二-微生物的代谢
第七章 第二节、微生物代谢与生长
反馈抑制
其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成
2.分支代谢途径中的反馈抑制：
在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在 一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供 应，微生物发展出多种调节方式。主要有： 同功酶的调节， 顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。
五、微生物的代谢调控
• 微生物代谢过程中的自我调节 • 酶活性的调节 • 酶合成的调节
☆微生物自我调节代谢的方式
1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞
如：只有当速效碳源或氮源耗尽时，微生物才合 成迟效碳源或氮源的运输系统与分解该物质的酶 系统。
2.通过酶的定位控制酶与底物的接触 3.控制代谢物流向:
1、有氧呼吸
概念:是以分子氧作为最终电子(或氢)受体的氧化 过程；是最普遍、最重要的生物氧化方式。 途径：EMP,TCA循环 特点：必须指出，在有氧呼吸作用中，底物的氧化 作用不与氧的还原作用直接偶联，而是底物在氧化 过程中释放的电子先通过电子传递链（由各种电子 传递体，如NAD,FAD,辅酶Q和各种细胞色素组成） 最后才传递到氧。
在工业发酵和科研中通常采取一定的措施缩短延滞期：
①通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短； ②利用对数生长期的细胞作为“种子”；
③尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太 大；
④适当扩大接种量等方式缩短迟缓期，克服不良的 影响。
2.对数期
特点：细菌数量呈对数增加；生长速度常数R最大；酶系活跃， 细菌代谢旺盛；群体中的细胞化学组成及形态、生理特征一 致，且细菌的形态、大小、染色性均典型，对外界环境因素 的作用比较敏感。
影响指数期微生物增代时间的因素 菌种；营养成分；营养物的浓度 发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度； 实验室研究细菌生物学性状和做药敏试验选取用对数期细菌 为佳（多数为8~18h培养的培养物）
第十五单元——第五章微生物代谢(二)
微生物的代谢
二、糖的合成代谢 1. 糖合成的能量来源
包括：化能异养型、化能自养和光能营养微生物的生 物氧化和产能
（1）化能异养型微生物的生物氧化和产能 糖的分解代谢所产生的能量都可以用于糖的生物合 成，本节第一部分已经介绍过。 此外，某些化能异养微生 物（如Closterdium sporogenes 生孢梭菌）能利用一些氨基 酸同时当作碳源、氮源和能源。
嗜盐菌紫膜的光合作用特点：
无O2条件下进行；
不产O2； 最简单的光合磷酸化反应； 无叶绿素和细菌叶绿素，光合色素是紫膜上的 视紫红质。
生物合成三要素（简单小分子， ATP，NADPH） 如何获得？
氧化磷酸化：好氧菌，兼性厌氧菌 底物水平磷酸化：厌氧菌，兼性厌氧菌 光合磷酸化：光合微生物 HMP：化能异养型 耗ATP逆电子链传递：化能自养型， 紫色和绿色光合细菌 光合作用（非循环光合磷酸化）：蓝细菌 异养型：从环境中吸取 自养型：同化CO2
红色部分（红膜）
嗜盐菌 细胞膜 主要含细胞色素和黄素蛋白等用于氧化磷酸化的呼吸链载体
紫色部分（紫膜） 在膜上呈斑片状（直径约0.5 mm）独立分布，其总面积约占 细胞膜的一半，主要由细菌视紫红质组成。
实验发现，在波长为550-600 nm的光照下，嗜盐菌ATP的合成速率 最高，而这一波长范围恰好与细菌视紫红质的吸收光谱相一致。
（1）自养微生物的CO2固定
1）Calvin循环（Calvin cycle）
循环中特有酶：磷酸核酮糖激酶和核酮糖羧化酶。循环分三个阶段 ： ①羧化反应 （核酮糖-1,5-二磷酸通过核酮糖羧化酶将CO2固定，转变为 2个甘油酸-3-磷酸，重复3次，产生6个C3化合物 ） ②还原反应（甘油酸-3-磷酸被还原成甘油醛-3-磷酸 ） ③CO2受体的再生 （1个甘油醛-3-磷酸逆EMP途径生成葡萄糖，其余5 个再生出3个核酮糖-1,5-二磷酸分子，以便重新接受CO2分子 ）。
5.2.2微生物的代谢
结论：体积越小，相对表面积越大
微生物代谢的特点
资料2
大肠杆菌每小时分解的糖是自身重量的 2000倍。 乳酸杆菌每小时产生的乳酸是自身重量 的1000-10000倍。
