微生物的合成代谢(1)
《微生物学》第6章 微生物的新陈代谢
粉嫩熟肉 各种外卖中的熟肉中含有的亚硝酸盐，是
现在最严重的。因为它可以让肉煮熟后颜色粉 红、口感鲜嫩，还会延长食品保质期，所以它 已经成为了食品加工业中肉制品添加剂的必备 配料。包括餐馆里，厨师们烹调许多肉菜都离 不了它，还有各种烧烤肉制品、羊肉串、腌制 品，以至驴肉、鹿肉、羊杂、内脏等，几乎都 会加入亚硝酸盐。一些所谓“传统工艺制作”的 产品中，哪怕是鸡鸭制品也不能幸免，这早已 成为了这行的行规。
亚硝酸盐的致癌性及致畸性：亚硝酸盐的危害还不只是使人中毒， 它还有致癌作用。亚硝酸盐可以与食物或胃中的仲胺类物质作用转 化为亚硝胺。亚硝胺具有强烈的致癌作用，主要引起食管癌、胃癌、 肝癌和大肠癌等。 慢性中毒（包括癌变）原因
1.饮用含硝酸盐或亚硝酸盐含量高的苦井水、蒸锅水。 2.食用硝酸盐或亚硝酸盐含量较高的腌制肉制品、泡菜及变质 的蔬菜。
iii. 2分子的丙酮酸来源不同
iv. 1 mol葡萄糖经途径只产生1 mol ATP
不同微生物中葡萄糖降解途径的分布（%）
微生物
EMP
HMP
ED
酿酒酵母
88
12
-
产朊假丝酵母
66~81
19~34 -
灰色链霉菌
97
3
-
产黄青霉
77
23
-
大肠杆菌
72
28
-
铜绿假单胞菌
-
29
71
嗜糖假单胞菌
-
-
100
（2）硫酸盐呼吸(脱硫弧菌属、脱硫单胞菌属、脱硫球菌属)
硫酸盐呼吸：是一类称作硫酸盐还原细菌的严格厌氧菌 在无氧 条件下获取能量的方式，其特点是底物脱氢后， 经呼吸链递氢，最终由末端氢受体硫酸盐受氢，在递氢 的过程中与氧化磷酸化相偶联而获得ATP。
第五章 微生物的代谢
为混合酸发酵。
EMP
葡萄糖
乳酸、乙酸、甲酸 丙酮酸 乙醇 、CO2 、H2 琥珀酸
五 丙酮-丁醇发酵
——严格厌氧菌进行的唯一能大规模生产的发酵产 品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3：6：1）
——丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyricum
2丙酮酸 2乙酰-CoA
缩合
乙酰-乙酰 CoA
• 为细胞生命活动提供ATP 和 NADH • 是连接其它几个重要代谢途径的桥梁 • 为生物合成提供多种中间代谢物
2. HM途径（磷酸戊糖支路， 单磷酸己糖途径)
ATP 12NADPH+H+ 36ATP 35ATP
6C6
6C5
经过系列反应后合成己糖 6CO2
5C6
C6为己糖或己糖磷酸;C5为核酮糖-5-磷酸;打方框的为终产物; NADPH+H+必须先由转氢酶将其上的氢转到NAD+上并变成 NADPH+H+后,才能进入呼吸链产ATP;
NADH + H+ NAD+
•异型乳酸发酵途径：肠膜明串珠菌，短乳杆菌
PK/ HK
葡萄糖
乳酸 + 乙醇 + CO2 + 1ATP
•双岐发酵途径：双岐杆菌
PK/ HK 葡萄糖 乳酸 + 乙酸 + CO2 + 2.5ATP
三 丙酸发酵（丙酸细菌，厌氧菌）
葡萄糖
EMP
丙酮酸
丙酸
乳酸
四 混合酸发酵
由于代谢产物中含有多种有机酸，故将其称
生活在盐湖及海边的岩池等盐浓度很高环境
胞内积累高浓度的甘油从而使细胞的渗透压保持平衡
微生物的合成代谢
微生物合成代谢产生的某些物质具有抗菌、抗病毒和抗虫的 活性，可用于生物防治。
微生物合成代谢的种类与过程
初级代谢产物
指微生物生长所必需的物质，如氨基酸、核苷酸等，其合成过程与微生物生长紧密相关。
次级代谢产物
指非微生物生长所必需的物质，如抗生素、色素等，其合成过程不受微生物生长的影响。
微生物合成代谢过程
微生物复合肥
将微生物与化学肥料混合制成的肥料，可以 同时提供营养和改善土壤环境。
生物能源
生物柴油
利用微生物将油脂转化为生物柴油，可替代 化石燃料。例如，脂肪酸甲酯就是由微生物 将油脂转化而成的生物柴油。
生物氢气
利用光合微生物在光照条件下将二氧化碳和 水转化为氢气，可用于燃料电池等。
05
微生物合成代谢的未来展望
遗传学机制。
细胞膜通透性的调节
总结词
细胞膜通透性的调节是微生物合成代谢 调控的重要环节之一，通过改变细胞膜 的通透性来影响物质进出细胞的运输和 代谢。
VS
详细描述
