微生物的新陈代谢刘
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微生物 第五章 微生物的新陈代谢
第五章微生物的新陈代谢一、名词解释新陈代谢：是推动生物一切生命活动的动力源和各种生命物质的“加工厂”，是活细胞中一切有序化学反应的总和。
生物氧化：发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应。
呼吸：是一种最重要最普遍的生物氧化或产能过程。
呼吸链：指位于原核微生物的细胞膜或真核生物的线粒体膜上，由一系列氧化还原势呈梯度差的，链状排列的递氢体或递电子体所组成的连续反应体系。
无氧呼吸：指的是呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数有机氧化物）的生物氧化。
发酵：在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后产生的还原力未经呼吸链传递而直接交给内源性中间代谢产物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
同型酒精发酵：酵母在无氧条件下，通过EMP途径，即葡萄糖→丙酮酸→乙醛→乙醇的过程，称为同型酒精发酵。
异型酒精发酵：细菌通过HMP途径进行，产生1分子乙醇和1分子乳酸，称为细菌异型酒精发酵。
Stickland反应：某些专性厌氧细菌如梭状芽孢杆菌、生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌在厌氧条件下生长时，以一种氨基酸作为底物进行氧化脱氢（即供氢体），脱下的氢（还原力）以另外一种氨基酸作为氢受体进行还原脱氨，两者偶联进行，实现生物氧化产能的发酵类型称为Stickland反应。
两用代谢途径：凡在分解代谢和合成代谢中均具有功能的代谢途径。
代谢回补顺序：是指能补充两用代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢物的应。
乙醛酸循环：中间代谢物中存在乙醛酸的循环。
固氮酶：是一种复合蛋白，由固二氮酶和固二氮酶还原酶两种相互分离的蛋白构成。
异形胞：某些丝状蓝藻所特有地变态营养细胞,是一种缺乏光合结构、通常比普通营养细胞大地厚壁特化细胞。
类菌体：根瘤菌进入宿主根部皮层细胞后，分化成膨大、形状各异、无繁殖能力，但具有很强固氮活性的细胞。
豆血红蛋白：豆科植物根瘤中发现的血红蛋白样红色蛋白质。
有抗氧化活性，可避免同类细菌中的固氮酶受到抑制，是共生固氮所必需的。
微生物新陈代谢
生物氢气
某些微生物能够利用光合作用或发酵作用产 生氢气，为氢能源的生产提供了新的途径。
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微生物新陈代谢的类型
01
02
03
有氧呼吸
微生物在有氧环境下，通 过氧化反应将有机物彻底 氧化分解，释放出能量。
无氧呼吸
微生物在无氧环境下，通 过发酵或无氧呼吸将有机 物氧化分解，释放出能量。
光合作用
某些光合细菌和藻类能够 利用光能将二氧化碳和水 转化为有机物，并释放出 氧气。
微生物新陈代谢的过程
的作用下进一步分解，释放大量能量。
无氧呼吸的产物
要点一
总结词
无氧呼吸的产物通常是二氧化碳、乙醇、乳酸等。
要点二
详细描述
在无氧呼吸过程中，有机物被氧化分解成不同的产物，例 如，葡萄糖在乳酸菌的无氧呼吸过程中被分解成乳酸，而 在酵母菌的无氧呼吸过程中则被分解成乙醇和二氧化碳。 这些产物对于微生物本身具有一定的生理意义，例如乳酸 可以降低细胞内的pH值，增强微生物的耐酸性；乙醇和二 氧化碳则可以作为微生物的能量来源和碳源。
无氧呼吸的能量转换
总结词
无氧呼吸的能量转换效率通常较低，但也有例外。
详细描述
