代谢生物氧化途径生物固氮肽聚糖合成

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5.9 微生物的合成代谢(一)

•合成代谢（anabolism）•就是微生物将简单的无机物或者有机的小分子物质在细胞内的各种酶促反应合成蛋白质、核酸、多糖及脂质等高分子化合物，并进一步组装成具有完整细胞结构与功能的一些列代谢过程。

一、生物合成原则Principles Governing Biosynthesis 从下列五个方面进行讲述原则1.生物由小分子逐步合成大分子乃至细胞Inorganic molecules 细胞cell细菌、真菌、原生动物细胞器Organelles 细胞膜、细胞核、线粒体、鞭毛超分子体系Supramolecular systems 膜、肽聚糖、酶复合物大分子聚合物Macromolecules 多糖、蛋白质、脂类、核酸单体化合物Monomers单糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸前体代谢物Precursor metabolites 12种碳源无机分子CO 2、NH 3、H 2O 、PO 43-PEP carboxykinase Pyruvate carboxylasePyruvatekinase Hexokinase Glucose 6-phosphatasePhospho-fructokinase Fructose 1,6-bisphosphate原则2. 很多酶是双功能原则3. 合成代谢消耗能量•合成代谢是耗能反应，需要与ATP或其他高能化合物的水解相耦合原则4.合成代谢与分解代谢反应在空间上分离•合成代谢与分解代谢定位在不同的细胞区室•保证合成代谢与分解代谢途径能独立地同时地进行。

原则5.分解代谢和合成代谢通常使用不同的辅因子•通常分解代谢的氧化过程会产生NADH2，相反，在合成代谢过程中需要一个电子供体时，往往需要NADPH2。

分类依据合成反应类型举例产物分子量前体代谢物的合成12种单体化合物的合成氨基酸、单糖、单核苷酸大分子聚合物的合成蛋白质、多糖、核酸产物性质初级代谢产物蛋白质、多糖、核酸、脂类次级代谢产物抗生素、激素、毒素、色素代谢特异性生物共有合成反应初级代谢产物的合成微生物特有合成反应肽聚糖合成、生物固氮、次级代谢二、微生物合成反应类型5.9 微生物的合成代谢（一）•合成代谢（anabolism）•合成代谢三要素：能量还原力即NADPH2或NADH2化能自养细菌：1．氢酶催化H2形成NAD(P)H22．电子逆转在光合微生物藻类与蓝细菌：在反应中心Ⅱ中发生光解形成还原力光合细菌：电子还原NAD(P) 形成NAD(P)H2前体代谢物葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸磷酸二羟丙酮甘油酸-3-磷酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸核糖-5-磷酸赤藓糖-4-磷酸乙酰辅酶A 草酰乙酸 α-酮戊二酸琥珀酰辅酶A 氨基酸核糖维生素 NH 3 NO 3- 有机氮蛋白质核酸自养微生物异养微生物多糖脂肪单糖脂肪酸辅因子有机物 CO 2分解代谢和合成代谢过程中的重要中间代谢产物 EMP HMP TCA复习思考题1.细菌细胞内的生物合成有那些基本原则？2.微生物合成反应有哪些类型？3.合成代谢的三要素是什么？4.12种前体代谢物是什么？分别来自哪些途径？。

第十五单元——第五章微生物代谢(二)

