原料时，合以糖质为发酵原料时，合成途径包括成途径包括EMP,HMP,TCA循环循环,乙醛酸循环等；乙醛酸循环等； 谷氨酸产生菌谷氨酸产生菌的的 -酮戊二酸氧化酶活力很弱或缺少，而酮戊二酸氧化酶活力很弱或缺少，而谷谷氨酸脱氢酶的活力要很高；氨酸脱氢酶的活力要很高； 生物素是谷氨酸产生菌必需的一种维生素，在谷氨酸生物生物素是谷氨酸产生菌必需的一种维生素，在谷氨酸生物合成中起着重要作用，缺乏或量太高都会使谷氨酸合成受阻。合成中起着重要作用，缺乏或量太高都会使谷氨酸合成受阻。生

41、物素通过影响细胞膜的通透性而影响谷氨酸发酵。生物素通过影响细胞膜的通透性而影响谷氨酸发酵。 微生物微生物MM代谢代谢一、谷氨酸发酵的菌种扩大培养一、谷氨酸发酵的菌种扩大培养斜面菌种一级种子培养二级种子培养发酵罐1，斜面菌种的培养 菌种的斜面培养必须有利于菌种生长而不产酸，并要求斜面菌种绝对纯，不得混有任何杂菌和噬菌体，培养条件应有利于菌种繁殖，培养基以多含有机氮而不含或少含糖为原则。(1)斜面培养基组成葡萄糖 0.1%，蛋白胨 1.0%，牛肉膏 1.0%，氯化钠 0.5%，琼脂 2.02.5%，pH 7.07.2（传代和保藏斜面不加葡萄糖）。(2)培养条件3334，培养1824h。微生物微生物

42、MM代谢代谢2，一级种子培养 一级种子培养的目的在于大量繁殖活力强的菌体，培养基组成应以少含糖分，多含有机氮为主，培养条件从有利于长菌考虑。(1)培养基组成葡萄糖 2.5%，尿素 0.5%，硫酸镁 0.04%，磷酸氢二钾 0.1%，玉米浆 2.53.5%(按质增减)，硫酸亚铁、硫酸锰各2ppm，pH7.0。(2)培养条件 用1000mL三角瓶装入培养基200mI，灭菌后置于冲程7.6cm、频率96次/min的往复式摇床上振荡培养12h，培养温度3334。微生物微生物MM代谢代谢(3)一级种子质量要求种龄：12h，pH值：6.40.1光密度：净增OD值0.5以上残糖：0.5以下 无菌检查：(-)

43、噬菌体检查：(-)镜检：菌体生长均匀、粗壮，排列整齐革兰氏阳性反应。微生物微生物MM代谢代谢3，二级种子培养为了获得发酵所需要的足够数量的菌体，在一级种子培养的基础上进而扩大到种子罐的二级种子培养。种子罐容积大小取决于发酵罐大小和种量比例。(1)培养基组成培养基组培养基组成（成（%）T6-T6-1313B9B9T73T738 8AS1.AS1.299299水解糖水解糖玉米浆玉米浆磷酸氢二磷酸氢二钾钾硫酸镁硫酸镁尿素尿素FeFe+（ppmppm）MnMn+（ppmppm）pHpH2.52.52.52.5- -3.53.50.10.15 50.00.04 40.40.42 22 26.86.8-

44、-7.07.02.52.52.52.5- -3.53.50.10.15 50.00.04 40.40.42 22 26.86.8- -7.07.02.52.52.52.5- -3.53.50.20.20.00.05 50.50.52 22 27.07.02.52.52.52.50.10.10.00.04 40.50.52 22 26.56.5- -6.86.8微生物微生物MM代谢代谢(2)培养条件接种量：0.81.0培养温度：3234培养时间：78h通风量：50L种子罐1:0.5搅拌转速340rmin；250L种子罐1:0.3搅拌转速300r min500L种子罐1:0.25搅拌转速230r

45、min微生物微生物MM代谢代谢(3)二级种子的质量要求种龄：78hpH：7.2左右OD值净增0.5左右无菌检查(-)噬菌体检查(-)微生物微生物MM代谢代谢四、呼吸（respiration） 从葡萄糖或其他有机物质脱下的电子或氢 经过系列载体最终传递给外源O2或其他氧 化型化合物并产生较多ATP的生物氧化过程。 有氧呼吸（aerobic respiration） 无氧呼吸（anaerobic respiration） 1 有氧呼吸 原核微生物：细胞膜上 真核微生物：线粒体内膜上 2 个产能的环节：Kreb 循环、电子传递。微生物微生物MM代谢代谢TCA循环的生理意义：（1）为细胞提供能量。（2

46、）三羧酸循环是微生物细胞内各种能源物质彻底氧化的共同代谢途径。 （3)三羧酸循环是物质转化的枢纽。 （1）TCA循环、柠檬酸循环或Krebs循环 微生物微生物MM代谢代谢TCA 的补充途径 I 乙醛酸循环（TCA 循环支路） （异柠檬酸裂合酶）（异柠檬酸裂合酶）（乙酰（乙酰-CoA-CoA合成酶）合成酶）（苹果酸合成酶）苹果酸合成酶）乙酰-CoA异柠檬酸琥珀酸 + 乙醛酸乙酸苹果酸Ii 丙酮酸 、PEP等化合物固定CO2的方法Iii 厌氧、兼性厌氧微生物获得TCA 中间产物方式微生物微生物MM代谢代谢（2）电子传递链1）电子传递链载体:NADH脱氢酶黄素蛋白辅酶Q（CoQ）铁-硫蛋白及细胞色素

47、类蛋白 在线粒体内膜中以4个载体复合物的形式从低氧化还原势的化合物到高氧化还原势的分子氧或其他无机、有机氧化物逐级排列。 微生物微生物MM代谢代谢2）原核微生物电子传递链特点：最终电子受体多样：O2、NO3-、NO2-、NO-、SO42-、S2-、CO32-等； 电子供体： H2、S、Fe2+、NH4+、NO2-、G、其他有机质等； 含各种类型细胞色素： a、a1、a2、a4、b、b1、c、c1、c4、c5、d、o等；末端氧化酶： cyt a1、a2、a3、d、o，H2O2酶、过氧化物酶；呼吸链组分多变存在分支呼吸链： 细菌的电子传递链更短并PO比更低，在电子传递链的几个位置进入链和通过几个位

