微生物代谢过程简介
微生物代谢途径及其应用
微生物代谢途径及其应用微生物代谢是指微生物在生命活动中所经过的化学反应过程。
微生物代谢途径可以分为两类：有氧代谢和厌氧代谢。
有氧代谢是指微生物在有氧条件下进行的代谢过程，需要氧气参与其中。
而厌氧代谢是指微生物在缺氧或者不需要氧气的条件下进行代谢过程，不需要氧气参与其中。
1.有氧代谢途径（1）糖酵解糖酵解是一种普遍的有氧代谢途径。
糖酵解可以将葡萄糖等简单碳水化合物分解成乳酸、丙酮酸和二氧化碳等产物。
这个过程中，有酶参与其中，其中最重要的是磷酸戊糖激酶和辅酶A。
糖酵解产生的能量可以被细胞利用来维持其生命活动。
（2）三羧酸循环三羧酸循环也是一种重要的有氧代谢途径。
该代谢途径起始物质为乙酰辅酶A，最终产物为二氧化碳、水和ATP。
三羧酸循环在细胞中扮演重要的调节功能，不仅能产生能量，而且能够通过代谢产生许多物质，如酮体、胆固醇和氨基酸等。
（3）氧化磷酸化氧化磷酸化是细胞中产生ATP的最主要途径。
氧化磷酸化的产生需要氧气的参与，它的产生能量丰富，可以被微生物细胞广泛利用。
氧化磷酸化的特点是产生ATP时电子被氧气接受，氧气变成水。
2.厌氧代谢途径（1）乳酸发酵乳酸发酵是微生物在缺氧条件下产生能量的重要途径之一。
乳酸发酵是指葡萄糖经过糖酵解后而产生的乳酸。
乳酸在细胞中可以作为能量来源，也可以被利用于生产酸奶、牛奶和奶酪等食品中。
（2）乙醇发酵乙醇发酵是一种常见的厌氧代谢途径。
在乙醇发酵过程中，微生物将葡萄糖和其他碳水化合物转化为乙醇和CO2。
乙醇发酵可用于生产酒精和燃料等。
（3）丙酮酸发酵丙酮酸发酵是微生物在缺氧条件下的另一种常见代谢途径。
丙酮酸可以由草酸或其他有机物分解代谢而来，也可以由糖酵解初步分解得到。
丙酮酸的产生和利用不仅有助于微生物的生命活动，而且可以被利用于食品工业和药品生产等领域。
微生物代谢途径的应用微生物代谢途径可用于多个领域。
以下列举一些常见应用：1.医药领域微生物代谢制备药物是一种重要的手段。
微生物学第五章微生物的代谢
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。
THANKS
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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
第五章 微生物的代谢
（三）半纤维素的分解 半纤维素也是植物细胞壁的重要组成成分，在植
物体内的含量很高，仅次于纤维素，半纤维素是由戊 糖（主要是木糖和阿拉伯糖）和己糖（主要是半乳糖 和甘露糖）缩合而成的聚合物，有些种类植物在组成 半纤维素的亚基中，还有糖醛酸（主要是半乳糖醛酸 和葡萄糖醛酸）。
半纤维素比纤维素容易分解，能够分解它的微生 物种类也比较多，例如细菌中的噬纤维菌，梭菌中的 某些种类，真菌中的曲霉、青霉、木霉等的某些种类。 半纤维素在相应酶的作用下，分解为相应的单糖。
•反应步骤简单，产能效率低.
• 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连 接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不 同中间代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌 氧时进行乙醇发酵.