第六章
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）。

微生物学第三节微生物独特合成代谢举例PPT课件

细菌萜醇（bactoprenol）：又称类脂载体；运载“Park”核苷酸进入细胞膜，连接 N- 乙酰葡糖胺和甘氨酸五肽 “桥”，最后将肽聚糖单体送入细胞膜外的细胞壁生长点处。
结构式：
CH3
CH3
CH3
CH3C=CHCH2(CH2C=CHCH2)9CH2C=CHCH2―OH
功能：除肽聚糖合成外还参与微生物多种细胞外多糖和脂多糖的生物合成，
如：细菌的磷壁酸、脂多糖，
细菌和真菌的纤维素，
真菌的几丁质和甘露聚糖等。
11
第三阶段：
已合成的双糖肽插在细胞膜外的细胞壁生长点中，并交联形成肽聚糖。
这一阶段分两步：
第一步：是多糖链的伸长——双糖肽先是插入细胞壁生长点上作为引物的肽聚糖骨架（至少含6~8个肽聚糖单体分子）中，通过转糖基作用（transglycosylation)使多糖链延伸一个双糖单位；
ATP ADP
葡萄糖
葡萄糖-6-磷酸
Gln Glu 果糖-6-磷酸
乙酰CoA CoA
葡糖胺-6-磷酸
N-乙酰葡糖胺-葡糖胺-1-磷酸
N-乙酰葡糖胺-UDP
磷酸烯醇式丙酮酸 Pi NADPH NADP
N-乙酰胞壁酸-UDP
7
“Park”核苷酸的合成
8
第二阶段：
在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽与N-乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖单体——双糖肽亚单位。
20
一些抗生素能抑制细菌细胞壁的合成，但是它们的作用位点和作用机制是不同的。
① -内酰胺类抗生素（青霉素、头孢霉素）：
是D-丙氨酰-D-丙氨酸的结构类似物，两者相互竞争转肽酶的活性中心。当转肽酶与青霉素结合后，双糖肽间的肽桥无法交联，这样的肽聚糖就缺乏应有的强度，结果形成细胞壁缺损的细胞，在不利的渗透压环境中极易破裂而死亡。 ②杆菌肽：能与十一异戊烯焦磷酸络合，因此抑制焦磷酸酶的作用，这样也就阻止了十一异戊烯磷酸糖基载体的再生，从而使细胞壁（肽聚糖）的合成受阻。

微生物代谢

有机物最初能源日光无机物
化能异养菌光能营养菌化能自养菌通用能源（ATP）
一、化能异养微生物的生物氧化和产能
生物氧化指糖、脂、蛋白质等有机物质在活细胞内氧化分解产生H2O与CO2并释放能量的作用。
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。
产能（ATP）生物氧化的功能：产还原力[H] 产小分子中间代谢物
2.代谢调节在发酵工业上的应用 a. 应用营养缺陷型菌株解除反馈调节
高丝氨酸缺陷型菌株不能合成高丝氨酸酶，故不能合成高丝氨酸，也不能合成苏氨酸和甲硫氨酸，在补给适量的高丝氨酸就可产生大量的赖氨酸。
b. 应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节指一种对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的菌株或兼而有之的菌株
（3）初级代谢与微生物生长平行进行，但次级代谢与微生物生长不平行，一般在生长后期才进行。
第三节微生物的代谢调节与发酵生产
1. 代谢调节微生物细胞代谢的调节主要是通过控制酶的作用来实现的。酶活性调节调节类型
调节的是已有酶分子的活性，是在酶化学水平上发生的
酶合成调节
调节的是酶分子的合成量，是在遗传学水平上发生的
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
（二）光能自养微生物
真核生物：藻类及绿色植物
产氧
原核生物：蓝细菌
光能自养微生物
不产氧
真细菌：光合细菌
古细菌：嗜盐菌
1. 环式光合磷酸化
特点：
①电子传递途径属循环方式
②产能与产还原力分别进行

