第四章微生物的代谢3

这条途径是在研究嗜糖假单胞菌的代谢时发现的，所以简称为ED途径。
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4.磷酸解酮酶途径
明串珠菌进行异型乳 酸发酵过程中分解己 糖（HK）和戊糖(PK) 的途径
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酵母菌发酵葡萄糖产生乙醇
一型发酵：终产物为乙醇 二型发酵：生成甘油 三型发酵：终产物为甘油、乙醇、乙酸
乳酸菌发酵葡萄糖产生乳酸
同型发酵：通过EMP途径仅产生乳酸的发酵 异型发酵：通过HMP(PK)途径产生乳酸、乙醇、
一、电子传递过程
电子传递过程包括电子从还原型辅酶上通过 一系列 按照电子亲和力递增顺序排列的电子载体所构成的电子传 递链传递到氧的过程。
需氧细胞内糖、脂肪、氨基酸等通过各自的分解途径， 所形成的还原型辅酶，包括NADH和FADH2通过电子传递途径 被重新氧化。还原型辅酶上的氢原子以质子形式脱下， 其电子沿着一系列的电子载体转移，最后转移到分子氧。 质子和离子型氧结合成水。在电子传递过程中释放出的大 量自由能则使ADP磷酸化成ATP。
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MH2
NAD
FMN C0Q b
(-0.32v)
(0.0v)
C1
C
(+0.26)
a
a3
O2
H2O
(+0.28) (+0.82v)
呼吸链中NAD+/NADH的E0’值最小，而O2/H2O的E0’值
最大，所以，电子的传递方向是从NADH
Ｏ２。
电子传递伴随ADP磷酸化成ATP全过程又称为 氧化呼吸链。
通过WD途径产生乙醇、乳酸等，总反应如下：
葡萄糖+ADP+Pi
乳酸+乙醇+CO2+ATP
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②细菌的乙醇发酵 葡萄糖
菌种：运动发酵单胞菌等 途径：ED
+ATP 2H
2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸
3-磷酸甘油醛 2H 2ATP
丙酮酸
2CO2
丙酮酸
乙醇
乙醛
2乙醇 23
混合酸发酵
葡萄糖
❖概念：埃希氏 菌、沙门氏菌、 志贺氏菌属的一 些菌通过EMP途 径将葡萄糖转变
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鉴别肠道细菌的V.P试验
2丙酮酸
鉴别原理
缩合
脱羧
乙酰乳酸
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
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产气杆菌：
V.P.试验阳性 甲基红试验阴性
大肠杆菌：
V.P.试验阴性 甲基红试验阳性
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（二）递氢和受氢
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（三）电子传递与氧化呼吸链
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第四章
微生物的代谢
新陈代谢（metabolism）简称代谢，泛指发生在 活细胞中的各种分解代谢（catabolism）和合成 代谢(anabolism)的总和、
分解代谢酶系
复杂分子
简单分子 + ATP + [H]
（有机物） 合成代谢酶系
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第一节 微生物的产能代谢
产能代谢是指物质在生物体内经过一系列连续的 氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程
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
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EMP途径提供 ATP和NADH
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2、HMP（戊糖磷酸途径 ）
大多数好氧和兼性厌氧菌都存在HM途径， 且往往与EMP途径同时存在。
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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NADPH2，一方面为脂肪酸、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
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（2）硫酸盐呼吸
是一类称作硫酸盐还原细菌的严格厌氧菌在无氧 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，在递氢的 过程中与氧化磷酸化相偶联而获得ATP。
（3）硫呼吸
以无机硫作为呼吸链的最终氢受体产生H2S的生 物氧化作用.