ED途径的总反应
•
• •
ATP
• • •
ATP
C6H12O6
ADP
KDPG
2ATP NADH2 NADPH2 2丙酮酸
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NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提 供还原力，另一方面可通在果糖-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。
醛再氧化成有机酸，最后按脂肪酸β-氧化的方
式分解，为机体生长提供必要的能量与小分子 化合物。
（二）脱氨作用 脱氨基主要有氧化脱氨基（大肠杆菌等参与）、水解
脱氨基（酵母菌等参与）和还原脱氨基（大肠杆菌等参 与）三种方式。 1.氧化脱氨基 CH3CHNH2COOH+1/2O2→CH3COCOOH+NH3 2.水解脱氨基 RCHNH2COOH+H2O→RCH2OH+CO2+NH3 3.还原脱氨基 HOOCCH2CHNH2COOH→HOOCCH=CHCOOH+ NH3
微生物的代谢
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
2、5-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。
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）
CO2 + H2
乳酸脱氢酶 乳酸 丙酮酸甲酸解酶 乙酰-CoA +甲酸
1G
丙酮酸
磷酸转乙酰基酶
乙醛脱氢酶
乙酸激酶
乙醇脱氢酶
E.coli与志贺氏菌的区别：
葡萄糖发酵试验：
PEP羧化酶
E.coli、产气肠杆菌
甲酸（甲酸氢解酶、HC+O）2 + H2
4）PK途径（磷酸酮解酶途径）
a、磷酸戊糖酮解酶途径（肠膜明串珠菌、番茄乳杆菌、甘露醇乳
杆菌、短杆乳杆菌 ）
G
5-磷酸-木酮糖
特征性酶 木酮糖酮解酶
乙酰磷酸 + 3-磷酸-甘油醛
乙醇
丙酮酸
乳酸 1 G 乳酸 + 乙醇 + 1 ATP + NADPH + H+
b、磷酸己糖酮解酶途径——又称HK途径（两歧双歧杆菌）
2微生物的发酵代谢途径（fermentantion）
1、定义
广义：利用微生物生产有用代谢一种生产方式。 狭义：厌氧条件下，以自身内部某些中间代谢
产物作为最终氢（电子）受体的产能过程
微生物的代谢
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代谢产物
初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖。 脂类、维生素等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不 停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。
次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非 是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素。毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物 不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机 化合物，种类很多，常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。
在生产实际中，人们将通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程叫做发酵。发酵的种类很多。根据 培养基的物理状态，可分为固体发酵和液体发酵；根据所生成的产物，可分为抗生素发酵、维生素发酵和氨基酸 发酵等；根据发酵过程对氧的需求情况，可分为厌氧发酵（如酒精发酵、乳酸发酵）和需氧发酵（如抗生素发酵、 氨基酸发酵）。
人工控制
人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发酵条件）等。例如， 黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。其中，赖氨酸是一种人和高等动物的必需氨基酸， 在食品、医药和畜牧业上的需要量很大。在黄色短杆菌的代谢过程中，当赖氨酸和苏氨酸都累计过量时，就会抑 制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸；而赖氨酸单独过量就不会出现这种现象。例如，在谷氨酸的 生产过程中，可以采取一定的手段改变细胞膜的透性，是谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对谷氨 酸脱氢酶的抑制作用，提高谷氨酸的产量。