无氧呼吸过程中释放的能量并不像有氧呼吸那样完全 、高效地转换为ATP中的化学能。因此，无氧呼吸的 能量转换效率通常较低。然而，有些微生物在无氧呼 吸过程中也能产生大量的能量，例如醋酸细菌的无氧 呼吸过程就可以产生大量的能量，其能量转换效率与 有氧呼吸相差无几。此外，一些微生物在无氧呼吸过 程中可以将部分能量转换为热能，以维持微生物自身 的温度。
发酵的产物
总结词
发酵的产物包括酒精、乳酸、乙酸、丁酸等，这些产物具有广泛的应用价值。
第五章微生物的新陈代谢_微生物学
次级代谢并不普遍存在于生物界，也不存在于整 个生长时期，即次级代谢并非生命活动所必须的。但
次级代谢产物对人类是很重要的，例如抗生素、
生长刺激素、色素、生物碱等。
第一节 微生物的能量代谢
一切生命活动都是耗能反应，
能量代谢就成了新陈代谢中的核心问题。
研究能量代谢的根本目的，是追踪生物体如何把外界环 境中的多种形式的最初能源（primary energy sources）
（2）无氧呼吸（anaerobic respiration）
又称厌氧呼吸，是一类呼吸链末端的氢受体为
外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。 特点是底物按常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢， 最终由氧化态的无机物或有机物受氢，并完成氧化磷 酸化产能反应。 这是一类在无氧条件下进行的、产能效率较低 的特殊呼吸。
EMP途径
丙酮酸脱羧酶
葡萄糖
NAD+ NADH2
NAD+ EMP 途径 NADH2 NADH2
丙酮酸
CO2
乙醛
NAD+
乙醇 3－P－甘油
乙酸
磷酸二羟丙酮
磷酸甘油脱氢酶
甘油
在酵母菌的第三型发酵中没有ATP产生，所以
这种发酵是在静息细胞中进行的。
乙酸的产生会降低培养基的pH值，使酵母菌的
第三型发酵重新回到正常的乙醇发酵，所以，如果
酵母菌的第一型发酵
酵母菌只有在pH3.5～4.5（弱酸性）和厌氧 条件下才能进行正常的酒精发酵，称之为酵母菌
的第一型发酵。
EMP途径 1分子
葡萄糖
NAD+ NADH2
2×丙酮酸
丙 酮 酸 脱 羧 酶
关键酶
NAD+ NADH2
第六章微生物的新陈代谢
大肠杆菌：— 产气杆菌：+
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
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
微生物的新陈代谢
微生物的新陈代谢1.新陈代谢、生物体从环境摄取营养物转变为自身物质，同时将自身原有组成转变为废物排出到环境中的不断更新的过程。
2.生物水解、细胞内的糖，蛋白质和脂肪展开水解水解分解成co2和水，并释放能量的过程。
3.体温、有机体利用氧气通过新陈代谢水解有机化合物释放出来化学能的过程。
4.呼吸链、在生物氧化过程中，从代谢物上脱下的氢由一系列传递体依次传达，最后与氧构成水的整个体系称作体温链5.无氧呼吸、生物在无氧条件下进行呼吸，包括底物氧化及能量产生的代谢过程。
6.蒸煮、细菌和酵母等微生物在无氧条件下，酶促发展水解糖分子产生能量的过程。
7.同型酒精发酵、酿酒酵母能够通过emp途径进行同型酒精发酵，即为由emp途径新陈代谢产生的丙酮酸经过脱羧释出co2，同时分解成乙醛，乙醛拒绝接受糖酵解过程中释放出来的nadh+h+被转换成乙醇。
异型酒精发酵、一些细菌能够通过hmp途径进行异型乳酸发酵产生乳酸、乙醇和co2等8.stickland反应、某些专性厌氧细菌如梭状芽孢杆菌在厌氧条件下生短时，以一种氨基酸做为氢的供体，展开水解脱氨，另一种氨基酸作氢的受体，展开还原成脱氨，两者偶联展开水解还原成脱氨。
这其中存有atp分解成。
9.两用代谢途径、既可用于代谢物分解又可用于合成的代谢途径。
如三羧酸循环。