产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆 强100倍，比食用牛强10万倍。
结论： 微生物的代谢异常旺盛
一、微生物的代谢产物
初级代谢产物
中间产物Ⅱ
甲硫氨酸
苏氨酸
赖氨酸
思考：
1、 赖氨酸是必需氨基酸吗？有什么用途？ 2.黄色短杆菌合成赖氨酸的代谢调节属于哪种调节 方式？ 天冬氨酸 3. 天冬氨酸激酶的活性在什么条 天冬氨酸激酶 件下才会被抑制？怎样解除？ 中间产物Ⅰ 4、合成苏氨酸需要什么条件？ 中间产物Ⅱ 5、怎样才能抑制苏氨 高丝氨酸 酸的合成？ 脱氢酶 高丝氨酸 6、改变微生物的遗传 特性可采用哪些方法？ 甲硫氨酸 苏氨酸、赖氨酸
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 高丝氨酸 脱氢酶
天冬氨酸激酶
中间产物Ⅰ
高丝氨酸
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
人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸
葡萄糖
中间产物
α-酮戊二酸
谷氨酸脱氢酶 抑制 NH4+ 谷氨酸
在谷氨酸的生 产过程中，可采用 一定的手段改变谷 氨酸棒状杆菌 细胞膜 __ 的透性 ______，使谷氨酸 能迅速排放到细胞 外面，从而解除了 谷氨酸 谷氨酸对 ________ 脱氢酶 _______的抑制作用， 提高谷氨酸的产量。
结束！
控制措施
具体方式
改变微生物遗传特性 诱变处理，选择符合生产要求的菌种 溶解氧 控 制 发 酵 条 件 PH值
第二章 微生物的基础代谢
[CH2O] + H2O + 2S
藻类和蓝细菌
4、光能有机营养型微生物
碳源——CO2 能源——光
例：Rhodospirillum(红螺菌)
CO2 + 2CH3CHOHCH3
(CH2O) + 2CH3COCH3 + H2O
四种营养类型的对比
营养类型 电子供体 碳源
光能无机自 H2, H2S, S,
图 1—4 以葡萄糖为碳源合成微生物细胞物质时碳架物质的流动方向
第三节 微生物产能代谢
小分子 大分子
合成代谢（同化作用）
需要能量
新
能
物
陈
量
质
代
代
代
谢
谢
谢
释放能量
分解代谢（异化作用）
大分子 小分子
微生物的营养类型
异养型：有机碳
光能营养型：太阳光能
碳源：
能源：
自养型：无机碳
化能营养型：化合物氧化
1.化能有机营养型微生物 2.化能无机营养型微生物 3.光能无机营养型微生物 4.光能有机营养型微生物
发酵代谢调控
第二章 微生物的基础代谢
第二节 微生物的代谢体系
一、微生物代谢体系 代谢（Metabolism）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。
第二节 微生物的代谢体系
一、微生物代谢体系
分解代谢（Catabolism）:凡是能释放能量的物质 （包括营养和细胞物质）的分解过程。在分解代 谢反应中有机物最终被降解为CO2和水，一方面提 供组成代谢所需的还原力，另一方面生成许多小 分子的前体代谢物以及氮、硫和磷等。
微生物学-第六章-微生物的代谢课件
G
6-磷酸-果糖
特征性酶 磷酸己糖酮解酶
4-磷酸-赤藓糖 + 乙酰磷酸
6-磷酸-果糖
5-磷酸-木酮糖 ，5-磷酸-核糖
戊糖酮解酶
乙酸
3--磷酸甘油醛+ 乙酰磷酸
乳酸
乙酸
1 G 乳酸 + 1.5乙酸 + 2.5 ATP
三、发酵（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
氧化氮还原酶
反硝化意义：
1）使土壤中的氮（硝酸盐NO3-）还原成氮气而消失，降低土壤的肥力；
2）反硝化作用在氮素循环中起重要作用。
硫酸盐呼吸（硫酸盐还原）
——厌氧时，SO42- 、SO32-、S2O32- 等为末端电 子受体的呼吸过程。
特点：
a、严格厌氧； b、大多为古细菌 c、极大多专性化能异氧型，少数混合型； d、最终产物为H2S；
用所需的硝酸盐还原酶A亚硝酸还原酶等 c 兼性厌氧 细菌：铜绿假单胞、地衣芽孢杆菌等。
硝酸盐作用
同化性硝酸盐作用：
NO3- NH3 - N R - NH2 异化性硝酸盐作用：
无氧条件下，利用NO3-为最终氢受体
NO3- NO2 NO N2O N2
硝酸盐还原酶
亚硝酸还原酶
氧化亚氮还原酶
a、a1、a2、a4、b、b1、c、c1、c4、c5、d、o等； 末端氧化酶：
cyt a1、a2、a3、d、o，H2O2酶、过氧化物酶；呼吸链组分多变 存在分支呼吸链：
细菌的电子传递链更短并P／O比更低，在电子传递链的几个位置进入链和 通过几个位置的末端氧化酶而离开链。 E.coli （缺氧） CoQ cyt.b556 cyt.o
