2020年(生物科技行业)第五章微生物的代谢
2020年(生物科技行业)微生物真题分章节
(生物科技行业)微生物真题分章节厦门大学微生物考研真题绪论微生物分类及常见代表微生物?(98、99)从微生物代谢特点来解释微生物“分布广,种类多,数量大”的原因?(99)第一章原核生物形态,构造和功能细菌和酵母菌的生态分布?(99)1.细胞壁构造5.磷壁酸(04)3..肽聚糖单体(06)外膜(08)举例说明肽桥的类型?(01)分别写出细菌放线菌霉菌酵母菌细胞壁的主要成分?(01)1.比较革兰氏阳性菌和阴性菌细胞壁成分及结构的异同点.(4分)(04)比较G+和G-菌细胞对机械抗性、溶菌酶、碱性染料敏感性的差异且解释其可能机制?(08)8.试述内毒素生产菌的细胞结构和组成,且简要说明内毒素的免疫特性及其主要检测方法。
(8分)(07)8.真细菌肽聚糖和古细菌假肽聚糖的组成和结构有何不同6分(06)1.革兰氏染色关键的步骤是哪壹步,为什么?6分(06)抗酸染色(08)LPS的毒性成分是()。
类脂A核心多糖O-侧链脂蛋白(08)2.缺壁细胞2.支原体(3分)(03)12、L型细菌(05)5.在细菌中,专性能量寄生的为:支原体衣原体立克次氏体MLO(06)2、何谓缺壁细菌?说明4种缺壁细菌形成原因及特点。
(5分)(07)3.特殊细胞构造和细胞内含物荚膜的化学成分、功能?(98)菌胶团(2001)1.龋齿的形成和某些产荚膜细菌有关吗?解释你的答案。
(02)内生孢子(98)2、芽孢子(05)1.芽孢囊(06)半孢晶体(08)1.试根据“渗透调节皮层膨胀学说”分析芽孢的抗热机制。
(5分)(03)菌毛形态和种类?(01)9、细菌的菌毛的主要功能是:A、运动B、传递遗传物质C、附着D、致病性(05)1.证明某壹细菌是否存在鞭毛有那些实验方法?(7分)(03)聚beta羟丁酸颗粒储存的营养要素是?用途及优点?(01)4.放线菌放线菌革兰氏染色结果?(99)工业发酵产抗生素放线菌主要借助哪种方式产生新的菌丝体有性孢子无性孢子菌丝体断裂有性结合(2000)试以链霉菌为例简述放线菌的生活史?(01)在显微镜下,链霉菌的气生菌丝和基内菌丝相比,颜色()、直径()。
微生物学 第五章 微生物的代谢
ED(%) — — — — — 71 100 — — 100 100 —
磷酸解酮酶途径
发酵类型
由于在各种发酵途径中均有还原性氢供体NADH+H+产生,但 产量并不多,若不及时将它们氧化再生,葡萄糖分解产能将会中断, 这样,微生物就以葡萄糖分解过程中形成的各种中间产物为氢(电 子)受体来接受NADH+H+和NADH+H+的氢(电子),于是产生 各种各样的发酵产物。
3. ED途径(Entner-Doundoroff)途径 (2-酮-3脱氧-6-磷酸葡糖酸 裂解途径)
4. 磷酸解酮酶途径
EMP途径
葡萄糖分子经转化成1,6—二
磷酸果糖后,在醛缩酶的催化下, 裂解成两个三碳化合物分子,即磷
酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛。 3-磷酸甘油醛被进一步氧化生 成2分子丙酮酸,
合成代谢(anabolism)
是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子的 过程,在这个过程中要消耗能量。
合成代谢所利用的小分子物质来源于分解代谢过程 中产生的中间产物或环境中的小分子营养物质。
能量与代谢的关系
分解代谢
微
物质代谢
生
物
的
代
谢
能量代谢
合成代谢 耗能代谢
产能代谢
无论是分解代谢还是合成代谢,代谢途径都是由一系列连续的酶促反应构成的
2CH3CH2OH+2CO2+2ATP
酵母菌利用葡萄糖进行三种类型的发酵
当环境中存在亚硫酸氢钠时,由于乙醛和亚硫酸盐结合生成难 溶的磺化羟基乙醛而不能作为NADH2的受氢体,所以不能形成乙 醇,迫使磷酸二羟丙酮代替乙醛作为受氢体,生成α-磷酸甘油进一 步水解脱磷酸而生成甘油,称为酵母的二型发酵;
第五章 微生物代谢
葡萄糖直接氧化途径图
Stickland反应
某些厌氧梭菌如生孢梭菌(Clostridium sporogenes) 等,可把一些氨基酸当作碳源、氮源和能源。这是以 一种氨基酸作氢供体,另一种氨基酸作为氢受体进行 生物氧化并获得能量的发酵产能方式。后将这种独特 的发酵类型,称为Stickland反应。
1、EMP途径
2、HMP途径
3、ED途径
4、WD途径(磷酸解酮酶途径)
5、葡萄糖的直接氧化作用
1、EMP途径(糖酵解)
2、HMP途径
3、ED途径
ED途径的特点:
•特征反应为2-酮-
3-脱氧-6-磷酸葡萄 糖酸裂解为丙酮酸 和3-磷酸甘油醛 •特征性酶是2-酮3-脱氧-6-磷酸葡萄 糖酸醛缩酶 •2分子的丙酮酸来 源不同 •1mol葡萄糖经途 径只产生1molATP