微生物代谢
微生物代谢第三章：微生物代谢广义的代谢--生命体进行的一切化学反应。
代谢分为能量代谢和物质代谢，分解代谢和合成代谢。
分解代谢：复杂营养物分解为简单化合物（异化作用）。
合成代谢：简单小分子合成为复杂大分子（同化作用）二者关系初级和次级代谢依据代谢产物在微生物中作用不同，又有初级代谢和次级代谢。
初级代谢：能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或提供生长能量的一类代谢。
产物有小分子前体物、单体、多聚体等生命必需物质。
次级代谢：某些微生物中并在一定生长时期出现的一类代谢。
产物有抗生素、酶抑制剂、毒素、甾体化合物等，与生命活动无关，不参与细胞结构，也不是酶活性必需，但对人类有用。
二者关系：先初后次，初级形成期也是生长期，只有大量生长，才能积累产物。
第1节：微生物能量代谢微生物对能量利用：有机物——化能异养菌日光——光能营养菌通用能源还原态无机物——化能自养菌A TP只有ATP和酰基辅酶A起偶联作用，其他高能化合物只作为〜P 供体。
生物氧化过程分为：脱氢、递氢、受氢三个阶段。
生物氧化功能：产能（A TP）、产还原力[H]、产小分子中间代谢物。
以下主要讲述化能异养微生物的生物氧化和产能。
一、底物（基质）脱氢的四条主要途径以葡萄糖作为典型底物1、EMP途径（糖酵解途径）有氧时，与TCA连接，将丙酮酸彻底氧化成二氧化碳和水。
无氧时，丙酮酸进一步代谢成有关产物。
2、HMP途径（己糖-磷酸途径）产生大量NADPH2和多种重要中间代谢物。
3、ED途径2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径KDPG是少数缺乏完整EMP的微生物具有的一种替代途径，细菌酒精发酵经ED进行。
4、TCA循环（三羧酸循环）真核在线粒体中，原核在细胞质中。
TCA在代谢中占有重要枢纽地位四种途径产能比较：二、递氢和受氢根据递氢特别是最终氢受体不同划分1、发酵（分子内呼吸）无氧条件下，底物脱氢后产生的还原力不经呼吸链而直接传递给某一中间代谢物的低效产能反应。
微生物的代谢
第二章微生物的代谢代谢（metalsolism）是细胞内发生的各种化学反应的总称，它主要由分解代谢(catabolism)和合成代谢(anabolism)两个过程组成。
分解代谢是指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。
一般可将分解代谢分为三个阶段（图）：第一阶段是将蛋白质、多糖及脂类等大分子营养物质降解成氨基酸、单糖及脂肪酸等小分子物质；第二阶段是将第一阶段产物进一步降解成更为简单的乙酰辅酶A、丙酮酸以及能进入三羧酸循环的某些中间产物，在这个阶段会产生一些ATP、NADH及FADH2；第三阶段是通过三羧酸循环将第二阶段产物完全降解生成CO2,并产生ATP、NADH及FADH2。
第二和第三阶段产生的ATP、NADH及FADH2通过电子传递链被氧化，产生大量的ATP。
合成代谢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（图）或环境中的小分子营养物质。
在代谢过程中，微生物通过分解代谢产生化学能，光合微生物还可将光能转换成化学能，这些能量除用于合成代谢外，还可用于微生物的运动和运输，另有部分能量以热或光的形式释放到环境中去。
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，前一步反应的产物是后续反应的底物。
细胞通过各种方式有效地调节相关的酶促反应，来保证整个代谢途径的协调性与完整性，从而使细胞的生命活动得以正常进行。
某些微生物在代谢过程中除了产生其生命活动所必需的初级代谢产物和能量外，还会产生一些次级代谢产物，这些次级代谢产物除了有利于这些微生物的生存外，还与人类的生产与生活密切相关，也是微生物学的一个重要研究领域。
第一节微生物的产能代谢在微生物的物质代谢中，与分解代谢相伴随的蕴含在营养物质中的能量逐步释放与转化的变化被称为产能代谢。
可见产能代谢与分解代谢密不可分。
任何生物体的生命活动都必须有能量驱动，产能代谢是生命活动的能量保障。
微生物代谢途径
微生物代谢途径
【微生物代谢途径】
微生物代谢途径是指微生物在其内部产生能量或物质的代谢过程。
这些过程可以分为三大类：新陈代谢、重组代谢和合成代谢。
