微生物的代谢与发酵课件

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1、Chap 5 Chap 5 微生物的新陈代谢微生物的新陈代谢微生物的代谢与发酵主要内容：主要内容：微生物独特的微生物独特的 能量代谢能量代谢微生物独特的合成途径微生物独特的合成途径发酵与代谢调节发酵与代谢调节微生物的代谢与发酵1.1.微生物能量代谢微生物能量代谢一、化能异养微生物的生物氧化和产能一、化能异养微生物的生物氧化和产能微生物的代谢与发酵生物氧化的主要途径和类型生物氧化的主要途径和类型 途径：脱氢、递氢和受氢途径：脱氢、递氢和受氢 类型类型( (受氢体不同）：受氢体不同）： -( -(好氧）呼吸好氧）呼吸 - -无氧呼吸无氧呼吸 - -发酵发酵微生物的代谢与发酵（一）底物（一）底物脱氢

2、脱氢的主要途径的主要途径微生物的代谢与发酵生物共有的三个主流产能途径 （EMP、HMP、TCA） 1、糖酵解途径（EMP）微生物的代谢与发酵2、磷酸戊糖途径（HMP）微生物的代谢与发酵3、三羧酸循环（TCA）丙酮酸丙酮酸3CO3CO2 2+4+4（NADH+HNADH+H+ +）+FADH+FADH2 2 +ATP+ATP微生物的代谢与发酵4 4、EDED途径（糖酵解替代途径）途径（糖酵解替代途径）微生物独特产能途径微生物独特产能途径微生物的代谢与发酵ED途途径径概概貌貌微生物的代谢与发酵 总反应式：总反应式： C C6 6H H1212O O6 6+Pi+NADP+Pi+NADP+ +NAD

3、+NAD+ + 2CH 2CH3 3COCOOH+ATP+NADPH+HCOCOOH+ATP+NADPH+H+ +NADH+H+NADH+H+ + 特点：特点：1 1）KDPGKDPG裂解关键反应裂解关键反应2 2）特征酶：）特征酶：KDPGKDPG醛缩酶醛缩酶3 3）2 2丙酮酸分别来自丙酮酸分别来自KDPGKDPG裂解和裂解和3-3-磷甘油醛的转化磷甘油醛的转化4 4）产能较低（）产能较低（1molATP+NADPH+NADH/1molGlucose1molATP+NADPH+NADH/1molGlucose）微生物的代谢与发酵生物学意义生物学意义1 1）EMPEMP途径的替代途径途径的替

4、代途径2)2)协调协调EMPEMP、HMPHMP、TCATCA途径途径3 3）进行细菌酒精发酵）进行细菌酒精发酵微生物的代谢与发酵酒精发酵途径酒精发酵途径: :酵母菌酵母菌: :葡萄糖葡萄糖1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-3-磷酸甘磷酸甘油油 醛、磷酸二羟丙酮醛、磷酸二羟丙酮 丙酮丙酮酸酸乙醛乙醛 2 2乙醇乙醇细菌：葡萄糖细菌：葡萄糖KDPG KDPG 丙酮酸丙酮酸(3-(3-磷酸甘磷酸甘 油醛油醛丙酮酸丙酮酸)乙醛乙醛22乙醇乙醇微生物的代谢与发酵细菌酒精发酵细菌酒精发酵 代谢速率高、转化率高、副产物少、代谢速率高、转化率高、副产物少、发发酵温度较高；但酵温度较高；但pHpH较高、

