第五章微生物营养与代谢

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第五章微生物的代谢

为混合酸发酵。
EMP
葡萄糖
乳酸、乙酸、甲酸丙酮酸乙醇、CO2 、H2 琥珀酸
五丙酮-丁醇发酵
——严格厌氧菌进行的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3：6：1）
——丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyricum
2丙酮酸 2乙酰-CoA
缩合
乙酰-乙酰 CoA
• 为细胞生命活动提供ATP 和 NADH • 是连接其它几个重要代谢途径的桥梁 • 为生物合成提供多种中间代谢物
2. HM途径（磷酸戊糖支路，单磷酸己糖途径)
ATP 12NADPH+H+ 36ATP 35ATP
6C6
6C5
经过系列反应后合成己糖 6CO2
5C6
C6为己糖或己糖磷酸;C5为核酮糖-5-磷酸;打方框的为终产物; NADPH+H+必须先由转氢酶将其上的氢转到NAD+上并变成 NADPH+H+后,才能进入呼吸链产ATP;
NADH + H+ NAD+
•异型乳酸发酵途径：肠膜明串珠菌，短乳杆菌
PK/ HK
葡萄糖
乳酸 + 乙醇 + CO2 + 1ATP
•双岐发酵途径：双岐杆菌
PK/ HK 葡萄糖乳酸 + 乙酸 + CO2 + 2.5ATP
三丙酸发酵（丙酸细菌，厌氧菌）
葡萄糖
EMP
丙酮酸
丙酸
乳酸
四混合酸发酵
由于代谢产物中含有多种有机酸，故将其称
生活在盐湖及海边的岩池等盐浓度很高环境
胞内积累高浓度的甘油从而使细胞的渗透压保持平衡

微生物学第五章微生物的代谢

ED（%） — — — — — 71 100 — — 100 100 —
磷酸解酮酶途径
发酵类型
由于在各种发酵途径中均有还原性氢供体NADH+H+产生，但产量并不多，若不及时将它们氧化再生，葡萄糖分解产能将会中断，这样，微生物就以葡萄糖分解过程中形成的各种中间产物为氢（电子）受体来接受NADH+H+和NADH+H+的氢（电子），于是产生各种各样的发酵产物。
3. ED途径（Entner-Doundoroff）途径（2-酮-3脱氧-6-磷酸葡糖酸裂解途径）
4. 磷酸解酮酶途径
EMP途径
葡萄糖分子经转化成1，6—二
磷酸果糖后，在醛缩酶的催化下，裂解成两个三碳化合物分子，即磷
酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛。 3-磷酸甘油醛被进一步氧化生成2分子丙酮酸，
合成代谢(anabolism)
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。
能量与代谢的关系
分解代谢
微
物质代谢
生
物
的
代
谢
能量代谢
合成代谢耗能代谢
产能代谢
无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由一系列连续的酶促反应构成的
2CH3CH2OH+2CO2+2ATP
酵母菌利用葡萄糖进行三种类型的发酵
当环境中存在亚硫酸氢钠时，由于乙醛和亚硫酸盐结合生成难溶的磺化羟基乙醛而不能作为NADH2的受氢体，所以不能形成乙醇，迫使磷酸二羟丙酮代替乙醛作为受氢体，生成α-磷酸甘油进一步水解脱磷酸而生成甘油，称为酵母的二型发酵；

微生物学第五章微生物的代谢

细胞膜透性的调节
通过改变细胞膜的通透性，控制代谢底物和产物的进出，从而调节代谢过程。
微生物代谢的基因调控
01
原核生物的基因调控
通过操纵子模型实现基因表达的调控，包括正调控和负调控两种方式。
02
真核生物的基因调控
通过转录因子和顺式作用元件的相互作用，实现基因表达的精确调控。
03
基因表达的诱导和阻遏
03 氮的转化代谢
微生物还可以通过氮的转化代谢将一种含氮化合物转化成另一种含氮化合物，如硝酸盐还原成氨的过程。
04Βιβλιοθήκη 微生物代谢的调节与控制代谢调节的方式与机制
酶活性的调节
通过改变酶的构象或修饰酶活性中心，从而调节代谢途径中关键酶的活性。
代谢物浓度的调节
代谢物浓度的变化可以影响酶的活性，从而调节代谢速率。
用、液相色谱-质谱联用等。
核磁共振法
利用核磁共振技术对微生物代谢产物进行结构和构象分析，可以获得代谢产物的详细化学
信息。
生物信息学分析
利用生物信息学方法对微生物代谢组学数据进行处理和分析，包括代谢途径分析、代谢网络构建、代谢物鉴定和代谢调控研究等。
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微生物代谢产物的生物活性与应用
抗生素
由微生物代谢产生的具有抗菌活性的化合物，用于治疗细菌感染。
酶
微生物代谢产生的生物催化剂，广泛应用于食品、医药、化工等领域。
激素
某些微生物代谢产物具有激素活性，可用于调节动植物生长发育。
微生物代谢在环境保护和能源领域的应用
污水处理
利用微生物代谢降解污水中的有机污染物，净化水质。
02
微生物的能量代谢
能量代谢的基本过程