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（4）铁呼吸
呼吸链的末端受体是Fe3+。
琥泊酸
PEP羧化酶
草酰乙酸
磷酸烯醇式丙酮酸
成琥珀酸、乳酸、 甲酸、乙醇、乙 酸、H2和CO2等 多种代谢产物，
乳酸 乳酸脱氢酶 丙酮酸 +2H 丙酮酸甲酸裂解酶
由于代谢产物中 含有多种有机酸， 故将其称为混合 酸发酵。
乙醛 乙醛脱氢酶 乙酰 CoA
磷酸转乙酰酶
甲酸
甲酸-氢裂解酶 pH﹤6.2
乙醇
乙酰磷酸 CO2
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一、发酵（将葡萄糖降解为丙酮酸）
糖酵解(四种途径) 1、EMP途径 2、HMP途径 3、ED途径 4、磷酸解酮酶
生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解
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1、EMP途径
第一阶段只是生成两分子的 主要中间代谢产物：3-磷酸甘 油醛与磷酸二羟丙酮。此阶段 的反应并不涉及电子转移；
第二阶段发生氧化还原反应， 释放能量合成ATP，同时形成 两分子的丙酮酸。
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电子传递 部位：电子传递链在真核细胞发生在线粒体内膜上， 在原核细胞发生在质膜上。 成员 ：呼吸链电子载体主要有：NAD+、黄素蛋白、 辅酶Q 、铁硫蛋白、铜原子、细胞色素等。
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1、NAD+ 即烟酰胺嘌呤二核苷酸，是体内很多脱氢
酶的辅酶，连接三羧酸循环和呼吸链。
2、黄素蛋白： 含FMN或FAD的蛋白质，每个FMN或 FAD可接受2个电子2个质子。呼吸链上具 有FMN为辅基的NADH脱氢酶，以FAD为 辅基的琥珀酸脱氢酶。
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TCA循环
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2、无氧呼吸（anaerobic respiration）
又称厌氧呼吸，一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧 化物（个别为有机氧化物）的生物氧化，是一种无氧条件下 进行的产能效率较低的特殊呼吸。
是一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物的生物氧 化。
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（1）硝酸盐呼吸
以硝酸盐作为最终电子受体的生物学过程，也称为异 化性硝酸盐还原作用（Dissimilative）。
6-磷酸葡 5-磷酸 萄糖酸 -CO2 木酮糖
乙酰磷酸
3-磷酸 -2H 甘油醛
乳酸
2ADP 2ATP
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双歧发酵：
磷酸己糖解酮途径
2葡萄糖
同EMP
2葡萄糖-6-磷酸
磷酸己糖解酮酶
6-磷酸果糖
6-磷酸-果糖
逆HMP途径
4-磷酸-赤藓糖
2木酮糖-5-磷酸
磷酸己糖解酮酶戊
2甘油醛 -3-磷酸
2乙酰磷酸
乙酰磷酸
葡萄糖经不同脱氢途径后的产能效率的特点和差别
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根据脱氢后，递氢过程，尤其是受氢体的不同，生物氧化 可分为下列三种类型：
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1、呼吸（respiration）
又称好氧呼吸，其特点是底物常规方式脱氢后， 脱下的氢经完整的呼吸链又称电子传递链传递，最终 被外源分子氧接受，产生了水并释放出ATP形式的能 量。是一种最普遍又最重要的生物氧化或产能方式.
间产物的需要量相关
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3、ED途径
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ED 途径的特点是：
① 2- 酮 -3- 脱氧 -6- 磷酸葡萄糖酸（ KDPG ）裂解为丙酮酸和 3- 磷酸 甘油醛是有别于其它途径的特征性反应。 ② 2- 酮 -3- 脱氧 -6- 磷酸葡萄糖酸醛缩酶是 ED 途径特有的酶。 ③ ED 途径中最终产物，即 2 分子丙酮酸，其来历不同。 1 分子是由 2- 酮 -3- 脱氧 -6- 磷酸葡萄糖酸直接裂解产生，另 1 分子是由磷酸甘油 醛经 EMP 途径获得。这 2 个丙酮酸的羧基分别来自葡萄糖分子的第一 与第四位碳原子。 ④ 1mol 葡萄糖经 ED 途径只产生 1 mol ATP ，从产能效率看， ED 途 径不如 EMP 途径。
经典途径
利用葡萄糖：乳酸、乙醇、CO2、H2O 利用核糖：乳酸、乙酸、 H2O
利用果糖：乳酸、乙酸、 甘露醇、 CO2
双歧杆菌途径
利用葡萄糖：乙酸、乳酸
菌株有：肠膜明串珠菌、乳脂明串珠菌、短乳杆菌、两歧双 歧杆菌等。
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乙醇
乙醛
乙酰CoA
ATP ADP NAD+ NADH
NAD+ NADH
Байду номын сангаас
葡萄糖
6-磷酸 葡萄糖
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5、铜原子： 位于线粒体内膜的细胞色素氧化酶上，形成
类似于铁硫蛋白的结构，通过Cu2+、Cu1+的变化传 递电子。
6、细胞色素： 分子中含有血红素铁，以共价形式与蛋白