细胞膜通透性的调节主要涉及到磷脂组成 和膜蛋白的活性。微生物可以通过改变磷 脂的组成和膜蛋白的活性来调节物质进出 细胞的运输。此外，一些小分子代谢物也 可以通过扩散作用进出细胞，因此细胞膜 通透性的调节对于维持微生物的正常生理 功能具有重要意义。
04
微生物合成代谢的应用
生物制药
抗生素
微生物可以产生抗生素，用于治 疗细菌感染。例如，青霉素就是 由霉菌产生的抗生素，可以抑制
细菌的生长。
激素
微生物可以生产激素，用于调节 生物体的生理活动。例如，胰岛 素就是由微生物生产的激素，用
于治疗糖尿病。
疫苗
微生物可以用于生产疫苗，预防 疾病的发生。例如，流感疫苗就 是通过培养流感病毒制成的，可 以刺激人体免疫系统产生抗体，
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？。
10.微生物独特合成代谢途径汇总
（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
第六章 微生物的代谢
+
3NAD+ + FAD+
+
3H2O
+
CoA
+ ATP +
FADH2 + 3NADH2
经过EMP和TCA循环，1分子葡萄糖被彻底氧化成水 和CO2，并可产生高达38分子的ATP。其总反应式如下：
C6H12O6
+
6O2
+
38ADP
+
38Pi
6CO2
+
6H2O
+
38ATP
在微生物的物质代谢中，TCA循环在分解代谢和合成 代谢中都占有枢纽地位，具有重要的生物学意义： （1）可产生多种有机酸，这些有机酸是合成细胞物质的
的营养物合成细胞自身大分子物质的过程。在同化作用过
程中产生能量(ATP)和还原力。
（2）分解代谢（Catabolism，异化作用）：指将细胞自 身的物质分解的过程。异化作用是耗能的过程。 微生物的代谢活动包括能量代谢和物质代谢。
第一节 能量代谢
微生物与其它生物一样，在生命活动过程中需要消 耗大量的能量，这些能量有的来自于物质代谢过程中产生 的化学能，有的来源于微生物细胞吸收的光能。无论何种 二、能量代谢的方式
4、三羧酸循环（Tricarboxylic acid cycle，TCA）
又称为柠檬酸环。丙酮酸首先在丙酮酸脱氢酶的催化
下氧化脱羧并与辅酶A结合，形成乙酰辅酶A，同时产生1 进入TCA循环。TCA循环总反应式如下：
CH3COOCoA + ADP + Pi 2CO2
分子NADH2。然后，乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸，
C6H12O6+ADP+H3PO4 2CH3CH2OH+2CO2+ATP
10.微生物独特合成代谢途径
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
微生物代谢途径
微生物代谢途径
【微生物代谢途径】
微生物代谢途径是指微生物在其内部产生能量或物质的代谢过程。
这些过程可以分为三大类：新陈代谢、重组代谢和合成代谢。
1．新陈代谢：
新陈代谢是指微生物从外界获取的能量或物质，通过氧化降解的过程，转化成它们所需要的化学能，如糖类、脂肪、蛋白质等，并发放出氧气或二氧化碳等有机化合物。
其中最重要的过程是糖酵解，也叫作糖苷水解或糖酵解反应，即将糖苷分解成更小的物质，如乳糖、果糖、麦芽糖等，同时产生氧气。
2．重组代谢：
重组代谢是指微生物从外界获取的物质通过氧化或合成反应，在细胞内重新构建新的物质，用于生物组成的物质改变。
其包括：碳水化合物代谢、脂肪代谢、氨基酸代谢、脱氢代谢、磷酸酯代谢、光合作用、氧化还原反应等。
3．合成代谢：
合成代谢是指微生物从外界获取的能量或物质，经过重组代谢后重新构建出新的物质，用于细胞的生长和繁殖。
这个过程主要分为三个部分：合成物的构建、调节物质的合成比例及调节物质的转运。
它包括：脂肪酸合成、碳水化合物合成、蛋白质合成、核酸合成等。
- 1 -。
第三章微生物的代谢1
(3)兼性厌氧菌(facultative aerobe)
有氧或无氧条件下均能生长，但有氧情况生长得更好；
它们具有需氧菌和厌氧菌的两套呼吸酶系统，细胞含SOD和过氧化氢酶； 有氧时靠有氧呼吸产能，无氧时籍发酵产能。
许多酵母菌、肠道细菌、硝酸盐还原菌(如脱氮小球菌)，人和动物的 病原菌均属此类菌。
油发酵。这种发酵方式不产生能量。
2葡萄糖—→2甘油 + 乙酸 + 乙醇 + CO2
（2）同型乳酸发酵
