微生物的合成代谢讲解材料
合成生物学——人工合成微生物代谢途径的研究
合成生物学——人工合成微生物代谢途径的研究随着人类对生命的认识不断深入，合成生物学成为了一个热门的研究领域。
通过模拟自然界中的基因操作和遗传变异，人们可以通过自主设计和构建微生物的代谢途径来实现对生物体系的控制和调节。
这种技术不仅可以用来生产高附加值化学品，还可以为制药、农业、食品和能源等领域提供新技术和新思路。
一、微生物代谢途径的基础知识微生物是一类简单的生物体系，拥有独特的代谢过程和生命活动方式。
代谢过程是细胞在生命过程中进行一系列生化变化，使它们从低能态成分转化为高能态成分的过程。
微生物代谢的多样性和灵活性是探索生命的基本条件，同时也为人们提供了实现人工合成和改造微生物的平台。
微生物代谢通常包括两个步骤：底物转化和产品合成。
底物转化是指细胞将外源性或内源性底物分解为一系列代谢产物，而产品合成是细胞合成高某个化学品的过程。
底物转化和产物合成过程相互联系，共同推动微生物的代谢活动。
微生物的代谢途径非常复杂，在不同的培养条件下可能会产生各种代谢产物。
二、人工合成微生物代谢途径的原理对微生物代谢途径的构建过程就是对微生物代谢途径进行改造和优化的过程。
它通过引入外源基因从而增加或删除底物转化和产物合成酶的数量，从而达到改变微生物代谢途径的目的。
在这个过程中，最重要的是通过调整微生物代谢途径的平衡点来控制代谢活动。
这种方法可以建立新的代谢途径，还可以调整和改变单个酶的活性和特异性。
人工合成微生物代谢途径的目标是生产一种或多种特定的化学品和生物产品。
例如，通过修改大肠杆菌的嗜酸乳杆菌酸代谢途径来合成异戊酸，这种新的微生物白叟更容易生存，并且可以提高产量和稳定性。
此外，人工合成微生物代谢途径还可以利用植物或其他微生物的酶代替微生物中缺少的酶，从而增加代谢产物种类和数量。
这种方法被广泛应用于生产制药，并已推广到食品、化学和能源等领域。
三、合成生物学在人工合成微生物代谢途径中的应用合成生物学是一种新兴的生物学技术，它将基因工程、系统生物学和合成化学等多个学科领域进行了整合。
微生物的合成代谢
微生物合成代谢产生的某些物质具有抗菌、抗病毒和抗虫的 活性，可用于生物防治。
微生物合成代谢的种类与过程
初级代谢产物
指微生物生长所必需的物质，如氨基酸、核苷酸等，其合成过程与微生物生长紧密相关。
次级代谢产物
指非微生物生长所必需的物质，如抗生素、色素等，其合成过程不受微生物生长的影响。
微生物合成代谢过程
微生物复合肥
将微生物与化学肥料混合制成的肥料，可以 同时提供营养和改善土壤环境。
生物能源
生物柴油
利用微生物将油脂转化为生物柴油，可替代 化石燃料。例如，脂肪酸甲酯就是由微生物 将油脂转化而成的生物柴油。
生物氢气
利用光合微生物在光照条件下将二氧化碳和 水转化为氢气，可用于燃料电池等。
05
微生物合成代谢的未来展望
遗传学机制。
细胞膜通透性的调节
总结词
细胞膜通透性的调节是微生物合成代谢 调控的重要环节之一，通过改变细胞膜 的通透性来影响物质进出细胞的运输和 代谢。
VS
详细描述
细胞膜通透性的调节主要涉及到磷脂组成 和膜蛋白的活性。微生物可以通过改变磷 脂的组成和膜蛋白的活性来调节物质进出 细胞的运输。此外，一些小分子代谢物也 可以通过扩散作用进出细胞，因此细胞膜 通透性的调节对于维持微生物的正常生理 功能具有重要意义。
04
微生物合成代谢的应用
生物制药
抗生素
微生物可以产生抗生素，用于治 疗细菌感染。例如，青霉素就是 由霉菌产生的抗生素，可以抑制
细菌的生长。
激素
微生物可以生产激素，用于调节 生物体的生理活动。例如，胰岛 素就是由微生物生产的激素，用
于治疗糖尿病。
疫苗
微生物可以用于生产疫苗，预防 疾病的发生。例如，流感疫苗就 是通过培养流感病毒制成的，可 以刺激人体免疫系统产生抗体，
5.9 微生物的合成代谢(一)
•合成代谢（anabolism）•就是微生物将简单的无机物或者有机的小分子物质在细胞内的各种酶促反应合成蛋白质、核酸、多糖及脂质等高分子化合物，并进一步组装成具有完整细胞结构与功能的一些列代谢过程。
