10 第三章 微生物的代谢

2、蛋白质和氨基酸的分解 、 蛋白质是大分子化合物，不能直 接进入微生物细胞，必须在细胞外被 分解成氨基酸之后才能被微生物利用。 由蛋白质分解成氨基酸是由蛋白酶和 肽酶联合催化的。
基本过程： 基本过程： 蛋白质（蛋白酶作用下） 蛋白质（蛋白酶作用下）→ 肽类（肽酶作用下）→氨基酸 肽类（肽酶作用下） 氨基酸
是制醋工业的基础 是酿造糖醋的基础
2、 柠檬酸发酵
发酵途径： 发酵途径： 淀粉 葡萄糖 丙酮酸 乙酰CoA 乙酰CoA 柠檬酸
磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸
发酵的M： 发酵的 ：主要是霉菌
3、酒精（乙醇）发酵 酒精（乙醇）
己糖（葡萄糖） 己糖（葡萄糖） 乙醇
能进行乙醇发酵的微生物包括： 能进行乙醇发酵的微生物包括： 酵母菌、根霉、曲霉和某些细菌。 酵母菌、根霉、底物进行氧化时脱下的氢和 根据在底物进行氧化时脱下的氢和 电子受体的不同，呼吸类型（作用） 电子受体的不同，呼吸类型（作用）有： （1）好氧呼吸 ） 以分子态氧作为最终电子（和氢） 以分子态氧作为最终电子（和氢） 受体的生物氧化作用。 受体的生物氧化作用。
（2）厌氧呼吸
同型乳酸发酵： 同型乳酸发酵： 己糖（葡萄糖）经微生物作用下发 己糖（葡萄糖） 酵，终产物只有乳酸一种，故称为同型 终产物只有乳酸一种， 乳酸一种 乳酸发酵。 乳酸发酵。
异型乳酸发酵： 微生物分解己糖，发酵终产物除乳酸 以外还有一部分乙醇或乙酸。 如在肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)，分解葡萄糖，产生甘油 醛-3-磷酸和乙酰磷酸，其中甘油醛-3-磷 酸进一步转化为乳酸，乙酰磷酸经两次还 原变为乙醇。
第二阶段: 第二阶段:进一步降解 第一阶段产物，例氨基酸、单糖及脂肪酸等进 第一阶段产物，例氨基酸、单糖及脂肪酸等进 一步降解成更为简单的乙酰辅酶A 一步降解成更为简单的乙酰辅酶A、丙酮酸以及能 成更为简单的乙酰辅酶 进入三羧酸循环的某些中间产物。 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等 NADH（ 在这个阶段会产生一些ATP等、 NADH（NAD ATP 是它的递氢体） 是尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸， NADH是它的递氢体） 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸， NADH是它的递氢体 及FADH（FAD是黄素腺嘌呤二核苷酸， FADH是它 FADH（FAD是黄素腺嘌呤二核苷酸， FADH是它 的递氢体）。 的递氢体）。
第三阶段: 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NADH及 FADH2通过电子传递链被氧化，可产 生大量的ATP。
分解代谢的三个阶段
1、碳水化合物的分解 多糖必须在细胞外由相应的胞 外酶水解成双糖和单糖，才能被吸收 利用；双糖和单糖被微生物吸收后， 立即进入分解途径，被降解成简单的 含碳化合物，同时分级释放能量，供 应细胞合成所需要的碳源和能源
酵母菌的乙醇发酵 酵母菌的乙醇发酵
根据在不同条件下代谢产物的不同， 可将酵母菌利用葡萄糖进行的发酵分为三 种类型： 一型发酵：在酵母菌的乙醇发酵中， 在pH3.5-4.5时，酵母菌可将葡萄糖经EMP 途径降解为两分子丙酮酸，然后丙酮酸脱 羧生成乙醛，发酵终产物为乙醇。
二型发酵：但当环境中存在亚硫 二型发酵：但当环境中存在亚硫 酸氢钠时 酸氢钠时，由于乙醛和亚硫酸盐结合 不能形成乙醇， 不能形成乙醇，迫使磷酸二羟丙酮代 替乙醛作为受氢体，生成甘油。 替乙醛作为受氢体，生成甘油。 甘油
双歧发酵： 双歧发酵： 是乳酸菌发酵2分子葡萄糖产 是乳酸菌发酵 分子葡萄糖产 生2分子乳酸和3分子乙酸的一条途 分子乳酸 分子乙酸 分子乳酸和 分子乙酸的一条途 径。
人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸
天冬氨酸
人工诱变的 菌种不能产生
天冬氨酸激酶
高丝氨酸 脱氢酶
中间产物Ⅰ 中间产物Ⅰ
高丝氨酸
小结
• • • • • • • • • • 一、微生物的能量代谢 1、微生物的呼吸 2、微生物呼吸的类型 二、微生物的分解代谢 1、碳水化合物的分解 2、蛋白质和氨基酸的分解 三、微生物发酵的代谢途径 醋酸发酵\ 柠檬酸发酵\ 1、 醋酸发酵\2、 柠檬酸发酵\ 酒精（乙醇）发酵\ 3、酒精（乙醇）发酵\4、乳酸发酵 四、微生物代谢产物的合成
三型发酵： 三型发酵： 在弱碱性条件下 弱碱性条件下(pH 7.6)，乙醛因 条件下 ， 得不到足够的氢而积累， 得不到足够的氢而积累，两个乙醛分 子间会发生歧化反应， 子间会发生歧化反应，发酵终产物为 甘油、乙醇和乙酸。 甘油、乙醇和乙酸。
4、乳酸发酵
微生物能利用己糖产生乳酸的过 称为乳酸发酵。 程，称为乳酸发酵。 根据产物的不同，乳酸发酵有 根据产物的不同， 产物的不同 三种类型： 三种类型：