(二)、肽聚糖的合成
肽聚糖是绝大数原核生物细胞壁所含有的独特成 分;它在细菌的生命活动中有着重要的功能。它 是许多重要抗生素作用的物质基础。 根据反应部位的不同可分成三个合成阶段
(三)、 微生物次生代谢物的合成
1.概念
次生代谢物是指某些微生物生长到稳定期前后, 以结构简单、代谢 途径明确、产量较大的初生代谢 物作前体,通过复杂的次生代谢途径所合成的结构复 杂的化学物。
第 五 章
微生物的代谢
2学时
本章重点:
微生物的产能代谢:发酵、有氧呼吸、无氧呼 吸,酵母菌乙醇发酵,次级代谢初级代谢。
一、代谢调节 二、微生物产能代谢
三、耗能代谢
第一节 代 谢 概 论
新陈代谢(metabolism)简称代谢,是活细胞 内发生的各种分解代谢(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
第五章微生物的代谢
光合磷酸化的基本概念
• 光合色素 • 光合单位 • 光合磷酸化
– 环式光合磷酸化 – 非环式光合磷酸化
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光合色素
➢ 光合色素是光合生物所特有的色素,是将光能转 化为化学能的关键物质。
➢ 共分三类:叶绿素 (chl)或细菌叶绿素(Bchl),类 胡萝卜素和藻胆素。
➢ 细菌叶绿素具有和高等植物中的叶绿素相类似的 化学结构,两者的区别在于侧链基团的不同,以 及由此而导致的光吸收特性的差异。
第五章
微生物的代谢
第一节 代谢概论 第二节 微生物产能代谢 第三节 微生物的耗能代谢 第四节 微生物代谢的调节 第五节 微生物的次级代谢
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第一节 代谢概论
新陈代谢(Metabolism):简称“代谢”,是生命活
动的基本过程,是维持生物体的生长、繁殖 、运动等生命活 动的基础。
反应总和:为生命体与内、外界所进行的一切化学反
➢ 一分子NADH和FADH2可分别产生3个和2个ATP。
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化学渗透偶联假说 (chemiosmotic-coupling hypothesis)
➢ 英国学者米切尔(P.Mitchell)1961年提出化学渗透 偶联假说(chemiosmotic-coupling hypothesis);
异异养养微微生生物物氧利化用有有机机物物的,方自式养,微根生据物氧则化利还用原无 机反物应,中通电过子生受物体氧的化不来同进可行分产成能发代酵谢和呼吸两种
类型,而呼吸又可分为有氧呼吸和无氧呼吸两 种方式。
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1. 发酵(fermentation)
发酵(fermentation): 指微生物细胞将有机物氧化 所释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的
大学课程微生物第五章 微生物的代谢课件
(1) 由EMP途径中丙酮酸出发的发酵 丙酮酸是EMP途径的关键产物,由它出发,在
不同微生物中可进入不同的发酵途径,如同型酒精 发酵、同型乳酸发酵、混合酸发酵、2,3-丁二醇 发酵、丁酸型发酵等。
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由丙酮酸出发的6条发酵途径及其相应代谢产物
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酵母菌的乙醇发酵:
C6H12O6
EMP
NAD
ED途径的特点:
– ① 具有一特征性反应——KDPG裂解为丙酮酸和3-磷 酸甘油醛;
– ② 存在一特征性酶——KDPG醛缩酶; – ③ 其终产物2分子丙酮酸的来历不同,其一由KDPG
直接裂解形成,另一则由3-磷酸甘油醛经EMP途径转 化而来; – ④ 产能效率低(1molATP/1mol葡萄糖)。
ED途径简图
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ED途径的反应细节 – 6-PG脱水酶: 6-磷
酸葡萄糖酸脱水酶
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ED途径的特点:
关键反应:2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解 催化的酶:6-磷酸葡萄糖酸脱水酶,KDPG醛缩酶 相关的发酵生产:细菌酒精发酵