1．新陈代谢：
新陈代谢是指微生物从外界获取的能量或物质，通过氧化降解的过程，转化成它们所需要的化学能，如糖类、脂肪、蛋白质等，并发放出氧气或二氧化碳等有机化合物。
其中最重要的过程是糖酵解，也叫作糖苷水解或糖酵解反应，即将糖苷分解成更小的物质，如乳糖、果糖、麦芽糖等，同时产生氧气。
2．重组代谢：
重组代谢是指微生物从外界获取的物质通过氧化或合成反应，在细胞内重新构建新的物质，用于生物组成的物质改变。
其包括：碳水化合物代谢、脂肪代谢、氨基酸代谢、脱氢代谢、磷酸酯代谢、光合作用、氧化还原反应等。
3．合成代谢：
合成代谢是指微生物从外界获取的能量或物质，经过重组代谢后重新构建出新的物质，用于细胞的生长和繁殖。
这个过程主要分为三个部分：合成物的构建、调节物质的合成比例及调节物质的转运。
它包括：脂肪酸合成、碳水化合物合成、蛋白质合成、核酸合成等。
- 1 -。
微生物的生理与代谢
微生物的生理与代谢微生物是由单细胞生物组成的一个广泛的群体，其种类繁多，包括细菌、真菌、病毒等等。
虽然微生物微小无形，但是它们对人类生存和健康产生着极为重要的影响。
微生物不仅寄生在人体内，还广泛分布在海洋、土壤、空气等环境中。
微生物的生理与代谢研究是微生物学领域的一个重要内容，本文将介绍微生物的生理代谢过程以及其应用。
一、微生物的生理代谢过程微生物的生理代谢过程包括能量代谢和非能量代谢两个部分。
能量代谢主要通过三种生化途径来完成：糖酵解、无氧呼吸和有氧呼吸。
糖酵解是指将葡萄糖等简单碳水化合物分解，产生能量，同时生成乳酸等代谢产物。
无氧呼吸是指微生物在缺氧环境下，通过代谢糖类、脂肪酸或其他有机物质，产生ATP能量，并释放出二氧化碳和水等副产物。
而有氧呼吸则需要氧气参与，将有机物质完全氧化成CO2和H2O，并同时产生ATP能量。
非能量代谢主要包括一些特定的代谢途径。
例如产生酸性物质的乳酸发酵、醋酸发酵和丙酮酸发酵等；发酵坚果及肉类的曲霉、产奶酪的嗜热乳酸菌等。
此外，微生物还可以利用硫化氢、氨气和甲烷等无机化合物进行生物氧化或利用CO2进行光合作用。
二、微生物生理代谢的应用微生物的能量代谢和非能量代谢的研究无疑对现代生物技术的发展产生了很大的影响。
下面我们将依次介绍微生物在食品加工、生物污染控制、医药开发等方面的应用。
1. 食品加工微生物在食品加工中的应用是微生物学的一个重要领域。
比如酿酒，麦芽中的淀粉可以利用酵母发酵成乙醇和二氧化碳；制作奶酪的过程中，乳糖发酵成乳酸，使其凝固，形成奶酪。
此外，微生物还可以生产酸奶和豆浆等发酵食品，以及开发富含菌株蛋白质的饲料等。
2. 生物污染控制微生物在环境污染治理方面的应用也十分广泛，例如：在一些含高浓度污染物的土壤中，可以通过微生物进行生物清洁；微生物菌剂能够适用于受污染的土地疏浚，去除污染物，以及清除水体中的有毒化学物质等。
微生物菌剂选择合适的菌株可以有效地控制生物污染。
微生物的代谢过程
微生物的代谢过程微生物是一类广泛存在于地球各个环境中的微小生物体，包括细菌、真菌、病毒等。
它们具有独特的代谢过程，通过分解和转化有机物质，维持了地球生态系统的平衡和物质循环。
本文将着重探讨微生物的代谢过程，从其能量获取、营养物质利用等方面展开，以便更好地理解微生物的生活方式。
一、微生物的能量获取微生物的能量获取主要通过两种方式：化学能和光能。
一些微生物通过化学反应来获得能量，这被称为化学合成。
比如许多细菌利用硫化氢等无机物质进行化学反应，产生能量来维持其生存。
另一些微生物则利用光合作用，将阳光转化为化学能以供自身使用。
光合作用是一种利用光能合成有机物质的过程，典型的代表就是光合细菌和光合蓝藻。
二、微生物的营养物质利用微生物对于营养物质的利用非常广泛，可以利用各种有机物质和无机物质进行代谢。
其中，碳源的利用尤为重要。
微生物可以根据对碳源的利用方式将其分为两类：自养微生物和异养微生物。
自养微生物能够利用无机碳源如二氧化碳来合成有机物质，比如细菌中的类固醇合成细菌；而异养微生物则需要从外部获取有机碳源，例如许多病原菌依赖于宿主提供的有机物质来生存。
微生物的氮源利用也非常重要，因为氮是构成蛋白质等生物大分子的关键元素。
微生物可以利用无机氮源如氨、硝酸盐等，也可以利用有机氮源如氨基酸、蛋白质等。
通过利用不同的氮源，微生物可以满足自身的生长和繁殖需求。
除了碳源和氮源，微生物还需要其他一些微量元素，如磷、硫、钾等。
这些微量元素在细胞代谢中起到重要的作用，比如作为酶的辅助因子、参与细胞信号传递等。
三、微生物的代谢途径微生物在代谢过程中通过一系列酶催化的化学反应来完成对营养物质的分解和合成。
常见的代谢途径包括糖酵解、无氧呼吸、有氧呼吸、脂肪酸合成等。
糖酵解是一种将葡萄糖分解为乳酸或乙醇等产物的过程，常见于一些厌氧微生物。