葡萄糖经乳酸菌的EMP途径，发酵产物只有乳 酸，称同型乳酸发酵。 进行同型乳酸发酵的微生物，如乳酸乳球菌 乳酸亚种、乳酸乳球菌乳脂亚种、嗜热链球 菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种(旧称保加利亚 乳杆菌)、嗜酸乳杆菌等。
三、化能异养微生物的生物氧化
多数微生物是化能异养型菌，葡萄糖是微生 物最好的碳源和能源， 可通过4条代谢途径，EMP途径、HMP途径、ED 途径、磷酸解酮酶途径完成脱氢反应，并伴 随还原力[H]和能量的产生。
发酵的类型
◆EMP途径(糖酵解途径)
◆HMP途径(磷酸戊糖支路) ◆ED途径(2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途径)
丙酮酸 乙醛
NADH
NAD+ 乙醇
（硫化羟基乙醛）
NADH 磷酸二羟丙酮 NAD+ 磷酸甘油
啤酒酵母甘油发酵
甘油
③第三型发酵—— 甘油发酵
在偏碱性条件下(pH 7.6)，乙醛不能作为氢受体被还原成
乙醇，而是2个乙醛分子发生歧化发应，
1分子乙醛氧化成乙酸， 另1分子乙醛还原成乙醇， 使磷酸二羟丙酮作为NADH2的氢受体， 还原为-磷酸甘油，再脱去磷酸生成甘油，这称为碱法甘
第五章微生物的代谢一、名词解释：01.新陈代谢（metabolism）：简称...
第五章微生物的代谢一、名词解释：01.新陈代谢（metabolism）：简称代谢，泛指发生在活细胞中的各种化学反应的总和，也是生物细胞与外界环境不断进行物质交换的过程。
包括合成代谢和分解代谢，它是推动生物一切生命活动的动力源。
02.合成代谢（anabolism）：又称同化作用。
微生物从环境吸收营养物质，在细胞内合成新的细胞物质和贮藏物质，并储存能量，建立生长、发育的物质基础的过程。
03.分解代谢（catabolism）：又称异化作用。
微生物分解营养物质，释放能量，供给同化作用、机体运动、生长和繁殖等生命活动所用，产生中间代谢产物，并排泄代谢废物和部分能量的过程。
04.生物氧化（biological oxidation）：分解代谢实际上是物质在生物体内经过一系列的氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，这个过程也称为生物氧化。
05.呼吸作用（respiration）：微生物在降解底物的过程中，将释放的电子交给电子载体，再经过电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其他还原型产物并释放出能量的过程。
06.有氧呼吸（aerobic respiration）：以分子氧作为氢和电子的最终受体的生物氧化过程，称为好氧呼吸或有氧呼吸。
07.无氧呼吸（anaerobic respiration）：又称为厌氧呼吸，在无氧的条件下，微生物以无机氧化物作为最终氢和电子受体的生物氧化过程。
08.发酵（fermentation）：狭义发酵：在无外源氢受体的条件下，细胞有机物氧化释放的[H]或电子交给某一内源性的中间代谢物，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
即电子供体是有机物，而最终电子受体也是有机物的生物氧化过程。
广义发酵：泛指任何利用微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料的一类生产方式。
09.底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）：物质在生物氧化过程中，常生成一些有高能键的化合物，这些化合物可直接偶联A TP或GTP的合成，这种产生ATP等高能键的方式称为底物水平磷酸化。
微生物学 第七章 微生物的代谢(共81张PPT)
a 、不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，无ATP生成，
b、产大量的NADPH+H+还原力 ； c、产各种不同长度的重要的中间物（5-磷酸核糖、4-磷酸-赤藓糖 ） d、单独HMP途径较少，一般与EMP途径同存
e、HMP途径是戊糖代谢的主要途径。
3）ED途径
——2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途径 1952年 Entner-Doudoroff ：嗜糖假单胞菌