48、置的末端氧化酶而离开链。 E.coli （缺氧） CoQ cyt.b556 cyt.o cyt.b558 cyt.d（抗氰化物） 细胞色素0分支对氧亲和性低，是一种质子泵，在氧供应充足的条件下工作 ；细胞色素d分支对氧有很高的亲和性，因此在氧供应不足的情况下起作用。 电子传递多样： CoQ cyt.也可不经过此途径。 微生物微生物MM代谢代谢3） 氧化磷酸化产能机制 化学偶联假说、构象偶联假说、化学渗透假说化学渗透学说-英国生物化学家PeterMitchell于1961年提出的。该假说认为电子传递链的组成导致质子从线粒体的基质向外移动，电子向内传递。质子传递可能是由于载体环或特定的质子泵的作用

49、，驱动泵的能量来自电子传递。来自被氧化底物上的一对电子沿传递链转移时所产生的跨膜的电化学梯度（即质子动势Proton motiveforce,PMF)是ATP合成的原动力。当质子动势驱动被转移至膜间空键的质子返回线粒体基质中时，所释放的能量推动ADP磷酸化生成ATP。质子推动力（p）取决于跨膜的质子浓度（pH）和内膜两侧的电位差（）。 微生物微生物MM代谢代谢 特点： a常规途径脱下的氢，经部分呼吸链传递； b氢受体：氧化态无机物（个别：延胡索酸） c产能效率低。 硝酸盐呼吸（反硝化作用）即硝酸盐还原作用 特点： a 有其完整的呼吸系统； b 只有在无氧条件下，才能诱导出反硝化作 用所需的硝酸

50、盐还原酶A、亚硝酸还原酶等 c 兼性厌氧 细菌：铜绿假单胞、地衣芽孢杆菌等。2 无氧呼吸（厌氧呼吸）微生物微生物MM代谢代谢硝酸盐作用硝酸盐作用同化性硝酸盐作用：同化性硝酸盐作用： NO NO3 3- - NH NH3 3 - N - N R - NH R - NH2 2 异化性硝酸盐作用：异化性硝酸盐作用： 无氧条件下，利用无氧条件下，利用NONO3 3 3 3- - - -为最终氢受体为最终氢受体 NO NO3 3- - NO NO2 2 NO NO N N2 2O O N N2 2 反硝化意义：反硝化意义：1 1）使土壤中的氮（硝酸盐）使土壤中的氮（硝酸盐NONO3-3-）还原成氮气而消

51、失，降低土壤的肥力；）还原成氮气而消失，降低土壤的肥力；2 2）反硝化作用在氮素循环中起重要作用）反硝化作用在氮素循环中起重要作用。 亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶氧化氮还原酶氧化氮还原酶氧化亚氮还原酶氧化亚氮还原酶硝酸盐还原酶硝酸盐还原酶 微生物微生物MM代谢代谢 硫酸盐呼吸（硫酸盐还原） 厌氧时，SO42- 、SO32-、S2O32- 等为末端电 子受体的呼吸过程。 特点： a、严格厌氧； b、大多为古细菌 c、极大多专性化能异氧型，少数混合型； d、最终产物为H2S； SO42-2- SO32-2- SO2 S H2S e、利用有机质（有机酸、脂肪酸、醇类）作 为氢供体或电子供体； f、环境：

52、 富含SO42-的厌氧环境（土壤、海水、污水等） 微生物微生物MM代谢代谢硫呼吸 （硫还原） 以元素以元素S S作为唯一的末端电子受体。作为唯一的末端电子受体。 电子供体：乙酸、小肽、葡萄糖等电子供体：乙酸、小肽、葡萄糖等碳酸盐呼吸（碳酸盐还原） 以以COCO2 2、HCOHCO3 3- - - - 为末端电子受体为末端电子受体 产甲烷菌产甲烷菌 利用利用H H2 2作电子供体（能源）、作电子供体（能源）、COCO2 2为为 受体，受体，产物产物CHCH4 4；产乙酸细菌产乙酸细菌 H H2 2 / CO / CO2 2 进行无氧呼吸，产物进行无氧呼吸，产物为为乙酸乙酸。 微生物微生物MM代谢

53、代谢其他类型无氧呼吸 以以FeFe3+3+、MnMn2+2+许多有机氧化物等作为末许多有机氧化物等作为末 端电子受体的无氧呼吸。端电子受体的无氧呼吸。 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 + 1 ATP + 1 ATP 。被砷、硒化合物污染的土壤中，厌氧条件下生长一些还被砷、硒化合物污染的土壤中，厌氧条件下生长一些还原硫细菌。原硫细菌。利用Desulfotomaculum auripigmentum还原AsO43-生产三硫化二砷（雌黄）作用：生物矿化和微生物清污微生物微生物MM代谢代谢第二节 微生物特有的合成代谢途径一、细菌的光合作用 真核生物：藻类及其他绿色植物 产氧 原核生物：蓝细菌光能营养型

54、生物 不产氧 （仅原核生物有）：光合细菌1、光合细菌类群1）产氧光合细菌好氧菌 各种绿色植物、藻类 蓝细菌：专性光能自养。 (H2S环境中，只利用光合系统 I 进行不产氧作用)。 微生物微生物MM代谢代谢2）不产氧光合细菌a、紫色细菌 只含菌绿素a 或 b。紫硫细菌（着色菌科）（紫硫细菌（着色菌科）（旧称红硫菌科）含紫色类胡萝卜素，菌体较大。S沉积胞内。氢供体：H2S、H2 或 有机物。 H2S S SO42- ； 少数暗环境以S2O32-作为电子供体。氧化铁紫硫细菌（氧化铁紫硫细菌（Chromatium属）利用FeS,或Fe2+ 2+ 氧化产生Fe(OH)3沉淀微生物微生物MM代谢代谢紫色非

55、硫细菌（红螺菌科）：紫色非硫细菌（红螺菌科）：旧认为不能利用硫化物作为电子供体；现知大多数亦能利用硫化物，但浓度不能高。b、绿色细菌（绿硫细菌） 含较多的菌绿素c、d 或 e ，少量 a 。 电子供体：硫化物 或 元素硫，S沉积胞外（类似紫色非硫细菌）；暗环境中不进行呼吸代谢，还可同化乙酸、丙酸、乳酸等简单有机物。微生物微生物MM代谢代谢2、细菌光合色素 1）叶绿素（chlorophyll）：680、440nm 2）菌绿素 a、b、c、d、e、g。 a ：与叶绿素 a 基本相似；850nm处。 b：最大吸收波长8401030。 3）辅助色素：提高光利用率 类胡萝卜素： 藻胆素：蓝细菌独有 藻红

