微生物学-微生物的代谢ppt
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CH2O P
5-磷酸-核糖
5-磷酸-木酮糖 6-磷酸-景天庚酮糖
6-磷酸-果糖
5-磷酸-核糖 3-磷酸-甘油醛
4-磷酸-赤藓糖 6-磷酸-果糖
5-磷酸-木酮糖 3-磷酸-甘油醛
6-磷酸-葡萄糖
6-磷酸-葡萄糖
HMP途径
从6-磷酸-葡萄糖开始，即在单磷酸已糖基础上开 始降解的故称为单磷酸已糖途径。
PK途径：
5－P－ 磷酸解酮酶 木酮糖
HK途径： 葡萄糖
5－P－木 酮糖
乙酰磷酸
乙酰磷酸
乙酸 磷酸甘油醛
乳酸
１．发酵（fermentation）
• 糖酵解发生后，丙酮酸的代谢 （参见P106）
１）酵母菌的发酵 ２）乳酸发酵
１）酵母菌的发酵
• 酵母的一型发酵 葡萄糖经ＥＭＰ途径降解为两分子丙酮酸，丙酮 酸脱羧生成乙醛，乙醛作为氢受体使ＮＡＤ＋再 生，发酵终产物为乙醇．
蛋白质
多糖
脂类
氨基酸
单糖
甘油，脂肪酸
丙酮酸/乙酰辅酶A
CO2 ，H20，能量（三羧酸循环）
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。
微生物代谢特点： (参见P101) 在代谢过程中，通过分解作用（光合作用）产生
• 发酵的种类有很多，可发酵的底物有糖类、有机 酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重 要。
１．发酵（fermentation）
• 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 • 主要有四种糖酵解途径：
EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途 径。
ADP
3-磷酸甘油酸ATP
2-磷酸甘油酸
b
b :氧化还原反应
磷酸烯醇式丙酮酸
底物水平磷酸化
ADP
丙酮酸 ATP
CH2OH
CH2OP
NADH+H+ CH2OP
NADH+H+ CH2OH
o ATP ADP
o NAD(P)+
o
NAD(P)+
C=O
OH
OH
OH COOH
H-C-OH
OH HO OH
HO
OH
• 酵母的二型发酵 当存在亚硫酸氢钠，与乙醛生成难溶的磺化羟基 乙醛．磷酸二羟丙酮代替乙醛作为ＮＡＤＨ的氢 受体，最终形成甘油．
１）酵母菌的发酵
• 酵母的三型发酵 弱碱条件下（PＨ７.６）,乙醛因得不到足 够的氢而积累,两个乙醛分子间发生歧化反 应,一分子还原为乙醇,一分子氧化为乙酸. 氢受体为磷酸二羟丙酮,终产物为甘油、乙 醇和乙酸。不产生能量。
醛缩酶
甘油醛-3-磷酸 丙酮酸
→丙酮酸
ED途径结果：一分子葡萄糖经ED途径最后生成2分子丙 酮酸、1分子ATP，1分子NADPH、1分子NADH。
ED途径在革兰氏阴性菌中分布较广；可不依赖于EMP与 HMP而单独存在；不如EMP途径经济。
磷酸解酮酶途径
这条途径是由Warburg、Dickens等人发现的，又 称WD途径，又因特征酶是磷酸解酮酶，所以又 称磷酸解酮酶途迳。（PK途径和HK途径）
• 发酵产物除乳酸外还有乙醇与CO2。 • 青贮饲料中短乳杆菌发酵即为异型乳酸发酵。 • 异型乳酸发酵结果：1分子G生成乳酸，乙醇，
OH
HO OH
H-C-OH D CH2OP
葡萄糖
6-磷酸-葡萄糖 6-磷酸-葡糖酸 5-磷酸-核酮糖
HMP 途径
CH2O HC=O
HO-C-H H-C-OH H-C-OP
H
5-磷酸-木酮糖
CH2O HC=O
H-C-OH H-C-OH H-C-OP
H
5-磷酸-核酮糖
H- C=O
H-C-OH H-C-OH H-C-OH
第５章
微生物的代谢
第一节 代谢概论
• 代谢（metabolism）：细胞内发生的各种化学 反应的总称
• 由分解代谢(catabolism)和合成代谢(anabolism) 组成
分解代谢（catabolism）(参见P101)
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：
一．异养微生物的生物氧化
• 发酵 • 呼吸作用
一．异养微生物的生物氧化
１．发酵（fermentation）
