微生物的新陈代谢刘
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•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
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
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。
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
➢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）
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。
（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
ADPΒιβλιοθήκη Baidu
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
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
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
• 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
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。
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
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。
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。
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
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
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。
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
➢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）
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。
（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
ADPΒιβλιοθήκη Baidu
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
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
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
• 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
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。
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
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。
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。