56、素（550nm）、藻蓝素（620 640 nm） 藻胆蛋白：与蛋白质共价结合的藻胆素。 微生物微生物MM代谢代谢3、细菌光合作用1）循环光合磷酸化 细菌叶绿素将捕获的光能传输给其反应中心叶绿素P870，P870吸收光能并被激发，使它的还原电势变得很负，被逐出的电子经过由脱镁菌绿素(bacteriopheophytin，Bph)、CoQ、细胞色素b和c组成的电子传递链传递返回到细菌叶绿素P870，同时造成了质子的跨膜移动，提供能量用于合成ATP。特点： a、光驱使下，电子自菌绿素上逐出后，经过类似呼吸链的循环，又回到菌绿素； b、产ATP和还原力H分别进行，还原力来自H2S等无机物； c、不产氧

57、（O2）。 微生物微生物MM代谢代谢光驱使下，电子自菌绿素上逐出后，经过类似呼吸链的循环，又回到菌绿素产ATP和还原力分别进行.紫色细菌循环光合磷酸化过程 微生物微生物MM代谢代谢外源电子供体 H2S等无机物氧化放出电子，最终传至失电子的光合色素时与ADP磷酸化偶联产生ATP。特点：只有一个光合系统，光合作用释放的电子仅用于NAD+还原NADH，但电子传递不形成环式回路。绿硫细菌和绿色细菌微生物微生物MM代谢代谢 2 2）非循环光合磷酸化）非循环光合磷酸化 特点：特点： a a、电子传递非循环式；、电子传递非循环式； b b、在有氧的条件下进行；、在有氧的条件下进行； c c、存在两个光合系统

58、、存在两个光合系统 d d、ATPATP、还原力、还原力、O O2 2 2 2同时产生同时产生 当光反应中心当光反应中心I I的叶绿素的叶绿素P700P700吸收光量子能量后释放的电子，吸收光量子能量后释放的电子，经过黄素蛋白和铁氧还蛋白经过黄素蛋白和铁氧还蛋白(Fd)(Fd)传递给传递给NAD+NAD+（NADPNADP）生成）生成NADHNADH（NADPHNADPH）+H(+H(还原力还原力) )，而不是返回氧化型，而不是返回氧化型P700P700。光合系。光合系统统IIII将电子提供给氧化型将电子提供给氧化型P700P700，并产生，并产生ATPATP。 光合系统光合系统IIII天线色

59、素吸收光能并激发天线色素吸收光能并激发P680P680放出电子，然后还放出电子，然后还原脱镁叶绿素原脱镁叶绿素a(a(脱镁叶绿素脱镁叶绿素a a是是2 2个氢原子取代中心镁原子的叶绿个氢原子取代中心镁原子的叶绿素素a)a)，经过由质体醌，经过由质体醌(plastoquinone(plastoquinone，PQ)PQ)、Cyt.bCyt.b、Cyt.fCyt.f和质和质体蓝素体蓝素(plastocyanin(plastocyanin，PC)PC)组成的电子传递链到氧化型组成的电子传递链到氧化型 P700 P700（不返回氧化型（不返回氧化型P680P680），而氧化型），而氧化型P680P68

60、0从水氧化成从水氧化成0202过程中得到过程中得到电子。在光系统电子。在光系统中，电子由中，电子由PQPQ经经Cyt.bCyt.b传递给传递给Cyt.fCyt.f时与时与ADPADP磷磷酸化偶联产生酸化偶联产生ATPATP。微生物微生物MM代谢代谢蓝细菌等的产氧光合作用非循环光合磷酸化过程 微生物微生物MM代谢代谢3）依靠菌视紫红质的光合作用无叶绿素或菌绿素参与的独特的光合作用，是迄今为止最简单的光合磷酸化反应。 极端嗜盐古细菌 菌视紫红质： 以“视黄醛”（紫色）为辅基。 与叶绿素相似，具质子泵作用。 与膜脂共同构成紫膜；埋于红色细胞膜（类胡 萝卜素）内。 微生物微生物MM代谢代谢ATP合成机

61、理：视黄醛吸收光，构型改变，质子泵到膜外，膜内外形成质子梯度差和电位梯度差，是ATP合成的原动力，驱动ATP酶合成ATP。微生物微生物MM代谢代谢二、细菌化能自养作用细菌化能自养作用 化能无机营养型细菌：通常是化能自养型细菌，一般是好氧菌。 产能的途径主要是借助于无机电子供体(能源物质)的氧化，从无机物脱下-的氢(电子)直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生ATP。最普通的电子供体是氢、还原型氮化合物、还原型硫化合物和亚铁离子(Fe2)。 利用卡尔文循环固定C02作为它们的碳源。最重要反应： CO2 还原成CH20水平的简单有机物，进一步合成复杂细胞成分 大量耗能、耗还原力的过程。微生物微生物MM代

62、谢代谢 化能自养细菌的能量代谢化能自养细菌的能量代谢特点：特点： 无机底物脱下的氢（电子）从相应位置直接进入呼吸无机底物脱下的氢（电子）从相应位置直接进入呼吸链氧化磷酸化产能。链氧化磷酸化产能。 电子可从多处进入呼吸链，所以呼吸链有多种多样。电子可从多处进入呼吸链，所以呼吸链有多种多样。 产能效率，即氧化磷酸化效率产能效率，即氧化磷酸化效率(P(P0 0值值) )通常要比化能通常要比化能异养细菌的低。异养细菌的低。 生长缓慢，产细胞率低。有以下特点：无机底物上脱生长缓慢，产细胞率低。有以下特点：无机底物上脱下的氢下的氢( (电子电子) )直接进入呼吸链。直接进入呼吸链。微生物微生物MM代谢代谢

63、1 1 硝化细菌硝化细菌 能氧化氮的化能无机营养型细菌能氧化氮的化能无机营养型细菌杆状、椭圆形、球形、螺旋形或裂片状，且它们可能有极生或周生鞭毛。杆状、椭圆形、球形、螺旋形或裂片状，且它们可能有极生或周生鞭毛。好氧、没有芽孢的革兰氏阴性有机体，好氧、没有芽孢的革兰氏阴性有机体， 在细胞质中有非常发达的内膜复合体。在细胞质中有非常发达的内膜复合体。将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用。将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用。 a a、亚硝化细菌亚硝化细菌 NH NH3 3 3 3 +O +O2 2 2 2 + 2H+ NH + 2H+ NH2 2 2 2OH + HOH + H2 2 2 2O O A