• 发酵是指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。
• 广义发酵：泛指任何利用好氧或厌氧微生物来生 产有用代谢产物或食品、饮料的一种生产方式。
葡萄糖
ATP
EMP途径
（Embden-Meyerhof pathway）
葡糖-6-磷酸 ADP
果糖-6-磷酸
a
ATP
果糖-1，6- 二磷A酸DP
EMP途径意义：
为细胞生命活动提 供ATP 和 NADH
a :预备性反应
磷酸二羟丙酮
甘油醛-3-磷酸
NAD+
NADH+H+
1，3-二磷酸甘油酸
底物水平磷酸化
化学能。 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 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。
第二节微生物产能代谢
一．异养微生物的生物氧化 二．自养微生物的生物氧化 三．能量转换
• 同型乳酸发酵 • 异型乳酸发酵 • 双歧发酵
２）乳酸发酵
同型乳酸发酵 在糖的发酵中，产物只有乳酸的发酵称为同型乳酸 发酵，青贮饲料中的乳链球菌发酵即为此类型。
过 程： G
PEP
关键酶：乳酸脱氢酶
应用：工业中乳酸规模化生产
农业中青饲料的发酵
食品加工业中的应用
C3H6O3
Fra Baidu bibliotek ２）乳酸发酵
异型乳酸发酵（参见P106、107）
HMP途径与EMP途径有着密切的关系，HMP途 径中的3-磷酸-甘油醛可以进入EMP途径， — 磷 酸戊糖支路
一般认为HMP途径不是产能途径，而是为生物合 成提供大量还原力（NADPH）和中间代谢产物。
ED途径 • ED途径是在研究嗜糖假单孢菌时发现的。
ED途径过程：
葡萄糖→
→
→KDPG
KDPG
酵母菌乙醇发酵应严格控制三个条件
厌氧 控制NaHSO3含量 PH小于7.6
２）乳酸发酵
乳酸菌将G分解产生的丙酮酸还原成乳酸的过程。 细菌积累乳酸的过程 是典型的乳酸发酵。我们熟悉
的牛奶变酸，生产酸奶，渍酸菜，泡菜，青贮饲 料都是乳酸发酵。
• 进行乳酸发酵的都是细菌：如短乳杆菌，乳链球 菌等。乳酸发酵细菌不破坏植物细胞，只利用植 物分泌物生长繁殖。
5-磷酸-核糖
5-磷酸-木酮糖 6-磷酸-景天庚酮糖
6-磷酸-果糖
5-磷酸-核糖 3-磷酸-甘油醛
4-磷酸-赤藓糖 6-磷酸-果糖
5-磷酸-木酮糖 3-磷酸-甘油醛
6-磷酸-葡萄糖
6-磷酸-葡萄糖
HMP途径
从6-磷酸-葡萄糖开始，即在单磷酸已糖基础上开 始降解的故称为单磷酸已糖途径。
PK途径：
5－P－ 磷酸解酮酶 木酮糖
HK途径： 葡萄糖
5－P－木 酮糖
乙酰磷酸
乙酰磷酸
乙酸 磷酸甘油醛
乳酸
１．发酵（fermentation）
• 糖酵解发生后，丙酮酸的代谢 （参见P106）
１）酵母菌的发酵 ２）乳酸发酵
１）酵母菌的发酵
• 酵母的一型发酵 葡萄糖经ＥＭＰ途径降解为两分子丙酮酸，丙酮 酸脱羧生成乙醛，乙醛作为氢受体使ＮＡＤ＋再 生，发酵终产物为乙醇．
蛋白质
多糖
脂类
氨基酸
单糖
甘油，脂肪酸
丙酮酸/乙酰辅酶A
CO2 ，H20，能量（三羧酸循环）
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。
微生物代谢特点： (参见P101) 在代谢过程中，通过分解作用（光合作用）产生
• 发酵的种类有很多，可发酵的底物有糖类、有机 酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重 要。
１．发酵（fermentation）
• 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 • 主要有四种糖酵解途径：
EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途 径。
ADP
3-磷酸甘油酸ATP
2-磷酸甘油酸
b
b :氧化还原反应
磷酸烯醇式丙酮酸
底物水平磷酸化
ADP
丙酮酸 ATP
CH2OH
CH2OP
NADH+H+ CH2OP
NADH+H+ CH2OH
o ATP ADP
o NAD(P)+
o
NAD(P)+
C=O
OH
OH
OH COOH