一、生物合成原则Principles Governing Biosynthesis 从下列五个方面进行讲述原则1.生物由小分子逐步合成大分子乃至细胞Inorganic molecules 细胞cell细菌、真菌、原生动物 细胞器Organelles 细胞膜、细胞核、线粒体、鞭毛超分子体系Supramolecular systems 膜、肽聚糖、酶复合物大分子聚合物Macromolecules 多糖、蛋白质、脂类、核酸单体化合物Monomers单糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸 前体代谢物Precursor metabolites 12种碳源 无机分子CO 2、NH 3、H 2O 、PO 43-PEP carboxykinase Pyruvate carboxylasePyruvatekinase Hexokinase Glucose 6-phosphatasePhospho-fructokinase Fructose 1,6-bisphosphate原则2. 很多酶是双功能原则3. 合成代谢消耗能量•合成代谢是耗能反应，需要与ATP或其他高能化合物的水解相耦合原则4.合成代谢与分解代谢反应在空间上分离•合成代谢与分解代谢定位在不同的细胞区室•保证合成代谢与分解代谢途径能独立地同时地进行。
原则5.分解代谢和合成代谢通常使用不同的辅因子•通常分解代谢的氧化过程会产生NADH2，相反，在合成代谢过程中需要一个电子供体时，往往需要NADPH2。
分类依据合成反应类型举例产物分子量前体代谢物的合成12种单体化合物的合成氨基酸、单糖、单核苷酸大分子聚合物的合成蛋白质、多糖、核酸产物性质初级代谢产物蛋白质、多糖、核酸、脂类次级代谢产物抗生素、激素、毒素、色素代谢特异性生物共有合成反应初级代谢产物的合成微生物特有合成反应肽聚糖合成、生物固氮、次级代谢二、微生物合成反应类型5.9 微生物的合成代谢（一）•合成代谢（anabolism）•合成代谢三要素：能量还原力即NADPH2或NADH2化能自养细菌：1．氢酶催化H2形成NAD(P)H22．电子逆转在光合微生物藻类与蓝细菌：在反应中心Ⅱ中发生光解形成还原力光合细菌：电子还原NAD(P) 形成NAD(P)H2前体代谢物葡萄糖-1-磷酸 葡萄糖-6-磷酸 磷酸二羟丙酮 甘油酸-3-磷酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 核糖-5-磷酸 赤藓糖-4-磷酸 乙酰辅酶A 草酰乙酸 α-酮戊二酸 琥珀酰辅酶A 氨基酸 核糖 维生素 NH 3 NO 3- 有机氮 蛋白质 核酸 自养微生物 异养微生物 多糖 脂肪 单糖 脂肪酸 辅因子 有机物 CO 2分解代谢和合成代谢过程中的 重要中间代谢产物 EMP HMP TCA复习思考题1.细菌细胞内的生物合成有那些基本原则？2.微生物合成反应有哪些类型？3.合成代谢的三要素是什么？4.12种前体代谢物是什么？分别来自哪些途径？。
微生物合成代谢通路及合成生物学的应用
微生物合成代谢通路及合成生物学的应用微生物是地球上数量最多、种类最丰富的生物之一。
它们不仅能够在各种环境中生存，并且能够合成复杂的化合物，包括药物、食品、燃料等。
微生物的合成代谢通路是合成这些化合物的基础。
合成生物学是一种新兴的科学，可以通过基因工程技术对微生物进行改造以实现用于医学、工业、环保等多个领域的应用。
本文将简要介绍微生物的合成代谢通路和合成生物学的应用。
1. 微生物的合成代谢通路微生物的合成代谢通路是微生物内部化学反应的集合。
通过代谢通路可以合成复杂的有机分子。
不同的微生物可以通过不同的代谢通路来合成不同的化合物。
例如，片球菌能够通过反应组合萜烯单体来合成广谱抗菌素，这种代谢通路就被称为静菌菌素合成途径。
大肠杆菌能够合成众多氨基酸和微量元素，包括合成亚硫酸盐、铁、钴、镍等。
在微生物的合成代谢通路中，酶对于催化反应至关重要。
不同的化合物需要不同的酶催化来完成反应。
要想调节反应通路，改变代谢产物的产生量，就需要对代谢反应中的酶进行调节。
通过调节酶的量和酶的活性，可以控制产物的种类和数量。
2. 合成生物学的应用合成生物学是一种新的交叉学科，将生物学、化学、物理学、计算机科学等多个学科有机结合起来，通过合成生物界面实现具有新功能的生物系统。
合成生物学的发展带来了许多重要的应用，特别是在医学、工业、环保等领域。
a. 医学领域合成生物学在医学领域的应用，既包括创新药物的开发，也包括生物技术的改良。