64、氨单加氧酶羟氨氧化酶HNO2 +4H+ +4e- b、硝化细菌NO2- + H2O 亚硝酸氧化酶NO3-+ 2H+ +2e-根据它们氧化无机化合物的不同也称氨氧化细菌(产生1分子ATP) 微生物微生物MM代谢代谢 2 2 氢细菌（氧化氢细菌）氢细菌（氧化氢细菌） 能利用氢作为能源的细菌组成的生理类群称氢细菌或氢能利用氢作为能源的细菌组成的生理类群称氢细菌或氢氧化细菌氧化细菌( (hydrogen oxidizing bacteriahydrogen oxidizing bacteria) )。 兼性化能自养菌兼性化能自养菌 主要有假单胞菌属、产碱杆菌属主要有假单胞菌属、产碱杆菌属(Alcali

65、genes)(Alcaligenes)、副球菌属、副球菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属芽孢杆菌属、黄杆菌属(Flavobacterium)(Flavobacterium)、水螺菌属、水螺菌属(Aquaspirillum)(Aquaspirillum)、分支杆菌属、分支杆菌属( (Mycobacterium)Mycobacterium)和诺卡氏菌和诺卡氏菌属属(Nocardia)(Nocardia)等。等。 产能：产能： 2H 2H2 2 + O + O2 2 2 H 2 H2 2O O 合成代谢反应：合成代谢反应： 2H 2H2 2 + CO + CO2 2 CH CH2 2O + HO + H2

66、2O O。微生物微生物MM代谢代谢 氢细菌的自氧作用 第一步：产能反应，氧化4分子H。产生1分子ATP； 第二步：合成代谢反应，用所产生的ATP还原C02构成细胞物质CH2O和生长。 在Ralstonia eutropha中存在两种氢酶，一种膜结合氢酶涉及质子动势而细胞质中的氢酶为Calvin cycle 提供还原力NADH。微生物微生物MM代谢代谢3 3 硫细菌（硫氧化细菌）硫细菌（硫氧化细菌） 利用利用H H2 2 2 2S S、S0S02 2 2 2、S S2 2 2 2O O3 3 3 32-2-2-2-等无机硫化物进行自养生等无机硫化物进行自养生长长, ,主要指化能自氧型硫细主要指化

67、能自氧型硫细菌菌 大多数硫杆菌，脱下的大多数硫杆菌，脱下的H H+ + + +（e e- -）经）经cyt.ccyt.c部位进入呼部位进入呼吸链；吸链； 而脱氮硫杆菌从而脱氮硫杆菌从FPFP或或 cyt.bcyt.b水平进入。水平进入。 嗜酸型嗜酸型硫细菌硫细菌能氧化元素能氧化元素硫和还原性硫化物外，还硫和还原性硫化物外，还能将亚铁离子能将亚铁离子(Fe(Fe2 2) )氧化氧化成铁离子成铁离子(Fe(Fe3 3) )。微生物微生物MM代谢代谢微生物微生物MM代谢代谢产能途径第一阶段，H2S、S0和S2O32等硫化物被氧化为SO32第二阶段，形成的SO32进一步氧化为SO42和产能。1、由细胞

68、色素亚硫酸氧化酶将SO32直接氧化成为SO42，并通过电子传递磷酸化产能，普遍存在于硫杆菌中。2、磷酸腺苷硫酸(adenosine phosphosulfate，APS)途径。在这条途径中，亚硫酸与腺苷单磷酸反应放出2个电子生成一种高能分子APS，放出的电子经细胞电子传递链的氧化磷酸化产生ATP。由腺苷酸激酶的催化，每氧化1分子SO32产生15分子ATP。 微生物微生物MM代谢代谢4 4 铁细菌和细菌沥滤铁细菌和细菌沥滤 (1) (1) 铁细菌铁细菌（多数为化能自养，少数兼性厌氧，多数为化能自养，少数兼性厌氧，产能低。）产能低。） 定义：能氧化定义：能氧化FeFe2 2成为成为FeFe3 3并

69、产能的细菌被称并产能的细菌被称为铁细菌为铁细菌( (iron bacteriairon bacteria) )或铁氧化细菌或铁氧化细菌( (iron iron oxidizing bacteriaoxidizing bacteria) )。包括亚铁杆菌属。包括亚铁杆菌属( (FerrobacillusFerrobacillus) )、嘉利翁氏菌属、嘉利翁氏菌属( (GallionellaGallionella) )、纤发菌属、纤发菌属( (LeptothrixLeptothrix) )、泉、泉发菌属发菌属( (CrenothrixCrenothrix) )和球衣菌属和球衣菌属( (Sphaer

70、otilusSphaerotilus) )的成员。的成员。 有些氧化亚铁硫杆菌有些氧化亚铁硫杆菌( (Thiobacillus Thiobacillus frrooxidansfrrooxidans) )和硫化叶菌的一些成员，除了能和硫化叶菌的一些成员，除了能氧化元素硫和还原性硫化物外，还能将亚铁离氧化元素硫和还原性硫化物外，还能将亚铁离子子(Fe(Fe2 2) )氧化成铁离子氧化成铁离子(Fe(Fe3 3) )，所以它们既是，所以它们既是硫细菌硫细菌硫细菌硫细菌，也是，也是铁细菌铁细菌铁细菌铁细菌。 大多数铁细菌为专性化能自养，但也有兼性大多数铁细菌为专性化能自养，但也有兼性化能自养的。化能

71、自养的。 大多数铁细菌还是嗜酸性的。大多数铁细菌还是嗜酸性的。 铁细菌的细胞产率也相当低铁细菌的细胞产率也相当低 微生物微生物MM代谢代谢铁氧化细菌呼吸链的氧化磷酸化的产能途径微生物微生物MM代谢代谢 (2) 细菌沥滤 利用嗜酸性氧化铁和硫细菌氧化矿物中硫和硫化物的能力，让其不断制造和再生酸性浸矿剂，将硫化矿中重金属转化成水溶性重金属硫酸盐而从低品位矿中浸出的过程。又称细菌浸出或细菌冶金。原理：a、浸矿剂的生成 2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 2Fe2（SO4）3 + 2 H2Ob、低品位铜矿中铜以CuSO4形式浸出 CuS + 2 Fe