H-C-OH
OH HO OH
HO
OH
• 酵母的二型发酵 当存在亚硫酸氢钠，与乙醛生成难溶的磺化羟基 乙醛．磷酸二羟丙酮代替乙醛作为ＮＡＤＨ的氢 受体，最终形成甘油．
１）酵母菌的发酵
• 酵母的三型发酵 弱碱条件下（PＨ７.６）,乙醛因得不到足 够的氢而积累,两个乙醛分子间发生歧化反 应,一分子还原为乙醇,一分子氧化为乙酸. 氢受体为磷酸二羟丙酮,终产物为甘油、乙 醇和乙酸。不产生能量。
醛缩酶
甘油醛-3-磷酸 丙酮酸
→丙酮酸
ED途径结果：一分子葡萄糖经ED途径最后生成2分子丙 酮酸、1分子ATP，1分子NADPH、1分子NADH。
ED途径在革兰氏阴性菌中分布较广；可不依赖于EMP与 HMP而单独存在；不如EMP途径经济。
磷酸解酮酶途径
这条途径是由Warburg、Dickens等人发现的，又 称WD途径，又因特征酶是磷酸解酮酶，所以又 称磷酸解酮酶途迳。（PK途径和HK途径）
• 发酵产物除乳酸外还有乙醇与CO2。 • 青贮饲料中短乳杆菌发酵即为异型乳酸发酵。 • 异型乳酸发酵结果：1分子G生成乳酸，乙醇，
OH
HO OH
H-C-OH D CH2OP
葡萄糖
6-磷酸-葡萄糖 6-磷酸-葡糖酸 5-磷酸-核酮糖
HMP 途径
CH2O HC=O
HO-C-H H-C-OH H-C-OP
H
5-磷酸-木酮糖
CH2O HC=O
H-C-OH H-C-OH H-C-OP
H
5-磷酸-核酮糖
H- C=O
H-C-OH H-C-OH H-C-OH
第５章
微生物的代谢
第一节 代谢概论
• 代谢（metabolism）：细胞内发生的各种化学 反应的总称
• 由分解代谢(catabolism)和合成代谢(anabolism) 组成
分解代谢（catabolism）(参见P101)
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：
一．异养微生物的生物氧化
• 发酵 • 呼吸作用
一．异养微生物的生物氧化
１．发酵（fermentation）
• 发酵是指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。
• 广义发酵：泛指任何利用好氧或厌氧微生物来生 产有用代谢产物或食品、饮料的一种生产方式。
葡萄糖
ATP
EMP途径
（Embden-Meyerhof pathway）
葡糖-6-磷酸 ADP
果糖-6-磷酸
a
ATP
果糖-1，6- 二磷A酸DP
EMP途径意义：
为细胞生命活动提 供ATP 和 NADH
a :预备性反应
磷酸二羟丙酮
甘油醛-3-磷酸
NAD+
NADH+H+
1，3-二磷酸甘油酸
底物水平磷酸化
化学能。 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 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。
第二节微生物产能代谢
一．异养微生物的生物氧化 二．自养微生物的生物氧化 三．能量转换
• 同型乳酸发酵 • 异型乳酸发酵 • 双歧发酵
２）乳酸发酵
同型乳酸发酵 在糖的发酵中，产物只有乳酸的发酵称为同型乳酸 发酵，青贮饲料中的乳链球菌发酵即为此类型。
过 程： G
PEP
关键酶：乳酸脱氢酶
应用：工业中乳酸规模化生产
农业中青饲料的发酵
食品加工业中的应用
C3H6O3
Fra Baidu bibliotek ２）乳酸发酵
异型乳酸发酵（参见P106、107）
HMP途径与EMP途径有着密切的关系，HMP途 径中的3-磷酸-甘油醛可以进入EMP途径， — 磷 酸戊糖支路
一般认为HMP途径不是产能途径，而是为生物合 成提供大量还原力（NADPH）和中间代谢产物。
ED途径 • ED途径是在研究嗜糖假单孢菌时发现的。
ED途径过程：
葡萄糖→
→
→KDPG
KDPG
酵母菌乙醇发酵应严格控制三个条件
厌氧 控制NaHSO3含量 PH小于7.6
２）乳酸发酵
乳酸菌将G分解产生的丙酮酸还原成乳酸的过程。 细菌积累乳酸的过程 是典型的乳酸发酵。我们熟悉
的牛奶变酸，生产酸奶，渍酸菜，泡菜，青贮饲 料都是乳酸发酵。
• 进行乳酸发酵的都是细菌：如短乳杆菌，乳链球 菌等。乳酸发酵细菌不破坏植物细胞，只利用植 物分泌物生长繁殖。