优点:代谢速率高,产物转化率高,菌体生成少,代谢副 产物少,发酵温度较高,不必定期供氧。 缺点:pH5,较易染菌;细菌对乙醇耐受力低。
2ATP
NADH2
2
乙醇脱氢酶
2CH3CH2OH
※该乙醇发酵过程只在pH3.5~4.5以及厌氧的条件下发生
当发酵液处在碱性条件下,酵母的乙醇发酵会改为甘油发 酵。
原因为:该条件下产生的乙醛不能作为正常受氢体,结果 2分子乙醛间发生歧化反应,生成1分子乙醇和1分子乙酸;
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TCA循环在微生物分解代谢和合成代谢中的枢纽地位
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(二) 递氢与受氢
5、微生物的代谢
(一)微生物的氧化
生物氧化作用:细胞内代谢物以氧化作用释放(产生)能量
的化学反应。氧化过程中能产生大量的能量,分段释放,并以 高能键形式贮藏在ATP分子内,供需时使用。
生物氧化的方式:
①和氧的直接化合: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
②失去电子:
Fe2+ → Fe3+ + e –
EMP途径关键步骤
1、葡萄糖磷酸化→1,6二磷酸果糖(耗能) 2、1,6二磷酸果糖→2分子3-磷酸甘油醛 3、3-磷酸甘油醛→丙酮酸
总反应式(每氧化1分子葡萄糖净得2分子ATP)
葡 萄 糖 2Pi 2ADP 2NAD 2丙 酮 酸 2ATP 2NADH 2H 2H2 O
3、上述各种戊糖磷酸在无氧参与的情况下发生碳架重排 ,产生己糖磷酸和丙糖磷酸。
HMP途径: 葡萄糖经转化成6-磷酸葡萄糖 酸后,在6-磷酸葡萄糖酸脱氢 酶的催化下,裂解成5-磷酸戊 糖和CO2。 磷酸戊糖进一步代谢有两种结 局: ①磷酸戊糖经转酮—转醛酶系 催化,又生成磷酸己糖和磷酸 丙糖(3-磷酸甘油醛),磷酸 丙糖借EMP途径的一些酶,进 一步转化为丙酮酸。 称为不完全HMP途径。 ②由六个葡萄糖分子参加反应, 经一系列反应,最后回收五个 葡萄糖分子,消耗了1分子葡 萄糖(彻底氧化成CO2 和水), 称完全HMP途径。
TCA循环总式:C6H12O6 + 6O2 → 6H2O+ 6CO2 + 30ATP TCA 循环为合成代谢提供: 能量: ATP、GTP 还原力:NADH2 NADPH2 FADH2 小分子 C 架:乙酰 COA α-酮戊二酸 琥珀酰CoA 烯醇式草酰乙酸
TCA循环重要特点:
第五章微生物的代谢一、名词解释:01.新陈代谢(metabolism):简称...
第五章微生物的代谢一、名词解释:01.新陈代谢(metabolism):简称代谢,泛指发生在活细胞中的各种化学反应的总和,也是生物细胞与外界环境不断进行物质交换的过程。
包括合成代谢和分解代谢,它是推动生物一切生命活动的动力源。
02.合成代谢(anabolism):又称同化作用。
微生物从环境吸收营养物质,在细胞内合成新的细胞物质和贮藏物质,并储存能量,建立生长、发育的物质基础的过程。
03.分解代谢(catabolism):又称异化作用。
微生物分解营养物质,释放能量,供给同化作用、机体运动、生长和繁殖等生命活动所用,产生中间代谢产物,并排泄代谢废物和部分能量的过程。
04.生物氧化(biological oxidation):分解代谢实际上是物质在生物体内经过一系列的氧化还原反应,逐步分解并释放能量的过程,这个过程也称为生物氧化。
05.呼吸作用(respiration):微生物在降解底物的过程中,将释放的电子交给电子载体,再经过电子传递系统传给外源电子受体,从而生成水或其他还原型产物并释放出能量的过程。
06.有氧呼吸(aerobic respiration):以分子氧作为氢和电子的最终受体的生物氧化过程,称为好氧呼吸或有氧呼吸。
07.无氧呼吸(anaerobic respiration):又称为厌氧呼吸,在无氧的条件下,微生物以无机氧化物作为最终氢和电子受体的生物氧化过程。
08.发酵(fermentation):狭义发酵:在无外源氢受体的条件下,细胞有机物氧化释放的[H]或电子交给某一内源性的中间代谢物,以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
即电子供体是有机物,而最终电子受体也是有机物的生物氧化过程。
广义发酵:泛指任何利用微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料的一类生产方式。
09.底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation):物质在生物氧化过程中,常生成一些有高能键的化合物,这些化合物可直接偶联A TP或GTP的合成,这种产生ATP等高能键的方式称为底物水平磷酸化。