过程： （4步反应） 1 葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖
6-磷酸-葡糖酸
6-磷酸-葡萄糖-脱水酶
特点:
a、步骤简单 b、产能效率低：1 ATP
KDPG KDPG醛缩酶
3--磷酸--甘油醛 + 丙酮酸
c、关键中间产物 KDPG，特征酶：KDPG醛缩酶
细菌：铜绿、荧光假单胞菌,根瘤菌,固氮菌,农杆菌,运动发酵单胞 菌等。
——严格厌氧菌进行的 唯一能大规模生产的发酵产 品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3：6：1） ——丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyricum)
2丙酮酸
2乙酰-CoA
缩合
乙酰-乙酰 CoA
（CoA转移酶）
丙酮 +CO2 丁醇
5）氨基酸的发酵产能（stickland反应）
发酵菌体：生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、双 酶梭环（TCA 循环支路）
乙酸
乙酰-CoA
（乙酰--CoA合成酶）
异柠檬酸
（异柠檬酸裂合酶）
苹果酸 （苹果酸合成酶） 琥珀酸 + 乙醛酸
Ii 丙酮酸 、PEP等化合物固定CO2的方法 Iii 厌氧、兼性厌氧微生物获得TCA 中间产物方式
------通过TCA的逆过程
05、微生物代谢
不经 呼吸链
发酵
有氧呼吸、无氧呼吸和发酵的递氢与受氢
在递氢、受氢中，根据氢受体性质的不同，异养微生物的 生物氧化可分为有氧呼吸、无氧呼吸和发酵三类。
有氧呼吸、无氧呼吸、发酵的特点比较
生物氧化 递氢方式 的类型 末端氢受体 对O2的 要求 有氧 无氧 无氧 产能 效率 高 较低
有氧呼吸 完整呼吸链 外源性分子氧 递 氢
氧化磷酸化产能
有氧呼吸
无氧呼吸 有 机 物 氧 化 (化能异养型微生物) 底物磷酸化产能：发酵 无 机 物 氧 化：氧化磷酸化产能 (化能自养型微生物) 有氧呼吸 无氧呼吸
3、还原力[ H ]的来源
化能异养型微生物：有机物氧化脱氢产生
化能自养型微生物：无机物氧化后通过消耗ATP的 逆呼吸链电子传递产生
部分呼吸链 外源性无机氧 无氧呼吸 递 氢 化物(或有机物) 发酵
不经呼吸链, 内源性中间 直接受氢 代谢有机物
很低
只有 底物磷酸化
1、有氧呼吸（aerobic respiration）
有氧呼吸：底物脱氢后，经完整呼吸链传递，最终 被作为末端氢受体的外源性分子氧接受 产生水并释放能量的生物氧化过程。
（1）硝酸盐呼吸（反硝化作用）
硝酸盐呼吸：以NO3-作为末端氢受体的无氧呼吸。
末端氢受体： NO3末端氢受体的还原产物：（N02[H] 呼吸链 ATP N03N02-
N0
N20
N20
） N2
N0
N2 + H2O
进行硝酸盐呼吸的细菌：反硝化细菌（硝酸盐还原菌） 反硝化细菌属于兼氧菌，有氧时进行有氧呼吸， 无氧时进行硝酸盐呼吸，如：地衣芽孢杆菌。 硝酸盐还原 同化性硝酸盐还原：以N03- 作为氮源。不属于硝酸盐呼吸。
微生物合成代谢的基本条件
微生物合成代谢的基本条件包括：
氮源：微生物合成代谢需要足够的氮源，例如蛋白质、氨基酸等，以支持微生物细胞的生长和代谢活动。
碳源：微生物合成代谢需要碳源，例如葡萄糖、淀粉等，以供给微生物细胞进行能量产生和合成有机物。
磷源：微生物合成代谢需要磷源，以供给微生物细胞进行核酸和磷脂等生物分子的合成。
氧气：微生物合成代谢需要氧气，以支持微生物细胞进行有氧呼吸和代谢活动。
但某些微生物也可以在无氧条件下进行代谢活动。
适宜的温度和pH值：不同微生物有不同的温度和pH值适宜范围，微生物合成代谢需要在适宜的温度和pH值下进行。
无毒和无害的环境：微生物合成代谢需要在无毒和无害的环境中进行，以避免微生物细胞受到不良影响。
综上所述，微生物合成代谢的基本条件包括氮源、碳源、磷源、氧气、适宜的温度和pH值以及无毒和无害的环境。
这些条件为微生物细胞提供了必要的物质和环境支持，从而实现有机物的合成和细胞生长。
微生物第四章
第四章微生物的代谢代谢（metabolism）：也称新陈代谢，指生物体内进行的全部化学反应的总和。
