微生物生理学课件笔记整理

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绪论
微生物营养类型
微生物营养:指微生物获得与利用营养物质的过程
无机营养型微生物:以CO2作唯一碳源,不需要有机养料的微生物
有机营养型微生物:只以适宜的有机化合物作为营养物质的微生物
1.光能无机营养型:以日光为能源,以CO
2
为碳源合成细胞有机物的营养类型2.光能有机营养型：以日光为能源，以外源有机物为碳源和供氢体合成细胞
内物质的营养类型
3.化能无机营养型:通过以氧化无机物释放出的能量还原CO
2
成为细胞有机物的营养类型
4.化能有机营养型:用有机物分解时释放出的能量将有机物分解的中间产物
合成新的有机物的营养类型
微生物营养类型
营养类型能源碳源代表类群
自养型光能无
机营养
光CO2
蓝细菌、绿色硫细菌、嗜盐
细菌
化能无
机营养
无机物CO2
硝化细菌、
硫化细菌
异养型光能有
机营养
光有机物与CO2红螺菌
化能有
机营养
有机物有机物
进一步分为
腐生菌和寄生菌
1、光能无机营养型（光能自养型） photolithoautotroph
（１）不产氧光合作用
代表菌种：绿硫菌、紫硫菌
CO2+2H2S （CH2O）+H2O+2S
（２）产氧光合作用
代表菌种：蓝细菌、藻类
CO2+H2O （CH2O）+O2
（３）嗜盐古细菌
以紫膜进行特殊的光能转化
２、光能有机营养型（光能异养型） photoorganoheterotroph 在以二氧化碳为主要碳源时，需要以有机物作为供氢体，利用光能将二氧化碳还原成细胞物质，它们的细胞中含有光合色素，生长时大多需要外源的生长因子，例如
红螺菌（Rhodospirillum）
3、化能无机营养型（化能自养型） Chemolithoautotroph
化能自养型化能自养菌还原CO2而需要的ATP和还原力[H] 是通过氧化无机底物（NH4+、NO2-、H2S、H2 和 Fe2+等）来实现的。

化能自养细菌的能量代谢主要有三个特点：
①无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系。

由脱氢酶或氧化还原酶催化的无机底物脱氢或脱电子后，直接进入呼吸链传递。

这与异养微生物葡萄糖氧化要经过EMP和TCA等途径的复杂代谢过程不同。

②呼吸链的组分更为多样化，氢或电子可从任一组分进入呼吸链。

③产能效率即P／O比一般要比异养微生物更低。

４、化能有机营养型 (化能异养型 , Chemorganoheterotroph)
从有机物氧化过程中获得能量，并以有机物作为主要碳源进行生长。

又可根据它们利用有机物的特性分为腐生菌和寄生菌，以及它们之间的过渡类型。

上述营养型的划分不是绝对的，在它们中间存在着很多过渡类型。

例如：氢单胞菌，在完全是无机养料的环境中，通过氢和氧化获得能量，同化二氧化碳，营自养生活；当环境中有有机物时，直接利用有机物碳架物质而营异养生活。

又如：红螺菌，在光照下能利用光能生长，在暗处有氧条件下，可通过氧化有机物获得能量，实现生长，表现为化能营养型。

为避免混乱，一般认为依据营养型分类以最简单的营养条件为根据，即光能营养型先于化能营养型，自养型先于异养型。

微生物的代谢特点（以及微生物研究生理的优点）
①代谢速率快（V/S大）
②代谢的多样性
③代谢研究的易操作性
代谢途径：中间产物与中产物，直线代谢途径（一般为分解代谢）与分枝代谢途径（一般为合成代谢），两向代谢途径
细胞壁结构
1. 真菌细胞壁组成
①肽聚糖②脂多糖③磷壁酸质④分枝菌酸
2. T古生菌细胞壁组成
①假肽聚糖②酸性杂多糖③糖蛋白
3. 酵母细胞壁组成
①甘露聚糖蛋白②葡聚糖③chitin（几丁质）④纤维素⑤others
纤维素的分解：
纤维素分子的基本结构: β-1,4糖苷键，酮多糖，椅式构象，全部舒展，氢键交联成网状结构
淀粉：β-1,4糖苷键，β-1,6糖苷键，连接松散，加热易糊化
原生质膜：
I. 原核细胞中
1. 磷脂中异常脂肪酸，
2. 质脂，
3. 糖脂，
4. 二醚磷脂酰甘油，
5. 鲨烯，
6. 脂类色素
II. 真核微生物中
1.酵母甾醇，
2. 麦角甾醇
分解代谢
单糖分解途径：
1.EMP（糖酵解）途径
②碳架结构变化
②生理意义：a. 产生ATP, b. 产生NADH2, c. 小分子碳架，d. 生糖。