举个例子，单克隆抗体是一种对特定抗原有选择性的免疫物质，可以用于诊断和治疗许多疾病，包括癌症、自身免疫性疾病等。
目前，利润合成生物学的技术，可以通过遗传工程的方法生产特定的单克隆抗体，不仅节省了药物生产时间和成本，也能够更好地定制治疗方案。
b. 工业领域合成生物学在工业领域的应用主要包括生物燃料、化学品和食品的生产。
利用微生物代谢通路，可以操纵微生物来生产可持续的生物燃料，如生物柴油、生物甲烷等。
此外，利用微生物代谢通路还可以生产许多高附加值的有机分子，比如生产具有众多用途的丙酮酸甲酯、丁二酸二甲酯等。
微生物的代谢专业知识讲解
生物氧化的功能：产能（ATP）、产还原 力[H]和产小分子中间产物。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
6.1.1.1 底物脱氢的四条主要途径
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
EMP途径的总反应式为：
C2H6H+ 1+22OA6T+P2+N2AHD2O++2ADP+2PI
2CH3COCOOH+2NADH+
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
HMP途径在微生物生命活动中的意义： （1）供应合成核酸、核苷酸、芳香族及杂环组氨基酸的原料。
（2）产生大量NADPH2形式的还原力，一方面可通过呼 吸链产生大量的能量，另一方面可供有机物合成。 （3）是光能自养型和化能自养型微生物固定二氧化碳 的中介（5-磷酸核酮糖在羧化酶的作用下可固定二氧化 碳形成1，5-二磷酸核酮糖。 （4）扩大碳源利用范围（为微生物利用三碳糖-七碳糖 提供必要的代谢途径)。 （5）通过与EMP途径的连接（在1，6-二磷酸果糖和3磷酸甘油醛处），可为微生物提供更多的戊糖。
1. 有氧呼吸（aerobic respiration）
有氧呼吸是一种最普遍和最重要的生物 氧化方式，其特点是底物脱氢后，经呼 吸链（respiratory chain or electron transport chain）递氢，最终由分子氧接 受氢并产生水和释放能量（ATP）。
食品微生物第六章微生物的代谢(分析“合成”文档)共70张PPT
（2）无氧呼吸(anaerobic respiration)
无氧呼吸也叫厌氧呼吸，最终电子受体不是氧，而是NO3-、NO2-、
SO42-、S2O32-、CO2等无机物，或延胡索酸等有机物。
某些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸；
无氧呼吸需要细胞色素等电子传递体，并在能量分级释放过程伴随
ED 途径
2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径
这一途径主要局限于接合单胞菌属 的一些细菌。
葡萄糖+NAD++NADP++Pi+ ADP →2丙 酮酸＋NADH+ NADPH+ 2H++ATP
ED 途径为该类细菌的合成 代谢提供：
能量： ATP
还原力： NADH2 + NADPH2 小分子 C 架：
4.根据物质运输过程的特点，可将运输方式
分为:自由扩散、协助扩散、主动运输和基团 转移
5. 培养基：人工配制的，适合微生物生长繁 殖或产生代谢产物的营养基质。任何培养基
都应该具备微生物生长所需要六大营养要素。
6. 选用和设计培养基的原则和方法 原则：目的明确、营养协调、理化适宜、经济节 约。
方法：生态模拟、查阅文献、精心设计、试验比较。
有磷酸化作用，可产生较多的能量用于生命活动。
由于部分能量随电子转移传给最终电子受体，所以生成的能量不如 有氧呼吸多。
硝酸盐呼吸：以硝酸盐作为最终电子受体，也称为硝酸盐的异化作用
（Dissimilative）。
有些菌可将NO2-进一步将其还原成N2，这个过程称为反硝化作用
2、发酵(fermentation)
微生物的代谢和能量来源
微生物的代谢和能量来源微生物是一类非常微小的生物体，它们在代谢和能量来源方面有着自己独特的特点。
本文将探讨微生物的代谢过程，以及微生物在不同环境下获取能量的方式。