结合，通过Fe3+、Fe2+形式变化传递电子，呼吸 链中有5类，即：细胞色素a、a3、b、c、c1， 其中a、a3含有铜原子。
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2ATP Lactobacillus brevis
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酒精（乙醇）发酵
❖酵母菌（在pH3.5-4.5时）的乙醇发酵
~脱羧酶
~脱氢酶
丙酮酸
乙醛
乙醇
❖细菌(Zymomonas mobilis)的乙醇发酵
通过ED途径产生乙醇，总反应如下：
葡萄糖+ADP+Pi
2乙醇+2CO2+ATP
❖细菌(Leuconostoc mesenteroides)的乙醇发酵
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产能（ATP） 生物氧化的功能： 产还原力[H]
产小分子中间代谢物
呼吸 生物氧化的类型： 无氧呼吸
发酵
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发酵（fermentation）
定义： 是指无氧条件下，底物脱氢后所产生的还原力 不经过呼吸链传递而直接交给一内源氧化性中间代 谢产物的一类低效产能反应。在发酵工业上，发酵 是指任何利用厌氧或好氧微生物来生产有用代谢产 物的一类生产方式。
H2
乙酸激酶
乙酸
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鉴别肠道细菌的试验
❖ 产酸产气试验： Escherichia与Shigella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。
❖ 甲基红试验：大肠杆菌与产气气杆菌在利用葡萄 糖进行发酵时，前者可产生大量的混合酸，后者 则产生大量的中性化合物丁二醇，因此在发酵液 中加入甲基红试剂时，前者呈红色，后者呈黄色。
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同型乳酸发酵
2乳酸
2ATP 2ADP
葡萄糖
2NAD+ 2NADH
3-磷酸 甘油醛
磷酸二羟丙酮
2丙酮酸
4ATP 4ADP
2( 1,3-二-磷酸甘油酸）
Lactococcus lactis 乳链球菌 Lactobacillus plantarum 植物乳杆菌
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三、HMP途径—异型乳酸发酵
凡葡萄糖经发酵后除了主要产生乳酸外，还产生乙醇、乙酸和 CO2等多种产物的发酵。
乙酸等有机化合物的发酵 双歧发酵：双歧杆菌发酵葡萄糖产生乳酸
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常见的发酵种类：
由EMP途径中的丙酮酸出发的发酵: 乙醇发酵（一型发酵）、同型乳酸发酵、丙酸 发酵、 2,3-丁二醇发酵、 混合酸发酵、丁酸型 发酵
通过HMP途径的发酵: 异型乳酸发酵
通过ED途径进行的发酵： 细菌的酒精发酵（异型酒精发酵）
乙酸激酶
2乳酸
2乙酸
乙酸 20
同型乳酸发酵与异型乳酸发酵的比较
类型 途径 产物
同型 EMP 2乳酸 1乳酸
异型 HMP 1乙醇 (WD) 1CO2 1乳酸
异型 HMP 1乙酸 (WD) 1CO2
产能/葡萄糖
菌种代表
2ATP
Lactobacillus debruckii
1ATP Leuconostoc mesenteroides
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3、辅酶Q：
是脂溶性小分子量的醌类化合物，通过氧化和还原传递电 子。有3种氧化还原形式即氧化型醌Q，还原型氢醌（QH2） 和介于两者之者的自由基半醌（QH）。
4、铁硫蛋白： 在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，
通过Fe2+、Fe3+互变进行电子传递，有FeS、2Fe-2S 和4Fe-4S三种类型
获得的。 NH4+、NO2-、H2S、S0、H2、Fe2+等
呼吸链的氧化磷酸化反应
硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌 等属于化能自 养类型
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能量转化
一、底物水平磷酸化
指在分解代谢过程中，底物因脱氢、脱水等作 用而使能量在分子内部重新分布，形成高能磷酸 化合物，然后将高能磷酸基团转移到ADP形成 ATP的过程。
（5）碳酸盐呼吸
吸链的末端氢受体是CO2 或重碳酸盐。
（6）延胡索酸呼吸
呼吸链的末端氢受体是延胡索酸，琥珀酸是 还原产物。
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（二）、自养微生物生物氧化
一些微生物可以氧化无机物获得能量， 同化合成细胞物质，称为化能自养微生 物。
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化能自养微生物 还原CO2所需要的ATP和[H]是通过氧化无机物而
有机物 化能异养菌 最初能源 日 光 光能营养菌 通用能源（ATP）
无机物 化能自养菌 能量代谢是新陈代谢的核心问题
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（一）化能异养微生物的生物氧化和产能 生物氧化就是发生在活细胞内的一系列产能性氧 化反应； 生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢和失 去电子3种；
生物氧化的过程有脱氢（或电子）、递氢（或电 子）、和受氢（或电子）3个阶段。