5、较易染菌、耐乙较高、较易染菌、耐乙醇能力较低醇能力较低 。 微生物的代谢与发酵建议读物：建议读物：微生物的代谢与发酵微生物的代谢与发酵（二）递氢和受氢（二）递氢和受氢依据受氢体性质不同，生物氧化分为：呼吸依据受氢体性质不同，生物氧化分为：呼吸( (有有氧呼吸）、无氧呼吸和发酵三种类型。氧呼吸）、无氧呼吸和发酵三种类型。微生物的代谢与发酵1 1、呼吸、呼吸好氧好氧M M产能方式产能方式呼吸链呼吸链最终受氢体（最终受氢体（O O2 2）原核生物原核生物P/OP/O较低较低微生物的代谢与发酵2 2、无氧呼吸、无氧呼吸 又称厌氧呼吸，一类呼吸链末端受又称厌氧呼吸，一类呼吸链末端受氢体为外源无机氧化物（

6、少数为有机氧化氢体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。物）的生物氧化。主要微生物类群：主要微生物类群： - -反硝化细菌反硝化细菌 - -反硫化细菌反硫化细菌 - -甲烷细菌甲烷细菌 - -某些兼性厌氧菌某些兼性厌氧菌微生物的代谢与发酵无无机机氧氧化化物物为为受受氢氢体体微生物的代谢与发酵有有机机氧氧化化物物为为受受氢氢体体微生物的代谢与发酵NO3无氧呼吸（如：硝酸盐异化还原）无氧呼吸（如：硝酸盐异化还原）在无氧条件下，某些兼性厌氧微生物无氧呼吸时利用硝酸在无氧条件下，某些兼性厌氧微生物无氧呼吸时利用硝酸盐为受氢体还原为亚硝酸、盐为受氢体还原为亚硝酸、NO,NNO,N2 2O O或

7、氮气的过程。或氮气的过程。微生物的代谢与发酵硝酸盐异化还原特点硝酸盐异化还原特点-某些兼性厌氧微生物在无氧时，利用硝酸盐某些兼性厌氧微生物在无氧时，利用硝酸盐 为受氢体的产能方式，产能较低；为受氢体的产能方式，产能较低；-还原形成的亚硝酸盐通常会进一步还原为还原形成的亚硝酸盐通常会进一步还原为N N2 2 ；-对卫生、环保、农业（肥力）的影响与利用对卫生、环保、农业（肥力）的影响与利用微生物的代谢与发酵反硝化作用：反硝化作用： 微生物在厌氧呼吸中把硝酸盐或亚硝酸微生物在厌氧呼吸中把硝酸盐或亚硝酸 还原为氮气的过程。还原为氮气的过程。 （注意：不同与硝酸盐异化还原）（注意：不同与硝酸盐异化还原）

8、硝酸盐同化还原硝酸盐同化还原 硝酸盐为微生物吸收还原为氨态氮的过程。硝酸盐为微生物吸收还原为氨态氮的过程。微生物的代谢与发酵硫酸盐呼吸：硫酸盐呼吸：在无氧条件下，某些厌氧微生在无氧条件下，某些厌氧微生 物无氧呼吸时利用硫酸盐为受氢体还原为物无氧呼吸时利用硫酸盐为受氢体还原为H H2 2S S的过程。的过程。APS APS ： 腺苷腺苷酰磷酰磷酸酸微生物的代谢与发酵微生物的代谢与发酵总结：无氧呼吸是厌氧和兼性微生物的一种产能反应，无氧呼吸是厌氧和兼性微生物的一种产能反应， 不同于好氧呼吸，底物脱下的氢经呼吸链传递不同于好氧呼吸，底物脱下的氢经呼吸链传递 给无机氧化物或有机氧化物；产能较少。给无机

9、氧化物或有机氧化物；产能较少。硝酸盐异化还原由兼性微生物进行的无氧呼吸，硝酸盐异化还原由兼性微生物进行的无氧呼吸， 为硝酸盐还原为亚硝酸或氮气的过程。为硝酸盐还原为亚硝酸或氮气的过程。 反硝化作用：厌氧呼吸中硝酸盐还原为氮气的过程。反硝化作用：厌氧呼吸中硝酸盐还原为氮气的过程。自然界中进行无氧呼吸的主要方式还包括硫酸自然界中进行无氧呼吸的主要方式还包括硫酸 盐呼吸、硫呼吸、碳酸盐呼吸盐呼吸、硫呼吸、碳酸盐呼吸、铁呼吸等。铁呼吸等。微生物的代谢与发酵3 3、发酵（、发酵（fermentationfermentation） 定义定义广义：利用微生物生产有用代谢产物的广义：利用微生物生产有用代谢产物