无氧呼吸则是一种在缺氧条件下，微生物将有机物质通过无氧反应代谢产生能量的方式。
有氧呼吸是一种需氧条件下进行的代谢途径，微生物通过将有机物质氧化为二氧化碳和水，释放大量能量。
【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。
微生物的生长和代谢过程
微生物的生长和代谢过程微生物是地球上最古老的生命体系之一，也是最微小的生命体之一。
微生物的数量多达几十亿个，遍布整个地球，生存于各种各样的环境中，包括陆地、海洋、空气、水和土壤。
微生物的生长和代谢过程是微生物学的重要内容。
一、微生物的生长微生物的生长是生态系统中必不可少的一个环节。
微生物的生长有四个阶段：潜伏期、指数期、平稳期和衰退期。
1.潜伏期潜伏期是微生物在生长前的一段时间，此时微生物的代谢活动非常缓慢。
微生物通常需要消耗原料来制造细胞结构和细胞组分，以支持其后续的繁殖和生长。
2.指数期在指数期，微生物以指数级增长。
随着生长，微生物吞食周围环境中的营养物质，使细胞体积增大，并逐渐分裂成两个相同大小的细胞。
这个过程通常持续几个小时到几天不等。
3.平稳期在平稳期，微生物的数量已经达到最大值，即细胞数量与营养物质的消耗率达到平衡。
此时，微生物代谢活动维持平衡，同时分裂和死亡的速度也在平衡状态。
4.衰退期在衰退期，微生物数量开始下降，这可能是由于缺乏营养物质、pH值或温度变化等因素引起的。
二、微生物的代谢微生物代谢过程是微生物生长和繁殖的基础。
微生物代谢过程可以分为两种类型：有氧代谢和厌氧代谢。
1.有氧代谢在有氧代谢中，微生物使用氧气来促进其代谢过程。
这种代谢方式在微生物学中被称为呼吸作用。
有氧代谢包括三个主要过程：糖酵解、Krebs循环和氧化磷酸化。
微生物使用糖作为能量来源，将其转化为ATP（三磷酸腺苷）。
2.厌氧代谢在厌氧代谢中，微生物不使用氧气，而是使用其他氧化剂来促进其代谢过程。
这种代谢方式分为六种类型：乳酸发酵、酒精发酵、丙酮酸发酵、醋酸发酵、硫酸还原和甲烷生成。
厌氧代谢产生的ATP产量比有氧代谢少，但可以在没有氧气的条件下生存。
三、微生物在工业中的应用微生物在食品、药品、造纸、纺织、塑料、清洁剂等众多领域中发挥着重要作用。
微生物的应用可以提高生产效率、改善产品质量和带来环境效益。
1.生物制药微生物制药是一种生产生物制品的过程，包括各种药品，如抗生素、疫苗和酶等。
微生物代谢过程解析
微生物代谢过程解析微生物是一类分布广泛，种类多样的生物体。
它们具有很强的适应能力，可以生活在不同的环境中，并完成各种复杂的代谢过程。
微生物代谢过程是微生物生物化学中最基础、最重要的一环，涉及到生命的起源、生命的进化、生物圈的循环等方面。
在本文中，我们将探讨微生物代谢过程的相关概念、过程和意义。
微生物代谢过程的相关概念代谢是指生物体内发生的所有物质和能量转化的过程。
它是维持生物体生命活动的核心。
微生物代谢过程是微生物在代谢过程中的一部分，它是一系列的生化反应，包括酶催化的多个步骤，以实现生物学中的所有生长和能量获取途径。
微生物代谢过程通常被分为两大类：合成代谢和分解代谢。
合成代谢主要指微生物体内的新陈代谢，可以将小分子物质合成成大分子物质，并为微生物细胞繁殖和生存提供所需物质。
例如：葡萄糖可以通过微生物体内ATP分子为能量来源，合成核酸，代谢出脂肪酸，合成氨基酸。
分解代谢主要指微生物对有机物或无机物的分解，把大分子、复杂的物质分解成较小、较单纯的物质来对生物体内能量的平衡供给所需。
例如：微生物可以利用碳素、氮素、微量元素等原料，产生能量，实现葡萄糖和其他有机物的分解和嫌氧呼吸。
微生物代谢过程中的相关过程微生物代谢过程中的代谢路径及反应是相互连续、相互依存的，可以从微观和宏观两个方面进行考虑。
从微观方面来看，微生物代谢过程包括三个阶段：酵母过程，胞内呼吸作用和微生物耐受性/适应性。
一般来说，酵母过程包括四步：葡萄糖转换为酒精、丙酮酸和水；葡萄糖转为乳酸和水；葡萄糖转为醋酸、二氧化碳和水；葡萄糖转为丙酮和二氧化碳。
其中大多数能够参与分解代谢和分支途径的物质作为中间体在其它代谢途径中产生和消耗。
从宏观方面来看，微生物代谢过程可以分为三个阶段：酵母发酵，有氧呼吸和嫌氧呼吸。
发酵产物是受制于基因组合和操作条件的选择的，有时是不需要更高等级代谢途径的组合，而是最初能够进行的代谢途径的一种变异或拓展。
微生物在有氧环境下可以产生大量ATP，使微生物具有高代谢能力和强烈的细胞增殖能力，但当环境因素不利时，微生物可以通过嫌氧代谢适应环境。
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。
6第六章 微生物的代谢
发酵的类型