四、微生物代谢产物的合成 在合成代谢中， 除了 除了合成本 在合成代谢中，M除了合成本 身的物质外，还可以通过支路代谢 身的物质外 合成大量的次生代谢产物。 合成大量的次生代谢产物。 次生代谢产物
1. 初级代谢产物 （1）定义：微生物通过代谢活动所产生的、 定义：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。 自身生长和繁殖所必需的物质。 例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、 氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、 维生素等。 维生素等。 （2）特征： 特征： ① 不同的微生物初级代谢产物基本相同 ② 初级代谢产物合成过程是连续不断的
中间产物Ⅱ 中间产物Ⅱ
不能合成
甲硫氨酸 苏氨酸
可以大 量积累
赖氨酸
同一物质， 不同微生物发酵 同一物质，经不同微生物发酵 物质 后，产物不同 不同物质，经同一微生物发酵 不同物质， 同一微生物发酵 物质 后，产物不同 同一物质、同一微生物， 同一物质、同一微生物，环境 物质 微生物 条件不同经发酵后， 不同经发酵后 条件不同经发酵后，产物不同
3、脂肪和脂肪酸的分解 、 脂肪和脂肪酸可以作为许多微生物 的碳源和能源，但一般利用较为缓慢。 脂肪 脂肪酸+ 脂肪酸+甘油
例： 细菌中的荧光假单胞菌、分枝杆菌， 放线菌，真菌中的青霉、曲霉、镰刀 菌等都可以分解脂肪或高级脂肪酸。
三、微生物发酵的代谢途径
1、 醋酸发酵
有氧： 有氧：乙醇 无氧：葡萄糖 无氧： 发酵的M： 发酵的 ：主要是细菌 醋酸 醋酸
异化） 子 （异化）
产能
一、
微生物的能量代谢
1、微生物的呼吸 、
微生物的呼吸（生物氧化）概念： 微生物的呼吸（生物氧化）概念： 营养物质在微生物细胞内， 营养物质在微生物细胞内，在 在微生物细胞内 酶的催化下，进行氧化还原反应产 的催化下， 能量，供微生物生命活动的过程。 生能量，供微生物生命活动的过程。
2. 次级代谢产物
（1）定义：微生物生长到一定阶段才产生 定义： 的化学结构十分复杂、对该微生物无明 的化学结构十分复杂、 显生理功能， 显生理功能，或并非是微生物生长和繁 殖所必需的物质。 殖所必需的物质。 例：抗生素、毒素、激素、色素等。 抗生素、毒素、激素、色素等。 （2）特征： 特征： 不同的微生物次级代谢产物不同 次生代谢产物的产生受遗传性的控制
以无机氧化物（如NO3-、 NO2 SO4
-2 –
、 SO3
-2
等）中的氧作为最
终电子（和氢）受体的生物氧化过 程。
(3)
发酵作用 是指电子（ 供体和电子 是指电子（氢）供体和电子
（氢）受体都是有机化合物的氧化 受体都是有机化合物的氧化 都是有机化合物 作用。 作用。
“发酵”的含义
在基础微生物学中是指电子（和氢） 的供体和受体都是有机化合物的一种生物 氧化作用。 但在应用微生物学中，习惯于把利用 微生物生产人类所需要的代谢产物的过程 称为发酵。 发酵的命名根据“代谢产物”进行。
细菌的乙醇发酵 细菌的乙醇发酵
不同的细菌进行乙醇发酵时，其发酵途 径不相同。 如运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis) 和厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia) 利用ED途径：葡萄糖 丙酮酸 乙醇
对于某些生长在极端酸性条 件下的严格厌氧菌，如胃八叠球菌 (Arcina ventriculi)和肠杆菌 (Enterobacteria ceae)则是利用 EMP途径进行乙醇发酵。
二、
微生物的分解代谢
分解代谢是复杂的营养物质分 分解代谢是复杂的营养物质分 营养物质 解成简单化合物并释放出能量的过 解成简单化合物并释放出能量的过 释放出能量 程。
分解代谢概况： 分解代谢概况： 一般可将分解代谢分为三个阶段
第一阶段: 第一阶段 大分子营养物质
小分子物质 例：蛋白质、多糖及脂类等降解成 蛋白质、多糖及脂类等降解成 降解 氨基酸、 氨基酸、单糖及脂肪酸等
第二节 微生物的代谢
新陈代谢（Metabolism） 新陈代谢
一般泛指生物与周围环境进行物质交换和 一般泛指生物与周围环境进行物质交换和能 物质交换 的过程。 量交换的过程 量交换的过程。 生物小分子合成复杂的细 小分子合成 合成代谢 ：生物小分子合成复杂的细 胞新陈 代谢 分 物质（同化） 物质（同化） 耗能 分解代谢：生物大分子分解为生物小 分解代谢：生物大分子分解为生物小 分解
基本过程： 多糖（胞外E作用下）→单糖、 →单糖、 多糖 双糖→丙酮酸（ 双糖→丙酮酸（进入三羧循环） →H2O、CO2
微生物糖代谢的途径
EMP (Embden-Meverhef-Parnus Pathway), 己糖双磷酸降解途径或糖酵解途径 HMP (Hexose-Mono-Phosphate Pathway)， 己糖单磷酸降解途径或磷酸戊糖循环 ED (Entner-Doudor of Pathway)， 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸途径 脱氧- 磷酸葡萄糖酸 Pk (Phosphoketolase Pathway)， 磷酸解酮酶途径 磷酸解酮酶途径