72、2（SO4）3 + 2H2O + O2 CuSO4 + 4FeSO4 +2H2SO4 c、铁屑置换CuSO4中的铜 CuSO4 + Fe FeSO4 + Cu 适于次生硫化矿和氧化矿的浸出，浸出 率达70% 80%。 微生物微生物MM代谢代谢1、固氮微生物的种类 一些特殊类群的原核生物原核生物能够将分子态氮还原为氨，然后再由氨转化为各种细胞物质。微生物利用其固氮酶系催化大气中的分子氮还原成氨的过程称为固氮作用固氮作用。 自生固氮菌自生固氮菌：独立固氮（氧化亚铁硫杆菌等） 共生固氮菌：与它种生物共生才能固氮 形成根瘤及其他形式 联合固氮菌： 必须生活在植物根际、叶面或动物 肠道等处才能固氮的微生

73、物。 根际芽孢杆菌属；叶面固氮菌属。三、固氮作用微生物微生物MM代谢代谢2、固氮机制1 1）固氮反应的条件）固氮反应的条件 a a ATPATP的供应：的供应： 1 mol N 1 mol N2 2 10 15 ATP 10 15 ATP b b 还原力还原力HH及其载体及其载体 氢供体：氢供体：H H2 2、丙酮酸、甲酸、异柠檬酸等。、丙酮酸、甲酸、异柠檬酸等。 电子载体：铁氧还蛋白（电子载体：铁氧还蛋白（FdFd）或黄素氧）或黄素氧 还蛋白（还蛋白（FldFld） 。 c c 固氮酶固氮酶固氮酶固氮酶 组分组分 I I ：真正：真正“ “固氮酶固氮酶” ”，又称，又称钼铁蛋钼铁蛋 白白（M

74、FMF）、）、钼铁氧还蛋白钼铁氧还蛋白（MoFdMoFd） 微生物微生物MM代谢代谢组分II： 固氮酶还原酶，不含钼，又称固氮酶还原酶，不含钼，又称铁蛋白铁蛋白、固氮、固氮 铁氧还蛋白（铁氧还蛋白（AzoFdAzoFd）特性：特性： 对氧极为敏感；需有对氧极为敏感；需有MgMg2+2+的存在；的存在； 专一性：除专一性：除N N2 2外，可还原其他一些化合物外，可还原其他一些化合物 C C2 2H H2 2 C C2 2H H4 4； 2H 2H+ + H H2 2 ； N N2 2O O N N2 2 ；HCN HCN CH CH4 4 + NH + NH3 3 （乙炔反应：乙炔反应：可用来

75、测知酶活）可用来测知酶活） d d 还原低物还原低物N N2 2： NH NH3 3存在时会抑制固氮作用存在时会抑制固氮作用。微生物微生物MM代谢代谢 N2 + 2e + 6H+ +（18 24）ATP 2NH3 + H2 +（18 24）ADP + 18 24 Pi a、固氮酶的形成 e 组分II 组分II（e）MgATP 组分I + N2 IN2 b、固氮阶段 N2* 2NH3 + H2 即 75% 还原力用来还原N2，25%的还原力 以H2形式浪费2）固氮生化过程 Fd，Fld+固氮酶（1：1复合物）微生物微生物MM代谢代谢固氮生化途径微生物微生物MM代谢代谢3、好氧性固氮菌的防氧机制

76、固固N N酶遇氧不可逆失活酶遇氧不可逆失活 （组分（组分I I，半衰期，半衰期1010；组分；组分II II，45”45”丧失一半活性）丧失一半活性） （1 1）自身固）自身固N N菌菌 a a 呼吸保护呼吸保护 固固N N菌科的固菌科的固N N菌以极强的呼吸作用消耗掉环境中的氧。菌以极强的呼吸作用消耗掉环境中的氧。 b b 构象保护构象保护 高氧分压环境，固氮酶能形成一无固高氧分压环境，固氮酶能形成一无固N N活性但能防止氧损伤的活性但能防止氧损伤的特殊构象。特殊构象。 构象保护的蛋白质构象保护的蛋白质 Fe-sFe-s蛋白蛋白II II 氧压增高氧压增高氧压增高氧压增高，固氮酶与，固氮酶与

77、FesFes蛋白蛋白II II结合，构象变化，丧失固结合，构象变化，丧失固N N能能力；力； 氧氧氧氧浓度降浓度降低低低低，蛋白自酶上解离，蛋白自酶上解离微生物微生物MM代谢代谢(2) (2) 蓝细菌保护固蓝细菌保护固N N酶机制酶机制 a a 分化出特殊的还原性分化出特殊的还原性异形胞异形胞（适宜固氮作用的细胞）适宜固氮作用的细胞） I I、厚壁，物理屏障；、厚壁，物理屏障； II II、缺乏氧光合系统、缺乏氧光合系统II II，脱氧酶、氢酶活性高；，脱氧酶、氢酶活性高； III III、SODSOD活性很高；活性很高； IV IV、呼吸强度高、呼吸强度高 b b 非异形胞蓝细菌固非异形胞蓝

78、细菌固N N酶的保护酶的保护 缺乏独特的防止氧对固缺乏独特的防止氧对固N N酶的损伤机制。酶的损伤机制。 I I 、固固N N、光合作用在、光合作用在时间上分隔时间上分隔开开 织线蓝菌属（黑暗：固织线蓝菌属（黑暗：固N N ； 光照：光合作用）光照：光合作用） II II、形成、形成束状群体束状群体（束毛蓝菌属），利于固束毛蓝菌属），利于固N N酶在微氧环境下固酶在微氧环境下固N N III III、提高胞内过、提高胞内过氧化酶、氧化酶、SODSOD的活力，解除氧毒（粘球蓝菌属）的活力，解除氧毒（粘球蓝菌属）微生物微生物MM代谢代谢 I、豆科植物的共 生菌 以类菌体形式存在于根瘤中 类菌体周膜

79、：豆血红蛋白，可与氧可逆结合 （高时结合，低时释放） 豆血红蛋白：蛋白部分由植物基因编码；血 红素有根瘤菌基因编码。 II、非豆科植物共生菌 含植物血红蛋白（功能相似豆血红蛋白） Frankin放线菌： 营养菌丝末端膨大的泡囊类似异形胞。 c 根瘤菌保护固N酶机制 微生物微生物MM代谢代谢四、肽聚糖的合成 1 1 在细胞质中的合成在细胞质中的合成UDP -UDP -胞壁酸胞壁酸5 5肽肽 a G a G G-UDP G-UDP，M-UDPM-UDP G G 6-P- 6-P-果糖果糖 6-P- 6-P-葡糖胺葡糖胺 N- N-乙酸葡糖胺乙酸葡糖胺-1-1-磷酸磷酸 N- N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖

80、胺-UDP -UDP N- N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸-UDP-UDP b M b M合成合成“Park”“Park”核苷酸核苷酸 （UDP-M-5UDP-M-5肽）肽） UDP UDP作为糖载体作为糖载体 D-Val-D-Val D-Val-D-Val为环丝氨酸（恶唑霉素）阻断；为环丝氨酸（恶唑霉素）阻断； 微生物微生物MM代谢代谢N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸亲水性化合物微生物微生物MM代谢代谢 肽聚糖单体亚单位的合成 载体：细菌萜醇（类脂载体） C55类异戊二烯醇（含11个异戊二烯单位） 穿膜的同时与G结合，接上肽桥， 此外，类脂载体还参与胞外多糖、脂多糖的合 成（磷壁酸、纤维素、几

81、丁质、甘露聚糖等） 万古霉素，杆菌肽所抑制这些反应 2 细胞膜中的合成微生物微生物MM代谢代谢“Park”核苷酸合成肽聚糖单体细胞膜上细胞质双糖肽位于细胞膜外细胞壁生长点处微生物微生物MM代谢代谢3 膜外的合成 a a、多糖链的伸长（多糖链的伸长（横向横向连接）：连接）： 肽糖单体肽糖单体+ +引物（引物（6868肽糖单位）肽糖单位） 多多 糖链横向延伸糖链横向延伸1 1双糖单位。双糖单位。 b b、相邻多糖链相联（、相邻多糖链相联（纵向纵向连接）：连接）： 2D-Val 2D-Val M-4 M-4肽肽 + D-Val + D-Val 甲肽尾五甘氨酸肽的游离甲肽尾五甘氨酸肽的游离NHNH与乙

82、肽尾与乙肽尾 D-Val D-Val（第（第4 4个氨基酸）游离个氨基酸）游离COOHCOOH转肽作用：转肽作用： 青霉素所抑制。青霉素为青霉素所抑制。青霉素为D-Val-D-ValD-Val-D-Val结构类结构类 似物，竞争转肽酶似物，竞争转肽酶转糖基（形成转糖基（形成 -1，4糖苷键）糖苷键）微生物微生物MM代谢代谢转糖基作用和转肽作用微生物微生物MM代谢代谢 第三节第三节 微生物次级代谢与次级代谢产物微生物次级代谢与次级代谢产物 一、次级代谢与次级代谢产物一、次级代谢与次级代谢产物 一一般般将将微微生生物物通通过过代代谢谢活活动动所所产产生生的的自自身身繁繁殖殖所所必必需需的的物物质质

83、和和能能量量的的过过程程，称称为为初初级级代代谢谢, ,该该过过程程所所产产生生的的产产物物即即为为初初级级代代谢谢产产物物，如如氨氨基基酸酸、核核苷苷类类，以以及及酶酶或或辅酶辅酶等。等。 次次级级代代谢谢是是指指微微生生物物在在一一定定的的生生长长时时期期，以以初初级级代代谢谢产产物物为为前前体体，合合成成一一些些对对于于该该微微生生物物没没有有明明显显的的生生理理功功能能且且非非其其生生长长和和繁繁殖殖所所必必需需的的物物质质的的过过程程。这这一一过过程程的的产产物物，即即为为次次级级代代谢谢产产物物，如如抗抗生生素素、激激素素、生生物物碱碱、毒素及维生素等。毒素及维生素等。微生物微生物

84、MM代谢代谢 次次级级代代谢谢与与初初级级代代谢谢关关系系密密切切，初初级级代代谢谢的的关关键键性性中中间间产产物物往往往往是是次次级级代代谢谢的的前前体体，比比如如糖糖降降解解过过程程中中的的乙乙酰酰-CoA-CoA是是合合成成四四环环素素、红红霉霉素素的的前前体体；一一般般菌菌体体的的次次级级代代谢谢在在对对数数生生长长后后期期或稳定期间进行，受环境条件的影响；或稳定期间进行，受环境条件的影响； 次次级级代代谢谢产产物物的的合合成成，因因菌菌株株不不同同而而异异，但但与与分分类类地地位位无无关关；与次级代谢的关系密切的质粒则控制着多种抗生素的合成。与次级代谢的关系密切的质粒则控制着多种抗生

85、素的合成。 次级代谢产物次级代谢产物在微生物生命活动过程中的产生极其微量，对微在微生物生命活动过程中的产生极其微量，对微生物本身的生命活动没有明显作用，当次级代谢途径被阻断时，生物本身的生命活动没有明显作用，当次级代谢途径被阻断时，菌体生长繁殖仍不会受到影响，因此，它们菌体生长繁殖仍不会受到影响，因此，它们没有一般性的生理没有一般性的生理功能，功能，也也不是不是生物体生长繁殖的生物体生长繁殖的必需物质必需物质，但对其它生物体往，但对其它生物体往往往具有不同的生理活性作用具有不同的生理活性作用，因此，人们利用这些具有各种生，因此，人们利用这些具有各种生理活性的次级代谢产物生产具有应用价值的药物。

86、理活性的次级代谢产物生产具有应用价值的药物。 微生物微生物MM代谢代谢二、次级代谢的调节1 1初级代谢对次级代谢的调节初级代谢对次级代谢的调节 次级代谢与初级代谢类似，它在调节过程中也有酶活性的激活次级代谢与初级代谢类似，它在调节过程中也有酶活性的激活和抑制及酶合成的诱导和阻遏。和抑制及酶合成的诱导和阻遏。 2 2含氮化合物对次级代谢的调节作用含氮化合物对次级代谢的调节作用 菌体内的谷氨酰胺合成酶菌体内的谷氨酰胺合成酶(GS)(GS)的水平与抗生素的产量间呈正相的水平与抗生素的产量间呈正相关性，丙氨酸脱氢酶关性，丙氨酸脱氢酶(ADH)(ADH)水平与利福霉素水平与利福霉素SVSV合成则呈负的相