一、微生物的代谢过程微生物的代谢过程是指生物体内发生的各种化学反应，包括将有机物转化为无机物的分解反应（分解代谢），以及将无机物转化为有机物的合成反应（合成代谢）。
1.1 分解代谢分解代谢是微生物将复杂的有机物分解为简单的无机物的过程。
微生物通过分解代谢来获得能量，并且释放出一些不需要的废物。
这可以帮助微生物维持生命活动并进行繁殖。
常见的分解代谢过程包括蛋白质的降解、脂肪的分解以及碳水化合物的分解等。
1.2 合成代谢合成代谢是微生物将无机物转化为有机物的过程。
在合成代谢中，微生物利用分解代谢所产生的能量，将简单的无机物合成为复杂的有机物，以满足细胞生长、修复和繁殖的需要。
葡萄糖、脂肪酸和氨基酸的合成过程是合成代谢的典型例子。
二、微生物的能量来源微生物在不同的环境下可以利用多种途径获取能量。
下面将介绍微生物能量来源的几种常见方式。
2.1 光合作用光合作用是一种典型的能量获取方式，常见于光合细菌和光合藻类等微生物中。
这些微生物能够利用光能将二氧化碳和水转化为有机物（如葡萄糖）和氧气。
光合作用中的太阳能被光合色素吸收，通过一系列化学反应转化为化学能，供微生物生长和代谢所需。
2.2 无机物氧化一些微生物可以利用无机物氧化来获得能量。
例如，氨氧化细菌可以将氨氧化为亚硝酸，并生成能量。
硫氧化细菌则能够将硫化物氧化为硫酸盐，从而获得能量。
这种能量获取方式常见于一些特殊环境中，如硫泉、咸湖等地。
2.3 有机物降解大部分微生物都是通过有机物降解来获取能量。
微生物利用各种有机物，如葡萄糖、脂肪和氨基酸等，通过分解代谢的过程将它们转化为能量。
通常，微生物首先将有机物分解为较小的分子，再进一步通过氧化反应得到能量。
这一过程中，微生物产生了二氧化碳、水和一些废物，如氨和硫化氢。
医学微生物学细菌的新陈代谢
引言概述：医学微生物学是研究微生物在人体中的作用和影响的学科。
微生物在人体内进行新陈代谢活动，其中细菌是最常见的微生物类型之一。
细菌的新陈代谢是指细菌内部化学反应和能量转化的过程。
本文将深入探讨医学微生物学中细菌的新陈代谢。
正文内容：1.无氧代谢1.1好氧呼吸：细菌利用氧气进行有氧呼吸，将有机物氧化成水和二氧化碳，同时产生能量和ATP。
1.2基质胞内呼吸：某些细菌在缺氧条件下进行代谢，通过无氧呼吸系统将有机物转化为酸、酒精或溶解性气体。
1.3乳酸发酵：某些细菌无法利用氧气进行呼吸，而是通过乳酸菌酶将糖转化为乳酸。
2.合成代谢2.1蛋白质合成：细菌通过蛋白质合成酶将氨基酸合成为蛋白质，以满足自身对蛋白质的需求。
2.2核酸合成：细菌通过核酸合成酶将核苷酸合成为核酸，包括DNA和RNA。
2.3脂质合成：细菌合成脂质以构建细胞膜，并储存能量。
脂质合成包括脂肪酸的合成和脂质的组装。
2.4糖类合成：细菌通过吸收外源性糖类和内源性合成来获得能量。
3.分解代谢3.1糖类分解：细菌通过糖酶将糖分解为能量。
不同细菌对糖类的分解途径有所不同。
3.2脂肪分解：细菌通过脂肪酶将脂肪分解为脂肪酸和甘油。
3.3蛋白质分解：细菌通过蛋白酶将蛋白质分解为氨基酸。
3.4核酸分解：细菌通过核酸酶将核酸分解为核苷酸和核糖。
4.运输代谢4.1氨基酸运输：细菌通过载体蛋白质将外源性氨基酸从外部运输到细胞内。
4.2糖类运输：细菌通过载体蛋白质将外源性糖类从外部运输到细胞内。
4.3脂质运输：细菌通过载体蛋白质将外源性脂质从外部运输到细胞内。
4.4离子运输：细菌通过质子泵和离子通道等机制将离子从外部运输到细胞内。
5.外源化合物利用代谢5.1多糖分解：细菌通过多糖酶将外源性多糖分解为单糖并利用。
5.2醇类代谢：细菌通过醇酶将外源性醇类代谢为能量和有机物。
5.3芳香化合物降解：某些细菌具有芳香化合物降解能力，可以将有机废弃物降解为无毒无害的物质。
总结：细菌的新陈代谢是一个复杂而多样化的过程。
微生物代谢与生物合成的研究
微生物代谢与生物合成的研究随着生物技术的发展，越来越多的关于微生物代谢与生物合成的研究得以突破。
微生物代谢是微生物的生命活动过程之一，是指在微生物体内的化学物质或能量转移过程。
而生物合成则是指微生物通过各种合成途径，构建特定的生物大分子的过程。
这两个过程紧密相连，互相促进。
在微生物代谢中，可以通过酵素的作用将有机物质利用变成一些可生化的分子，这个过程被称为生化转化。
这种转化有两种方式，一种是有氧代谢，另一种是无氧代谢。