第六章微生物的新陈代谢
阳性
2020/4/21
阴性
甲 基 红 试 验
对照
大肠杆菌：+ 产气杆菌：—
2020/4/21
枸 橼 酸 利 用 试 验
大肠杆菌：— 产气杆菌：+
吲 哚 试 阳性 验
大肠杆菌：+ 产气杆菌：—
2020/4/21
2020/4/21
H2S 试验
尿
素
对照
阳性
阴性
酶
试
验
2020/4/21
1.发酵
发酵是一种在厌氧条件下发生的、不具有以氧或 无机物为电子受体的通过电子传递链传递电子的 生物氧化过程。该发酵被称为生理学发酵,与工业 上所称发酵完全不同。
供微生物发酵的有机物质主要是葡萄糖和其它单糖
工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下 通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定微 生物产品的过程。如酵母菌、苏云金杆菌菌体生产, 抗生素发酵、乙醇发酵及柠檬酸发酵等。
第六章 微生物的新陈代谢
第一节微生物的能量代谢 第二节微生物对有机物的分解 第三节 分解代谢和合成代谢的联系 第四节 微生物独特合成代谢途径举例 第五节 微生物的代谢调节与发酵生产
2020/4/21
第一节 微生物的能量代谢
产能和耗能
2020/4/21
一、化能异养微生物的能量代谢
• 按照有无电子传递链，可将其分为底物 水平磷酸化和电子传递磷酸化两种类型 。 1.底物水平磷酸化 2.电子传递磷酸化
2020/4/21
2、HMP途径：
2020/4/21
反应过程：
2020/4/21
3、ED途径：
2020/4/21
微生物代谢的基本原理与机制解析
微生物代谢的基本原理与机制解析微生物代谢是微生物生命活动的核心，也是研究微生物生态学、微生物工程学和微生物医学等领域的基础。
了解微生物代谢的基本原理与机制对于我们深入理解微生物的功能和应用具有重要意义。
本文将从微生物代谢的概念入手，分析微生物代谢过程中的基本原理和机制。
一、微生物代谢的概念微生物代谢是指微生物在特定环境中所进行的物质和能量的转化过程。
它是微生物生命活动的基础，包括合成新的生物大分子和降解外源性物质等各种反应。
这些代谢过程需要通过一系列的酶催化反应来完成。
二、微生物代谢的基本原理1. 能量来源：微生物代谢所需的能量主要来自于底物的氧化还原反应。
根据微生物所利用的能量来源不同，可以将微生物代谢分为三类：光合代谢、化学合成代谢和有机物降解代谢。
2. 代谢产物：微生物代谢过程中产生的物质可以分为两类：一类是生长所需的细胞组分，如氨基酸、核酸等；另一类是代谢产物，如乳酸、乙醇等。
代谢产物的生成与底物的利用效率、催化酶的特异性以及代谢通路的调控等因素密切相关。
3. 代谢通路：微生物代谢通过一系列的代谢通路来实现。
代谢通路是一种特定的生化反应序列，包括底物的降解、中间产物的生成和最终产物的合成等过程。
常见的微生物代谢通路有糖酵解、柠檬酸循环和脂肪酸合成等。
三、微生物代谢的机制解析1. 催化酶：微生物代谢过程中的酶是催化各种生化反应的关键。
酶可以提高反应速率，降低活化能，使代谢过程得以有效进行。
不同的酶对底物的特异性识别和催化作用不同，进而决定了代谢产物的种类和数量。
2. 调控机制：微生物代谢通路的启动和关闭受到多种调控机制的调节。
最常见的调控方式是底物浓度调节和反馈抑制。
当底物浓度过高时，代谢过程会被抑制，以避免能量和资源的浪费；当代谢产物浓度达到一定水平时，可以通过反馈抑制调节相关酶的活性。
3. 底物转运：微生物代谢过程中，底物的转运是一个关键的步骤。
微生物通过细胞膜上的转运蛋白将底物从外部环境引入细胞内，并与酶催化反应相结合。
微生物的代谢
能进行同型乳酸发酵的细菌如嗜热链 球菌 保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌等;
聚乳酸PLA简介：
多个乳酸分子在一起;OH与别的分子 的-COOH脱水缩合，-COOH与别的分子 的-OH脱水缩合，就这样，它们手拉手形 成了聚合物，叫做聚乳酸; 聚乳酸的热稳 定性好，加工温度170～230℃，有好的 抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤 压 纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸 制成的产品除能生物降解外，生物相容性、 光泽度、透明性、手感和耐热性好，因此 用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和 非织造物等，主要用于服装、工业和医疗 卫生等领域。
一 多糖的分解
α淀粉酶
β淀粉酶
淀
粉麦芽糖或葡萄糖