10.新陈代谢止跌顺序、就是另一类补足两用新陈代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢物的那些反应11.乙醛酸循环、在植物和微生物中存有一个与三羧酸循环二者相似的代谢过程，其代谢中间产物有乙醛酸，这个生化过程称为乙醛酸循环12.固氮酶、一种能将分子氮转换成氨的酶13.异形胞、某些丝状蓝藻所特有的变态营养细胞,是一种缺乏光合结二重、通常比普通营养细胞小的厚壁特化细胞。
异形胞中所含多样的固氮酶,为蓝藻固氮的场所。
14.类菌体、根瘤菌进入宿主根部皮层细胞后，分化成膨大、形状各异、并无产卵能力，但具备很强固氮活性的细胞。
15.豆血红蛋白、豆科植物根瘤中发现的血红蛋白样红色蛋白质。
第六章 微生物的新陈代谢
Fe2+ + H+ + 1/4O2
Fe3+ + 1/2H2O + 能量
Fe2+
Fe3+
1/2O2 + 2H+ H2O
Thiobacillus ferrooxidans Fe2+氧化的电子流
Fe2+ + H+ + 1/4O2
Fe3+ + 1/2H2O + 能量
四、亚硝化细菌和硝化细菌
(ammonium and nitrite-oxidizing bacteria)
H-C=O NADP+Pi 3- P -甘油醛
C.再生阶段 (即CO2受体的再生)
磷酸二羟丙酮 +H2O
G 6-P-G
3-P-甘油醛 -Pi 3-P-甘油醛 5-P-木酮糖 4-P-赤藓糖
6-磷酸果糖
转酮酶
磷酸二羟丙酮
缩合
1，7-二磷酸景天庚酮糖 +H2O -Pi
磷酸酯酶
7-P-景天庚酮糖 3-P-甘油醛 5-P-木酮糖 5-P-木酮糖 5-P-核酮糖激酶 ADP ATP 5-P-核糖 异构化 表异构化
巴西固氮螺菌与甘蔗、玉米等 小麦根与固氮螺菌
(三) 固氮作用的机制 1、固氮作用的总反应及条件：
固氮酶
N2+8e-+8H++nATP →2NH3+H2+nADP+nPi
Mg2+
具备条件：
* 固氮酶(由钼铁蛋白和铁蛋白组成) ； * 氢离子(H+)、电子、电子供体及载体(不同微生物来源不同)； * 能量(ATP) (来源于EMP, 氧化磷酸化，光合磷酸化)； * 厌氧环境。
微生物的新陈代谢
成丙酮酸再进入TCA循环
进行彻底氧化，另一为通
过果糖二磷酸醛缩酶和果
EMP reaction 糖二磷酸酶的作用而转化
为己糖磷酸
14
➢特点：葡萄糖不经EMP途径和TCA途径而得到 彻底氧化，并能产生大量NADPH＋H+（又作 NADPH2）形式的还原力和多种重要中间代谢物
总反应式： 6 葡糖-6-磷酸＋12NADP+＋6H2O
葡萄糖
经呼吸链 ①好氧呼吸
-[H]
½ O2
A
-[H]
B
-[H]
②无氧呼吸 ③发酵
H2O
NO3-, SO42-,CO2 NO2-, SO32-,CH4
C
A、B或C
AH2 , BH2 或CH2
-[H]
（发酵产物：乙醇、乳酸等）
CO2 没有外源电子受体参加
脱氢
递氢
受氢
24
（二）递氢和受氢
1. 呼吸，是指底物按常规方式脱氢后，脱下的氢
TCA循环
这是一种广泛存在于各种生物体中的重要生化反 应，在各种好氧微生物中普遍存在。
在真核微生物中，TCA循环的反应在线粒体内 进行，其中的大多数酶定位在线粒体的基质中；
在原核生物中，大多数酶都存在于细胞质内。 琥珀酸脱氢酶属于例外，它在线粒体或细菌中 都是结合在膜上的。
19
丙酮酸 氧化脱羧
乙酰-CoA
22
（二）递氢和受氢
葡萄糖
-[H]
A
-[H]
B
-[H]
C
-[H]
CO2
脱氢
经呼吸链
①好氧呼吸
½ O2
②无氧呼吸 ③发酵
A、B或C
H2O
NO3-, SO42-,CO2 NO2-, SO32-,CH4
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。
【教学课件】第五章 微生物的新陈代谢
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5
磷酸果糖激酶
EMP途径的关键酶，在生物中有此酶就 意味着存在EMP途径 需要ATP和Mg++ 在活细胞内催化的反应是不可逆的反应