有氧代谢是指微生物在含氧气的环境下，利用氧气将有机物质转化成能量，产生水和二氧化碳。
而无氧代谢则是在没有氧气的环境下，微生物通过利用无机物质来产生能量。
这种转化对于有机废弃物的处理、食品生产等有广泛的应用。
生物合成则是一种特定的化学反应，通过这种反应，微生物可以生成各种生物分子，如蛋白质、核酸、药物等。
而利用微生物合成这些分子，可以使化学反应更加高效、简便且安全，以及节省大量的生产成本。
例如，利用微生物合成抗生素、生长抑素、激素等药物，可以大大减小对动物试验的需求，也有利于降低药物的成本。
最近，关于微生物代谢和生物合成的研究也得到了大力发展。
研究发现，微生物代谢和生物合成与微生物自身的代谢境况密切相关。
当微生物面临外部压力时，对于产生有用分子的生物合成途径可能会发生改变。
这也给生产过程中的微生物菌株选择提出了更高的要求。
必须在保持稳态的前提下，找到更加高效的微生物菌株，从而提高生产效率。
此外，基因工程也是微生物代谢和生物合成研究中的一大亮点。
通过基因重组技术，可以将特定的基因序列移植到微生物中，从而实现对生物合成的调控。
这种技术已经在生产化学品、食品、燃料等方面得到了广泛应用。
例如，基因重组工程可以让微生物利用廉价的碳源生产高价值的化学品，从而实现资源的高效利用。
总之，微生物代谢与生物合成的研究，对于生产、制药和环保等领域都有着非常重要的意义。
尽管这些领域在不断发展，但是这些研究所带来的变化还是让人感到有趣和兴奋的。
4-2微生物的合成代谢
以这些碳架为前体，在酶的作用下通过一系列反应， 合成氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸及多糖等细胞物质。 在12种碳架前体中，有些是TCA循环的中间体。若在 微生物生长时这些碳架被用于细胞物质合成，则导致TCA 中草酰乙酸等中间体不足，造成TCA循环不能正常运转。 微生物通过特定回补途径合成草酰乙酸或苹果酸，以补充 TCA中中间体的不足。 PEP羧化酶、丙酮酸羧化酶、PEP羧基磷酸转移酶及 苹果酸酶。这些回补反应的共同之处在于均有CO2固定。 在厌氧条件下，厌氧和兼性厌氧微生物细胞内不存在 完整的TCA循环，但这些微生物仍能良好生长。在好氧条 件下由TCA循环提供的小分子碳架在厌氧条件下由不完整 TCA途径提供。
生物合成反应中所需的己糖可从外界环境获得或用非 糖前体物来合成。 己糖生物合成中的两个关键中间物是葡萄糖-6-磷酸和 UDP-葡萄糖。 葡萄糖-6-磷酸作为能量来源是葡萄糖氧化和糖酵解过 程的重要中间产物，或者转化为CO2或者转化为发酵产物， 葡萄糖-6-磷酸也可逆向进入多糖合成途径。在这种情况下， 它转化为UDP-葡萄糖（UDPG）。UDPG含有尿嘧啶核苷， 故称为核苷糖。UDPG是葡萄糖的活化形式，它既可作为 其它核苷糖合成时的起始物质，也可作为细胞多糖的葡萄 糖前体。如果说在葡萄糖分解代谢中葡萄糖-6-磷酸是一个 关键中间代谢物的话，UDPG则是葡萄糖合成代谢中的关 键中间代谢物。
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。
《微生物的合成代谢》PPT课件
➢N-乙酰葡萄糖胺(NAG)的生成
胺
➢N-乙酰胞壁酸则是在N-乙酰葡萄糖胺的基础上 进一步演变而成。其过程如下：
➢N-乙酰胞壁酸短肽的合成
课本图6-14
➢在细胞质中NAMA-短肽的合成过程中，起始于 1-磷酸-N-乙酰葡萄糖胺，包括而后的NAMA短肽与N-乙酰葡萄糖胺的结合。前三个氨基酸 逐步加到NAMA上，后两个氨基酸先形成二肽， 然后再添加上去。
脂多糖合成后转移到外膜层，靠类脂A上的6 个脂肪酸嵌入外膜的疏水层。
（四）磷壁质（酸）的合成
磷壁质是甘油磷酸聚合物与核糖醇磷酸聚合 物的共聚体。
1．甘油磷酸聚合物的形成
甘油磷酸聚合物是通过磷酸二酯键将甘油串接而成， 其合成方式如下：
2．核糖醇磷酸的形成
核糖醇磷酸由磷酸核酮糖转变而来，经活化成CDP核糖醇后，再聚合成核糖醇磷酸聚合物：
（1）羧化反应
CO2的受体是1，5-二磷酸核酮糖，它是 在5-磷酸核酮糖激酶的催化下，由5-磷酸核 酮糖产生的。然后，在l，5-二磷酸核酮糖羧 化酶的作用下，l，5二磷酸核酮糖吸收一个 CO2，生成2分子3-磷酸甘油酸。
（2）还原反应