10-12 第五章微生物的代谢

1、生物氧化的形式：
包括脱氢或脱电子
①失电子：
Fe2+ → Fe3+ + e CH3-CHO
②化合物脱氢、递氢: CH3-CH2-OH
NAD NADH2
2、生物氧化的过程：脱氢（或电子）、递氢（或电子）和受氢（或电子）三个阶段
3、生物氧化的功能：产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物
德国：（Carl Neuberg）
目前甘油生产中使用的微生物 Dunaliella aslina（一种嗜盐藻类）生活在盐湖及海边的岩池等盐浓度很高环境
胞内积累高浓度的甘油使细胞的渗透压保持平衡
由EMP途径中丙酮酸出发的发酵
②同型乳酸发酵：发酵产物只有乳酸
丙酮酸
NADH2
乳酸
同型乳酸发酵菌株有：德氏乳杆菌(L.delbruckii)、嗜酸乳杆菌(L.acidophilus)、植物乳杆菌 (L.plantarum)、干酪乳杆菌(L.casei)、粪链球菌(Streptococcus faecalis)
（5）Stickland反应
氨基酸同时为碳源、氮源和能源以一种氨基酸为H供体，而另一种氨基酸为H受体来实现生物氧化产能的发酵类型。
3乙酸
丙氨酸
+
2甘氨酸
3NH3
CO2 ATP
Stickland反应特点：
部分氨基酸的氧化与另一些氨基酸的还原相偶联；产能效率低，1ATP/1G。
各途经的相互关系
H2O
2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸
丙酮酸
~~醛缩酶
（KDPG）
有氧时与TCA循环连接无氧时进行细菌乙醇发酵
葡萄糖只经过4步反应即可快速获得由EMP途径须经10步才能获得的丙酮酸。

第五章微生物的代谢

（ 3）通过ED途径进行的发酵：通过ED途径的发酵就是指细菌的酒精发酵。酒精发酵有三个类型，即通过EMP途径的酵母酒精发酵、通过HMP途径（异型乳酸发酵）的细菌酒精发酵和通过ED途径的细菌酒精发酵。 ①酵母的“同型酒精发酵”：由酿酒酵母等通过 EMP途径进行。
葡萄糖十2ADP＋2Pi——2乙醇十2CO2＋2ATP
（一）化能自养微生物：
化能自养微生物还原CO2 所需要的ATP和「H」是通过氧化无机底物而获得的。产能的途径主要是经过呼吸链的氧化磷酸化反应，因此，化能自养菌一般都是好氧菌。化能自养微生物产能效率、生长速率和生长得率都很低。与异养微生物相比，其能量代谢主要有3个特点：①无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系，这与异养微生物对葡萄糖等有机底物的氧化要经过多条途径逐级脱氢明显不同； ②呼吸链的组分更为多样化，氢或电子可以从任一组分直接进入呼吸链；③产能效率即P／ O比一般要低于化能异养微生物。
（2）硫酸盐呼吸（suifae respiration）
是严格厌氧的硫酸盐还原细菌（或反硫化细菌）在无氧条件下获取能量的方式，其特点是底物脱氢后，经呼吸链递氢，最终由末端氢受体硫酸盐受氢，在递氢过程中与氧化磷酸化作用相偶联而获得ATP。硫酸盐呼吸的最终还原产物是H2S。能进行硫酸盐呼吸的严格厌氧菌有脱硫弧菌，巨大脱硫弧菌和致黑脱硫肠状菌等。在浸水或通气不良的土壤中，厌氧微生物的硫酸盐呼吸及其有害产物对植物根系生长十分不利（例如引起水稻秧苗的烂根等），故应设法防止。
过程：脱氢（或电子）；递氢（或电子）和受氢（或电
子）结果：产能（ATP）；产还原力（H）和产小分子中间代谢物。
（一）底物脱氢：
主要有四条途径：EMP、HMP、ED途径和三羧酸循环