1.由EMP途径中丙酮酸出发的发酵
丙酮酸EMP途径的关键产物，由丙酮酸出发，在 不同微生物中可进入不同的发酵途径，如：同型酒 精发酵、同型乳酸发酵、丙酸发酵、混合酸发酵、 丁酸发酵等。
2.通过HMP途径的发酵——异型乳酸发酵 （heterolactic fermentation）凡葡萄糖发酵后产生乳 酸、乙醇（乙酸）和CO2等多种产物的发酵即异型 乳酸发酵；相对的如只产生2分子乳酸的发酵则称 同型乳酸发酵（homolactic fermentation）
第六章 微生物的代谢
Microbial metabolism
概述
新陈代谢（metabolism）简称代谢，是指发生在活细胞 中的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢 （anabolism）的总和。
分解代谢又称异化作用，指复杂的有机分子在分解代谢 酶系的催化下产生简单分子、能量和还原力的作用。
TCA循环在微生物生命活动中的意义：
（1）彻底氧化，为微生物生长提供大量的能 量。 （2） 位于一切分解代谢与合成代谢的中枢地 位，为有机物的合成提供大量的原料。 （3）工业生产中可利用这一途径生产柠檬酸、 苹果酸、琥珀酸、谷氨酸等工业原料。
6.1.1.2 递氢和受氢
在生物体中，贮存在葡萄糖等有机物中 的化学能，经上述的多种途径脱氢后， 经过呼吸链等方式递氢，最终与受氢体 （氧、无机物或有机物）结合，以释放 其化学潜能。
1.EMP途径（Embdem-Meyerhof-Parnas pathway）或糖酵解途径（Glycolysis Pathway ）
是绝大多数生物所共有的一条主流代谢途径。
1分子葡萄糖，经10步反应，产生2分子丙酮 酸 苷、酸）2分和子2N分A子DAHT2（P。还原型烟酰胺腺嘌呤二核
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。
微生物第四章
第四章微生物的代谢代谢（metabolism）：也称新陈代谢，指生物体内进行的全部化学反应的总和。
（一）分解代谢：细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在此过程中产生能量的过程。
不同营养类型的微生物进行分解代谢所利用的物质不同，异氧微生物利用的是有机物，自养微生物利用的是无机物。
（二）合成代谢：细胞利用简单的小分子物质合成复杂的大分子物质，并在此过程中贮藏能量的过程。
（三）物质代谢：物质在体内进行转化的过程。
（四）能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化的过程。
（五）初级代谢：能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或提供生长能量的一类代谢。
产物有小分子前体物、单体、多聚体等生命必需物质。
（六）次级代谢：某些微生物进行的非细胞结构物质和维持其正常生命活动的非必须物质的代谢。
产物有抗生素、酶抑制剂、毒素、甾体化合物等，与生命活动无关，不参与细胞结构，也不是酶活性必需，但对人类有用。
合成代谢和分解代谢的关系1.分解代谢为合成代谢提供能量和原料，保证正常合成代谢的进行，合成代谢又为分解代谢创造更好的条件。
2.合成代谢和分解代谢都是由一系列连续的酶促反应构成的，前一步反映的产物是后续反应的底物。
微生物代谢的特点1.代谢旺盛（代谢强度高、转化能力强）2.代谢类型多样化（导致营养类型的多样化）3.某些微生物在代谢过程中除产生其生命活动必须的初级代谢产物和能量外，还会产生一些次级代谢产物，次级代谢产物与人类生产与生活密切相关，是微生物学的重要研究领域。
4.微生物的代谢作用使得微生物在自然界的物质循环中起着极其重要的作用。
第一节微生物的能量代谢第二节微生物的物质代谢第三节微生物代谢的调节第四节微生物次级代谢与次级代谢产物第一节微生物的能量代谢微生物能量代谢是指微生物把环境提供的能源或本身储存的能源转变为微生物生命活动所需能源的过程。
微生物的产能代谢是指生物体内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，又称生物氧化。
微生物的代谢过程
微生物的代谢过程微生物，这个微小而神奇的世界，充满了无尽的奥秘和生命的活力。
它们虽然个体微小，但在地球上的生态系统和生物化学过程中却发挥着极其重要的作用。
而微生物的代谢过程，正是它们生存、繁衍和与环境相互作用的关键。
微生物的代谢可以简单地理解为它们获取和利用能量、合成物质以及排除废物的一系列化学反应。
这些反应的进行，使得微生物能够适应各种各样的环境条件，并且执行着各种重要的生态功能。
首先，让我们来看看微生物的分解代谢。