10、的一类生产方式。一类生产方式。狭义：在无氧条件下，底物脱下狭义：在无氧条件下，底物脱下 的氢的氢未经呼吸链而直接交给某一内源性中间未经呼吸链而直接交给某一内源性中间代谢物，以实现底物水平磷酸化的生物代谢物，以实现底物水平磷酸化的生物氧化反应。氧化反应。微生物的代谢与发酵发酵示意图发酵示意图微生物的代谢与发酵 产能反应（底物水平磷酸化）产能反应（底物水平磷酸化）微生物的代谢与发酵（1 1）由）由EMPEMP途径中丙酮酸出发的发酵途径中丙酮酸出发的发酵 （乙醇发酵、乳酸（同型）发酵、丙酸发（乙醇发酵、乳酸（同型）发酵、丙酸发酵）酵）微生物的代谢与发酵 混合酸发酵混合酸发酵（甲酸、乙酸、乙醇、（甲酸

11、、乙酸、乙醇、COCO2 2、H H2 2）微生物的代谢与发酵 2,3 2,3丁二醇发酵丁二醇发酵微生物的代谢与发酵丁酸发酵丁酸发酵( (丁酸；丙酮、丁醇；异丙醇等）丁酸；丙酮、丁醇；异丙醇等）微生物的代谢与发酵V.P.V.P.试验：试验：某些微生物利用丙酮酸产生乙酰甲某些微生物利用丙酮酸产生乙酰甲基甲醇，在碱性条件下脱氢形成二乙酰，与胍基化合基甲醇，在碱性条件下脱氢形成二乙酰，与胍基化合物产生红色反应，可用于某些细菌的鉴定。物产生红色反应，可用于某些细菌的鉴定。微生物的代谢与发酵（2 2）通过）通过HMPHMP途径途径的发酵的发酵 异型乳酸发酵异型乳酸发酵 （产物：乳酸、乙醇、（产物：乳酸、

12、乙醇、 CO CO2 2等）等）A.A.异型乳酸发酵经典途径异型乳酸发酵经典途径（磷酸转酮酶途径）（磷酸转酮酶途径）微生物的代谢与发酵B.B.异型乳酸发酵异型乳酸发酵双歧杆菌途径双歧杆菌途径( (主要部分主要部分) )关键酶：关键酶：木酮糖磷木酮糖磷酸转酮酶酸转酮酶微生物的代谢与发酵微生物的代谢与发酵（3 3）通过）通过EDED途径的发酵（细菌酒精发酵）途径的发酵（细菌酒精发酵）（4 4）氨基酸发酵产能（）氨基酸发酵产能（SticklandStickland反应反应) )丙氨酸氧化与甘氨酸还原的偶联丙氨酸氧化与甘氨酸还原的偶联 （丙酮酸（丙酮酸+2+2甘氨酸甘氨酸3 3乙酸乙酸+ATP+ATP

13、）微生物的代谢与发酵总结：发酵为厌氧或兼性微生物在无氧下的底物水平磷酸发酵为厌氧或兼性微生物在无氧下的底物水平磷酸 化的产能反应；化的产能反应；主要途径包括经主要途径包括经EMPEMP、HMPHMP、EDED途径和途径和SticklandStickland 反应的发酵；如经反应的发酵；如经EMPEMP的的6 6条发酵途径、条发酵途径、VPVP反应；反应； HMP HMP的异型乳酸发酵；氨基酸氧化与还原偶联的发的异型乳酸发酵；氨基酸氧化与还原偶联的发 酵酵发酵具有重要的生物学意义及在微生物学实践中的发酵具有重要的生物学意义及在微生物学实践中的 应用价值。应用价值。微生物的代谢与发酵二、自养微生物