【生物科技公司】第五章微生物的代谢
(生物科技行业)第五章微生物的代谢第五章微生物的代谢一、代谢的概念1、代谢是细胞内发生的所有化学反应的总称,包括分解代谢和合成代谢,分解代谢产生能量,合成代谢消耗能量。
2、生物氧化:生物体内发生的一切氧化还原反应。
在生物氧化过程中释放的能量可被微生物直接利用,也可通过能量转换储存在高能化合物(如ATP)中,以便逐步被利用,还有部分能量以热的形式被释放到环境中。
生物氧化的功能为:产能(ATP)、产还原力[H]和产小分子中间代谢物。
3、异养微生物利用有机物,自养微生物则利用无机物,通过生物氧化来进行产能代谢。
二、异养微生物产能代谢发酵生物氧化有氧呼吸呼吸无氧呼吸1、发酵:有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物,同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。
发酵过程中有机化合物只是部分地被氧化,因此,只释放出一小部分的能量。
发酵过程的氧化是与有机物的还原相偶联。
被还原的有机物来自于初始发酵的分解代谢,即不需要外界提供电子受体。
发酵的种类有很多,可发酵的底物有碳水化合物、有机酸、氨基酸等,其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。
生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解(glycolysis)。
糖酵解是发酵的基础,主要有四种途径:EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。
主要发酵类型(1)酵母菌乙醇发酵的三种类型一型发酵:GlucosePyrAlcohol二型发酵:当环境中存在NaHSO4,与乙醛结合,而不能受氢,不能形成乙醇。
磷酸二羟丙酮a-磷酸甘油甘油三型发酵:在碱性条件下,乙醛发生歧化反应产物:乙醇、乙酸和甘油。
(2)乳酸发酵同型乳酸发酵(EMP途径):葡萄糖丙酮酸乳酸异型乳酸发酵(PK或HK途径,肠膜状明串珠菌)葡萄糖乳酸+乙酸或乙醇(HK途径)戊糖乳酸+乙酸(PK途径)两歧双歧途径(PK+HK途径,两歧双歧途杆菌)葡萄糖乳酸+乙酸(Hk和PK途径)(3)氨基酸发酵产能(Stickland反应)在少数厌氧梭菌如Clostridiumsporogenes,能利用一些氨基酸同时当作碳源、氮源和能源,其机制是通过部分氨基酸的氧化和另一些氨基酸的还原向偶联,这种以一种氨基酸做氢供体和以另一种氨基酸做氢受体而发生的产能的独特发酵类型,称为Stickland反应。
5-第四章(微生物的代谢)
单分子、三磷酸腺苷(ATP)形式的能量和还原力的作用。
• 物质代谢还可分成初级代谢与次级代谢 ① 初级代谢:是指能使营养物质转换成细胞结构物质、维持微生
物正常生命活动的生理活性物质或能量的代谢。其产物成为初 级代谢产物。 ② 次级代谢:是指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。如一些微生物积累发酵产物 的代谢过程(抗生素、毒素、色素等)。其产物成为次级代谢 产物。
• 微生物细胞内各种代谢反应错综复杂,各个反应过程之间彼此 协调,可随环境条件的变化而迅速改变代谢反应的速度。微生 物正是依靠其精确、可塑性强的代谢调节系统,才得以进行如 此高效、协调的代谢。
• 由于微生物体内任何代谢途径都是一系列酶促反应构成的,所 以微生物细胞的代谢是通过控制酶的作用来实现的。
酶
底物结合;
变构位点:
与抑制剂结合,呈抑制构象,不能与 底物结合;
• 底物脱氢后,产生氢离子与电子。电子在膜上的电子传递链进 行传递,此过程伴随着氢的转移。
• 把氢受体的性质不同,把生物氧化区分成有氧呼吸、无所呼吸、 发酵这三种类型。
①.有氧呼吸
• 底物经脱氢后,经完整的呼吸链传递氢,最终是分子氧接受电子并 与氢结合产生水和能量(ATP)的过程。
• 是一种最普遍和最重要的生物氧化方式。
• 酶活力调节的主要方式是反馈抑制; • 反馈抑制的主要方式在于产物对反应途径中关键酶(变构酶)
的抑制; • 变构酶:为一种变构蛋白,酶分子空间构象的变化直接影响酶
活。具有两个以上立体专一性不同的接受部位,一个是活性位 点,另一个是调节位点。
微生物学:第五章 微生物的代谢
HM途径与EMP途径有着密切的关系,HM途径中的 甘油醛-3-磷酸可以进入EMP途径, 故又称作磷酸戊 糖支路。
HM途径的三个阶段
1)葡萄糖分子经过三步反应产生核酮糖-5-磷酸和CO2;
CH2OH
o ATP ADP
CH2OP NADH+H+ CH2OP
(ATP)
生物氧化(biological oxidation):