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6
（丙酮酸的去路）
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7
2、
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8
4、
氧化磷酸化
脱氢
3-磷酸甘油醛 (3-磷酸甘油醛脱氢酶)
(磷酸甘油酸激酶)
底物水平磷酸化
1. 葡萄糖经过几步氧化反应产生核酮糖-5-磷酸 和CO2
2. 核酮糖-5-磷酸发生同分异构化或表异构化而 分别产生核糖-5-磷酸和木酮糖-5-磷酸
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
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11
HMP途径
❖ 葡萄糖 ATP ADP 6-磷酸葡萄糖 NAD(P)+ NAD(P)H+H+ 6-磷酸-葡萄糖酸 NAD(P)+ NAD(P)H+H++CO2 5-磷酸-核酮糖
12
HMP途径的总反应
C6 2C3
耗能阶段 产能阶段
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi
2C3
4 ATP 2ATP 2 丙酮酸 2NADH2
2CH3COCOOH+2NADH2+2H++2ATP+2H2O
精选课件ppt
13
HMP途径的总反应
6 葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H2O 5 葡萄糖-6-磷酸+12NADPH+12H++12CO2+Pi
微生物的新陈代谢
吸收利用。
脂类的代谢
部分微生物能够通过β-氧化等 途径，将脂肪酸分解为乙酰
CoA，进而进入三羧酸循环进 行代谢。
氮源代谢
氨基酸的代谢
微生物可利用氨基酸作为氮源和 碳源，通过转氨基作用和脱氨基 作用将氨基酸转化为其他含氮化 合物和碳骨架。
铵盐的代谢
铵盐是微生物常用的无机氮源， 可通过谷氨酸脱氢酶等酶的作用 ，将铵盐转化为氨基酸等有机氮 化合物。
蛋白质组学技术
利用蛋白质组学技术，如蛋白质质谱分析、蛋白质互作分析等，研究 微生物新陈代谢过程中的蛋白质组成、结构和功能。
组学技术在微生物新陈代谢研究中的应用
代谢组学技术
通过代谢组学技术，如代谢物质谱分析、代谢通路分析等，研究微生物代谢产物的种类 、含量和变化规律，揭示微生物新陈代谢的代谢网络和调控机制。
微生物具有极强的环境适应能力，能够在各 种极端环境中生存和繁殖，如高温、低温、 高盐、高辐射等。
微生物对环境的影响
微生物的代谢活动对环境产生深远影响，如参与地 球化学循环、促进有机物分解、产生温室气体等。
微生物与环境的互作
微生物通过代谢活动与周围环境进行物质和 能量的交换，同时也受到环境因素的影响和 制约。
微生物通过呼吸作用将有机物氧化分 解成小分子物质，同时释放出能量。 呼吸作用包括有氧呼吸和无氧呼吸两 种类型。
发酵作用
某些微生物在无氧条件下，通过发酵 作用将有机物分解并产生能量。发酵 过程中会产生一些特定的代谢产物， 如酒精（如蓝藻、紫藻等）能够通过光合作用，利用光能将无机物合成有机物，并储存能量。光合作用分为 产氧光合作用和不产氧光合作用两种类型。
微生物燃料电池
利用微生物将有机物转化为电能，同 时处理有机废水，实现能源回收和废 水处理双重目的。
脂类的代谢
部分微生物能够通过β-氧化等 途径，将脂肪酸分解为乙酰
CoA，进而进入三羧酸循环进 行代谢。
氮源代谢
氨基酸的代谢
微生物可利用氨基酸作为氮源和 碳源，通过转氨基作用和脱氨基 作用将氨基酸转化为其他含氮化 合物和碳骨架。
铵盐的代谢
铵盐是微生物常用的无机氮源， 可通过谷氨酸脱氢酶等酶的作用 ，将铵盐转化为氨基酸等有机氮 化合物。
蛋白质组学技术
利用蛋白质组学技术，如蛋白质质谱分析、蛋白质互作分析等，研究 微生物新陈代谢过程中的蛋白质组成、结构和功能。