14、产二、自养微生物产ATPATP和产还原力和产还原力( (一一) ) 化能自养微生物化能自养微生物微生物的代谢与发酵ATPATP和和NADPHNADPH的产生的产生 -0.06 0 0.26 -0.06 0 0.26 0.28 0.82 0.28 0.82 微生物的代谢与发酵-化能自养菌多数为好氧微生物，通过呼吸链传递电子和氢获得能量；-化能自养菌氧化的无机物氧还电位一般较高，故P/O值较低；-化能自养菌可通过消耗ATP逆呼吸链的方式获得还原力H。微生物的代谢与发酵硝化细菌的硝化作用硝化细菌的硝化作用硝化作用：氨态氮经硝化细菌的氧化，硝化作用：氨态氮经硝化细菌的氧化，转为硝酸态氮的过程。转为硝酸

15、态氮的过程。亚硝化细菌：亚硝化细菌：NHNH3 3+O+O2 2 HNO HNO2 2+2H +2H + + +2e-+2e-硝化细菌：硝化细菌：HNOHNO2 2 +H +H2 2O NO O NO - - 3 3+2H +2H + + +2e- +2e-微生物的代谢与发酵亚亚硝硝化化细细菌菌的的产产能能反反应应微生物的代谢与发酵 硝化作用：硝化作用：还还原原性性无无机机物物氧氧化化直直接接与与呼呼吸吸链链相相联联。其其过过程程比比异异养养菌菌（经经EMP/TCAEMP/TCA等）简单。等）简单。呼呼吸吸链链的的组组分分简简单单，多多样样化化；氢氢或或电电子子直直接进入。接进入。产产能能效效

16、率率（P/OP/O）比比异养菌低。异养菌低。 2 2、化能自养菌氧化产能的特点：、化能自养菌氧化产能的特点：微生物的代谢与发酵 （二）光能营养微生物（二）光能营养微生物1 1 非非循循环环光光合合磷磷酸酸化化- - - - - - - -产产氧氧光光合合作作用用微生物的代谢与发酵产氧光合微生物（蓝绿澡）特点：产氧光合微生物（蓝绿澡）特点：1 1）电子传递非循环）电子传递非循环2 2）有氧下进行（光解水产氧）有氧下进行（光解水产氧）3 3）PSIPSI和和PSII PSII 两个光合系统两个光合系统4 4）反应中可同时产生）反应中可同时产生ATPATP和和NADPHNADPH5 5） H H+

17、+质子来源于水的光解质子来源于水的光解微生物的代谢与发酵2.2.循环光合磷酸化循环光合磷酸化1) 1) 电子传递循环方式电子传递循环方式2) 2) 产产ATPATP和和NAD(P)HNAD(P)H分分 别进行别进行3) 3) 不光解水、不产氧（仅不光解水、不产氧（仅有有PSIPSI）4 4）还原力的）还原力的H H+ +质子来自质子来自H H2 2S S、H H2 2无机或有机物无机或有机物 （不产氧光合微生物：（不产氧光合微生物： 光合细菌）光合细菌）微生物的代谢与发酵Cyt C2 偶联质子跨膜形成质子梯度微生物的代谢与发酵 光合细菌光合细菌 ( (红螺菌目红螺菌目) ) Bacteria

18、that contain bacteriochlorophylls and can use light as an energy source. When growing under illumination the organism are anaerobic and do not evolve o2 during photosynthesis. some are also capable of growing in the dark by respiring with oxygen. 微生物的代谢与发酵区别：区别：1 1）菌绿素）菌绿素类型类型2 2）电子供）电子供体体3 3）硫粒积）硫粒