就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化还原反应的总称。
生物氧化中释放的能量: ① 被微生物自身直接利用 ② 通过能量转换贮存在ATP中 ③ 以热的形式释放到环境中
生 某物质与氧结合 物
氧
化 脱氢 的
形 式 失去电子
生 脱氢(或电子) 物
新陈代谢 = 分解代谢 + 合成代谢
分解代谢又称异化作用,是指复杂的有机
物分子通过分解代谢酶系的催化产生简单分子、 能量(一般以腺苷三磷酸即ATP形式存在)和还原 力(reducing power,或称还原当量,一般用[H] 来表示)的作用。
合成代谢又称同化作用,是指在合成酶系
的催化下,由简单分子、 ATP形式的能量和还原力 一起,共同合成复杂的生物大分子的过程。
第五章 微生物的代谢
本章内容: 5.1 微生物产能代谢
5.2 耗能代谢 5.3 微生物代谢的调节 5.4 微生物初级代谢与次级代谢产物
新陈代谢(metabolism)简称代谢,是生命存在
的基本特征,是推动生物一切生命活动的动力源,通常泛
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,即:
1分子葡萄糖为底物
第五章 微生物的代谢
鬼火
可 变 电 容
“磷火”,通常在农村,阴 雨的天气里出现在坟墓间 磷化氢,可以自燃的气体, 重量轻,风一吹就会移动 走路的时候会带动它在后 面移动
台神秘植物蚂蚁路灯 夏夜荧光如“鬼火”
二、自养微生物的生物氧化
41
1、氨的氧化
Diagram 1 Diagram 2 Diagram 3
—氨、亚硝酸: 能源,被硝化细 菌氧化 —硝化细菌:将 氨氧化为亚硝酸 和进一步氧化为 硝酸的两个阶段 的两类作用菌 (亚硝化细菌、 硝化细菌)
第五章 微生物的代谢
微生物的代谢发酵
微生物生命活动过程中的物质流和能量流
1
代谢
分解代谢 —细胞将大分子 物质降解成小分 子物质 —产生能量
生命存在的基本 特征 生物体内所进行 的全部生化反应 的总称
合成代谢 —细胞利用简单 小分子物质合成 复杂大分子 —消耗能量
学习内容
1. 微生物产能代谢 2. 耗能代谢 3. 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
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一、次级代谢
初级代谢 次级代谢
一般将微生物从外 界吸收的各种营养, 通过分解代谢和合 成代谢,生成维持 生命活动的物质和 能量的过程
微生物在一定的生 长时期,以初级代 谢产物为前体,合 成一些对微生物的 生命活动无明确功 能的物质的过程
二、次级代谢产物
4、氢的氧化
—细菌通过氢的氧化获 得生长所需的能量 —氢细菌:革兰氏阴性 的兼性化能自养菌;利 用分子氢为电子供体,以 O2为电子受体,氧化产 生能量ATP,或者同化CO2, 或者利用其它有机物生 长。
氢化酶 —颗粒状氢化酶:电子 传递链,通过在呼吸链 上的传递产生ATP —可溶性氢化酶:使 NAD+还原产生NADH,用 于CO2的还原
5微生物的代谢知识点整理
第五章微生物的代谢第一节微生物的产能代谢产能代谢: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,又称生物氧化。
光能营养型化能营养型化能无机营养型:自养微生物化能有机营养型:异养微生物呼吸有氧呼吸无氧呼吸发酵1发酵定义:微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物,同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。
电子受体:内源的有机物1.1发酵的途径 (糖酵解:葡萄糖-----丙酮酸)☐EMP途径(糖酵解途径,二磷酸己糖途径)☐HMP途径(一磷酸己糖途径,磷酸戊糖支路)☐ED途径(2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径)☐磷酸解酮酶途径>>EMP途径(识别标志:生成两分子主要中间产物:甘油醛3磷酸)丙酮酸EMP 途径 >>HM 途径 (识别标志:4-磷酸赤藓糖 、7-磷酸景天庚酮糖)>>ED 途径(识别标志:2-酮-3-脱氢-6-磷酸葡糖酸)>>磷酸解酮酶途径(识别标志:磷酸无糖解酮酶——PK途径磷酸己糖解酮酶——HK途径)1.2 发酵的类型乙醇发酵酵母菌的乙醇发酵→乙醇——一型发酵;→甘油——二型发酵→乙醇、乙酸、甘油——三型发酵细菌的乙醇发酵ED途径:运动发酵单胞菌、厌氧发酵单胞菌EMP途径:胃八叠球菌、肠杆菌乳酸发酵同型乳酸发酵:EMP途径异型乳酸发酵:PK途径与HK途径双歧发酵混合酸发酵:埃希氏菌属、沙门氏菌属、志贺氏菌属、肠杆菌、欧文氏菌属>>分辨大肠杆菌与志贺氏菌加入甲酸,大肠杆菌中有甲酸氢解酶,可生成CO2与H2,冒气泡;而志贺氏菌没有。