10.微生物独特合成代谢途径汇总

羟基丙酸途径
（一）Calvin循环（Calvin cycle）
Calvin循环又称Calvin-Benson循环、 Calvin-Bassham循环、核酮糖二磷酸途径或还原性戊糖磷酸循环。这一循环是光能自养生物
和化能自养生物固定CO2的主要途径。
核酮糖二磷酸羧化酶（ribulose biphosphate carboxylase，
自学
（四）羟基丙酸途径
（hydroxypropionate pathway）
自学
二、生物固氮
生物固氮（nitrogen-fixing organisms，diazotrophs）
是指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的
过程，生物界中只有原核生物才具有固氮能力。
自学
三、微生物结构大分子——肽聚糖的生物合成
非循环光合磷酸化紫膜光合磷酸化
2. 分解代谢和合成代谢的联系
两用代谢途径代谢物回补顺序乙醛酸循环
3. 微生物独特合成代谢途径 CO2的自养固定生物固氮细胞壁肽聚糖的生物合成
微生物次生代谢产物的生物合成
当转肽酶与青霉素结合后，因前后两个肽聚糖单体间的肽桥无法交联，因此只能合成缺乏正常机械强度的缺损“肽聚糖”，从而形成了细胞壁缺损的细胞
，例如原生质体或球状体等，它们在渗透压变动的不
利环境下，极易因破裂而死亡。因为青霉素的作用机制在于抑制肽聚糖的生物合成，因此对处于生长繁殖旺盛期的微生物具有明显的抑制作用，而对处于生长休止期的细胞（rest cell），则无抑制作用。
代谢是微生物新陈代谢的核心。
生物氧化的过程脱氢（或电子）递氢（或电子）受氢（或电子）
异养微生物
生物氧化的类型

微生物的新陈代谢习题

微生物的新陈代谢习题一名词解释1、无氧呼吸2、呼吸3、生物氧化4生物固氮5发酵6硝化反应7反硝化反应8抗生素9、固氮作用二、填空1微生物产生ATP的方式三种。

2、经呼吸链，每个NADH可产生个ATP。

3、在循环光和磷酸化过程中，被激发的菌绿素分子释放的电子最后给4、在非循环磷酸化过程中，O2来自被氧化。

5、当微生物进化呼吸时，分解一个单位葡萄糖，一般形成个ATP分子。

6、两种微生物间H2的产生和氧化称为7、物质氧化才能供微生物能量，物质氧化的方式根据最终电子受体的不同有三种方式，和8、大肠杆菌发酵葡萄糖的V.P.反应为性，甲基红实验为性。

9、放线菌对国民经济的重要性，在于它们是抗生素的主要产生菌，许多临床和生产上使用价值如，等等，都由放线菌产生。

10、EMP途径，HMP途径，ED途径三者相比，产能最多的途径是，产还原能力最多的途径是三、判断题1、能够固氮的微生物都是原核生物。

2、反化作用只有在无氧条件下进行3、氧化磷酸化包括发酵作用，有氧呼吸和无氧呼吸。

4、同一种微生物由于环境中的PH不同可能积累不同的代谢产物5、硝化细菌可以把氨转化为亚硝酸和硝酸，它属于化能自养型微生物6、7、化能自养型微生物生长所需要的能源来自无极氧化过程中放出的化学能8、阿维菌素是一种抗生素，它是一种微生物杀虫剂四、选择题1、原核生物所特有的糖降解途径是（）A、EMPB、HMPC、EDD、TCA循环2、同型乳酸菌发酵中的丙酮酸来自（）A、EMPB、HMPC、EDD、TCA循环3、通过有氧代谢，下述那个反应产生的ATP最多（）A、葡萄糖——6-磷酸葡萄糖B、葡萄糖——丙酮酸C、琥珀酸——延胡索酸4、下属过程那个不产生ATP（）A、光和磷酸化B、氧化磷酸化C、底物水平磷酸化D、Calvincycle5、葡萄糖彻底氧化包括三个典型的阶段（）A、化学渗透B、光和磷酸化C、还原D、葡萄糖降解6、异氧生物利用有机物作能源和碳源，产生5碳中间产物供合成核酸，利用的途径是（）A、混合酸发酵途径B、循环光和磷酸化C、TCA循环D、HMP途径7、细菌在有氧条件下彻底分解一分子的葡萄糖可产生（）分子ATPA、2B、12C、36D、388、元和微生物能量代谢及很多合成代谢的部位是（）A、质膜B、线绿体C、高尔基体D、核糖体9、10、发酵作用是（）的生物氧化作用A、氧化参与下B、无极氧化物参与下C、有外源电子最终受体D、无外源电子最终受体11、下列（）不抑制细菌细胞壁肽聚糖的合成过程A、万古霉素B、青霉素C、杆菌肽D、链霉素12、（）是酿酒工业常用的糖化酶菌种A、根菌B、曲霉C、青霉D、枯草杆菌五、简答题1、试述固氮微生物的种类及其固氮的生化机制2、什么叫无氧呼吸，比较呼吸，无氧呼吸，发酵的异同点？3、什么是初级代谢和次级代谢？它们两者的关系？。