第五章微生物代谢

葡萄糖直接氧化途径图
Stickland反应
某些厌氧梭菌如生孢梭菌（Clostridium sporogenes）等，可把一些氨基酸当作碳源、氮源和能源。这是以一种氨基酸作氢供体，另一种氨基酸作为氢受体进行生物氧化并获得能量的发酵产能方式。后将这种独特的发酵类型，称为Stickland反应。
1、EMP途径
2、HMP途径
3、ED途径
4、WD途径（磷酸解酮酶途径）
5、葡萄糖的直接氧化作用
1、EMP途径（糖酵解）
2、HMP途径
3、ED途径
ED途径的特点：
•特征反应为2-酮-
3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛 •特征性酶是2-酮3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶 •2分子的丙酮酸来源不同 •1mol葡萄糖经途径只产生1molATP
（二）、肽聚糖的合成
肽聚糖是绝大数原核生物细胞壁所含有的独特成分；它在细菌的生命活动中有着重要的功能。它是许多重要抗生素作用的物质基础。根据反应部位的不同可分成三个合成阶段
（三）、微生物次生代谢物的合成
1.概念
次生代谢物是指某些微生物生长到稳定期前后，以结构简单、代谢途径明确、产量较大的初生代谢物作前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的结构复杂的化学物。
第五章
微生物的代谢
2学时
本章重点：
微生物的产能代谢：发酵、有氧呼吸、无氧呼吸，酵母菌乙醇发酵，次级代谢初级代谢。
一、代谢调节二、微生物产能代谢
三、耗能代谢
第一节代谢概论
新陈代谢（metabolism）简称代谢，是活细胞内发生的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢(anabolism)的总和。分解代谢酶系复杂分子简单分子 + ATP + [H] （有机物）合成代谢酶系

第5章微生物的营养

4.核酸包括DNA（占干重的3%）和RNA （占干重的10%）两大类，与遗传和变异有关。 5.其他化合物包括一些维生素、生长因素、色素和某些细菌中的抗菌素等化合物。（二）矿物质(灰分)：占干物质的3%〜10% 左右。 1.大量元素磷、钾、硫、钙、镁、铁。 2.微量元素锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼。它们一部分参与有机物的组成，一部分则组成无机盐类。
三、无机盐类（mineral salts）
1.功能 (是微生物生长不可缺少的营养物质)：
（1）构成细胞的组成成分；
（2）作为酶的组成成分；
（3）维持酶的作用
（4）调节细胞渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位；（5）某些自养微生物可利用无机盐作为能源 (氧化无机物产生的化学能)。
2.作用及来源
须人为提供
1.蛋白质(50%〜80%)
包括单纯蛋白 (球蛋白、
清蛋白)和复合蛋白(核蛋白、糖蛋白、脂蛋白)
根据功能分：结构蛋白和储备蛋白。
2.糖(10%〜30%) 有一部分构成核糖含于核酸中，其余为多糖，也有少数单糖。糖类是一般微生物的重要碳素来源，除供作细胞构造的重要成分外，也是细胞所需能量的来源。 3.脂类(3%〜7% ，多者可达40%) 胞壁、细胞膜和细胞质中。多存在与细
第三节营养物质透过细胞
公认的细胞质膜模型：
疏水的膜蛋白和不连续的脂双层的镶嵌结构。
脂溶性物质顺着细胞膜内外侧一、单纯扩散(被动扩散) 浓度差转运的过程。二、促进扩散非脂溶性物质或亲水性物质借助细胞膜上的膜蛋白的帮三、主动运输主动运输是指物质逆浓度梯度，助顺浓度梯度或顺电化学浓在载体的协助下，在能量的作用 1.初级主动运输度梯度, 不消耗ATP进入膜内下运进或运出细胞膜的过程。的一种运输方式。 2.次级主动运输 a.同向运输 b.逆向运输 c.单项运输 Na+ k+