>>大肠杆菌和产气杆菌有一些细菌如产气杆菌,在发酵的时候,可以将丙酮酸缩合,脱羧成3羟基丁酮,它在碱性条件下被氧化成乙二酰,乙二酰可以与蛋白胨中的胍基作用,形成红色化合物。
红色是阳性的,无色是阴性的。
产气杆菌呈阳性,大肠杆菌是阴性。
Stickland反应(氨基酸发酵)2呼吸定义:微生物在降解底物的过程中,将释放出的电子交给NAD(P)+、FAD或FMN等电子载体,在经过电子传递系统传给外源电子受体,从而生成水或其他还原性产物并释放能量的过程。
2020年(生物科技行业)第五章微生物的新陈代谢
(生物科技行业)第五章微生物的新陈代谢第五章微生物的新陈代谢本章重点:新陈代谢的概念、特点;新陈代谢的基本内容。
本章难点:物质代谢、能量代谢的基本内容、联系及特点;分解代谢、合成代谢的基本内容、联系及特点。
建议学时:8学时新陈代谢:简称代谢,广义的代谢——生命体进行的壹切化学反应。
是指发生在活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。
其中,分解代谢是指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化,产生简单分子、腺苷三磷酸(ATP)形式的能量或仍原力(或称仍原当量,以[H]表示)的作用;合成代谢则和分解代谢相反,是指在合成代谢酶系的催化下,由简单小分子、ATP形式的能量和[H]形式的仍原力壹起合成大分子的过程。
代谢的类型:1、能量代谢和物质代谢2、分解代谢和合成代谢分解代谢:复杂营养物分解为简单化合物(异化作用)。
合成代谢:简单小分子合成为复杂大分子(同化作用)。
二者关系:合成代谢和分解代谢在生物体中偶联进行,它们之间既有明显差别,但又紧密相关。
分解代谢为合成代谢提供所需要的能量和原料,而合成代谢则是分解代谢的基础。
3、初级代谢和次级代谢初级代谢: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壹类代谢。
产物有小分子前体物、单体、多聚体等生命必需物质。
次级代谢:某些微生物中且在壹定生长时期出现的壹类代谢。
产物有抗生素、酶抑制剂、毒素、甾体化合物等,和生命活动无关,不参和细胞结构,也不是酶活性必需,但对人类有用。
二者关系:先初后次,初级形成期也是生长期,只有大量生长,才能积累产物。
第壹节微生物的能量代谢微生物对能量利用:壹、化能异养微生物的生物氧化和产能(壹)生物氧化1、概念:生物氧化是指发生在活细胞中的壹系列产能性氧化反应的总称。
2、生物氧化和燃烧的比较(1)相同点:它们的总效应都是通过有机物的氧化反应而释放出其中的化学潜能。
(2)不同点:生物氧化需要酶的参和,反应条件温和,为多步式梯级反应,产生的能量大部分为ATP,且能量利用率高;而燃烧则不需要酶的参和,反应条件激烈,为壹步式快速反应,其产能形式为发光、发热,且能量利用率低。
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(生物科技行业)第五章微生物的代谢第五章微生物的代谢一、代谢的概念1、代谢是细胞内发生的所有化学反应的总称,包括分解代谢和合成代谢,分解代谢产生能量,合成代谢消耗能量。
2、生物氧化:生物体内发生的壹切氧化仍原反应。
在生物氧化过程中释放的能量可被微生物直接利用,也可通过能量转换储存在高能化合物(如ATP)中,以便逐步被利用,仍有部分能量以热的形式被释放到环境中。
生物氧化的功能为:产能(ATP)、产仍原力[H]和产小分子中间代谢物。
3、异养微生物利用有机物,自养微生物则利用无机物,通过生物氧化来进行产能代谢。
二、异养微生物产能代谢发酵生物氧化有氧呼吸呼吸无氧呼吸1、发酵:有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物,同时释放能量且产生各种不同的代谢产物。
发酵过程中有机化合物只是部分地被氧化,因此,只释放出壹小部分的能量。
发酵过程的氧化是和有机物的仍原相偶联。
被仍原的有机物来自于初始发酵的分解代谢,即不需要外界提供电子受体。
发酵的种类有很多,可发酵的底物有碳水化合物、有机酸、氨基酸等,其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。
生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解(glycolysis)。
糖酵解是发酵的基础,主要有四种途径:EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。