③分布广泛。

④歧路：（兼性）好氧菌中的丙酮醛支路。

笔记：EMP途径又叫二磷酸己糖途径，原因是1,6-二磷酸果糖酶为该途径的特征酶。

其过程一般为激活----氧化-----产能。

小分子碳架指c3,c4
2.HMP途径
①经典途径
② Williams等发现的新途径。

③生理功能：a. 提供多种碳架，b. 产生NADPH2，c. 产生Ru5P。

④分布广泛。

⑤与EMP的联系。

笔记：HMP途径又叫单磷酸己糖途径，不是严格的分解代谢途径
3.ED途径
①碳架结构的变化
②特点：a. KDPG, b. 特征酶： KDPG醛缩酶，c. ATP。

③分布：主要限于Pseudomonas
笔记：1. ED途径比HMP途径短
2.KDPG通过裂解产生丙酮酸和甘油醛，只有一半产生了ATP，故ATP产生数
量比EMP途径少近一半，但产热多。

3.其过程为：激活---氧化----脱水
4. WD途径（裂解直接产物为乙酰磷酸）
①碳架结构变化：a. PK途径（磷酸-戊糖分解）， b. HK途径（己糖分解）。

②特点：a. 特征酶为磷酸解酮酶，b. 特征反应…。

③生理意义：a. 仅分布在少数细菌中， b. PK途径为戊糖分解的重要途径， c.
H K途径为己糖分解的重要途径。

笔记：1常用程度:HMP>EMP>ED>WD
2这四个途径都从葡萄糖开始
从Glc到Pyr四条途径的总结：
1.如何确定a. 特征酶，b. 放射性同位素标记。

2.丙酮酸代谢（氧化或者还原，为共同代谢产物必经之路）
丙酮酸代谢的途径：
①发酵:a. 乙醇发酵，b. 乳酸发酵，c. 丁酸型发酵，d. 丙酸发酵，e. 混合酸和丁二醇发酵；
② TCA （呼吸）
a.乙醇发酵
酵母的乙醇发酵——现象、产物与机理：
第一型发酵（在时，产物为乙醇。

）
第二型发酵（在3%的NaHSO3时，产物为甘油和乙醇。

）
第三型发酵（在时，产物为乙醇、乙酸和甘油。

），高渗发酵（例如当环境中的NaCl为时，产物主要为甘油。

）
细菌的乙醇发酵：经ED途径
笔记：
1.利用酵母进行酒精发酵的优点是抗高渗，缺点是只能利用葡萄糖
2.利用细菌进行酒精发酵的有点是可利用木糖，缺点是不抗高渗
3.乙醛乙醇，在野生酵母中，逆反应速率远大于正反应速率，乙醛---
乙酰辅酶a-----三羧酸循环；改良型，逆反应速率远小于正反应速率
4.第二型发酵中乙醇少量，但不能完全阻断
5.丙酮酸脱氢酶是乙醇发酵的关键性酶
6.影响乙醇发酵的条件：O2浓度，葡萄糖浓度
7.第三型发酵的那NACL来自现加NAOH水解，再加HCL中和
乳酸发酵：
同型乳酸发酵：经过EMP途径(芽孢乳杆菌，杆状乳酸菌)
只生成乳酸
异型乳酸发酵：经过PK途径（球状乳酸菌）
乳酸+乙酸+co2
双歧乳酸发酵：经过HK途径（两性双岐乳酸杆菌）
乳酸+乙酸+乙醇
笔记：1.乳酸菌是统称，不是分类名称，微好氧或者厌氧
2.丙酮酸乳酸
3.产乳酸量：同型>异型>双岐
脂肪烃类的分解：
①脂肪烃的分解的三种启始羟化方式：a. 单末端氧化，b. 双末端氧化，
c. 亚末端氧化
②脂肪烃的分解的二个生化前提：a. O2 b. 羟化酶（单氧酶）
2. 芳香烃的分解的三阶段
①芳香烃的分解启始：从各类芳香烃长途或短途到邻苯二酚。

②邻苯二酚的分解：在双氧酶的催化下，邻位裂解（产物：琥珀酸+乙酸）
或间位裂解（产物：丙酮酸+乙醛）方式
③邻苯二酚的邻位裂解或间位裂解产物的继续分解
3. 一碳化合物的氧化
①还原态一碳化合物的基本类别：a. CH4 b. CHO c. CH+N d. CO 笔记：只含C,H的一碳化合物---细菌能氧化利用
含C,H,O一碳化合物-----细菌和酵母都能氧化利用
无机化能自养菌的主要群落：
笔记：脱硫硫杆菌的应用：土壤肥力的流失，污水治理
H2的微生物氧化（只有细菌能进行）
1.氢细菌的概貌: G–，兼性化能自养
2.H2的生物氧化机制：
①反应式 4H
2+2O
2
------ 4H
2
O
2H
2+CO
2
-------- [CH
2
O]+H
2
O
6H
2+2O
2
+CO
2
------- [CH
2
O]+5H
2
O
②能量产生：通过氧化磷酸化，氧化4H
2
产生1分子ATP
（例如，真养产碱杆菌的两种氢酶：可溶性的氢酶氧化H
2
产生NADH，存在细胞
膜上的颗粒性的氢酶氧化H
2与呼吸链偶联，从VK
2
始，至Cyt b/a，产生ATP）
含S化合物的微生物氧化S的生物氧化 (from H
2S to SO
4
2-) 类型:
①长途类型，以氧化硫杆菌 (Thiobacillus thiooxidans)为代表，在S的生物氧化过程中有多种多硫酸中间产物。