第五章微生物的代谢

生物氧化与燃烧的比较
比较项目反应步骤条件产能形式能量利用率
燃烧一步式快速反应
激烈热、光
低
生物氧化顺序严格的系列反应由酶催化，条件温和
大部分为 ATP 高
生物氧化的过程
一般包括三个环节： ①底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电
子供体或供氢体） ②氢（或电子）的传递（需中间传递体，如
第五章微生物的代谢和发酵
第一节代谢概论第二节微生物分解代谢
第一节代谢概论
第二节微生物分解代谢
一、生物氧化
二、异养微生物的生物氧化
底物脱氢的四种途径 EMP途径 ED途径
有氧呼吸无氧呼吸
三、自养微生物的生物氧化
微生物产能代谢
四、能量转换
HMP途径磷酸酮解途径
第一节代谢概论
新陈代谢：发生在活细胞中的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢（anabolism）的总和。
葡萄糖
ATP
葡糖-6-磷酸 ADP
（Embden-Meyerhof pathway）果糖-6-磷酸
a
ATP
EMP途径意义：
果糖-1，6- 二磷酸 ADP 磷酸二羟丙酮甘油醛-3-磷酸
NAD+
为细胞生命活动提供ATP 和 NADH
1，3-二磷酸甘油酸 NADH+H+
底物水平磷酸化 3-磷酸甘油酸
CoA ↓ 丙酮酸脱氢酶乙酰CoA，进入TCA
2）HMP 途径（磷酸戊糖途径、旁路途径）
分为两个阶段：
1、3个分子6-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+H+，3 个分子CO2和3个分子5-磷酸核酮糖

第5章微生物代谢

第5章微生物代谢重点难点剖析1．代谢是生物体内所进行的全部生化反应。

包括分解代谢和合成代谢。

2．分解代谢实际上是物质在生物体内经过一系列连续的氧化还原反应，逐步分解井释放能量的过程，这个过程也称为生物氧化，是一个产能代谢过程。

能量代谢的中心任务，是生物体把外界环境中的多种形式的量初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源A TP。

3．异养微生物生物氧化是利用有机物质进行的产能代谢的过程。

如糖类化合物的生物氧化过程总结为：糖酵解(slycolysis)的4种途径EMP途径HMP途径ED途径WD途径4．微生物糖酵解的4种途径。

(1)EMP途径(图5—1)。

EMP途径的总反应式为：C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi→2CH3COCOOH+2NADH+2H++2A TP+2H2OEMP途径生理功能：提供A TP和还原力NADH；为生物合成提供多种中间产物；连接其他代谢途径如脂肪酸的合成；通过逆反应进行糖原的异生。

‘(2)HMP途径(图5-2)。

HMP途径的总反应式为：6葡糖-6-磷酸+12NADP++6H20→5葡糖-6-磷酸+12NADPH+12H++6C02+PiHMP途径的生理功能：产生三碳、四碳、五碳、六碳和七碳糖的碳骨架等中间产物；产生还原力NADH+H+，为生物合成提供多种前体物质。

(3)ED途径(图5—3)。

ED途径总反应式为：C6H12O6+ADP+Pi+NADP++NAD+→2CH3COCOOH+A TP+NADH+NADPH+2H+ED途径的生理功能：是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，产能效率低，为微生物所特有。

(4)WD途径(磷酸解酮酶途径)(图5-4)。

包括磷酸戊糖解酮酶途径(PK途径)和磷酸己糖解酮酶途径(HK途径)。

5．发酵作用及产能方式。

发酵的定义有下面列举的多种理解方式，但是从微生物代谢的角度来定义发酵，是下面的第⑤种：①生产酒精饮料和牛奶发酵产品的过程(通常的概念)；②食品的变质和腐烂(通常的概念)；③大规模的微生物工业化生产(工业上的定义)；④厌氧条件下的能量释放过程(有一定的科学性)；⑤是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物的过程。

第五章微生物的代谢一、名词解释：01.新陈代谢（metabolism）：简称...

第五章微生物的代谢一、名词解释：01.新陈代谢（metabolism）：简称代谢，泛指发生在活细胞中的各种化学反应的总和，也是生物细胞与外界环境不断进行物质交换的过程。

包括合成代谢和分解代谢，它是推动生物一切生命活动的动力源。

02.合成代谢（anabolism）：又称同化作用。

微生物从环境吸收营养物质，在细胞内合成新的细胞物质和贮藏物质，并储存能量，建立生长、发育的物质基础的过程。

03.分解代谢（catabolism）：又称异化作用。

微生物分解营养物质，释放能量，供给同化作用、机体运动、生长和繁殖等生命活动所用，产生中间代谢产物，并排泄代谢废物和部分能量的过程。

04.生物氧化（biological oxidation）：分解代谢实际上是物质在生物体内经过一系列的氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，这个过程也称为生物氧化。