被固定的CO2的还原，这一过程是紧接 在羧化反应后，立即发生3-磷酸甘油酸上羧 基还原为醛基的反应（经EMP途径的逆反应 进行），生成3-磷酸甘油醛。将酸还原成醛 需要还原态的NADPH，还需要3-磷酸甘油酸 激酶和3-磷酸甘油醛脱氢酶。
糖类 活化形式（供体）
引物
单糖
磷酸糖
淀粉和 同型 糖原 多糖
纤维素
ADP-葡萄糖、 UDP-单糖
UDP-葡萄糖
4个葡萄糖残基 组成的寡聚糖
小分子纤维素
三、异型多糖的合成
包括：透明质酸、肽聚糖、脂多糖等。 (一)透明质酸的合成
微生物的合成代谢
4.1酶活性的调节
通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率的方式。是酶分子水平 上的调节，属于精细的调节。
4.1.1调节方式：包括两个方面：
(1)、酶活性的激活：在代谢途径中后面的反应可被较前面的反应产物所 促进的现象；常见于分解代谢途径。 如：粗糙脉孢霉的异柠檬酸脱氢酶的活性受柠檬酸促进 (2)酶活性的抑制：包括：竞争性抑制和反馈抑制。 概念：反馈：指反应链中某些中间代谢产物或终产物对该途径关键酶活性 的影响。 凡使反应速度加快的称正反馈； 凡使反应速度减慢的称负反馈（反馈抑制）； 反馈抑制——主要表现在某代谢途径的末端产物过量时可反过来直接抑制 该途径中第一个酶的活性。主要表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。 特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除
第二阶段：
在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽与N-乙酰葡萄糖胺合成肽 聚糖单体———双糖肽亚单位。
☆这一阶段中有一种称为细菌萜醇(bactoprenol,Bcp)脂 质载体参与，这是一种由11个类异戊烯单位组成的C35 类 异戊烯醇，———它 通过两个磷酸基与N-乙酰胞壁酸相连， 载着在细胞质中形成的胞壁酸到细胞膜上，在那里与N-乙 酰葡萄糖胺结合，并在L-Lys上接上五肽(Gly)5 ,形成双糖 亚单位。
☆这一阶段的详细步骤。其中的反应④与⑤分别为万古霉 素和杆菌肽所阻断。
肽聚糖单体的合成
肽聚糖单体的合成——细菌萜醇
细菌萜醇（ bactoprenol ）：又称类脂载体；运载“ Park” 核 苷 酸 进 入 细 胞 膜 ， 连 接 N- 乙 酰 葡 糖 胺 和 甘 氨 酸 五 肽 “桥”，最后将肽聚糖单体送入细胞膜外的细胞壁生长 点处。 结构式： CH3 CH3 CH3 CH3C=CHCH2(CH2C=CHCH2)9CH2C=CHCH2―OH 功能：除肽聚糖合成外还参与微生物多种细胞外多糖和脂 多糖的生物合成， 如：细菌的磷壁酸、脂多糖， 细菌和真菌的纤维素， 真菌的几丁质和甘露聚糖等。
微生物合成和代谢的模型和技术
微生物合成和代谢的模型和技术微生物对于生物科技的发展起着至关重要的作用。
微生物的合成和代谢模型以及相关技术，不仅可以提高物质的生产效率，还可以为新药物研发提供途径，同样对环境治理有着很大的意义。
一、微生物合成模型微生物合成物质的能力是生物合成领域的重要研究方向之一。
微生物利用特定酶催化反应模型，在代谢途径中产生不同种类的生物活性分子，这些分子有潜在的医学和工业应用价值。
例如，聚羟基烷酸（PHA）是一种由许多细菌和一些真菌合成的可生物降解的聚合物。
它以其良好的可加工性、生物相容性和可生物降解性而在医学、食品和包装等方面得到广泛应用。
可持续生产生物可降解的PHA，可以大大减缓环境危害，对保护生境具有重要意义。
二、微生物代谢模型不同的微生物可以通过代谢酶的作用合成各种有机物。
有机物的生产通过调节微生物代谢途径的通路和酶活性进行实现。
另一个例子，植物生长素（IAA）是一种重要的植物激素，既具有调节植物生长发育的功能，也对植物对生态环境的适应和应对起重要作用。
大肠杆菌等细菌可以通过代谢途径合成IAA，这些菌株对经济作物植物的生长发育有积极作用，另一方面也对植物的生态环境有着积极作用。
三、微生物代谢工程与基因工程相比，代谢工程包括精密的调控微生物代谢网络途径的流量，调节酶活性和代谢产物通量等。
这种方法可用于提高某些微生物的生产效率，并可以促进一些特定化合物的生产。