组学技术在微生物新陈代谢研究中的应用
代谢组学技术
通过代谢组学技术，如代谢物质谱分析、代谢通路分析等，研究微生物代谢产物的种类 、含量和变化规律，揭示微生物新陈代谢的代谢网络和调控机制。
微生物具有极强的环境适应能力，能够在各 种极端环境中生存和繁殖，如高温、低温、 高盐、高辐射等。
微生物对环境的影响
微生物的代谢活动对环境产生深远影响，如参与地 球化学循环、促进有机物分解、产生温室气体等。
微生物与环境的互作
微生物通过代谢活动与周围环境进行物质和 能量的交换，同时也受到环境因素的影响和 制约。
微生物通过呼吸作用将有机物氧化分 解成小分子物质，同时释放出能量。 呼吸作用包括有氧呼吸和无氧呼吸两 种类型。
发酵作用
某些微生物在无氧条件下，通过发酵 作用将有机物分解并产生能量。发酵 过程中会产生一些特定的代谢产物， 如酒精（如蓝藻、紫藻等）能够通过光合作用，利用光能将无机物合成有机物，并储存能量。光合作用分为 产氧光合作用和不产氧光合作用两种类型。
微生物燃料电池
利用微生物将有机物转化为电能，同 时处理有机废水，实现能源回收和废 水处理双重目的。
微生物学周德庆版微生物的新陈代谢
20
21
TCA循环的特点
? ①必须在有氧条件下运转 (因NAD+和FAD再生时 需氧)；
? ②每分子丙酮酸可产 4个NADH+H +、1个FADH2 和1个GTP，总共相当于 15个ATP，因此产能效率 极高；
? ③TCA位于一切分解代谢和合成代谢中的枢纽地 位，不仅可为微生物的生物合成提供各种碳架原 料．而且还与人类的发酵生产 (如柠檬酸、苹果酸、 谷氨酸、延胡素酸和琥珀酸等 )紧密相关。
respiratorychain ，又称电子传递链（ ETC ， electrontransportchain ）] 递氢，最终由分子氧接受 氢并产生水和释放能量（ ATP ）。
途径：EMP,TCA 循环
特点：必须有氧参与，底物氧化彻底，产能高。
TCA 循环与电子传递是有氧呼吸中两个主要的产能环节。
第五章 微生物的新陈代谢
? 新陈代谢：推动生物一切生命活动的动力 源。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。 新陈代谢 = 分解代谢 + 合成代谢
1
分解代谢(异化作用）：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 ）形式的能量和还原力的作用。
合成代谢（同化作用）：指在合成代谢酶系的
催化下，由简单小分子、ATP 形式的能量和还原力一起 合成复杂的大分子的过程。
复杂分子
（有机物）
分解代谢 合成代谢
简单小分子 ATP [H]
2
第一节 微生物的能量代谢
一切生命活动都是耗能反应，因此，能量代谢是一切生物代谢 的核心问题。
能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中的多种形式的 最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源------ATP 。 这就是产能代谢。
21
TCA循环的特点
? ①必须在有氧条件下运转 (因NAD+和FAD再生时 需氧)；
? ②每分子丙酮酸可产 4个NADH+H +、1个FADH2 和1个GTP，总共相当于 15个ATP，因此产能效率 极高；
? ③TCA位于一切分解代谢和合成代谢中的枢纽地 位，不仅可为微生物的生物合成提供各种碳架原 料．而且还与人类的发酵生产 (如柠檬酸、苹果酸、 谷氨酸、延胡素酸和琥珀酸等 )紧密相关。
respiratorychain ，又称电子传递链（ ETC ， electrontransportchain ）] 递氢，最终由分子氧接受 氢并产生水和释放能量（ ATP ）。
途径：EMP,TCA 循环
特点：必须有氧参与，底物氧化彻底，产能高。
TCA 循环与电子传递是有氧呼吸中两个主要的产能环节。
第五章 微生物的新陈代谢