05.呼吸作用（respiration）：微生物在降解底物的过程中，将释放的电子交给电子载体，再经过电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其他还原型产物并释放出能量的过程。

06.有氧呼吸（aerobic respiration）：以分子氧作为氢和电子的最终受体的生物氧化过程，称为好氧呼吸或有氧呼吸。

07.无氧呼吸（anaerobic respiration）：又称为厌氧呼吸，在无氧的条件下，微生物以无机氧化物作为最终氢和电子受体的生物氧化过程。

08.发酵（fermentation）：狭义发酵：在无外源氢受体的条件下，细胞有机物氧化释放的[H]或电子交给某一内源性的中间代谢物，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。

即电子供体是有机物，而最终电子受体也是有机物的生物氧化过程。

广义发酵：泛指任何利用微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料的一类生产方式。

09.底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）：物质在生物氧化过程中，常生成一些有高能键的化合物，这些化合物可直接偶联A TP或GTP的合成，这种产生ATP等高能键的方式称为底物水平磷酸化。

第五章微生物的代谢

2,3-丁二醇脱氢酶
2,3-丁二醇
鉴别肠道细菌的V.P.试验
——乙酰甲基甲醇试验
缩合
2丙酮酸 -CO2
鉴别原理
脱羧
乙酰乳酸
2,3-丁二醇
乙酰甲基甲醇
碱性条件
二乙酰
（与培养基中精氨酸的胍基结合）红色化合物
鉴别肠道细菌的产酸产气和甲基红（M.R）试验
产酸产气试验： Escherichia（大肠杆菌属）与Shigella （志贺氏菌属）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，后者则因无此酶，不具有产气的能力。
途径：ED
3-磷酸甘油醛 2H
2ATP
丙酮酸
丙酮酸
2CO2
乙醇
乙醛
2乙醇
细菌的乙醇发酵
同型乙醇发酵：产物中仅有乙醇一种有机物分子的酒精发酵
异型乙醇发酵：除主产物乙醇外，还存在有其它有机物分子的发酵
乳酸发酵
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。由于菌种不同，代谢途径不同，生成的产物有所不同，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。
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。
磷酸解酮酶途径有两种：

磷酸戊糖解酮酶途径（PK）途径

磷酸己糖解酮酶途径（HK）途径
没有EMP、HMP和ED途径的细菌通过PK、HK途径分解葡萄糖。
磷酸戊糖解酮酶途径葡萄糖
6-P-葡萄糖 6-P-葡萄糖酸
IMViC试验：
= 吲哚（I）、甲基红（M）、V.P.试验（Vi）柠檬酸盐利用（C）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。

6.5第五章微生物的营养和代谢

好氧：震荡或通气厌氧：深层静止，加入还原剂等
二、微生物的营养类型
形态结构微生物的多样性
营养类型
营养物质
需要什么？
营养类型
怎么消耗？
能能营养型
碳源不同
自养型：CO2 异养型:有机物
光能自养型（光能无机营养型）
营养
光能异养型（光能有机营养型）
类型化能自养型（化能无机营养型）
第一节微生物的营养物质和营养类型
一、微生物的营养
1、微生物营养的概念微生物营养(nutrition)：微生物从环境中摄取生命活动所必需的能量和物质以满足其生长繁殖需要的一种生理过程,是一切生命活动的基础。
2、微生物的营养物质及其功能微生物营养物质：能被微生物吸收利用的物质
水
微生物生长所需的重要成分，在细胞的化学成分中含量最多。含量（因种类、生活条件和发育时期不同有差异）
半合成培养基：部分天然材料，部分纯化学试剂优点：配制方便，微生物生长良好常用：马铃薯蔗糖培养基
根据物理状态不同固体培养基凝固体培养基：在液体培养基中，加入凝固剂琼脂，明胶等天然固体培养基：固体营养物，如麸皮，米糠等
用途：菌种分离、鉴定、选种、育种、菌种保存半固体培养基
琼脂0.2%-0.5% 用途：细菌运动的观察，噬菌体效价测定，
选择培养基（selective medium）定义：根据某种微生物生长的特殊要求或对某些化学、物理因素
的抗性而设计的培养基。特点：在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质以抑
制不需要的微生物的生长，利于所需要的微生物的生长。目的：将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来
的培养基。
例如：加青霉素、四环素、链霉素分离酵母菌和霉菌。