19、积累特征累特征 光合细菌：光合细菌：红螺菌科、着色菌科、绿菌科、绿弯菌科红螺菌科、着色菌科、绿菌科、绿弯菌科微生物的代谢与发酵光合细菌（不产氧光合微生物）光合细菌（不产氧光合微生物） - -光合作用器光合作用器微生物的代谢与发酵光合细菌培养物光合细菌培养物微生物的代谢与发酵 3 3、紫膜光合磷酸化、紫膜光合磷酸化 （不不产产氧氧光光合合微微生物）生物）紫紫膜膜： 在在低低氧氧时时，某某些些嗜嗜盐盐菌菌的的细细胞胞膜膜合合成成含含有有菌菌视视紫紫红红质质，因因颜颜色色呈呈紫紫色色，故故称称为为紫膜。紫膜。 （视紫红质：视黄醛视紫红质：视黄醛+ +视蛋白）视蛋白）微生物的代谢与发酵紫膜：紫膜：75

20、75蛋白（菌蛋白（菌视紫红质）视紫红质）2525脂类脂类微生物的代谢与发酵紫膜光合磷酸化紫膜光合磷酸化 通过视黄通过视黄醛分子光介醛分子光介导的异构化导的异构化建立膜电位建立膜电位而进行的光而进行的光合磷酸化。合磷酸化。微生物的代谢与发酵建议读物：微生物的代谢与发酵建议读物：微生物的代谢与发酵2 2 分解代谢和合成代谢的关系分解代谢和合成代谢的关系 两用代谢途径两用代谢途径代谢物回补顺序代谢物回补顺序 能补充两用代谢途径中因合成而消能补充两用代谢途径中因合成而消耗耗的中间产物的那些反应。的中间产物的那些反应。微生物的代谢与发酵微生物的代谢与发酵乙乙醛醛酸酸循循环环微生物的代谢与发酵生物学意义生

21、物学意义1 1）TCATCA循环中循环中4C4C化合物的补偿化合物的补偿2 2）乙酸为唯一）乙酸为唯一C C源微生物源微生物 的重要代谢途径的重要代谢途径3 3）高效的琥珀酸形成途径）高效的琥珀酸形成途径 微生物的代谢与发酵3 3 微生物独特合成途径微生物独特合成途径一一. .自养微生物的自养微生物的COCO2 2固定固定Calvin Calvin 循环循环厌氧乙酰厌氧乙酰COACOA途径途径逆向逆向TCATCA循环循环羟基丙酸途径羟基丙酸途径微生物的代谢与发酵Calvin Calvin 循环（略）循环（略）1)1)6 6COCO2 2通过通过CalvinCalvin2)2)循环产生果糖循环产

22、生果糖-6-6-磷酸磷酸3)3)2)2)核酮糖二磷酸羧核酮糖二磷酸羧4)4)化酶、磷酸核酮糖激酶化酶、磷酸核酮糖激酶5)5)为特征性酶为特征性酶6)6)3 3）自养菌（生物）固定）自养菌（生物）固定COCO2 2的主要途径的主要途径微生物的代谢与发酵 厌氧乙酰厌氧乙酰- -辅酶辅酶A A途径途径微生物的代谢与发酵主要特征：主要特征：1 1）分别合成甲基和羧基，后经乙酰）分别合成甲基和羧基，后经乙酰- COA- COA 合成终产物乙酸、丙酮酸合成终产物乙酸、丙酮酸2 2）COCO脱氢酶为关键酶；脱氢酶为关键酶；THFTHF、B B1212等一碳等一碳 载体参加载体参加4 4）某些专性厌氧的化能自