4S2- ------- 2S
2O
3
2- ------ S
4
O
6
2- ----- SO
3
2- +S
3
O
6
2- ------- 4SO
3
2- -------4SO
4
2-
③短途类型，以排硫杆菌（）为代表，仅有SO
3
2-为中间产物。

S -------- SO
32- -------- SO
4
2-
笔记：1.氧化还原电位更低，途径更长，产能更多 2．氧化一分子硫，至少产生分子ATP
微生物的光合磷酸化主要差异（这类光合细菌，均不产氧气）
第四章微生物的合成代谢
1.自养性c02的固定
（1）calvin cycle (植物，蓝细菌和化能自养细菌：fe细菌，s细菌)
（2）还原三羧酸循环（光合细菌：紫色细菌，绿色细菌，蓝绿细菌，嗜盐细菌）（3）还原单羧酸循环
2.异养性co2的固定
笔记：还原三羧酸循环为原核细胞特有的自养型co2固定方式
网上参考：
氨基酸的生物合成：
1.氨基酸分子中各基团的来源：
-还原。

①氨的来源：a.环境，b.胞内含氮化合物，c.生物固氮，d.由NO
3
2-。

②硫的来源： a.环境，b.胞内含硫化合物，c.胞内同化型还原SO
4
③碳架结构的来源
氨基酸的生物合成途径：
①氨基化作用：a.还原氨基化，b.直接氨基化。

c. 酰氨化。

②转氨基作用，
③从头合成—由初生氨基酸合成次生氨基酸，④D-氨基酸，由消旋酶或D-
氨基酸转氨酶催化产生。

笔记：1.若碳架已经具备，则途径（1），（2），（4），如谷氨酸，谷氨酰胺，天冬氨酸的合成
若碳架结构不具备，则途径（3）
氨基酸的合成：先通过合成L-氨基酸，再通过消旋酶转化为D-氨基酸
3.初生氨基酸与次生氨基酸。

初生氨基酸有四个，分别为缬氨酸Val，丝
氨酸Ser，谷氨酸Glu，天冬酰胺Asp
微生物合成氨基酸的特点：
1.微生物特有的途径，例1：细菌或低等真菌的L-Lys（赖氨酸）的合成。

2.微生物特有的酶催化过程，例2：细菌合成精氨酸过程中N-乙酰谷氨酸的生成。

3.微生物特有的代谢空间，例3：细菌的orinithine cycle
4.微生物合成途径的多样性，例4：细菌中 Cys（半胱氨酸）的三种合成途径
5.细菌的D-型氨基酸的合成，经过消旋酶或D-型氨基酸转氨酶催化
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笔记：
①嘧啶碱基单独成环，嘌呤碱基由组氨酸合成代谢的分支产生
②细菌需要D-氨基酸主要是用于肽聚糖的合成，而真菌没有
③细菌合成赖氨酸Lys的中间产物:二氢吡啶二羧酸，四氢吡啶二羧酸
④DAP是原核微生物赖氨酸合成过程中的重要中间代谢产物
⑤并环合成是通过脂肪酸合成途径后再环化而成的
⑥芳香族氨基酸合成的中间代谢产物有预苯酸邻氨基苯甲酸，对氨基苯甲酸，
分枝酸
次级代谢的类型:
1根据终产物对其它生物的作用：抗生素，激素，生物碱，毒素，色素，维生素。

2根据次级代谢与初级代谢的关系分类
次级代谢（三种抗生素）举例：
1.青霉素和头孢霉素C的合成，主要步骤为聚合，结构修饰，无装配；
2.链霉素的合成，主要步骤为结构修饰（+装配），无聚合反应；
3.红霉素的合成，主要步骤为聚合反应（+结构修饰），无装配。

笔记：1. 链霉素由waksman首次发现
2弗莱明首次发现的是异青霉素N
3.青霉素中的环的命名：第一个环为噻唑环，第二个环为噻嗪环
4.头孢霉素C由顶头孢霉产生，其五元环到六元环的扩环反应导致其稳定性
很好
5.链霉素由三个部分组成：链霉胺，链霉糖，链霉胍
6.组成异青霉素N的三个氨基酸分别为aaa（α-氨基己二酸），val（丙氨
酸），cys（半胱氨酸）
7.红霉素主要抑制革兰氏阳性菌
次级代谢的微生物特点：
1.次级代谢以初级代谢为前提，并且受初级代谢的调节。

2.次级代谢一般在菌体生长后期发生。

3.结构修饰中酶专一性低，是多衍生产物的主因。

4.次级代谢的菌株特异性。

5.次级代谢与染色体外遗传有关。

笔记：不同属不同种有相同的次级代谢，但同种同属次级代谢产物却存在差异；同种同属不同菌株，次级代谢产物可能不同。