这一过程主要是将复杂的有机物质分解为更简单的化合物，并从中释放出能量。
例如，许多微生物能够分解葡萄糖这种常见的糖类物质。
在细胞内，葡萄糖经过一系列的化学反应，如糖酵解途径，被逐步转化为丙酮酸。
丙酮酸随后可以进一步进入三羧酸循环，通过一系列的氧化反应，产生大量的能量以满足细胞的需求。
在分解代谢中，微生物还能分解蛋白质、脂肪等大分子物质。
蛋白质会被水解为氨基酸，然后通过脱氨基作用等反应产生氨和其他有用的化合物。
脂肪则可以被分解为脂肪酸和甘油，进一步被氧化分解产生能量。
与分解代谢相对应的是合成代谢。
这是微生物利用从分解代谢中获得的能量和小分子物质来合成自身所需的大分子物质和细胞结构成分的过程。
比如，微生物需要合成蛋白质来构建细胞的结构和执行各种功能。
它们会以氨基酸为原料，按照特定的遗传信息，通过核糖体的作用将氨基酸连接成多肽链，最终形成具有特定结构和功能的蛋白质。
核酸的合成也是至关重要的。
微生物需要合成 DNA 和 RNA 来遗传信息和进行基因表达。
核苷酸是合成核酸的基本单位，微生物通过一系列的反应从简单的前体物质合成核苷酸，然后再组装成 DNA 和RNA 分子。
除了分解代谢和合成代谢，微生物还有一些特殊的代谢途径，以适应特殊的环境条件或执行特殊的功能。
例如，一些微生物能够进行发酵作用。
在无氧条件下，它们可以将葡萄糖转化为乳酸、乙醇等发酵产物，同时产生少量的能量。
这种代谢方式使得微生物能够在缺氧的环境中生存。
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主要参考书目：
1）《水处理工程》，第一版，顾夏声等，清华大学出版社，1985
2)《现代废水生物处理新技术》，钱易等，中国科技出版社，1993
3）《排水工程》，第三版，张自杰等，中国建筑工业出版社，1996
4）《水污染治理工程》，黄铭荣、胡纪萃，高教出版社，1995
5）《废水生物处理数学模型》，第二版，顾夏声，清华大学出版社，1995
6）《水处理微生物学》，第三版，顾夏声等，中国建筑工业出版社，1998
•第一章 废水生物处理概述
第一节 废水生物处理简介
一、废水生物处理的目的和重要性
1、废水生物处理的目的
废水生物处理的主要目的有以下3点：① 絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物；② 稳定和去除废水中的有机物；③ 去除营养元素氮和磷。
2、废水生物处理的重要性
① 城市污水中约有60%以上的有机物只有用生物法去除才最经济；
② 废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法；
③ 目前世界上已建成的城市污水处理厂有90%以上是生物处理法；
④ 大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。
二、微生物在废水生物处理中的作用
微生物在废水生物处理中主要有三个作用：
① 去除溶解性有机物（以COD 或BOD 5表示）（将其转化成CO 2和H 2O ），去除其它溶解性无机营养元素如N （最终转化为N2气）、P （转化为富含磷的剩余污泥从水中分离出来）等；
② 絮凝沉淀和降解胶体状固体物（某些难降解颗粒或胶体状有机物，可以通过微生物产生的胞外多聚物等具有絮凝效果的物质发生沉淀，与剩余污泥一同被排出系统；或通过吸附较长期地滞留在系统内而被缓慢降解）；
③ 稳定有机物（某些有毒有害难降解有机物可以被微生物初步分解或部分降解，而减轻毒性作用或得到部分稳定，或最终被完全转化为无机物而得到稳定）。
三、微生物代谢过程简介
1、废水生物处理过程中微生物代谢过程示意图
有机物 微生物 新的细胞物质 CO 2、H 2O
生物残渣
内源呼吸 分解
合成
2、微生物代谢的基本要素
①能源：化学能，或光能——化能营养型、光能营养型；
②碳源：有机碳，或无机碳——异养型、自养型；
③无机营养元素——又分为宏量元素，如：N、P、S、K、C a、M g等，在处理工业废水时，N、P元素与所需要去除的有机污染物之间的营养平衡问题有时会很关键，必要时就需要在进行中投加一定量的N、P；以及微量元素，如Fe、Co、Ni、Mo等，微量元素对于某些特殊的细菌如产甲烷细菌等的生长十分重要，因此在设计和运行厌氧生物反应器时，应给予足够的重视，否则会出现所谓的“微量元素缺乏症”；
④特殊有机营养物（也称生长因子，如维生素、生物素等）：对于某些特殊细菌，某些特殊的维生素对其生长的影响会很大，因此，在必要时应考虑补充。
3、废水生物处理中涉及的微生物代谢过程主要有：
①化能异养型代谢：在废水生物处理中最主要的代谢形式，主要用于对废水中有机物的去除，包括主要的好氧细菌和厌氧细菌；