05 第五章微生物代谢

从微生物发酵生产的角度来看，EMP途径与乙醇、
乳酸、甘油、丙酮和丁醇等的发酵生产关系密切。
HMP途径
HMP途径的总反应式为： 6葡糖-6-磷酸＋12NADP+＋6H2O→5葡糖-6-磷酸＋12NADPH
＋12Pi ＋12H+＋6CO2
HMP途径在微生物生命活动中有着极其重要的意义
，具体表现在：
① 供应合成原料：为核酸、核苷酸、NAD(P)+、FAD(FMN) 和CoA等的生物合成提供戊糖-磷酸；途径中的赤藓糖-4磷酸是合成芳香族、杂环族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸）的原料；
第一节微生物产能代谢
一、化能异养作用
二、化能自养作用
三、光合作用
微生物产能代谢（fueling reactions）微生物获得生物合成所需的前体代谢物、能量和还原力，并提供微生物细胞生命活动所需要能量的代谢过程。
微生物产能代谢特点产能代谢的多样性，微生物作为一个类群能够通过氧化有
机化合物、或氧化无机化合物、或通过俘获光能获得能量和还原力。
化能异养作用、化能自养作用和光合作用
微生物产能代谢的本质
有机物
最初能源日光
化能异养菌
光能营养菌化能自养菌
通用能源(ATP)
还原态无机物
一、化能异养作用
异养微生物利用有机物通过分解代谢途径（即生物氧化）进行产能代谢。在化能异养微生物的分解代谢途径中，能源有机物可以在有氧或厌氧条件下经脱氢（或电子）、递氢（或电子）和受氢三个阶段合成ATP、产生还原力[H]和小分子中间代谢物。
2.无氧呼吸
无氧呼吸（anearair respiration），又称厌氧呼吸：是指某些细菌在厌氧条件下，以含氧化合物替代自由氧作为最终电子受体，仍使用呼吸链细胞色素系统传递电子（氢）的呼吸作用。特点：无氧条件下，厌氧或兼性厌氧微生物的特殊呼吸作用；

【生物科技公司】第五章微生物的代谢

（生物科技行业）第五章微生物的代谢第五章微生物的代谢一、代谢的概念1、代谢是细胞内发生的所有化学反应的总称，包括分解代谢和合成代谢，分解代谢产生能量，合成代谢消耗能量。

2、生物氧化：生物体内发生的一切氧化还原反应。

在生物氧化过程中释放的能量可被微生物直接利用，也可通过能量转换储存在高能化合物（如ATP）中，以便逐步被利用，还有部分能量以热的形式被释放到环境中。

生物氧化的功能为：产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物。

3、异养微生物利用有机物，自养微生物则利用无机物，通过生物氧化来进行产能代谢。

二、异养微生物产能代谢发酵生物氧化有氧呼吸呼吸无氧呼吸1、发酵：有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。

发酵过程中有机化合物只是部分地被氧化，因此，只释放出一小部分的能量。

发酵过程的氧化是与有机物的还原相偶联。

被还原的有机物来自于初始发酵的分解代谢，即不需要外界提供电子受体。

发酵的种类有很多，可发酵的底物有碳水化合物、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。

生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解（glycolysis）。

糖酵解是发酵的基础，主要有四种途径：EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。

主要发酵类型（1）酵母菌乙醇发酵的三种类型一型发酵：GlucosePyrAlcohol二型发酵：当环境中存在NaHSO4，与乙醛结合，而不能受氢，不能形成乙醇。

磷酸二羟丙酮a-磷酸甘油甘油三型发酵：在碱性条件下，乙醛发生歧化反应产物：乙醇、乙酸和甘油。

（2）乳酸发酵同型乳酸发酵（EMP途径）：葡萄糖丙酮酸乳酸异型乳酸发酵（PK或HK途径，肠膜状明串珠菌）葡萄糖乳酸+乙酸或乙醇（HK途径）戊糖乳酸+乙酸（PK途径）两歧双歧途径（PK+HK途径，两歧双歧途杆菌）葡萄糖乳酸+乙酸（Hk和PK途径）（3）氨基酸发酵产能（Stickland反应）在少数厌氧梭菌如Clostridiumsporogenes,能利用一些氨基酸同时当作碳源、氮源和能源，其机制是通过部分氨基酸的氧化和另一些氨基酸的还原向偶联，这种以一种氨基酸做氢供体和以另一种氨基酸做氢受体而发生的产能的独特发酵类型，称为Stickland反应。