独特合成代谢举例

呼吸无氧呼吸阻氧屏障 ATP eNAD(P)H2 FD
(Fld)
N N
2H+,2e
ADP+Pi PII PI
发酵光合作用
(HN NH)
2H+,2e
H2N N2H
2H+,2e
总式
N2 + 6 e + 6 H+ + 12 ATP
2NH3
2 N3H + 12 ADP + 12 Pi
固氮过程——简介
固氮酶的抗氧类型
菌好氧：固氮菌以好氧为主，以有氧呼吸产能
累积生物量。
酶厌氧：固氮菌中固氮酶在漫长演化中形成各种
阻氧保护机制。
阻氧类型：呼吸驱氧；构象保护；异形胞及
非异形胞的间隔性固氮和束状群体固氮及类菌体和泡囊等固氮场所。
固氮抗氧机制
呼吸驱氧：细胞中耗碳源上什、呼吸强度增高；产ATP下降、O2分压下降，它可利用一条分支呼吸链。（eg:固氮菌科）构象保护：固氮酶与Fe-S蛋白II及Mg2+存在下形成一种耐氧复合大分子保护。（eg:褐球固氮菌）蓝细菌异型胞：胞大、壁厚、少产氧光合系统II、 SOD活性高。（eg: Anabaena) 还有时间分隔、束状群体、和高SOD活性等。
固氮过程——反应细节
还原剂 ADP+Pi Mg
II II
ATP--Mg
II II
I..
.I
Mo
-N
.
.I
Mo Mo N=N
Mo N
Fd
(Fld )
.
.
Fd( Fld)
II
ATP-Mg
ATP Mg
.

2017-2018年北航生物与医学工程学院特种医学701基础医学综合考研大纲重难点

701基础医学综合考试大纲（2017版）考试内容包括生理学、细胞生物学、细胞生物学、微生物学和免疫学五大部分，所占比例分别为25%、25%、25%、15%和10%。

第一部分生理学 (25%)一. 人体组织结构1. 生命化学：生命体的基本元素，组织液。

3．细胞的结构和功能：细胞的生物电现象。

4．人体组织：上皮组织，结缔组织，肌肉组织及神经组织的功能。

二. 表皮系统皮肤及附属器的功能。

三. 运动系统骨骼肌的组织结构特点，骨骼肌的收缩机制。

四. 神经和内分泌系统1．神经系统功能，神经细胞、神经胶质细胞的功能，神经突触的结构与功能，反射弧的构成与功能。

2．脑脊液的产生与循环，中枢神经系统的血液供应，自主神经的特点与功能。

3．下丘脑垂体与甲状腺：下丘脑、腺垂体、甲状腺与甲状旁腺分泌的激素及功能。

4．肾上腺与胰腺：肾上腺、胰腺分泌的激素及其功能。

6.下丘脑-腺垂体-靶腺轴的调控方式、负反馈调节机制。

五．感受器1．味觉和嗅觉：味蕾的分布与功能；味觉和嗅觉的传导途径。

2．视觉器官：眼球及眼附属器的结构与功能，视力的形成与调节。

3．听觉器官：声波的传导与听力的形成。

六．循环系统1．血液：血液的组成，血细胞的组成和功能，血液的运输功能，凝血与纤溶的过程与机制，ABO血型与Rh血型的分型依据及输血原则。

2．血液循环系统：心脏的结构，瓣膜、心肌细胞的特点;心肌的电生理特性，心脏的供血；熟悉动脉、静脉及毛细血管的结构和功能，体循环与肺循环的循环路径, 组织液的生成；心动周期各时相的特点，血压的形成与调节。