23、养菌固定）某些专性厌氧的化能自养菌固定COCO2 2 的主要途径的主要途径（自养同型乙酸细菌、甲烷细菌）（自养同型乙酸细菌、甲烷细菌）微生物的代谢与发酵二、生物固氮二、生物固氮 大气中的分子氮通过微生物固大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程。氮酶的催化而还原成氨的过程。生物固氮：生物固氮：13010130106 6吨吨工业固氮：工业固氮：501050106 6吨吨微生物的代谢与发酵（一）固氮微生物（一）固氮微生物1.1.自生固氮菌自生固氮菌（AztobacteriaAztobacteria）微生物的代谢与发酵蓝藻蓝藻微生物的代谢与发酵 2.2.共生固氮菌共生固氮菌 （豆科植物）

24、（豆科植物）Rhizobium Rhizobium （非豆科植物）（非豆科植物）微生物的代谢与发酵地衣：子囊菌蓝藻地衣：子囊菌蓝藻3.3.联合固氮联合固氮 必须生长在植物根际、叶面或动物必须生长在植物根际、叶面或动物肠道等处才能更好地固氮的微生物。肠道等处才能更好地固氮的微生物。FrankiaFrankia 微生物的代谢与发酵Azotospirillium微生物的代谢与发酵微生物的代谢与发酵二、固氮的生化机制二、固氮的生化机制 N2+8H+1824ATP2NH3+H2+18-24ADP+1824Pi1.1.生物固氮要素生物固氮要素 ATP (1:18) ATP (1:18) 还原力和传递载体还

25、原力和传递载体 ：NADPH FdNADPH Fd、Fld Fld 还原底物（还原底物（N N2 2） Mg+ Mg+ 厌氧微环境厌氧微环境 固氮酶固氮酶微生物的代谢与发酵固氮酶固氮酶微生物的代谢与发酵FeMoCo(FeMoCo(固氮酶活性中心）固氮酶活性中心）微生物的代谢与发酵固氮酶生物学特性固氮酶生物学特性1 1）还原）还原N N2 2、H H+ +、C C2 2H H2 2等生物活性等生物活性2 2）由固氮酶）由固氮酶（组分（组分I I；钼铁蛋白；固二氮酶）；钼铁蛋白；固二氮酶）和和 固氮酶还原酶固氮酶还原酶（组分（组分IIII；铁蛋白；固二氮；铁蛋白；固二氮酶还酶还 原酶）原酶）共同组

26、成时才具有生物活性共同组成时才具有生物活性3 3）氧不可逆失活作用）氧不可逆失活作用微生物的代谢与发酵2.2.活力测定活力测定乙炔还原法乙炔还原法微生物的代谢与发酵3 固氮的生化途径固氮的生化途径N2+8H+1824ATP2NH3+H2+18-24ADP+1824Pi微生物的代谢与发酵氨的去路氨的去路 微生物的代谢与发酵4.4.固氮酶的产氢反应（固氮酶的产氢反应（2H2H+ +HH2 2） 固氮酶固氮酶 2H 2H+ -+ -HH2 2 氢氢化酶化酶微生物的代谢与发酵（三）固氮酶避氧机制（三）固氮酶避氧机制1.1.好气性自生固氮菌：好气性自生固氮菌：-呼吸保护呼吸保护-构象保护构象保护2.2.

27、蓝藻：蓝藻：-还原性异形胞还原性异形胞-其它其它微生物的代谢与发酵3.3.根瘤菌：根瘤菌：-形成豆血红蛋白（存在于类菌体周膜内外）形成豆血红蛋白（存在于类菌体周膜内外）微生物的代谢与发酵根瘤根瘤微生物的代谢与发酵 三、微生物结构大分子三、微生物结构大分子-肽聚糖的合成肽聚糖的合成微生物的代谢与发酵( (一一) ) 细胞质中的合成细胞质中的合成1 1）N-N-乙乙酰酰葡葡萄萄糖糖胺胺-UDP-UDP、N-N-乙乙酰酰胞胞壁壁酸酸- -UDP UDP 葡葡萄萄糖糖 N-N-乙乙酰酰葡葡萄萄糖糖胺胺-6-6-磷酸磷酸 （GlnGln、乙酰乙酰- -COACOA） N- N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺-