主要发酵类型(1)酵母菌乙醇发酵的三种类型壹型发酵:GlucosePyrAlcohol二型发酵:当环境中存在NaHSO4,和乙醛结合,而不能受氢,不能形成乙醇。
磷酸二羟丙酮a-磷酸甘油甘油三型发酵:在碱性条件下,乙醛发生歧化反应产物:乙醇、乙酸和甘油。
(2)乳酸发酵同型乳酸发酵(EMP途径):葡萄糖丙酮酸乳酸异型乳酸发酵(PK或HK途径,肠膜状明串珠菌)葡萄糖乳酸+乙酸或乙醇(HK途径)戊糖乳酸+乙酸(PK途径)俩歧双歧途径(PK+HK途径,俩歧双歧途杆菌)葡萄糖乳酸+乙酸(Hk和PK途径)(3)氨基酸发酵产能(Stickland反应)在少数厌氧梭菌如Clostridiumsporogenes,能利用壹些氨基酸同时当作碳源、氮源和能源,其机制是通过部分氨基酸的氧化和另壹些氨基酸的仍原向偶联,这种以壹种氨基酸做氢供体和以另壹种氨基酸做氢受体而发生的产能的独特发酵类型,称为Stickland反应。
作为氢供体的氨基酸:Ala;Leu,Ile,Val,Phe,Ser,His,trp作为氢受体的氨基酸:Gly,Pro,Ori,OH-Pro,Arg,trp.发酵中能量产生发酵仅是专性厌氧菌和兼性厌氧菌在无氧条件下的壹种生物氧化方式,产能是以底物水平磷酸化形式。
底物水平磷酸化形式:在发酵过程中形成高能磷酸键化合物,将其高能磷酸根交给ADP而生成ATP的过程.2、呼吸作用:微生物在降解底物过程中,将释放出的电子交给NAD(P)+、FAD或FMN 等电子载体,再经电子传递系统传给外源电子受体,从而生成水或其它仍原型产物且释放出能量的过程,称为呼吸作用。
包括有氧呼吸(aerobicrespiration):以分子氧作为最终电子受体。
无氧呼吸(anaerobicrespiration):以氧化型化合物作为最终电子受体。
(1)有氧呼吸:葡萄糖经EMP途径和TAC循环被彻底氧化生成CO2和水,释放大量能量。
TCA循环:电子传递系统:由壹系列氢和电子传递体组成的多酶氧化仍原体系。
NADH、FADH 以及其他仍原性载体上的氢原子,以质子和电子的形式在其上进行定向传递,其组成酶系是定向有序不对称的排列在细菌的细胞质膜上或真核生物的线粒体膜上。
电子传递系统有俩种功能:从电子供体接受电子且将电子传递给电子受体;二是合成ATP,且把电子传递过程中释放的部分能量保存起来。
(2)无氧呼吸:无氧呼吸的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(fumarate)等有机物。
无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体,且在能量分级释放过程中伴随有磷酸化作用,也能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产生的多。
硝酸盐呼吸:以硝酸盐作为最终电子受体的生物学过程,也称为硝酸盐的异化作用。
有些菌可将NO2-进壹步将其仍原成N2,这个过程称为反硝化作用。
硝酸盐仍原菌的反硝化作用对农业生产及地球物质循环都具有重要意义。
1)反硝化作用可使土壤中植物能利用的氮(硝酸盐NO3-)仍原成氮气而消失,从而降低了土壤的肥力,对农业生产不利。
克服反硝化作用的有效方法之壹是松土,保持土壤的疏松状态,排除过多的水分,保证土壤中有良好的通气条件(此时菌行有氧呼吸)。
2)反硝化作用在氮素循环中也有重要作用。
硝酸盐是壹种容易溶解于水的物质,通常通过水从土壤流入水域中。
如果没有反硝化作用,硝酸盐将在水中积累,会导致水质变坏,和地球上氮素循环的中断。
三、自养微生物的生物氧化将CO2先仍原成[CH2O]水平的简单有机物,然后再进壹步合成复杂的细胞成分。
化能自养微生物所需的无机物氧化过程中主要通过氧化磷酸化产生ATP。
如果作为电子供体的无机物的氧化仍原电位足够低,也在氧化磷酸化的过程中产生仍原力,但大多数情况下都需要通过电子的逆向传递,以消耗ATP为代价获得仍原力。
1、氨的氧化:NH3、亚硝酸(NO2-)等无机氮化物能够被某些化能自养细菌用作能源。
亚硝化细菌:将氨氧化为亚硝酸且获得能量。
硝化细菌:将亚硝酸氧化为硝酸且获得能量。
这俩类细菌往往伴生在壹起,在它们的共同作用下将铵盐氧化成硝酸盐,避免亚硝酸积累所产生的毒害作用。
这类细菌在自然界的氮素循环中起者重要的作用,在自然界中分布非常广泛。
NH3、NO2-的氧化仍原电势均比较高,以氧为电子受体进行氧化时产生的能量较少,而且进行合成代谢所需要的仍原力需消耗ATP进行电子的逆呼吸链传递来产生,因此这类细菌生长缓慢,平均代时在10h之上。
2、硫的氧化:硫细菌(sulfurbacteria)能够利用壹种或多种仍原态或部分仍原态的硫化合物(包括硫化物、元素硫、硫代硫酸盐、多硫酸盐和亚硫酸盐)作能源。