糖化型 淀粉酶
液化型 淀粉酶
异淀粉酶
各类型淀粉酶单独或配合使用时;可以将淀粉降解为小分子 的葡萄糖 麦芽糖、糊精等，广泛地应用于烘焙工业、淀粉制糖 工业、啤酒酿造、酒精工业等;
纤维素酶
纤维素
葡萄糖
单细胞蛋白 新型饲料 酒精生产
B
－H/e
C
－H/e
CO2
脱氢
经电子传递链 ①有氧呼吸 12O2
H2O
H/e
②无氧呼吸 NO3, SO4-,CO2
A B或C
③发酵
NO2, SO3-,CH4
AH2 BH2或CH2
发酵产物：乙醇、乳酸等
递氢
受氢
呼吸与发酵的根本区别在于：电子载体不是将电子直接传 递给底物降解的中间产物;而是交给电子传递系统，逐步释 放出能量后再交给最终电子受体;
2019-微生物的产能代谢2
三、自养微生物的生物氧化
化能无机营养型： 以无机物为电子供体
从无机物的氧化获得能量
这些微生物一般也能以CO2为唯一或主要碳源合成细胞物质
自养微生物
从对无机物的生物氧化过程中获得生长所需要能量 的微生物一般都是：化能无机自养型微生物
硫酸盐呼吸是硫酸盐还原细菌（严格厌氧菌）在无氧条 件下获取能量的方式，发生在富含硫酸盐的厌氧环境。硫酸 盐呼吸的产物是H2S，。对植物根系生长十分不利。不仅造 成水体大气污染，还引起埋于土壤中的金属管道的腐蚀。
碳酸盐呼吸：大多数产甲烷菌可利用H作为电子供体，以CO2或 HCO3-为最终电子受体进行无氧呼吸，产物是甲烷（CH4）。
这类细菌在自然界的氮素循环中也起者重要的作用，在自然界中分布非常广泛。
低
NADH脱氢酶
黄素蛋白
细胞色 素
高
电子传递系统中的氧化还原酶包 括:NADH脱氢酶、黄素蛋白、铁硫 蛋白、细胞色素、醌及其化合物。
电子在传递系统中是从氧化还原电 位低向高传递。
微生物除了需要能量外， 还需要电子和还原力[H]。
3、铁的氧化
三．自养微生物的生物氧化
以嗜酸性的氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）为例：
从亚铁到高铁状态的铁的氧化，对于少数细菌来说也是一种 产能反应，但从这种氧化中只有少量的能量可以被利用。 该菌的生长会导致形成大量的Fe3+ （Fe(OH)3）。
氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）在富含FeS2的煤矿中繁殖，产 生大量的硫酸和Fe(OH)3，从而造成严重的环境污染。因此要防止其破坏性 大量繁殖的唯一可行的方法是封闭矿山，使环境恢复到原来的无氧状态。
北京大学 微生物 第八讲、微生物的新陈代谢(二
固氮过程中的电子传递
固氮初产物—氨 固氮初产物 氨的去路
由α-酮酸经氨基化作用生成氨基酸 酮酸经氨基化作用生成氨基酸
好氧菌固氮酶避氧害的机制
固氮酶的两个蛋白组分对氧及其敏感，一旦遇氧就会、 固氮酶的两个蛋白组分对氧及其敏感，一旦遇氧就会、 对氧及其敏感 很快导致不可逆的失活，而固氮酶消耗 很快导致不可逆的失活，而固氮酶消耗ATP（好氧性呼吸， （好氧性呼吸， 非循环式的光和磷酸化。 非循环式的光和磷酸化。-----好氧生化反应与厌氧生化反 好氧生化反应与厌氧生化反 应共存 好氧性自生固氮菌的抗氧保护机制 1.呼吸保护 消耗掉酶周围的氧气。 呼吸保护----消耗掉酶周围的氧气 呼吸保护 消耗掉酶周围的氧气。 2.构象保护 构象保护-----形成物活性，防止氧害的特殊的结构 形成物活性， 构象保护 形成物活性 蓝细菌的固氮酶的抗氧保护机制 放氧性光合生物----因光合作用氧气在细胞内的浓度急剧 放氧性光合生物 因光合作用氧气在细胞内的浓度急剧 增高。 增高。
1. 自生固氮菌 一类不依赖与它种生物共生而能独立进行固氮的微生物 2. 共生固氮菌 必须与它种生物共生在一起时才能进行的固氮的微生物 3. 联合固氮菌 生活在植物根际、 生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能进行的固氮的微生物
固氮反应的6大要素（ 固氮反应的 大要素（p136) 大要素
ATP 还原力氢 固氮酶 还原底物-----N2 还原底物 镁离子 严格的厌氧反应
乙醛酸
苹果酰-CoA 苹果酰
甲基丙二酰-CoA 甲基丙二酰
丙酰-CoA 丙酰
合成细胞物质
二、生物固氮
1. 定义 2. 固氮微生物 3. 固氮的生化机制 4. 好氧菌固氮酶避氧海机制
定义：大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而 定义：大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而 分子氮 还原成氨的过程。 只有原核生物才有这种固氮功能 还原成氨的过程。(只有原核生物才有这种固氮功能 的过程 只有原核生物才有这种固氮功能) 固氮菌的分类* 生态类型） 固氮菌的分类*（生态类型）