3．淋巴系统与免疫：人体特异性及非特异性免疫的机制与特点。

七．呼吸系统1．呼吸系统的构成、结构特点及功能。

2．呼吸膜的结构特点及功能，呼吸的机制，外呼吸、内呼吸的概念，氧、二氧化碳在血液中的运输，呼吸的调节。

八．消化系统1．消化系统的组成、消化道的结构特点和功能，肝脏的功能。

2．各消化腺分泌的消化酶，碳水化合物，脂肪，蛋白质在消化道的消化和吸收过程，门脉循环的功能。

10.微生物独特合成代谢途径

肽聚糖是绝大多数原核生物细胞壁所含有的独特成分；它在真细菌的生命活动中有着重要的功能，尤其是许多重要抗生素例如青霉素、头孢霉素、万古霉素、环丝氨酸（恶唑霉素）和杆菌肽等呈现其选择毒力（selective toxicity）的物质基础；加之它的合成机制复杂，并在细胞膜外进行最终装配步骤。
青霉素是肽聚糖单体五肽尾末端的D-丙氨酰-D丙氨酸的结构类似物，即它们两者可互相竞争转肽酶的活力中心。
羟基丙酸途径
（一）Calvin循环（Calvin cycle）
Calvin循环又称Calvin-Benson循环、 Calvin-Bassham循环、核酮糖二磷酸途径或还原性戊糖磷酸循环。这一循环是光能自养生物
和化能自养生物固定CO2的主要途径。
核酮糖二磷酸羧化酶（ribulose biphosphate carboxylase，
第三节微生物独特合成代谢途径举例
自养微生物的CO2固定
生物固氮
细胞壁肽聚糖的合成
微生物次生代谢物的合成
一、自养微生物的CO2固定
各种自养微生物在其生物氧化磷酸化、发酵和光合磷酸化中获取的能量主要用于CO2的固定。在微生物中CO2的固定的4条途径： Calvin循环厌氧乙酰－CoA途径
逆向TCA循环途径
简称RuBisCO）和磷酸核酮糖激酶（phosphoribulokinase）
是本途径中两种特有的酶。
利用Calvin循环进行CO2固定的生物包括绿色植物、蓝细菌、多数光合细菌（光能自养型）和硫细菌、铁细
菌、硝化细菌等（化能自养型）。
如果以产生1个葡萄糖分子来计算，则Calvin循环的总式为： 6COห้องสมุดไป่ตู้＋12NAD(P)H2＋18ATP→C6H12O6＋12NAD(P)＋18ADP＋18Pi

南京大学2021年《应用微生物学》期末考试试题及答案

一、名词解释新陈代谢；生物氧化；细菌酒精发酵；好氧呼吸；无氧呼吸；发酵；同型乳酸发酵；异型乳酸发酵；生物固氮；次生代谢物1、发酵：在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交给某一内源性中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。

2、 Stickland：以一种氨基酸作底物脱氢而以另一种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能的独特发酵类型。

3、硝化作用：氨态氮经硝化细菌的氧化，转变为硝酸态氮的过程。

4、反硝化作用：又称脱氮作用，指硝酸盐转化为气态氮化物的作用。

7、同型乳酸发酵：通过EMP途径，葡萄糖经发酵后只产生2分子乳酸的微生物代谢方式。

8、异型乳酸发酵：葡萄糖经发酵后除产生乳酸外，还产生乙醇、乙酸和CO2等多种产物的微生物代谢方式。

9、厌氧呼吸：一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为无机氧化物）的生物氧化方式。

10、生物固氮：指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程。

11、次生代谢产物：某些微生物生长到稳定期后，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各种结构复杂的化合物二、填空题1、_生物固氮___能将氮气还原为氨。