（一）分解代谢：细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在此过程中产生能量的过程。
不同营养类型的微生物进行分解代谢所利用的物质不同，异氧微生物利用的是有机物，自养微生物利用的是无机物。
（二）合成代谢：细胞利用简单的小分子物质合成复杂的大分子物质，并在此过程中贮藏能量的过程。
（三）物质代谢：物质在体内进行转化的过程。
（四）能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化的过程。
（五）初级代谢：能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或提供生长能量的一类代谢。
产物有小分子前体物、单体、多聚体等生命必需物质。
（六）次级代谢：某些微生物进行的非细胞结构物质和维持其正常生命活动的非必须物质的代谢。
产物有抗生素、酶抑制剂、毒素、甾体化合物等，与生命活动无关，不参与细胞结构，也不是酶活性必需，但对人类有用。
合成代谢和分解代谢的关系1.分解代谢为合成代谢提供能量和原料，保证正常合成代谢的进行，合成代谢又为分解代谢创造更好的条件。
2.合成代谢和分解代谢都是由一系列连续的酶促反应构成的，前一步反映的产物是后续反应的底物。
微生物代谢的特点1.代谢旺盛（代谢强度高、转化能力强）2.代谢类型多样化（导致营养类型的多样化）3.某些微生物在代谢过程中除产生其生命活动必须的初级代谢产物和能量外，还会产生一些次级代谢产物，次级代谢产物与人类生产与生活密切相关，是微生物学的重要研究领域。
4.微生物的代谢作用使得微生物在自然界的物质循环中起着极其重要的作用。
第一节微生物的能量代谢第二节微生物的物质代谢第三节微生物代谢的调节第四节微生物次级代谢与次级代谢产物第一节微生物的能量代谢微生物能量代谢是指微生物把环境提供的能源或本身储存的能源转变为微生物生命活动所需能源的过程。
微生物的产能代谢是指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，又称生物氧化。
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7
第二节 二氧化碳的固定（CO2 fixation）
二氧化碳的固定：将空气或周围环境中的CO2 同化成细胞物质的过程。
CO2是自养微生物的唯一碳源，异养微生物也 能利用CO2 作为辅助碳源。
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8
一、自养微生物二氧化碳的固定
1. The Calvin-Benson cycle（二磷酸核酮糖途径）
由单糖等物质产生。
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3
在12种碳架前体中，有些是TCA循 环的中间体。若在微生物生长时这 些碳架被用于细胞物质合成，则导 致TCA中草酰乙酸等中间体不足， 造成TCA循环不能正常运转。微生 物通过特定回补途径合成草酰乙酸 或苹果酸，以补充TCA中中间体的
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4
2）还原力--主要指还原型烟酰胺腺嘌呤核 苷酸类物质，即NADPH2或NADH2，这两 种物质在转氢酶作用下可以互换。
转氢酶
NADP+NADH
NADPH+NAD
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5
还原力的来源：
在化能异养微生物中，还原力NADPH2或 NADH2通过发酵或呼吸过程形成。
在化能自养型细菌里，氢细菌中都存在可溶性 氢酶和颗粒性氢酶，分别催化形成NAD(P)H2和 ATP；其它的化能自养型细菌都是在消耗ATP的 前提下，电子通过在电子传递链上的逆转过程(由 高电位向低电位流动)产生NAD(P)H2。消耗大量 的ATP，故这类细菌生长缓慢。
第七章 微生物的合成代谢
自养微生物的生物合成： CO2 异养微生物的生物合成： 小分子物质
第一节、生物合成三要素与合成代谢 的一般原则
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1
一、微生物合成代谢的类型与原料
1.