②化能自养型代谢：也是废水生物处理中常见的一种代谢形式，主要包括硝化细菌（将氨氮氧化为亚硝酸盐，或进一步氧化为硝酸盐）、氢细菌（对其的应用还处在研究阶段）、铁细菌等；
③光合异养型代谢：利用光合细菌以高浓度有机废水为基质生产菌体蛋白；
④光合自养型代谢：在废水生物处理中少有应用。
四、废水生物处理中的微生物
1、细菌：
主要包括真细菌(eubacteria)和古细菌(archaebacteria)；是废水生物处理工程中最主要的微生物；
根据需氧情况不同：好氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌；
根据能源碳源利用情况的不同：光合细菌——光能自养菌、光能异养菌；非光合细菌——化能自养菌、化能异养菌；
根据生长温度的不同：低温菌( 10ºC~15 ºC)、中温菌(15 ºC ~45 ºC)和高温菌(>45 ºC)
2、真菌：
真菌的三个主要特点：
①能在低温和低pH值的条件生长；
②在生长过程中对氮的要求较低（是一般细菌的1/2）；
③能降解纤维素。
真菌在废水处理中的应用：
①处理某些特殊工业废水；
②固体废弃物的堆肥处理
3、原生动物、后生动物：
原生动物主要以细菌为食；其种属和数量随处理出水的水质而变化，可作为指示生物。
后生动物以原生动物为食；也可作为指示生物。
第二节生物处理工艺在废水处理中的地位
一、有机污染物在废水中的存在形式及其主要去除方法
1、颗粒状有机物(>1μm)：
可以采用机械沉淀法进行去除的颗粒物；
2、胶体状有机物(1nm~100nm)：
不能采用机械沉淀法进行去除的较小的有机颗粒物；
3、溶解性有机物(<1nm)：
以分散的分子状态存在于水中的有机物
4、生物法处理的主要对象：
废水中呈胶体状和溶解状态的有机物；废水中溶解状态的营养元素N和P。
二、废水处理程度的分级
废水处理程度的分级：一级处理——预处理或前处理；二级处理——生物处理；三级处理——深度处理
1、一级处理：
去除效果：E BOD≈ 30%, E SS≈ 50%；
主要功能：①去除颗粒状有机物，减轻后续生物处理的负担；②调节水量、水质、水温等，有利于后续的生物处理。
主要方法：物化法，如：沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等
2、二级处理：
去除效果：E BOD≈ 85~90%，E SS≈ 90%；
主要功能：大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水达标排放；
主要方法：各种形式的生物处理工艺
3、三级处理：
主要目的：①去除二级处理出水中残存的SS、有机物，或脱色、杀菌，
②脱氮、除磷——防止水体富营养化；方法：
主要方法：①物化法——超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；
②生物法——生物法脱氮除磷，等
早期，在国内还将脱氮除磷作为深度处理看待，认为在我国水环境中主要的污染物还只是有机物，对氮、磷引起的污染的严重性还认识不足；但近年来，随着国内多个大型湖泊富营养化问题和近海海域赤潮现象的日益增多，对于控制废水中的氮、磷的排放逐渐有了新的认识，因此，在新的排放标准中，也将氮、磷指标列入，并且在很多新建污水厂的设计和运行上对于氮、磷的控制都有了明确要求，因此生物脱氮除磷已经逐渐转变为二级处理的范畴，不再作为三级处理来要求了。
三、我国水环境中有机物污染的严重状况
1、我国水环境污染现状
①废水排放量巨大；
②我国水环境中量大面广的污染物是有机物；
③N、P的污染也日益严重
2、水环境中有机污染的主要来源
①生活污水：COD = 400~500mg/l，BOD5 = 200~300mg/l；
②工业废水：主要有石油化工、轻工、食品等行业，
如：啤酒废水：8~20m3废水/m3酒，COD = 2000~3500mg/l；
酒精废水：12~15 m3废水/m3酒，COD = 3~6 万mg/l；
味精废水：25~35 m3废水/吨味精，COD = 6~10 万mg/l；
造纸黑液：120~600 m3废水/吨纸浆，COD = 10~15万mg/l；等等
四、我国城市污水处理概况
1、现状：处理率低下；
2、发展趋势：全国范围内大量的城市污水厂正在建设之中，各种先进工艺在国内均有应用。
第三节废水生物处理工艺的分类
一、人工强化废水处理系统
主要包括好氧生物处理工艺和厌氧生物处理工艺，将是本课程重点介绍内容。
二、天然废水生物处理系统
主要包括生物稳定塘系统和土地处理系统，其中生物稳定塘系统是在河流自净功能的基础上发展起来的；而土地处理系统则是在污水的土地灌溉技术的基础上发展起来的。