05、微生物代谢

不经呼吸链
发酵
有氧呼吸、无氧呼吸和发酵的递氢与受氢
在递氢、受氢中，根据氢受体性质的不同，异养微生物的生物氧化可分为有氧呼吸、无氧呼吸和发酵三类。
有氧呼吸、无氧呼吸、发酵的特点比较
生物氧化递氢方式的类型末端氢受体对O2的要求有氧无氧无氧产能效率高较低
有氧呼吸完整呼吸链外源性分子氧递氢
氧化磷酸化产能
有氧呼吸
无氧呼吸有机物氧化 (化能异养型微生物) 底物磷酸化产能：发酵无机物氧化：氧化磷酸化产能 (化能自养型微生物) 有氧呼吸无氧呼吸
3、还原力[ H ]的来源
化能异养型微生物：有机物氧化脱氢产生
化能自养型微生物：无机物氧化后通过消耗ATP的逆呼吸链电子传递产生
部分呼吸链外源性无机氧无氧呼吸递氢化物(或有机物) 发酵
不经呼吸链, 内源性中间直接受氢代谢有机物
很低
只有底物磷酸化
1、有氧呼吸（aerobic respiration）
有氧呼吸：底物脱氢后，经完整呼吸链传递，最终被作为末端氢受体的外源性分子氧接受产生水并释放能量的生物氧化过程。
（1）硝酸盐呼吸（反硝化作用）
硝酸盐呼吸：以NO3-作为末端氢受体的无氧呼吸。
末端氢受体： NO3末端氢受体的还原产物：（N02[H] 呼吸链 ATP N03N02-
N0
N20
N20
） N2
N0
N2 + H2O
进行硝酸盐呼吸的细菌：反硝化细菌（硝酸盐还原菌）反硝化细菌属于兼氧菌，有氧时进行有氧呼吸，无氧时进行硝酸盐呼吸，如：地衣芽孢杆菌。硝酸盐还原同化性硝酸盐还原：以N03- 作为氮源。不属于硝酸盐呼吸。

微生物第五章微生物的新陈代谢

第五章微生物的新陈代谢一、名词解释新陈代谢：是推动生物一切生命活动的动力源和各种生命物质的“加工厂”，是活细胞中一切有序化学反应的总和。

生物氧化：发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应。

呼吸：是一种最重要最普遍的生物氧化或产能过程。

呼吸链：指位于原核微生物的细胞膜或真核生物的线粒体膜上，由一系列氧化还原势呈梯度差的，链状排列的递氢体或递电子体所组成的连续反应体系。

无氧呼吸：指的是呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数有机氧化物）的生物氧化。

发酵：在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后产生的还原力未经呼吸链传递而直接交给内源性中间代谢产物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。

同型酒精发酵：酵母在无氧条件下，通过EMP途径，即葡萄糖-丙酮酸-乙醛-乙醇的过程，称为同型酒精发酵。

异型酒精发酵：细菌通过HMP 途径进行，产生1分子乙醇和 1 分子乳酸，称为细菌异型酒精发酵。

Stickland 反应：某些专性厌氧细菌如梭状芽孢杆菌、生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌在厌氧条件下生长时，以一种氨基酸作为底物进行氧化脱氢（即供氢体），脱下的氢（还原力）以另外一种氨基酸作为氢受体进行还原脱氨，两者偶联进行，实现生物氧化产能的发酵类型称为Stickland 反应。