87、关合成则呈负的相关性，而性，而ADHADH和和GSGS同化氨途径受培养基中氨浓度的调节，因此，氨同化氨途径受培养基中氨浓度的调节，因此，氨浓度的调节影响抗生素的产量。浓度的调节影响抗生素的产量。 3 3诱导作用及产物的反馈抑制诱导作用及产物的反馈抑制微生物微生物MM代谢代谢一、微生物代谢产物的利用 利用微生物代谢过程中产生的众多代谢产物生产各种发酵产品。按照积累产物类型： 初级代谢产物，如氨基酸、核苷类，以及酶或辅酶； 次级代谢产物，抗生素、激素、生物碱、毒素及维生 素等。按照发酵类型： 自然发酵：酒精、乳酸等， 代谢控制发酵：终端产物:赖氨酸、鸟苷酸、腺苷酸等； 中间产物:柠檬酸、-酮戊二酸

88、、琥珀酸、 高丝氨酸、肌苷酸、黄苷酸等；第四节第四节 微生物代谢与生产实践微生物代谢与生产实践 微生物微生物MM代谢代谢1发酵条件的控制 人们通过对微生物菌种营养和培养条件的控制生产所要的目的产品:1）培养条件：温度、pH值、渗透压的控制；2）营养成分的控制：葡萄糖浓度、碳氮比、生长因子、无机离子等；3）溶解氧的控制：通气量，搅拌等。微生物微生物MM代谢代谢产黄青霉（Penicillium chrysogenum）的青霉素发酵过程 根据不同生理代谢过程的温度特点分四段控制其培养温度： 30 25 200小时 5小时 4 0小时 125小 25时 165小时 结果：青霉素产量比保持在30恒温培养

89、提高了14.7。 微生物微生物MM代谢代谢2 2代谢调节的控制代谢调节的控制（1 1）应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节）应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节 赖氨酸发酵赖氨酸发酵（高丝氨酸缺陷型菌株）（高丝氨酸缺陷型菌株） 在这个代谢工程的设计中，是利用阻断分支途径的高丝氨酸的合成，来解除(Lys+Thr)的反馈调节。即造成高丝氨酸缺陷型(Hser一)，就可解除末端产物对限速酶的反馈抑制。微生物微生物MM代谢代谢谷氨酸棒杆菌 Corynebacterium glutamicum （高丝氨（高丝氨酸缺陷型菌株）：不能合成高丝氨酸脱氢酶酸缺陷型菌株）：不能合成高丝氨酸脱氢酶（HSDH),H

90、SDH),就不能产生苏氨酸和甲硫氨酸，从而产就不能产生苏氨酸和甲硫氨酸，从而产生大量的赖氨酸。生大量的赖氨酸。微生物微生物MM代谢代谢（2）选育细胞膜缺损突变株 油酸缺陷型、甘油缺陷型，或生物素缺陷型油酸缺陷型、甘油缺陷型，或生物素缺陷型 利用油酸缺陷型菌株，限量添加油酸，限制细胞膜磷脂中不饱和脂肪酸的合成而使细胞膜缺损，利于代谢产物渗漏而提高谷氨酸的产量。生物素缺陷型原理 在脂肪酸生物合成途径中，由乙酰辅酶A羧化成丙二酸单酰辅酶A的反应是一个限速步骤，该反应由乙酰辅酶A羧化酶系催化，包括生物素羧化酶，羧基转移酶和生物素羧基载体蛋白CCP，并且需要生物素作辅酶。选育生物素营养缺陷型菌株，使细胞

91、中的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的合成受阻，从而影响到磷脂的合成。在培养时限量添加生物素或含生物素的原料，可以控制膜的厚度来调节透性。微生物微生物MM代谢代谢3 3微生物代谢与代谢工程微生物代谢与代谢工程 近近年年来来，基基因因工工程程的的不不断断发发展展，也也为为微微生生物物代代谢谢在在发发酵酵生生产的应用提供了新的方法。产的应用提供了新的方法。 人人们们通通过过分分子子生生物物学学技技术术和和DNADNA重重组组技技术术, , 可可以以定定向向地地对对细细胞胞代代谢谢途途径径进进行行修修饰饰或或引引入入新新的的反反应应，以以改改进进产产物物的的生生成成或或改改变变细细胞胞的的代代谢谢特特性性。

92、但但这这些些改改进进都都是是与与微微生生物物的的基基因调控和代谢调控及生化工程相结合来实现的。因调控和代谢调控及生化工程相结合来实现的。 利利用用DNADNA重重组组技技术术改改变变微微生生物物代代谢谢流流，扩扩展展和和构构建建新新的的代代谢谢途途径径，或或通通过过关关联联酶酶将将两两个个代代谢谢途途径径连连接接形形成成新新的的代代谢谢流的研究，流的研究，取得了令人瞩目的进展取得了令人瞩目的进展。微生物微生物MM代谢代谢1)克隆来自细菌的木糖异构酶基因，2)克隆来自柄状毕赤酵母（Pichia stipitis）的木糖还原酶和木糖醇脱氢酶基因。引入木糖代谢途径（戊糖代谢生产乙醇的代谢工程） 酵母

93、菌Saccharomyces的代谢工程微生物微生物MM代谢代谢 二、微生物代谢活性的利用 1 1生物转化生物转化 生生物物转转化化是是指指利利用用生生物物体体代代谢谢过过程程中中产产生生的的酶酶使使底底物物进进行行有有机机反反应应。生生物物转转化化一一般般采采用用微微生生物物细细胞胞或或微微生生物物酶酶作作催催化化剂，故又称作剂，故又称作微生物转化。微生物转化。 微生物转化微生物转化的一个重要领域是手性化合物的合成与拆分。的一个重要领域是手性化合物的合成与拆分。 主主要要应应用用在在药药物物、香香料料，杀杀虫虫剂剂、杀杀菌菌剂剂，除除草草剂剂，昆昆虫虫激激素素等等方方面面。如如，光光学学活活性

94、性的的R-R-和和L-4-L-4-氯氯-3-3-羟羟基基丁丁酸酸乙乙酯酯（R-R-和和S-CHBES-CHBE）是是制制备备各各种种光光学学活活性性化化合合物物的的基基本本原原料料，如如L-L-肉肉毒毒碱碱（R-R-型型），3-3-羟羟基基-3-3甲甲基基戊戊二二酰酰（ HMGHMG）-CoA-CoA-还还原酶抑制剂和原酶抑制剂和1 1，4-4-二氢吡啶二氢吡啶- -型的型的- -阻断剂（阻断剂（L-L-型）。型）。 微生物微生物MM代谢代谢2 2微生物降解秸杆微生物降解秸杆 秸秸秆秆成成分分中中的的纤纤维维素素和和半半纤纤维维素素能能够够被被草草食食动动物物的的瘤瘤胃胃微微生生物物充充分分降