2、微生物代谢的实质是__实现负熵抑制熵增的过程___。

3、发酵和呼吸的实质是___分解有机物___和__释放能量__。

4、酵母菌在无氧条件下，将葡萄糖发酵生成酒精和二氧化碳；在有氧条件下，氧化葡萄糖，生成水和二氧化碳。

5、根据发酵产物的不同，微生物的发酵类型有_由EMP途径中丙酮酸出发的发酵、HMP途径发酵、ED途径发酵_和__氨基酸发酵_等。

6、微生物可利用的最初能源有根据发酵产物的不同，微生物的发酵类型有_EMP__、__HMP__和__ED__三类，它们经生物氧化后，可产生一种通用能源，称为_____ATP________。

7、生物氧化的类型有__呼吸__、__无氧呼吸___和__发酵__三种。

分解代谢和合成的代谢的联系.

谢也不可能正常进行。如果要进行正常的合成代谢，又须抽走大量为分解代谢正常进行所必需的中间代谢物，结果也势必影响具有循环机制的分解代谢的正常运转。
分解代谢与合成代谢的关系
+分解代谢产物
分解代谢与合成代谢的功能及相互联系
连接分解代谢和合成代谢的重要中间产物及生物合成作用
一、两（兼）用代谢途径
☆微生物有着一整套可塑性强和极精确的代谢调节系统，
上千种酶正确无误、有条不紊，代谢调节能力超过高等生物。
☆微生物代谢调节系统的特点：
及时取得需要的中间代谢产物，只合成需要的，严格防止终产物积累；
以最经济的方式、化最低能量获得所需要的营养，防止浪费。
☆微生物自我调节代谢的方式
酶调节
固有酶（组成酶）：在基质中能固定产生的酶，如葡萄糖氧化酶、EMP途径有关酶
肽聚糖单体的合成
UDP UDP- G
G - M - P - P -类脂 ②
5 甘氨酰-tRNA
M - P - P -类脂
③
5 tRNA
G - M - P - P -类脂 UDP UDP - M
P -类脂
① ④ 万古霉素 Pi ⑤
P - P -类脂插入至膜外肽
聚糖合成处
杆菌肽
（三）细胞膜外的合成
反馈调节
（2）协同反馈抑制
定义：分支代谢途径中几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。举例：谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）多粘芽孢杆菌（Bacillus polymyxa）天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制和阻遏。
（3）合作（增效）反馈抑制
定义：两种末端产物同时存在时，共同的反馈抑制作用大于二者单独作用之和。举例：在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和GMP （和IMP）的合作反馈抑制，二者共同存在时，可以完全抑制该酶的活性。而二者单独过量时，分别抑制其活性的70%和 10%。

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）

微生物的新陈代谢

（1）硝酸盐呼吸在有氧或无氧条件下微生物利用硝酸盐作为氮源营养物，称为同化性硝酸盐还原作用。在无氧条件下，某些厌氧微生物利用硝酸盐作为呼吸链末端氢受体，把它还原成亚硝酸、NO、N2O、直至N2的过程，称为异化性硝酸盐还原作用，也称硝酸式盐呼吸。
3、发酵：在生物氧化或能量代谢中，指在无氧条件下，底物脱氢后所产生的还原力[H]不经过呼吸链的传递而直接交给某一内源性中间代谢产物的一类低能反应。（1）EMP途径中丙酮酸出发的发酵：酵母菌的酒精发酵、同型乳酸发酵（2）通过HMP途径的发酵：异型乳酸发酵（3）通过ED途径进行的发酵：细菌的酒精发酵（4）氨基酸发酵产能——Stickland反应少数厌氧梭菌如生孢梭菌能利用一些氨基酸同时当作碳源、氮源和能源，经深入研究后，发现其产能机制是通过部分氨基酸（如丙氨酸等）的氧化与另一些氨基酸（如甘氨酸等）的还原相偶联的发酵方式。这种以一种氨基酸作氢供体和以另一种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能的独特发酵类型，称为Stickland反应。
2、蓝细菌固氮酶的抗氧保护机制（1）分化出特殊的还原性异形胞
异形胞：壁厚、缺乏产氧光合系统2、超氧化物歧化酶活性很高，有解除氧毒害的功能、呼吸强度高。
（2）非异形胞蓝细菌固氮酶的保护时间上分隔、失去产氧的光合系统2、提高超氧化物歧化酶活性等。
• 特点是 • 葡萄糖只经过4步反应即可快速获得由
EMP途径须经10步才能获得的丙酮酸
• 在ED途径中的关键反应是2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解
ED途径
• ED途径利用葡萄糖的反应步骤简单，产能效率低（1分子葡萄糖仅产1分子ATP，仅为 EMP途径之半），反应中有一个6碳的关键中间代谢物——KDPG （ 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸），两分子丙酮酸来源不同。