? 新陈代谢：推动生物一切生命活动的动力 源。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。 新陈代谢 = 分解代谢 + 合成代谢
1
分解代谢(异化作用）：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 ）形式的能量和还原力的作用。
合成代谢（同化作用）：指在合成代谢酶系的
催化下，由简单小分子、ATP 形式的能量和还原力一起 合成复杂的大分子的过程。
复杂分子
（有机物）
分解代谢 合成代谢
简单小分子 ATP [H]
2
第一节 微生物的能量代谢
一切生命活动都是耗能反应，因此，能量代谢是一切生物代谢 的核心问题。
能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中的多种形式的 最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源------ATP 。 这就是产能代谢。
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（一）底物脱氢的途径
底物脱氢的四种途径
EMP途径 HMP途径 ED途径 磷酸解酮酶途径
葡萄糖
ATP
1.EMP途径
ADP
（Embden-Meyerhof
葡糖-6-磷酸
pathway）
果糖-6-磷酸
a
ATP
ADP
果糖-1，6- 二磷酸
磷酸二羟丙酮
甘油醛-3-磷酸
NAD+
NADH+H+
1，3-二磷酸甘油酸
微生物学
2. HMP途径（磷酸戊糖途径，单磷酸己糖途径、 WD途径)
HMP途径可分为氧化阶段和非氧化阶 段。该途径的重要之处在于能为微生物生 长提供能量和各种不同长度的碳架,用于 细胞物质合成。
➢ HMP途径
➢ HMP途径的三个阶段
微生物学
从6-磷酸-葡萄糖开始，通过几步氧化反应产生核酮糖 -5-磷酸和二氧化碳。
无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由 一系列连续的酶反应构成的，前一部反应的产物 是后续反应的底物。
细胞能有效调节相关的反应，生命活动得以正常 进行。
某些微生物还会产生一些次级代谢产物。这些物 质除有利于微生物生存外，还与人类生产生活密 切相关。
按物质转化方式分：
分解代谢：指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在 这个过程中产生 能量。 合成代谢：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。
第五章 微生物的新陈代谢
能量与代谢关系示意图
本章内容
代谢概论 微生物产能代谢 耗能代谢 次生代谢产物 微生物代谢的调节
第一节 代谢概论
代谢(metabolism)是生命存在的基本特征，是生物体内所进行的全部生化 反应的总称。
谢新 陈 代
分解代谢 （异化）
合成代谢 （同化）
生物大分子分解为生物小分子
底物脱氢的途径 1、EMP途径 2、HMP途径 3、ED途径 4、磷酸解酮酶途径
•底物脱氢的四条途径： EMP HMP ED 磷酸解酮酶途径
•三种主要受氢体： 受氢体为（有氧呼吸） 受氢体为无机氧化物（无氧呼吸） 受氢体为有机物（发酵）
•氢或电子传递链： 电子传递链或呼吸链
底物脱氢途径与递氢、受氢阶段的联系
概括为:
①和氧的直接化合： C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
②失去电子：
Fe2+ → Fe3+ + e -
③化合物脱氢或氢的传递: CH3-CH2-OH
CH3-CHO
NAD NADH2
➢生物氧化的功能
产能(ATP) 产还原力【H】 小分子中间代谢物
Байду номын сангаас
➢生物氧化的过程