微生物的代谢ppt课件
酶制剂发酵
利用微生物产生各种酶类的代谢过程 ，将酶提取后广泛应用于食品加工、 洗涤剂等领域。
微生物代谢在环境保护中应用
废水处理
利用微生物降解有机污染物的代 谢能力，将废水中的有害物质转 化为无害物质，达到废水处理的
目的。
生物脱硫脱氮
利用微生物分解有机垃圾的代谢 过程，将有机垃圾转化为稳定的 腐殖质，实现有机垃圾的资源化
也最快。
酸碱度对微生物代谢影响
酸碱度（pH值）对微生物的生长和 代谢有很大影响。
pH值通过影响微生物细胞膜的通透 性、酶的活性以及营养物质的吸收等 方式来影响微生物的代谢。
不同微生物对pH值的适应性不同， 有些微生物只能在酸性或碱性环境中 生长。
微生物在适宜的pH值范围内，其代 谢活动才能正常进行。
医疗健康
微生物代谢与人类健康密切相 关，研究微生物代谢有助于了 解疾病的发生机制并开发新的 治疗方法。
农业领域
微生物代谢在农业领域也有重 要作用，如生物肥料、生物农
药的研制和应用等。
02
微生物能量代谢
能量代谢基本概念
能量代谢
指生物体内能量的转移和转换过程， 包括能量的释放、传递、储存和利用 。
氧化还原反应
通过改变酶分子的数量来调节代谢速率，如酶合成和降解的速
率控制。
基因表达调控机制
转录水平调控
通过控制基因转录的速率来调节基因表达，如启动子和转录因子的 相互作用。
翻译水平调控
通过控制mRNA的翻译速率来调节基因表达，如核糖体结合位点和 翻译起始因子的作用。
转录后和翻译后调控
通过控制mRNA和蛋白质的修饰、加工和降解来调节基因表达，如 RNA剪接和蛋白质磷酸化。
微生物的代谢ppt课件
微生物的代谢
1．氢细菌
氢细菌都是一些呈G-的兼性化能养自 养菌，它们能利用分子氢氧化产生的能量 同化CO2，也能利用其它有机物进行生长。
2．氨的氧化
氨的氧化可分两个阶段，先由亚硝酸 细菌将氨氧化成亚硝酸，再由硝酸细菌将 亚硝酸氧化为硝酸。
3．硫的氧化
硫杆菌能利用硫作为能源而生长，其 中多数硫杆菌是通过氧化硫代硫酸盐获得 能量的。
电子受体 产 物
铁呼 吸
Fe3+
碳酸盐呼吸 CO2、HCO3- CH4 氧
延胡索酸呼吸 延胡索酸 琥珀酸
电子传递链上 作用 微生物特
最后一个酶
兼/专厌氧 生成甲烷 专性厌
兼厌氧
一、能量来自有机物
1．大分子的降解 2．二糖的分解 3．单糖的分解 4．脂肪和脂肪酸的分解 5．含氮化合物的分解 6．其它有机物的分解 7．内源性代谢物的分解
第三章 微生物的代谢
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
微生物代谢的研究方法 微生物的产能代谢 微生物的合成代谢 微生物的次级代谢 微生物的代谢调节
新陈代谢简称代谢，是微生物生命活动的
基本特征之一，是微生物生理学的核心，它包括 微生物体内所进行的全部化学反应的总和。
微生物的代谢作用包括分解代谢和合成代谢： • 分解代谢：有机物分解为简单物质并产生能量的
2．二糖的分解
很多二糖能被微生物分解利用，如蔗 糖，麦芽糖，乳糖；纤维二糖等，分解二 糖的酶结合于细胞表面或存在于细胞内， 结合于细胞壁上的水解酶，易水解利用二 糖，位于细胞内的水解酶，其水解作用不 仅受水解酶本身限制，还受细胞渗透酶系 的限制。
3．单糖的分解
按照单糖所含的C原子的数目可分丙糖、丁 糖、戊糖、已糖、庚糖、辛糖、壬糖。其中已糖 中的葡萄糖和果糖是异养微生物的良好碳源和能 源，能真接进入糖代谢途径被分解。
微生物的代谢
第一节 微生物的能量代谢
新陈代谢中的核心问题： 能量代谢 能量代谢的中心任务： 是生物体如何把环境中多种形式的最初能源转 换成为对一切生命活动都能使用的通用能源。 生物体能量代谢的实质： 是ATP和酰基辅酶A、酰基磷酸等的生成和利 用问题。即ATP的生成和利用的问题。
能源的转化
化能异养菌 最 初 能 源 有机物 光能营养菌 日 光 化能自氧菌 无机物* 通用能源 (ATP)
比 较 项 目 步 骤 条 件 催 化 剂 产 能 形 式 能 量 利 用 率
燃 烧 一 步 式 快 速 反 应 激 烈 无 热 、 光 低
生 物 氧 化 多 步 式 梯 级 反 应 温 和 酶 大 部 分 为 ATP 高
二、生物氧化类型 （一）有氧呼吸 作用aerobic respiration
丙酸发酵
丙酮酸 琥珀酸 丙酸细菌
草酰乙酸 丙酸
苹果酸
混合酸发酵
微生物将葡萄糖转 变成琥珀酸、乳酸、 甲酸、乙酸、氢气、 二氧化碳等多种产物 的生物学过程。
丁二醇发酵
微生物发酵葡萄糖 得到大量的丁二醇与 少量的乳酸 、乙酸、 二氧化碳、氢气等产 物的代谢过程。
由EMP途径的丙酮酸出发的发酵