28、UDP N-UDP N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸 -UDP -UDP 微生物的代谢与发酵 2 2）由）由N-N-乙酰胞壁酸合成乙酰胞壁酸合成 “park” “park”核苷酸核苷酸 park”park”核苷酸：核苷酸： 即即UDP-N-UDP-N-乙酰乙酰胞壁酸五肽，细胞壁酸五肽，细菌细胞壁合成的菌细胞壁合成的重要中间体，由重要中间体，由N-N-乙酰胞壁酸和乙酰胞壁酸和氨基酸（丙氨酸、氨基酸（丙氨酸、谷氨酸等）和载谷氨酸等）和载体体UDPUDP在细胞质中在细胞质中合成形成。合成形成。微生物的代谢与发酵 “park”“park”核苷酸的合核苷酸的合成成1 1）在）在UDPUDPM M的的 基基础上合

29、成；础上合成；2 2）UDPUDP为载体为载体3 3）环丝氨酸抑制）环丝氨酸抑制 D-Ala- D- D-Ala- D-AlaAla的的 合成合成微生物的代谢与发酵( (二二) ) 在细胞膜中的合成：在细胞膜中的合成：产物：产物： 肽聚糖单体（双糖肽亚单位）肽聚糖单体（双糖肽亚单位）载体：细菌萜醇：载体：细菌萜醇： （C C5555类异戊二类异戊二烯醇组成的类脂烯醇组成的类脂载体）载体）微生物的代谢与发酵 肽聚糖单体合成途径肽聚糖单体合成途径微生物的代谢与发酵( (三三) ) 膜外的组装膜外的组装自溶素作用自溶素作用微生物的代谢与发酵 膜外组装：转糖基化作用；转肽作用膜外组装：转糖基化作用；转

30、肽作用 青霉素：与转肽酶结合；万古霉素：与Ala-Ala结合微生物的代谢与发酵主要反应过程回顾主要反应过程回顾微生物的代谢与发酵药物设计的意义药物设计的意义 ( (肽聚糖合成的抑制肽聚糖合成的抑制) )-青霉素：青霉素： 竞争性抑制转肽酶活性中心竞争性抑制转肽酶活性中心-环丝氨酸：抑制环丝氨酸：抑制ParkPark核苷酸核苷酸5 5肽的合成肽的合成-万古霉素万古霉素: : 与肽聚糖五肽的与肽聚糖五肽的D-Ala- D-AlaD-Ala- D-Ala 结合，抑制转肽酶结合，抑制转肽酶作用作用-杆菌肽：抑制细菌萜醇的去磷酸化杆菌肽：抑制细菌萜醇的去磷酸化 微生物的代谢与发酵青霉素抗菌机制青霉素抗菌

31、机制 青霉素结构与肽聚糖单体五肽末青霉素结构与肽聚糖单体五肽末端端D-Ala - D-AlaD-Ala - D-Ala相似，竞争性地与转肽相似，竞争性地与转肽酶结合，阻碍了肽聚糖酶结合，阻碍了肽聚糖单体间肽桥的交联，单体间肽桥的交联，引起细菌渗透性溶菌引起细菌渗透性溶菌（osmotic lysis)osmotic lysis)死亡。死亡。微生物的代谢与发酵四、微生物次生代谢产物的合成四、微生物次生代谢产物的合成次生代谢产物次生代谢产物 在微生物生长的稳定期前后，由在微生物生长的稳定期前后，由初生初生 代谢物为前体，通过复杂的代谢途代谢物为前体，通过复杂的代谢途径径 合成的各种结构复杂的化学物质