【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。

微生物的新陈代谢(2)

光能/化能自养微生物固定 CO2的主要途径
二、生物固氮
生物固氮作用：将大气中分子态氮<N2>通过微生物固氮酶的催化而还原成氨<NH3>的过程.生物固氮是地球上仅次于光合作用的生物化学反应. 〔一〕固氮微生物<nitrogen –fixing organisms ,diazotrophs〕 80余属,全部为原核生物〔包括古生菌〕,主要包括细菌、放线菌和蓝细菌. 根据固氮微生物与高等植物及其他生物的关系,可将它们分为以下3类：
转肽酶的转肽作用可被青霉素所抑制. 其作用机制是：青霉素是肽聚糖单体五肽尾末端的D-丙氨酰—D-丙氨酸的结构类似物,它们两者可相互竞争转肽酶的活力中心.
1. 代谢是细胞内发生的全部生化反应的总称,主要是由＿＿＿＿和＿＿＿＿两个过程组成.微生物的分解代谢是指＿＿＿＿在细胞内降解成＿＿＿＿,并＿＿＿＿能量的过程；合成代谢是指利用＿＿＿＿在细胞内合成＿＿＿＿,并＿＿＿＿能量的过程.
2. 微生物的4种糖酵解途径中,＿＿＿＿是存在于大多数生物体内的一条主流代谢途径；＿＿＿＿是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径,为微生物所特有；＿＿＿＿是产生4 碳、5碳等中间产物,为生物合成提供多种前体物质的途径.
UDP
UDP G
G M P P 类脂
M P P 类脂
G M P P 类脂
UMP UDP M
P
类脂
P P 类脂
杆菌肽
万古霉素
〔三〕在细胞膜外的合成
从焦磷酸类脂载体上卸下来的肽聚糖单体, 会被运送到细胞膜外正在活跃合成肽聚糖的部位. 原有肽聚糖分子成了新合成分子的引物.
在细胞膜外合成肽聚糖时的转糖基作用和转肽作用

第六章微生物代谢习题及答案

第六章微生物的代谢习题及参考答案一、名词解释1．发酵2．呼吸作用3．有氧呼吸4．无氧呼吸5．异型乳酸发酵6．生物固氮7．硝化细菌8．光合细菌9．生物氧化10．初级代谢产物：11．次级代谢产物：12．巴斯德效应：13．Stickland反应：14．氧化磷酸化二、填空题1．微生物的4种糖酵解途径中，是存在于大多数生物体内的一条主流代谢途径；是存在于某些缺乏完整EMP 途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有；是产生4碳、5碳等中间产物，为生物合成提供多种前体物质的途径。

2．同型乳酸发酵是指葡萄糖经途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下被NADH 还原为乳酸。

异型乳酸发酵经、和途径分解葡萄糖。

代谢终产物除乳酸外，还有。

3．微生物在糖酵解生成丙酮酸基础上进行的其他种类的发酵有丁二醇发酵、混合酸发酵、发酵和发酵等。

丁二醇发酵的主要产物是，发酵的主要产物是乳酸、乙酸、甲酸、乙醇。

4．产能代谢中，微生物通过磷酸化和磷酸化将某种物质氧化而释放的能量储存在ATP 等高能分子中；光合微生物则通过磷酸化将光能转变成为化学能储存在ATP 中。

磷酸化既存在于发酵过程中，也存在于呼吸作用过程中。

5．呼吸作用与发酵作用的根本区别是呼吸作用中电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给系统，逐步释放出能量后再交给。

