第七章微生物代谢
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合成代谢：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。
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
分解与合成代谢关系
微生物代谢的三大特点：
➢细胞内生化反应都在温和条件下由酶催化 进 ➢反行应的具；有顺序性； ➢代谢过程具有高度灵敏的自动调节。 根据微生物在代谢过程中产生的代谢产物在生物机体 内的作用可分为：
1分子葡萄糖可降解成2分子3-磷酸甘油醛， 并消耗2分子ATP。2分子3-磷酸甘油醛被氧 化生成2分子丙酮酸，2分子NADH2和4分 子ATP。
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：
葡萄糖+2NAD+2Pi+2ADP →2丙酮酸+2NADH2+2ATP
初级代谢： 微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成 代谢，生成维持生命活动所必需的物质和能量的过程， 称为初级代谢。
一类与生物生存有关的、涉及到产能代谢和耗能代谢 的代谢类型，普遍存在于一切生物中。
次级代谢：
微生物在一定生长时期，以初级代谢产物为前体， 合成一些对微生物生命活动无明确功能的物质的过程。
第七章 微生物的代谢
第一节 微生物呼吸与能量代谢
新陈代谢：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
分解代谢：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。
有氧呼吸 生物氧化的类型： 无氧呼吸
发酵
一、发酵
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] 直接交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
1、葡萄糖的发酵途径 EMP途径：糖酵解途径 HMP 途径：戊糖磷酸途径 ED途径：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸KDPG途径 磷酸解酮酶途径：PK途径、HK途径
磷酸酮解途径
存在于某些细菌如明串珠菌属和乳杆菌属中的一 些细菌中。 进行磷酸酮解途径的微生物缺少醛缩酶，所以它 不能够将磷酸己糖裂解为2个三碳糖。 磷酸酮解酶途径有两种：
•与EMP途径在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可 以调剂戊糖供需关系。
•途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、 碱基合成、及多糖合成。
•途径中存在3~7碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用利 用的碳源谱更为更为广泛。
•通过该途径可产生许多种重要的发酵产物。如核苷酸、若干 氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。
EMP途径
EMP途径：糖酵解途径（10步反应）
耗能阶段
产能阶段
C6
C3
2NADH+H+ 2丙酮酸
2ATP
4ATP 2ATP
C6为葡萄糖，C3为3-磷酸-甘油醛
EMP途径特点：
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，
一、化能异养型微生物的生物氧化与能量代谢－－发酵与呼吸
生物氧化就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应
生物氧化的形式
底物与氧结合 脱氢 电子
Leabharlann Baidu
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
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。
•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
HMP途径的重要意义
•为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。
•产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提 供还原力，另方面可通过呼吸链产生大量的能量。
丙酮酸激酶 PEP+ADP
ATP+丙酮酸
2、电子水平磷酸化
底物在生物氧化过程中形成的电 子通过电子传递链传到氧或其他 氧化物，同时形成ATP的过程称 电子水平磷酸化或呼吸水平磷酸 化。
呼吸链：由许多电子载体按它们的氧化还原电势升高 的顺序排列起的链称为电子传递链。
氧化磷酸化
（oxidative phosphorylation）
通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产 物，大多是分子结构比较复杂的化合物。根据 其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、 毒素及维生素等类型。
结构:
｛ ｛ 光合磷酸化
ATP的生成方式: 氧化磷酸化
底物水平磷酸化
电子传递磷酸化
1、底物水平磷酸化
通过转移底物在生物氧化过程 中形成的高能磷酸键，直接形成 ATP的过程称底物水平磷酸化。
•HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活 动对其中间产物的需要量相关。
ED途径
ED途径的特点
•葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸后， 经脱氧酮糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-磷酸 甘油醛， 3-磷酸甘油醛再经EMP途径转化成为丙酮 酸。结果是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，1分子 ATP。
CoA ↓丙酮酸脱氢酶
乙酰CoA， 进入TCA
EMP的生理功能 （1）供应ATP和NADH （2）连接其他代谢途径的桥梁 （3）为生物合成提供中间物 （4）逆向反应进行多糖的合成
HMP途径
HMP途径降解葡萄糖的三个阶段
•HMP是一条葡萄糖不经EMP途径和TCA循环 途径而得到彻底氧化，并能产生大量 NADPH+H+形式的还原力和多种中间代谢产 物的代谢途径 •1. 葡萄糖经过几步氧化反应产生核酮糖-5-磷 酸和CO2
•ED途径的特征反应是关键中间代谢物2-酮-3-脱氧6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘 油醛。ED途径的特征酶是KDPG醛缩酶.
•反应步骤简单，产能效率低.