95、降解解利利用用，但但由由于于木木质质素素和和纤纤维维素素之之间间镶镶嵌嵌在在一一起起形形成成坚坚固固的的酯酯键键，阻阻碍碍了了瘤瘤胃胃微微生生物物对对纤纤维维素素的的降降解解，导导致致秸秸秆秆消消化化率率低低。因因此此提提高高秸秸秆秆消消化化率率的的关关键键是是降降解解木木质质素素，打断酯键。打断酯键。 英英国国AstonAston大大学学最最近近从从秸秸秆秆堆堆中中分分离离出出一一种种白白腐腐真真菌菌，这这种种微微生生物物只只降降解解木木质质素素，不不降降解解纤纤维维素素，用用作作处处理理秸秸秆秆，可可使使秸秸秆的体外消化率从秆的体外消化率从19.63%19.63%提高到提高到41.13%4

96、1.13%。 白白腐腐真真菌菌分分解解木木质质素素的的机机理理是是：在在适适宜宜的的条条件件下下，白白腐腐真真菌菌的的菌菌丝丝首首先先用用其其分分泌泌的的超超纤纤维维氧氧化化酶酶溶溶解解表表面面的的蜡蜡质质，然然后后菌菌丝丝进进入入秸秸秆秆内内部部，并并产产生生纤纤维维素素酶酶、半半纤纤维维素素酶酶、内内切切聚聚糖糖酶酶、外外切切聚聚糖糖酶酶，降降解解秸秸秆秆中中的的木木质质素素和和纤纤维维素素，使使其其成成为含有酶的糖类，从而使秸秆变得香甜可口，易于消化吸收。为含有酶的糖类，从而使秸秆变得香甜可口，易于消化吸收。微生物微生物MM代谢代谢山东大学微生物研究所进行了以下研究： 选育出的青霉抗降解

97、物阻遏突变株，产酶能力达到了国际先进水平，已用于投资建厂生产饲料、食品加工、纺织和造纸工业用酶； 已开发出多种利用纤维废物生产纤维素酶、酒精和菌体蛋白饲料的新工艺。 青霉纤维素酶系的酶学研究 纤维素酶系酶解机制和活力测定方法的研究 纤维废物液体深层发酵生产纤维素酶 微生物对天然纤维素的降解机制研究 真菌纤维素酶合成调控机制及连续产酶工艺研究 木糖利用微生物及其代谢调控研究 微生物微生物MM代谢代谢3 3微生物冶金、采油微生物冶金、采油 人类利用具有人类利用具有氧化硫化物矿中的硫和硫化物能力的微生物氧化硫化物矿中的硫和硫化物能力的微生物将硫化矿中的重金属通过转化成高度水溶性的重金属硫酸将硫化矿中

98、的重金属通过转化成高度水溶性的重金属硫酸盐而从低品位矿中浸出来盐而从低品位矿中浸出来生产黄金生产黄金。 如，氧化亚铁硫杆菌如，氧化亚铁硫杆菌( (Thiobacillus ferooxidansThiobacillus ferooxidans) )的氧化的氧化作用可从金矿石中除去硫、砷，浸提黄金，如果用化学方作用可从金矿石中除去硫、砷，浸提黄金，如果用化学方法浸提金的话，其得率不到法浸提金的话，其得率不到7070； 俄罗斯科学家使用多种适于在俄罗斯科学家使用多种适于在石油石油中生存的中生存的微生物微生物，将其，将其与催化剂一同置于采油管内，这些微生物新陈代谢的产物与催化剂一同置于采油管内，这些

99、微生物新陈代谢的产物可以大大可以大大增强石油的流动性增强石油的流动性，从而，从而提高采油率提高采油率，而不会影，而不会影响石油的质量。响石油的质量。 微生物微生物MM代谢代谢4生物降解 迄今为止迄今为止, ,已知的环境污染物达数十万种之多，其已知的环境污染物达数十万种之多，其中大量的是有机物。由于微生物的代谢类型极其多中大量的是有机物。由于微生物的代谢类型极其多样，作为一个整体，样，作为一个整体，微生物分解有机物微生物分解有机物的能力是惊的能力是惊人的。可以说，凡自然界存在的有机物，几乎都能人的。可以说，凡自然界存在的有机物，几乎都能被微生物所分解。被微生物所分解。 我们可从中我们可从中筛选筛

100、选出一些出一些污染物的高效降解菌污染物的高效降解菌。更。更可利用这一原理定向驯化、选出污染物的高效降解可利用这一原理定向驯化、选出污染物的高效降解菌，以使不可降解的或难降解的污染物，转变为能菌，以使不可降解的或难降解的污染物，转变为能降解的，甚至能使它们迅速、高效地去除。降解的，甚至能使它们迅速、高效地去除。 李俊刚：杀虫剂的微生物降解（农业环境保护，李俊刚：杀虫剂的微生物降解（农业环境保护，19931993。NO.4,171.NO.4,171.微生物微生物MM代谢代谢微生物代谢作业1、试列表比较呼吸、无氧呼吸和发酵的异同点。2、试列表比较同型和异型乳酸发酵。3、什么叫循环光合磷酸化？什么叫非

101、循环光合磷酸化？4、试比较细菌光合作用与植物光合作用的异同。微生物微生物MM代谢代谢参考文献:1沈萍微生物学北京：高等教育出版社，20002周德庆微生物教程第2版北京：高等教育出版社，20023黄秀梨. 微生物学第2版.北京：高等教育出版社，20014诸葛健，李华钟.微生物学第一版北京：科学出版社，2004.95 Prescott LM.等著. 微生物学第5版 沈萍等译，北京：科学出版社，20006 Talaro K. P. Foundations in microbiology (Fifth Edition), Higher education press and McGraw-Hill C

102、ompanies, Inc.20057 Prescott LM, Harley JP, and Klein DA. Microbiology (5th ed.), Higher education press and McGraw-Hill Companies, Inc.20028 Michael TM, John MM, Jack P. Brock biology of micoorganisms，International edition, Pearson Education, Inc.20039 Gregory N.Stephanopoulos, Aristos A.Aristidou, Jens Nielsenz著. 代谢工程原理与方法.赵学明 白冬梅，等译.化学工业出版社，2003 10 RM特怀曼著高级分子生物学要义陈淳等译，北京：科学出版社，2000微生物微生物MM代谢代谢