6．巴斯德效应是发生在很多微生物中的现象，当微生物从转换到下，糖代谢速率，这是因为比发酵作用更加有效地获得能量。

7．无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是外源电子受体，像22322423、CO O 、S、SO 、NO NO ----等无机化合物，或等有机化合物。

8．化能自养微生物氧化而获得能量和还原力。

能量的产生是通过磷酸化形式，电子受体通常是O2。

电子供体是、、和，还原力的获得是逆呼吸链的方向进行传递，能量。

9．微生物将空气中的N2还原为NH3的过程称为。

南开大学微生物-第五章_代谢

糖酵解的主要途径: •EMP：为常见的糖酵解途径。 •HM：在单磷酸己糖基础上开始降解，EMP和HM途径密切相关。 •ED：该途径不依赖于EMP和HM途径而单独存在。 •PK：该途径的特征性酶为含磷酸戊糖解酮酶。
3、微生物无氧条件下发酵产能与发酵产物
乙醇
乳酸
EMP
HM
Glc
2ATP＋2Pyr
ED
PK
加氢源
氨基酸蛋白质核苷酸核酸维生素等
Calvin循环、还原性TCA循环断裂TCA循环、EMP、HMP等
第三节微生物特有的代谢
一、微生物固氮
生物固氮：在常温常压下由生物固氮酶催化，将大气中的N2还原为NH3 的生化过程。
＋
固氮酶
N2 ＋ NAD(P)H＋ ATP
NH3 ＋ NAD(P)H ＋ ADP ＋ Pi
蓝细菌有两个光合系统光合系统1环式光合磷酸化产ATP 光合系统1和2进行非环式光合磷酸化产生ATP 、 NAD（P)H 光合系统2进行水光解释放氧。
5、嗜盐菌紫膜的光合磷酸化产生ATP
紫膜中视紫红质蛋白辅基视黄醛分子光诱导顺、反式变化
(膜外) H+
顺式 X=N+
Pro
反式 X=N+--Pro
X=N
丙酸甲酸、乙酸、乳酸丁二酸丙酮、丁醇
酿酒酵母乳酸细菌丙酸杆菌
E.coli 产气肠杆菌丙－丁酸菌
Ⅰ型发酵：Glc EMP 丙酮酸脱羧乙醛 H＋ e－
乙醇＋2ATP
Ⅱ型发酵：Glc
难溶黄化羟基乙醛
丙酮酸乙醛·亚硫酸氢钠 P－二羟丙酮脱磷甘油＋2ATP
H＋ e－
Ⅲ型发酵：Glc
丙酮酸
第五章微生物的代谢

微生物的代谢习题及参考答案

微生物的代谢习题及参考答案一、名词解释1．发酵2．呼吸作用3．有氧呼吸4．无氧呼吸5．异型乳酸发酵6．生物固氮7．硝化细菌8．光合细菌9．生物氧化10．初级代谢产物：11．次级代谢产物：12．巴斯德效应：13．Stickland反应：14．氧化磷酸化二、填空题1．微生物的4种糖酵解途径中，谢途径；是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有；是产生4碳、5碳等中间产物，为生物合成提供多种前体物质的途径。

2．同型乳酸发酵是指葡萄糖经作用下被NADH还原为乳酸。

异型乳酸发酵经、和途径分解葡萄糖。

代谢终产物除乳酸外，还有。

3．微生物在糖酵解生成丙酮酸基础上进行的其他种类的发酵有丁二醇发酵、混合酸发酵、发酵等。

丁二醇发酵的主要产物是发酵的主要产物是乳酸、乙酸、甲酸、乙醇。

4．产能代谢中，微生物通过的能量储存在ATP等高能分子中；光合微生物则通过磷酸化将光能转变成为化学能储存在ATP中。