硫细菌在进行仍原态硫的氧化时会产酸(主要是硫酸),因此它们的生长会显著地导致环境的pH下降,有些硫细菌能够在很酸的环境,例如在pH低于1的环境中生长。
和硝化细菌壹样,硫细菌也是通过电子的逆呼吸链传递来生成仍原力。
3、铁的氧化:以嗜酸性的氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans)为例:从亚铁到高铁状态的铁氧化,对于少数细菌来说也是壹种产能反应,但从这种氧化中只有少量的能量能够被利用。
因此该菌的生长会导致形成大量的Fe3+(Fe(OH)3)。
氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans)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。
4、氢的氧化:氢是微生物细胞代谢中的常见代谢产物,很多细菌都能通过对氢的氧化获得生长所需要的能量。
能以氢为电子供体,以O2为电子受体,以CO2为唯壹碳源进行生长的细菌被称为氢细菌:氢的氧化可通过电子和氢离子在呼吸链上的传递产生ATP和用于细胞合成代谢所需要的仍原力。
氢细菌都是壹些呈革兰氏阴性的兼性化能自养菌。
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生长。
化能自养微生物以无机物作为能源,壹般产能效率低,生长慢,但从生态学角度见,它们所利用的能源物质是壹般化能异养生物所不能利用的,因此它们和产能效率高、生长快的化能异养微生物之间且不存在生存竞争。
四.能量转换1、底物水平磷酸化物质在生物氧化过程中,常生成壹些含有高能键的化合物,而这些化合物可直接偶联ATP 或GTP的合成。
2、氧化磷酸化物质在生物氧化过程中形成的NADH和FADH通过位于线粒体和细菌膜上的电子传递系统将电子传递给氧或其他氧化性物质,在这个过程中偶连ATP的生成.3、光合磷酸化当壹个叶绿素分子吸收光量子时,叶绿素性质上即被激活,导致其释放壹个电子而被氧化,释放出的电子在电子传递系统中逐步释放能量,这就是光合磷酸化的基本动力。
光合磷酸化和氧化磷酸化壹样都是通过电子传递系统产生ATP。
光能营养型生物产氧真核生物:藻类及其它绿色植物原核生物:蓝细菌不产氧(仅原核生物有):光合细菌(1)环式光合磷酸化(不产氧型光合作用)光合细菌主要通过环式光合磷酸化作用产生ATP。
不是利用H2O,而是利用仍原态的H2、H2S等作为仍原CO2的氢供体,进行不产氧的光合作用;电子传递的过程中造成了质子的跨膜移动,为ATP的合成提供了能量。
(2)非环式光合磷酸化:产氧型光合作用,绿色植物、蓝细菌等以裂解水,提供细胞生长的仍原能力。
含有俩种类型的反映中心,连同天线色素、初级电子受体和供体壹起构成了光合系统PI和PII,这俩个系统偶联,进行非环式光合磷酸化。
非环式光合磷酸化的反应式:2NADP++2ADP+2Pi+2H2O→2NADPH+2H++2ATP+O2(3)非环式光合磷酸化绿色细菌的非环式光合磷酸化(不产氧型光合作用)NAD++H2S+ADP+PiNADPH+H++ATP+S(4)嗜盐菌紫膜的光合作用壹种只有嗜盐菌才有的,无叶绿素或细菌叶绿素参和的独特的光合作用。
嗜盐菌的细胞膜可分成红色和紫色二部分,前者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,后者在膜上呈斑片状独立分布,其总面积约占细胞膜的壹半,这就是能进行独特光合作用的紫膜。
含量占紫膜75%是壹种称为细菌视紫红质(bacteriorhodopsin)的蛋白质,它和人眼视网膜上的柱状细胞中所含的壹种蛋白质—视紫红质(rhodpsin)十分相似,二者都以紫色的视黄醛(retinal)作为辅基。
目前认为,细菌视紫红质和叶绿素相似,在光量子的驱动下,具有质子泵的作用,产生质子的跨膜运输而形成ATP。
嗜盐菌只有在环境中氧浓度很低和有光照的条件下才能合成紫膜。
这时,通过正常的氧化磷酸化已无法满足其能量需要,转而由紫膜的光合磷酸化来提供。
通过紫膜的光能转化而建立的质子梯度除了可驱动ATP合成,仍可为嗜盐菌在高盐环境中建立跨膜的钠离子电化学梯度,且由此完成壹系列的生理生化功能。
五、耗能代谢1、合成代谢:微生物利用分解代谢产生的能量、中间产物以及从外界吸收的小分子,合成复杂的细胞物质的过程。
合成代谢需要能量:ATP和质子动力。
中间产物:丙酮酸、乙酰辅酶A、草酰乙酸和三磷酸甘油醛等。
合成小分子物质:糖类、氨基酸、脂肪酸、嘌呤、嘧啶等。
2、兼用代谢途径:微生物细胞在正常生长情况下,需要从分解代谢途径中取得大量中间代谢物才能满足其合成细胞物质的基本需要。
对分解代谢来讲,需要回补中间代谢产物。
在分解代谢和合成代谢中具有双重功能的途径,称兼用代谢途径。