例如，酪氨酸是一种天然产物，对生物体具有非常重要的功能，例如调节肌肉生长和免疫调节。
通过代谢工程技术，人工调节大肠杆菌的代谢网络通路，制造出高产酪氨酸的菌株，对于医药和食品工业都有非常大的重要意义。
四、微生物合成与代谢技术微生物合成与代谢技术是将微生物对有价值物质的代谢功能进行精良建模，并利用高通量分析、基因编辑和合成生物学技术对微生物进行优化改造的一种方法。
通过这种方法，可以制作出高效、低成本的药物、燃料和化学品。
例如，最近的一项研究利用微生物合成氢氧化钠，该研究通过一系列的代谢工程和生物机器学习技术，预测出了一种新的微生物代谢通路，该通路能够产生氢氧化钠。
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• 多糖的合成不仅是分解的逆转，而是以一种核苷糖为 起始物，接着糖单位逐个添加在多糖链的末端。促进 合成的能量是由核苷糖中高能-磷酸键水解中得到。
2020/4/23
微生物同化碳源总结（C1）
2020/4/23
微生物同化碳源总结（C2）
• 利用乙酸为碳源经乙醛酸循环产生草酸乙酸； • 利用乙醇酸、草酸、甘氨酸为碳源时通过甘油酸途
径生成甘油醛-3-磷酸； • 利用乳酸为碳源时，可直接氧化成丙酮酸； • 可将氨基酸脱去氨基后作为合成葡萄糖的前体。
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微生物同化碳源总结（C3-7）
举例
氨基酸,单糖,单核苷酸 蛋白质,多糖,核酸
蛋白质,多糖,核酸,脂类 抗生素,激素,毒素,色素
初级代谢产物的合成 肽聚糖合成，固氮，微 生物次级代谢反应
微生物合成代谢的原料
微生物合成作用需要小分子物质、能量和还原力 NAD(P)H2
2020/4/23
来源：
小分子物质、 能量和还原力 NAD(P)H2
2020/4/23
2020/4/23
另外，在脂肪酸合成，核苷酸合成中也有固定 CO2的作用
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3、糖类的生物合成
• 微生物生长中既有分解糖类的能量代谢，又有从简单 化合物合成糖类，构成细胞生长所哦需的单糖、多糖 等。单糖很少以游离形式存在一般多糖或多聚糖及少 量糖磷酸酯和糖核苷酸形式存在
电子逆转，在消耗ATP的前提下，电子通 过在电子传递链上的逆转过程(由高电位向 低电位流动)产生NAD(P)H2
合成代谢内容
1、ATP的利用（能量） 2、CO2的固定 （前体） 3、糖类的合成 4、脂类的合成 5、生物固氮 6、氨基酸、核苷酸、核酸、蛋白 质的合成 7、其他生物活性物质的合成
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上一章讲了M的分解代谢
• 主要是糖的分解代谢 多糖 单糖 酸 CO2和H2O
• 脂肪、蛋白、核酸
• 其他有机物分解(烃类的降解)
丙酮
分解代谢
合成代谢
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M的合成代谢
微生物的合成主要指与细胞结构、生长和生命活动有关的生 物大分子物质的合成，这些物质包括蛋白质、核酸、多糖及 脂类等化合物。在微生物的合成代谢中有许多过程与其他生 物是基本相同的，如蛋白质、脂类和核酸等物质的合成，在 前面微生物学和生物化学中已作了专门介绍。
本节仅介绍微生物合成过程的原料、基本路线及微生物合成 特殊的反应。
微生物合成代谢的类型与原料
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微生物合成反应的类型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ微生物合成反应类型
分类依据 产物分子量
产物性质
合成反应在生物体中的 分布
合成反应类型
1.单体合成 2.大分子聚合物合成 1.初级代谢产物 2.次级代谢产物
1.生物共有合成反应 2.微生物特有合成反应
1、ATP的利用
• 用于生物合成 （一个概念 YATP，两层含义） • 维持能量 • 物质转运 • 产热 • 运动 • ATP库 • 转换为其它三磷酸核苷
