微生物学--碳水化合物的分解

支链烷烃难以降解，代谢途径有两种，β氧 化和w氧化。 支链烷烃的氧化是在单加氧酶的催化下将 末端的甲基羟化，然后在一系列脱氢酶作用下 最终生成支链脂肪酸。
最近发现了新的代谢途径：在双加氧酶的作用下，烷烃经氢化氧化物 态转变成醛，不产生醇类中间产物。
苯氧化成邻苯二酚，可在苯环的邻位或间位上被氧化
打开，生成脂肪族化合物，再逐步分解，生成糖分解途径 中的中间物质，再按糖代谢的方式进行分解。
碳水化合物的分解
组员: 方俐 贺慧英 高磊 滕方元
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淀粉的分解
纤维素的分解
半纤维素的分解
果胶质的分解
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木质素的分解 其他碳素化合物的分解与转化
一、淀粉的分解
淀粉是葡萄糖的高聚体。以粮食 作原料的工厂废水中含有淀粉，例如 淀粉厂废水、酒厂废水，印染废水、 抗生素发酵废水及生活污水等。
1、淀粉的种类 • 直链淀粉：α-1，4-糖苷键连接而成的葡 萄糖链状结构，占10-20% • 支链淀粉：α-1，4-糖苷键+ α-1，6-糖苷 键，80-90%
主要是葡聚糖内切酶（Cx酶），胞内酶或吸附在菌壁 上，很少能分泌到细胞外，提取纯化难度大，很难应 用于工业生产。
真菌纤维素酶
丝状真菌纤维素酶，胞外酶，便于分离和提取。 真菌产酶效率高且酶系结构合理，可同时产生半纤维 素酶、果胶酶、淀粉酶等。
分解纤维素的微生物：细菌、真菌和放线菌
• 好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌 • 厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌 氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。 • 放线菌——链霉菌属。 • 真菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。
根据木材腐朽的类型将微生物区分为白腐菌、褐腐菌、软腐菌 白腐菌是目前研究最多的降解木质素最有效的真菌。
木 质 素 降 解 酶
木质素过氧化物酶 （LiP）：一种多存在与白腐菌中，
血红素过氧化物酶 锰过氧化物酶：多存在与白腐菌中，
漆酶：一种含铜的多酚氧化酶，由肽链，糖配基，Cu 2+组成
六、其他碳素化合物的分解与转化
纤维素的分解途径
纤维素在微生物酶的催化下沿下列途径分解：
纤维素酶 纤维素 厌 氧 发 酵 葡萄糖 丙酮丁醇发酵 丙酮 + 丁醇 + CO2 + H2 丁酸发酵 丁酸 + 乙酸 + CO2 + H2 厌氧发酵 纤维二糖 纤维二糖酶 葡萄糖 糖酵解 ATP H2 O CO2 好氧分解
三羧酸 循 环
细菌纤维素酶
4、降解淀粉的微生物
降解淀粉的微生物主要有：
枯草芽孢杆菌和根霉、曲霉。
其他微生物则主要进行淀粉水解产物葡萄糖的进一步 分解。
二、纤维素的分解
• • • 纤维素是植物细胞壁的成分，不溶于水，机械强度 高。 由葡萄糖通过β-1，4-糖苷键连接形成纤维素单链， 再由氢键连接成晶体原纤维。 棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃 圾等，其中均含有大量纤维素。
分解过程：水解（原果胶酶）
原果胶
可溶性果胶 + 聚戊糖
水解 果胶甲脂酶
果胶酸 + 甲醇 水解
多聚半乳糖醛酸酶
半乳糖醛酸
五、木质素的分解
木质素是植物木质化组织的重要成分。木质素 的化学结构较复杂，是由苯基丙烷结构单元构成的 天然高分子化合物。造纸和人造纤维废水均含大量 木质素。 木质素很难被生物分解，完全降解需要真菌与 细菌共同参与，起主要作用的是真菌，如担子菌纲 中的干朽菌、多孔菌、伞菌，以及木霉、毛霉等等 。细菌中的假单胞菌、五色杆菌属的一些种也能分 解木质素。
三、半纤维素的分解
半纤维素是存在于植物细胞壁的杂多糖，是多缩戊糖（木糖 和阿拉伯糖）和多缩己糖（半乳糖、甘露糖）及多缩糖醛酸（葡 萄糖醛酸和半乳糖醛酸）的聚合物，最常见的是木聚糖。
造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。
1、半纤维素的分解过程
好氧分解
聚糖酶 半纤维素 单糖 + 糖醛酸 H2 O CO2 + H2O 各种发酵产物 厌氧分解
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复杂的联苯类芳香烃化合物在氧化过程中逐步氧化成邻苯二酚。
萘的代谢
酚也是先被氧化为邻苯二酚，各类芳香烃在降解的 后半段是相同的，可表示如下：
苯 酚 萘 菲 蒽
氧化酶
邻苯二酚 + O2
酶
酮基己二酸 + O2 +2H
琥珀酸
三羧酸循环 CO2 + H2O
乙酰辅酶A
直链淀粉结构图
支链淀粉结构图
2、淀粉的水解
α-淀粉酶（ α-1，4-葡聚糖水解酶） 内切淀粉酶 作用于α -1，4-糖苷键，水解直链淀粉或者糖原分子内的任意α -1， 4-糖苷键
β-淀粉酶（ α-1，4-葡聚糖基-麦芽糖水解酶）
外切淀粉酶
从淀粉分子外围的非还原性末端开始，每间隔一个糖苷键水解，产 物为麦芽糖
末端氧化
几 种 难 降 解 的 碳 素 化 合 物
直链烷烃
亚末端氧化 w氧化 β氧化
链 烃
支链烷烃
w氧化
芳 香 烃
细菌、真菌氧化芳烃
最常见的单末端氧化，首先通过氧化烷烃末端 的一个甲基转变为相应的醇，在依次氧化为相应的 醛和脂肪酸，然后脂肪酸直接经过随后的β氧化形 成羧基并脱落两个碳单元。 如果羟基化形成的羟基脂肪酸，被非专一羟基 酶氧化为二羧酸，最后再经β氧化，这种氧化途径 就称为双末端氧化。
R-酶（脱支酶） 作用于α-1，6-糖苷键，不能水解淀粉的内部分支,只水解支链的外 围分支
注意：支链淀粉的完全降解需要
α-淀粉酶、β-淀粉酶、R-酶共同作用！！！
3、淀粉的磷酸解
淀粉磷酸化酶
作用于淀粉的α-1，4-糖苷键，从非还原端依次进行磷 酸解，每次释放1分子葡萄糖-4-磷酸。
淀粉酶是一些水解淀粉能力特别强的微生物所特有的方式， 而淀粉磷酸化酶是多数微生物分解利用淀粉的普遍方式。
2、分解半纤维素的微生物
半纤维素比纤维素容易被微生物分解，但由于半纤维 素的组成类型很多，因而分解酶也不同。产生半纤维素酶 的微生物主要有曲霉、木霉、根霉。 酸性土壤中，半纤维素降解菌主要是真菌 碱性土壤中，半纤维素降解菌主要是细菌（芽孢杆菌）
四、果胶质的分解
• 果胶质分子是由不同酯化度的半乳糖醛 酸以α -1，4-糖苷键聚合而成的多糖链。 • 存在于初生细胞壁和细胞间层，不溶于 水。