合成代谢和分解代谢的关系
复杂分子
(有机物)
分解代谢酶系
合成代谢酶系
简单分子+ATP+[H]
初级代谢和次级代谢
初级代谢： 能使营养物质转变成 机体的结构物质、或对 机体具有生理活性作用 的物质或为生长提供能 量的一类代谢类型。 初级代谢产物
次级代谢： 存在于某些生物中, 并在它们一定生长时 期内出现的代谢类型。 次级代谢产物： 抗生素、生长刺激素、 生物碱、色素等
微生物的代谢途径与路径调节
微生物的代谢途径与路径调节微生物是指一组微小的生物体，包括细菌、真菌、原生生物和病毒等。
微生物在自然界中起着重要的作用，包括分解有机物质、污水处理、食品制作、医药生产等。
微生物能够完成这些任务主要是通过代谢途径实现的。
本文将介绍微生物代谢途径以及路径调节的原理。
一、微生物代谢途径微生物代谢途径是指微生物在完成生命活动时所需的化学反应过程的总和。
微生物代谢途径分为两类：异养代谢和自养代谢。
异养代谢是指微生物在进行代谢反应时需要从外部环境获取营养，无法通过自身合成获得营养物质。
异养代谢分为化学合成途径和厌氧呼吸途径两种。
1、化学合成途径微生物利用无机盐或有机物合成细胞质和有机物的过程称为化学合成途径。
其中典型的代表是光合作用，包括嗜热菌的硫化氢光合作用、植物的光合作用等。
光合作用是一种以光能为能源，将二氧化碳还原成有机物质的过程。
2、厌氧呼吸途径厌氧呼吸途径是指微生物在没有氧气的情况下，通过电子受体来代替氧气进行呼吸作用的过程。
厌氧呼吸包括硫酸还原菌的硫酸还原作用、乳酸发酵作用、乙酸发酵作用等。
自养代谢是微生物在进行代谢反应时能够通过自身合成获得营养物质的代谢途径。
自养代谢包括有机物质的蓝红菌和青细菌等。
其中典型的代表是TCA循环和草酸循环等。
1、TCA循环TCA循环是指通过氧化剂将有机质分解成一氧化碳和水的过程。
这个循环中，微生物将碳源和能源转化为生物物质，释放二氧化碳和能量。
TCA循环的关键步骤包括乳酸脱氢酶、3-磷酸甘油脱氢酶、异柠檬酸合酶等。
2、草酸循环草酸循环是指通过将草酸分解成碳酸盐和乙酸来释放能量的过程。
这个循环中，微生物利用草酸合成ATP来为自身提供能量，同样也产生一些有机物。
二、微生物代谢路径调节微生物代谢路径调节是指微生物在代谢途径中能够通过不同的信号和调节分子来调节代谢路径的过程。
微生物利用代谢途径调节能够十分精确地调整代谢反应的速度和方向。
代谢路径调节的主要调控机制包括底物水平、酶的调节、转录控制、信号传导等。
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。
微生物二次代谢的分离与鉴定
微生物二次代谢的分离与鉴定微生物属于一类远古生物，其活动对生命系统具有重要影响，包括帮助植物吸收必需养分，保持环境平衡等。
其次，微生物的二次代谢产物是一类十分珍贵的物质，如抗生素、酶类、色素、香精及植物激素等，这些物质为化学及食品工业提供了无限的发展机遇，有着广泛的应用前景。
在本文中，我们将介绍微生物二次代谢的分离与鉴定方法。
一、微生物二次代谢物的分离微生物二次代谢物分离的首先步骤是菌株选择。
选择的优良微生物株应具有产生目标化合物的能力及其产量高、比重大等优点。
通常需要通过筛选野生微生物、进化重组固定某些菌株、利用保藏物等方法引导微生物株生成特定代谢物。
随后，需要为目标菌株提供良好的培养条件。
包括培养基组成的选择、温度、空气环境、液态/固态培养、摇床转速等等。
为提高培养效果，可使用基因工程技术进行基因组、转录组、蛋白组和代谢组等方面的调控。
二、微生物二次代谢物的鉴定目前，几乎所有微生物二次代谢物的鉴定方法都是基于色谱、质谱、核磁共振等仪器分析技术，这些技术具有高灵敏度、高分辨率、高精确性等特点。
1. 色谱分析法色谱分析法分别可以采用液相色谱（HPLC、GC等）和气相色谱（GC等）两种方式进行微生物代谢物分析。
其中，HPLC分析法能够分离多种化合物，并生成符合静电分布和流体力学规律的理论与实际曲线；而GC分析法主要用于分析挥发性及半挥发性化合物。
需要注意的是，不同于单一纯化药物的情况下， HPLC或GC色谱图中的微生物二次代谢物通常会呈现较为复杂的图谱。
2. 质谱分析法质谱分析法主要采用某些技术，如基质辅助激光解吸电离（MALDI）、紫外光激发、离子化电子、基质辅助激光解吸和电子喷雾等，对被分光物分子进行分析鉴定。
3. 核磁共振法核磁共振法也成为NMR分析，通过采用核磁共振技术，可以进行化学结构、立体化学、动力学和核糖核酸分析等方面的研究。
核磁共振法几乎可用于研究所有的有机及无机分子，是现代物理、化学协同研究分子结构的有力工具。
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B. 抗生素、维生素、激素是微生物生长到一定阶段才产生