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2、CO2的固定
自养型
CO2的固定 异样型
二磷酸核酮糖环（卡尔文环） 还原的三羧酸环 （乙酰CoA环） 还原的单羧酸环
主要是合成TCA环的中间产物
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Solomon，et.al.，2002
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• 还原的三羧酸环 （光合细菌；关键酶，丙酮酸合
成酶，a –酮戊二酸合成酶；循环一次固定4个CO2， 合成一分子草酰乙酸，消耗3ATP，2个NADPH和一个 FADH）
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短还原羧酸环（无丙酮酸合成酶，只有a –酮戊二酸
• 无机碳：CO2，碳酸盐 （如前） • 甲烷营养菌(methanotrophs)能氧化甲烷取得碳
源和能量。好氧性的，但形态各异。根据细胞内部结构和碳素同
化途径可以将其分为两个主要类型。第一型吸收同化一碳化合物是经由 独特的核酮糖一磷酸循环途径，第二型是由“丝氨酸途径”吸收同化C1 中间物质。
• 甲基营养菌(methylotmphs)能够利用Cl化合物 作为唯一碳源的微生物。许多甲基营养菌也是甲烷营养
菌。二者的区别是，甲基营养菌需要的碳化物比CO2的还原性高 ，有些种能够利用甲醇、甲胺进行生长，但不能利用甲烷，它们 属于化能有机营养微生物，如生丝微菌(Hyphomicrobium)、假单 胞菌、芽胞杆菌和弧菌等属中的一些种。甲烷营养菌则既能利用 甲烷，也能利用更为氧化的一碳化合物，如甲酸，但不能利用具 有C--C键的物质
合成酶，每循环固定2分子CO2，生成1分子乙酰CoA）
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• 还原的单羧酸环
（在克氏梭菌中；关 键酶，丙酮酸合成酶 ，丙酮酸-甲酸裂解 酶；不需要ATP，只 供给还原型铁氧环蛋 白）
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异样型CO2固定主要是合成TCA环的中间产物，教材上讲了 有6中酶包括磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧 基激酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧基转磷酸化酶，丙酮酸羧化酶， 苹果酸梅，异柠檬酸脱氢酶。
直接自外界环境中吸取 从分解代谢中获得。
细胞中的分解代谢是合成代 谢的基础，二者密切相关。
（1）还原力--主要指还原型烟酰胺腺嘌呤核苷酸类物质，即 NADPH2或NADH2，这两种物质在转氢酶作用下可以互换。
化能异养微生物 ： 通过发酵或呼吸过程形成
化能自养型细菌：
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氢酶催化H2形成NAD(P)H2 （氢细菌等）
各自特点（有机物受体）
• 卡尔文循环 （该循环关键（特证）酶1，5—二磷酸
核酮糖羧化酶，1，7-二磷酸景天庚酮糖磷酸酯酶和5磷酸 核酮糖激酶；关键中间物1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)；步骤
，固定、还原、再生）
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卡尔文循环中的能量转移 3CO2+5H2O+9ATP+6NADPH→GAP+9ADP+6NADP
• EMP • HMP • ED • WD
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3、1 葡萄糖的生物合成
• 合成途径是通过EMP途径 逆行合成葡萄糖
• 葡萄糖的合成是单糖合成的 中心环节
• 其他前体物合成（进入）糖 的途径—
• 自养微生物合成葡萄糖的前 体来源：通过卡尔文循环可 产生甘油醛-3-磷酸，通过 还原的羧酸环可得到草酸乙 酸，乙酰辅酶A或甲酸。