32、。合成的各种结构复杂的化学物质。微生物的代谢与发酵次级代谢特点：次级代谢特点：1 1）初级代谢）初级代谢 产物为前体产物为前体2 2）一般生长后期产生）一般生长后期产生3 3）对产生者功能）对产生者功能 不明确不明确4 4）代谢途径独特）代谢途径独特微生物的代谢与发酵微生物的代谢与发酵建议读物: 微生物的代谢与发酵次生代谢产物及相关基因的推断:微生物的代谢与发酵4 4 微生物的代谢调节与发酵生产微生物的代谢调节与发酵生产主要调控方式：1）通道控制作用2）酶数量的控制3） 酶活性的激活和抑制微生物的代谢与发酵一、微生物的代谢调节一、微生物的代谢调节( (一）酶合成的调节（一）酶合成的调节（数量的

33、控制）调节方式： I.酶合成的诱导 II.酶合成的阻遏 I.酶合成的诱导组成酶组成酶: :细胞中经常以较高浓度存在细胞中经常以较高浓度存在 的酶。的酶。诱导酶：只有当其分解底物或有关的诱导物诱导酶：只有当其分解底物或有关的诱导物存在时才会合成的酶。存在时才会合成的酶。微生物的代谢与发酵II.酶合成的阻遏 -反馈阻遏 在酶的合成中，阻遏物是被生成的酶所催化生成的终点产物，该阻遏现象称为反馈阻遏。微生物的代谢与发酵 基因调控系统基因调控系统 操纵子操纵子 调节基因调节基因 启动基因，操纵基因启动基因，操纵基因 结构基因结构基因 ( (二二) )原核生物基因调控的基本方式操纵子操纵子: : 细菌基因

34、表达调控的基本单位细菌基因表达调控的基本单位, ,包括包括 结构基因、操纵基因和启动基因。结构基因、操纵基因和启动基因。微生物的代谢与发酵乳乳糖糖操操纵纵子子1.转录的负控制 结构结构基因在控制因子存在时不能够转录。基因在控制因子存在时不能够转录。微生物的代谢与发酵2.转录的正控制结构基因在控制因子存在时才能够转录。结构基因在控制因子存在时才能够转录。微生物的代谢与发酵二次生长快速被利用基质阻止微生物对其它基质的 利用，只有当快速利用基质消耗完后，才能利用第二种基质，而表现出来的生长现象。 3.全局调节系统 同时影响多基因或代谢途径的调节系统。 P P磷酸转移酶磷酸化磷酸转移酶磷酸化CAMPC

35、AMP环化酶环化酶CAMPCAMP微生物的代谢与发酵二次生长现象的可能机制葡萄糖分解代谢的酶是组成型的，当细菌有葡萄糖利用时，葡萄糖过膜运输的磷酸化降低了磷酸浓度。由于磷酸转移酶磷酸化的减少而降低了AMP 环化酶的活性，由此产生的cAMP浓度的降低影响了乳糖操纵子上RNA聚合酶同启动子的有效结合，从而影响了诱导酶的转录。微生物的代谢与发酵 二、酶活性的调节二、酶活性的调节1.1.变构调节变构调节别构酶的调节别构酶的调节部位与调节剂部位与调节剂结合产生构像结合产生构像改变而引起改变而引起酶活的改变酶活的改变. .微生物的代谢与发酵 反馈抑制：代谢末端产物对酶（往往反馈抑制：代谢末端产物对酶（往往是代谢途径中第一个酶）活性的抑制。是代谢途径中第一个酶）活性的抑制。微生物的代谢与发酵应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节 代谢调控在发酵工业中的应用代谢调控在发酵工业中的应用 HSDH缺陷型菌株使赖氨酸累积微生物的代谢与发酵应用抗反应用抗反 馈调节馈调节的的 突变株突变株解解 除反馈除反馈调调 节节(HSDH抗性突变：生产苏AA）微生物的代谢与发酵控制细胞控制细胞 膜的透膜的透性性微生物的代谢与发酵建议读物微生物的代谢与发酵