• 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连 接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不 同中间代谢物的需要。
PK途径：磷酸酮糖裂解途径
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
分解与合成代谢关系
微生物代谢的三大特点：
➢细胞内生化反应都在温和条件下由酶催化 进 ➢反行应的具；有顺序性； ➢代谢过程具有高度灵敏的自动调节。 根据微生物在代谢过程中产生的代谢产物在生物机体 内的作用可分为：
1分子葡萄糖可降解成2分子3-磷酸甘油醛， 并消耗2分子ATP。2分子3-磷酸甘油醛被氧 化生成2分子丙酮酸，2分子NADH2和4分 子ATP。
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：
葡萄糖+2NAD+2Pi+2ADP →2丙酮酸+2NADH2+2ATP
初级代谢： 微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成 代谢，生成维持生命活动所必需的物质和能量的过程， 称为初级代谢。
一类与生物生存有关的、涉及到产能代谢和耗能代谢 的代谢类型，普遍存在于一切生物中。
次级代谢：
微生物在一定生长时期，以初级代谢产物为前体， 合成一些对微生物生命活动无明确功能的物质的过程。
第七章 微生物的代谢
第一节 微生物呼吸与能量代谢
新陈代谢：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
分解代谢：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。
有氧呼吸 生物氧化的类型： 无氧呼吸
发酵
一、发酵
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] 直接交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
1、葡萄糖的发酵途径 EMP途径：糖酵解途径 HMP 途径：戊糖磷酸途径 ED途径：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸KDPG途径 磷酸解酮酶途径：PK途径、HK途径
磷酸酮解途径
存在于某些细菌如明串珠菌属和乳杆菌属中的一 些细菌中。 进行磷酸酮解途径的微生物缺少醛缩酶，所以它 不能够将磷酸己糖裂解为2个三碳糖。 磷酸酮解酶途径有两种：
•与EMP途径在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可 以调剂戊糖供需关系。
•途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、 碱基合成、及多糖合成。
•途径中存在3~7碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用利 用的碳源谱更为更为广泛。
•通过该途径可产生许多种重要的发酵产物。如核苷酸、若干 氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。
EMP途径
EMP途径：糖酵解途径（10步反应）
耗能阶段
产能阶段
C6
C3
2NADH+H+ 2丙酮酸
2ATP
4ATP 2ATP
C6为葡萄糖，C3为3-磷酸-甘油醛
EMP途径特点：
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，
一、化能异养型微生物的生物氧化与能量代谢－－发酵与呼吸
生物氧化就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应
生物氧化的形式
底物与氧结合 脱氢 电子
Leabharlann Baidu
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
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。
•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
HMP途径的重要意义
•为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。
•产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提 供还原力，另方面可通过呼吸链产生大量的能量。
丙酮酸激酶 PEP+ADP
ATP+丙酮酸
2、电子水平磷酸化
底物在生物氧化过程中形成的电 子通过电子传递链传到氧或其他 氧化物，同时形成ATP的过程称 电子水平磷酸化或呼吸水平磷酸 化。
呼吸链：由许多电子载体按它们的氧化还原电势升高 的顺序排列起的链称为电子传递链。
氧化磷酸化
（oxidative phosphorylation）
通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产 物，大多是分子结构比较复杂的化合物。根据 其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、 毒素及维生素等类型。
结构:
｛ ｛ 光合磷酸化
ATP的生成方式: 氧化磷酸化
底物水平磷酸化
电子传递磷酸化
1、底物水平磷酸化
通过转移底物在生物氧化过程 中形成的高能磷酸键，直接形成 ATP的过程称底物水平磷酸化。
•HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活 动对其中间产物的需要量相关。
ED途径
ED途径的特点
•葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸后， 经脱氧酮糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-磷酸 甘油醛， 3-磷酸甘油醛再经EMP途径转化成为丙酮 酸。结果是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，1分子 ATP。
CoA ↓丙酮酸脱氢酶
乙酰CoA， 进入TCA
EMP的生理功能 （1）供应ATP和NADH （2）连接其他代谢途径的桥梁 （3）为生物合成提供中间物 （4）逆向反应进行多糖的合成
HMP途径
HMP途径降解葡萄糖的三个阶段
•HMP是一条葡萄糖不经EMP途径和TCA循环 途径而得到彻底氧化，并能产生大量 NADPH+H+形式的还原力和多种中间代谢产 物的代谢途径 •1. 葡萄糖经过几步氧化反应产生核酮糖-5-磷 酸和CO2
•ED途径的特征反应是关键中间代谢物2-酮-3-脱氧6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘 油醛。ED途径的特征酶是KDPG醛缩酶.
•反应步骤简单，产能效率低.
• 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连 接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不 同中间代谢物的需要。
PK途径：磷酸酮糖裂解途径