两用代谢途径：凡在分解代谢和合成代谢中均具有功能的代谢途径。

代谢回补顺序：是指能补充两用代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢物的应。

乙醛酸循环：中间代谢物中存在乙醛酸的循环。

固氮酶：是一种复合蛋白，由固二氮酶和固二氮酶还原酶两种相互分离的蛋白构成。

异形胞：某些丝状蓝藻所特有地变态营养细胞, 是一种缺乏光合结构、通常比普通营养细胞大地厚壁特化细胞。

类菌体：根瘤菌进入宿主根部皮层细胞后，分化成膨大、形状各异、无繁殖能力，但具有很强固氮活性的细胞。

豆血红蛋白：豆科植物根瘤中发现的血红蛋白样红色蛋白质。

有抗氧化活性，可避免同类细菌中的固氮酶受到抑制，是共生固氮所必需的。

环境微生物第05章微生物代谢

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电子供体
电子受体
10
11
3、光合磷酸化：光引起叶绿素、菌绿素或菌紫素逐出电子，通过电子传递产生ATP的过程叫光合磷酸化。
非循环式光合磷酸化：光照后，激发态叶绿素分子从H2O 得到电子传递给NADP+，经过电子传递链后产生ATP： 2H2O + 2NADP+ + 2ADP + 2Pi → 2NADPH + 2H+ + 2ATP + O2
环式光合磷酸化中电子循环流动，整个过程中只有ATP 的产生不伴随NADPH的生成，不产生O2。
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二、化能异养微生物的生物氧化与产能代谢
产能（ATP）生物氧化的功能：产还原力[H] 产小分子中间代谢物
好氧呼吸生物氧化的三种类型：厌氧呼吸发酵
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1.好氧呼吸
以分子态的氧作为最终电子受体的生物氧化过程。彻底氧化，放能最多。
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ATP的生成方式有： 1、基质（底物）水平磷酸化：厌氧或兼性厌氧微生物在基质氧化过程中，产生一个含有高能键的中间物，将高能键转移到ADP，成为ATP，如1，3-二磷酸甘油酸和磷酸烯醇式丙酮酸。 2、氧化磷酸化：是主要的能量来源。氧化磷酸化作用是将生物氧化过程中释放出的自由能转移形成高能ATP的作用，能量的转移通过电子传递链实现，ATP的生成基于与电子传递相偶联的磷酸化作用。氧化磷酸化的全过程可表示为： NADH + H+ +3ADP + 3Pi +1/2O2
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HMP途径的重要意义
为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸；产生大量NADPH，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EMP途径在果糖-1,6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可以调剂戊糖供需关系；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3~7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； HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活动对其中间产物的需要量相关。

微生物的代谢

第五章微生物的代谢代谢：细胞内发生各种化学反应的总称，主要由分解代谢和合成代谢两个过程组成。

分解代谢：是指将细胞内大分子物质降解为小分子物质，并在这个过程中产生能量；合成代谢：是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂的大分子，在这个过程中要消耗能量，反应来源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。

无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由一系列连续的酶促反应构成，前一步反应的产物是后续反应的底物。

第一节微生物产能代谢在生物体内大分子有机物经过一系列连续的氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，这是一个产能的过程，又称生物氧化。

一、异养微生物的生物氧化微生物细胞内发生的生物氧化反应分成发酵和呼吸两种类型，而呼吸又可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种方式。

1、发酵A、发酵是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物，不需要外界提供电子体。

可发酵的底物有糖类、有机酸、氨基酸等，其中微生物发酵葡萄糖最为主要。

简单了解EMP途径、HM途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。

B、乳酸发酵：许多菌能利用葡萄糖产生乳酸，这类细菌称为乳酸菌。

根据产物不同，乳酸发酵有3种类型：同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧乳酸发酵。

a、同型乳酸发酵：葡萄糖经过EMP途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下被NADH还原为乳酸，由于产物只有一种，故称同型乳酸发酵。

b、异型乳酸发酵：葡萄糖先经PK途径分解，发酵产物除乳酸以外还有一部分乙醇或乙酸。

c、双歧乳酸发酵：是两歧双歧杆菌发酵葡萄糖产生乳酸的一条途径，此反应中有两种磷酸解酮酶参加反应。

2、呼吸作用发酵中底物所具有的能量只有小部分被释放出来，并合成少量ATP，造成这种现象的原因有两个：一是底物的碳原子只被部分氧化，二是初始电子供体和最终电子受体的还原电势差不大。

呼吸作用：微生物在降解底物的过程中，将释放的电子交给NAD(P)+、FAD、或FMN等电子载体，再经电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其他还原型产物并释放能量的过程。

第五章微生物营养与代谢

第五章 微生物的代谢

微生物学 第五章 微生物的代谢

微生物学第五章微生物的代谢

10-12 第五章 微生物的代谢

第五章 微生物的代谢

第五章 微生物代谢

第5章 微生物的营养

第五章微生物的代谢

第5章 微生物代谢

第五章微生物的代谢一、名词解释：01.新陈代谢（metabolism）：简称...

第五章 微生物的代谢

6.5第五章微生物的营养和代谢

05 第五章 微生物代谢

【生物科技公司】第五章微生物的代谢

05、微生物代谢

微生物第五章微生物的新陈代谢

环境微生物第05章 微生物代谢

微生物的代谢

第五章微生物的代谢

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10-12 第五章微生物的代谢

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第5章微生物代谢

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05 第五章微生物代谢

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