一般包括三个环节： ①底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电子供体或供氢体） ②氢（或电子）的传递（需中间传递体，如NAD、FAD等） ③最后氢受体接受氢（或电子）（最终电子受体或最终氢受体）
合成代谢（anabolism）
合成代谢指细胞利用小分子物质合成复杂 大分子的过程，并在这个过程中消耗能量。
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。
Cncnc-micro
在代谢过程中，微生物通过分解作用（光合作用） 产生能量。
这些能量用于：1 合成代谢 2微生物的运动和运输 3 热和光
底物水平磷酸化
ADP
a :预备性反应
3-磷酸甘油酸 ATP 2-磷酸甘油酸
b
b :氧化还原反应底物水平磷磷酸化酸烯醇式丙酮酸ADP ATP 丙酮酸
➢EMP途径的意义
具有EMP途径的微生物 EMP途径是绝大多数生物所共有的基本代谢途径，
也是酵母菌等真菌及大多数细菌所具有的代谢途径。 产能效率低，生理功能重要。 EMP途径的生理功能
• EMP途径与人类的实践关系 — 乙醇、乳酸、甘油、丙酮和丁醇发酵
• EMP途径的特点: • • （1）葡萄糖分解是从1，6-二磷酸果糖开始 • （2）整个途径仅在第1，3，10步反应是不可逆的 • （3）EMP途径的特征性酶是1，6-二磷酸果糖醛缩
酶 • （4）整个途径不消耗氧 • （5）有关酶系位于细胞质中
产能
能量代谢
耗能
生物小分子合成生物大分子
谢物 质 代
分解代谢（catabolism）
分解代谢指细胞将大分子物质降解成小分子 物质，并在这个过程中产生能量。
一般可将分解代谢分为三个阶段：
蛋白质 氨基酸
多糖 单糖
脂类 甘油，脂肪酸
丙酮酸/乙酰辅酶A
CO2 ，H20，能量（三羧酸循环）
分解代谢的三个阶段
核酮糖-5-磷酸发生结构变化形成核糖-5-磷酸和木酮 糖-5-磷酸。
几种戊糖磷酸在没有氧参与的条件下发生碳架重排， 产生了己糖磷酸和丙糖磷酸，丙糖磷酸可通过EMP途 径转化成丙酮酸再进入TCA循环进行彻底氧化；也可 通过果糖二磷酸醛缩酶和果糖二磷酸酶的作用而转化 为己糖磷酸。
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。
➢生物氧化的形式
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，供需要时使 用。
•物质代谢：物质在体内转化的过程. •能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化.
按代谢产物在机体中作用不同分：
•初级代谢： 微生物从外界吸收的各种营养物质,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. •次级代谢： 微生物在一定的生长时期,以初级代谢产物为前体,合成一些对生命活动 无明确功能的物质的过程.产物：抗生素、色素、激素、生物碱等
第二节 微生物的能量代谢
能量代谢是新陈代谢中的核心问题。 中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成对一切生命活动都能使用的能 源——ATP。
最初能源
有机物
化能异养菌
日光
光能营养菌
还原态无机物
化能自养菌
通用能源
一、化能异养微生物的生物氧化和产能
微生物产能代谢 — 生物氧化 分解代谢实际上是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，这个过程也称为生物氧化，是一个产能代谢过程。
EMP途径可为微生物的生理活动提供ATP和NADH， 其中间产物又可为微生物的合成代谢提供碳骨架，并 在一定条件下可逆转合成多糖。
在有氧条件下，EMP-TCA两途径接通,并通过后者将 丙酮酸彻底氧化,形成CO2、H2O及ATP。无氧时，丙 酮酸或丙酮酸的脱羧产物乙醛被还原，形成乳酸或乙 醇等发酵产物。