C. 次级代谢产物在细胞内、外都可能存在
D. 微生物的代谢产物是自身生长、繁殖所必需的
2. 下列说法正确的是
(D)
A. 诱导酶一旦产生，其活性就将一直保持下去
B. 组成酶不是微生物细胞中一直存在的酶
C. 大肠杆菌分解葡萄糖的酶是诱导酶，分解乳糖
的酶是组成酶
（2.）液体发酵
种类
2.按代谢 产物来分
（1.）抗生素发酵 （2.）维生素发酵 （3.）氨基酸发酵等
2021/2/4
3.据发酵过 （1.）厌氧发酵
程对氧的需
求情况来1分 （2.）需氧发酵
27
二、微生物的代谢
（一）微生物代谢的特点：
（二）微生物的代谢产物：
1.初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等
如何使细胞内的谷氨酸不会抑制 谷氨酸脱氢酶的活性？ （细胞内谷氨酸浓度下降）
如何使细胞内的谷氨酸浓度下降？
（将细胞内谷氨酸透出细胞）
如何细胞内谷氨酸通过细胞膜 到达细胞外？
（改变细胞膜的透性）
2021/2/4谢的措施——
（1）改变微生物遗传特性（诱变育种、基 因工程育种），选育优良菌种
a. 诱变选育出的不能合成高丝氨酸脱氢酶 的黄色短杆菌
b. 青霉素 20 µg/ml 85000 µg/ml
（2）控制发酵条件（氧气、温度、PH值等）
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1
26
（四）发酵
在生产实际中，人们将通过微生物的培养，大
概念：量生产各种代谢产物的过程叫做发酵。
1.按培养基 （1.）固体发酵
的物理状态 来分
内容
初级代谢产物 次级代谢产物
生长繁殖
是否必需
不
产生阶段
同 点 种的特异性
分布
是
否
一直产生 否
细胞内
一定阶段 是
细胞内、外
例
氨基酸、核苷酸、 抗生素、毒素、
多糖、维生素等 激素、色素
相同点 均在微生物细胞的调节下，有步骤产生
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1
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▪ (1)判断初级和次级代谢产物的主要依据是 微生物生命活动是否必需。如乳酸是乳酸 菌无氧呼吸的产物，是始终产生的，但其 并非是乳酸菌生命活动所必需的，因此乳 酸是乳酸菌的次级代谢产物。同样道理， 酒精为酵母菌的次级代谢产物。
代谢特点:异常旺盛
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1
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（一）微生物的代谢产物
阅读讨论：
1.我们一般把怎样的一些物质称为微生物的初级 代谢产物呢？
2.这些物质对微生物的生长、繁殖有何意义呢？ 3.不同的微生物的初级代谢产物是否相同？
4.微生物的次级代谢产物呢？
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（一）、微生物的代谢产物
1. 初级代谢产物
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资料：谷氨酸棒状杆菌能 够利用葡萄糖，经过复杂 的代谢过程形成谷氨酸； 但当终产物——谷氨酸的 合成过量时，就会抑制谷 氨酸脱氢酶的活性，从而 导致合成途径中断。当谷 氨酸因消耗而浓度下降时， 抑制作用就会被解除，该 合成反应又重新启动。
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1
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葡萄糖
酶活性的调节
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思考?
2、控制初级代谢产物产生的 基因和控制次级代谢产物产生的基 因在微生物细胞内存在的位置？
控制初级代谢产物产生的基因一般 位于拟核DNA上，控制次级代谢产物 产生的基因一般位于质粒DNA上。
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提 1.植物生命活动调节的基本形式是什么？ （激素调节）
问 2.人和高等动物生命活动调节的基本形式是什么？
▪(2)抗生素是真菌产生的一种次级代谢产物， 有杀菌、抑菌作用，但它与抗毒素(抗体)、 干扰素(淋巴因子)是完全不同的。
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思考?
1、某种细菌有两种类型：一种能在普 通培养基上生长，另一种必须在普通培养
基上加入精氨酸后才能正常生长，从营养
角度考虑，精氨酸应属于这种细菌的 （ 生长因子）；从代谢产物考虑，精氨酸 应属于（初级代谢产物 ）。
存在某种物质的 情况下才合成
合成条件
它的合成只 受基因调控
受基因调控和环 境中诱导物调控
基因
组成酶 (细胞内一直存在)
基因 + 诱导物
诱导酶
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小结：酶合成调节
酶合成调节
调节对象 诱导酶 调节结果 细胞内酶的种类增多 调节本质 基因水平调节，控制酶的合成 调节特点 间接、缓慢 调节意义 既保证代谢需要，又避免细胞内物质
调节本质 基因水平调节
代谢水平调节
调节特点 调节意义
间接、缓慢
既保证代谢需要，又 避免细胞内物质和能 量浪费
直接、快速、精细 避免代谢产物积累过多
联系
细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确 控制代谢的正常进行。
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（三）微生物代谢的人工控制
▪
人工控制微生物代谢的目的——
最大限度积累对人 类有用的代谢产物
环境中同时存在葡萄糖和乳糖时
酶Ⅰ 葡萄糖
酶Ⅱ 乳糖
大肠杆菌 ➢分解葡萄糖的酶是大肠 杆菌细胞内一直存在的
大肠杆菌 酶 （组成酶）
环境中无葡萄糖而有乳糖时
酶Ⅱ
乳糖
大肠杆菌
➢分解乳糖的酶是在乳糖 诱导下合成的酶 （诱导酶）
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1
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组成酶与诱导酶的区别：
组成酶
合成时间
在细胞内 一直存在
诱导酶
▪ 诱导酶：在环境中存在某种物质的情况下才能够 合成的酶。如亮白曲霉原来不能合成蔗糖酶，所 以不能利用蔗糖，但如果在培养基内加入蔗糖， 一段时间后，可合成蔗糖酶，并利用蔗糖。
酶合成的调节既保证了代谢的需要，又避免了细胞内物
质和能量的浪费，增强了微生物对环境的适应能力。
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资料:在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基上 培养大肠杆菌，开始时，大肠杆菌只能利用 葡萄糖而不能利用乳糖，只有当葡萄糖被消 耗完毕以后，大肠杆菌才开始利用乳糖。
活性202的1/2/4抑制；
1
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9.右图是黄色短杆菌合成
赖氨酸的途径，请判断该 途径的调节方式是--------
（C）
A. 酶合成的调节
B. 酶活性的调节
C. 既有酶合成的调节， 抑
又有酶活性的调节
制 合
成
D . 既有组成酶的合成
调节，又有诱导酶的合
成调节
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天冬氨酸
天冬氨酸激酶
中间产物Ⅰ
D. 诱导酶的合成除取决于诱导物以外，还取决于
2021/细2/4 胞所含的基因
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3.微生物的次级代谢产物是-----------------------（ D ） A.氨基酸、多糖、抗生素、脂类； B.核苷酸、多糖、脂类 、激素； C.抗生素、脂类、色素、毒素； D.抗生素、毒素、激素、色素
4.下列不属于次级代谢产物是---------------（ A ）
酶活性调节
中间产物
调节对象 调节结果
所有酶（组成酶和诱导酶） 酶活性的可逆性改变
a—酮戊二酸 抑制
谷氨酸脱氢酶
NH+4
调节本质 调节特点
代谢水平调节， 调节酶的活性
快速、精细
避免代谢产物积累过多 调节 意义
谷氨酸
谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径
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小结：酶活性调节
a.酶活性调节的对象是酶（组成酶和诱导酶） 的催化能力；调节的结果是酶量发生变化；
实例1，通过调节酶的活性，控制代谢过程； 实例2，通过调节酶的合成，控制代谢过程
（二）微生物代谢的调节 调节的主要方式
酶合成的调节 酶活性的调节
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1
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（二）、微生物代谢的调节
1. 酶合成的调节
▪ 微生物细胞内酶的种类：
▪ 组成酶：微生物细胞内一直存在，合成只受遗传 物质控制。如与能量产生有关的酶，与基因的复 制和表达有关的酶。
1. 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。
2. 举例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、 维生素等。
3. 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。
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6
2. 次级代谢产物
1. 定义：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。
2. 举例：抗生素、毒素、激素、色素等。
3. 特征：
4. （1）不同的微生物次级代谢产物不同
5. （2）次级代谢产物虽然对微生物无明显的生理功能， 但能提高微生物在环境中的竞争能力。
6. （3）抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有
2021/2机/4 化合物。
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初级代谢产物和次级代谢产物的比较
实例1：黄色短杆菌合成赖氨酸的途径
黄 色 短 杆 菌 合 成 赖 氨 酸 的 途 径 2021/2/4
思考：(1)怎样才能抑 制苏氨酸的合成？
(2)除此方法外,有无 其他办法使黄色短 杆菌能不断合成并 积累赖氨酸？
过量
1
(3)怎样选育出不能 合成高丝氨酸脱氢 酶的菌种？
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实例2：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径
（神经调节和体液调节）
3.微生物的生命活动受什么调节呢？