分类依据
合成反应类型
举例
产物分子量
1.单体合成
氨基酸,单糖,单核苷酸
2.大分子聚合物合成 蛋白质,多糖,核酸
产物性质
1.初级代谢产物 2.次级代谢产物
Net yield- sugars to be used in cellular respiration
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Carboxylation in Calvin cycle
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Regeneration and key enzymes in Calvin cycle
⑩.5-磷酸核酮糖激酶
绝大多数光合生物（植物、蓝细菌、紫色 细菌和绿色细菌等）
部分异养微生物固定CO2的方式
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The Calvin-Benson cycle（Ribulose biphosphate pathway）
1，5-二磷酸核酮糖
3-二磷酸甘油醛
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1，3-二磷酸甘油酸
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（1）Fixation of CO2 Ribulose 1,5-bisphosphate or RuBP is the CO2 acceptor, forming 3PG (3 phosphoglycerate). 5 carbon RuBP combines with 1 carbon CO2 to form a 6 carbon chain which immediately splits in 2- 3 carbon chains
蛋白质,多糖,核酸,脂类 抗生素,激素,毒素,色素
合成反应在生物 1.生物共有合成反应
体中的分布
2.微生物特有合成反
应
初级代谢产物的合成 肽聚糖合成，固氮，微 生物次级代谢反应
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2. 微生物合成代谢的原料
微生物合成作用需要小分子物质、能量和还原力，三者 合称为“生物合成三要素”。这些物质和能量除直接自 外界环境中吸取外，均可以从分解代谢中获得。所以细 胞中的分解代谢是合成代谢的基础，二者密切相关。
1）小分子前体碳架物质:
小分子物质指直接被机体用来合成细胞物质基本组成成
分的前体物(氨基酸、核苷酸及单糖等)。形成这些前体
物的小分子碳架主要有12种： 6-磷酸葡萄糖、6-磷酸果
糖、磷酸二羟丙酮、 3-磷酸甘油醛、 PEP、丙酮酸、4-
磷酸赤藓糖、 5-磷酸核糖、乙酰CoA、草酰乙酸、 α-酮
戍二酸及琥珀酸，它们可通过单糖酵解途径及呼吸途径
还原性三羧酸循环
乙酰CoA的还原羧化
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琥珀酰CoA的还原羧化
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3. 还原性乙酰CoA途径
在辅因子四氢叶酸的参与下，微生物通过还原性 乙酰辅酶A途径固定CO2（图6-4）。
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4. 三羟基丙酸途径
CO2分别通过乙酰CoA和丙酰CoA固定，经过甲 基丙二酰CoA 、琥珀酰CoA等中间产物形成苹果 酰CoA,该物质最终分解形成乙酰辅酶A和乙醛酸 （图6-6）。
（2）ATP and NADPH are used to convert 3PG into G3P (glyceraldehyde 3 phosphate). Some of this product is shuttled out of the cycle to make sugars
（3）The remaining G3P is processed (using more ATP) to make RuBP again.
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二个关键反应：
1.乙酰-CoA的还原羧化反应 CH3CO - SCoA + CO2 + Fd (red ) CH3COCOOH + CoASH + Fd (ox)
2. 琥珀酰-CoA的还原羧化反应
琥珀酰 - CoA + CO 2 + Fd (red ) a - 酮戊二酸 + CoASH + Fd (ox )
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①.1，5-二磷酸核酮糖羧化酶
1，7-二磷酸景天庚酮糖磷酸酯酶
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2. 还原性三羧酸循环
厌氧性自养微生物中
TCA循环—有氧呼吸分解有机物的过程 （P82 图4-17）
还原性TCA循环与TCA循环的逆反应极其相似 （P119 图6-4），但存在两个关键的反应： 乙酰CoA的还原羧化 琥珀酰CoA的还原羧化
光合生物：蓝细菌通过非环式电子传递产生
还原力。紫色和绿色光合细菌，利用光能推动电
子逆流产生还原力。 教学ppt
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3. 微生物合成代谢的特点
1）很少种类的分子单体 2）利用同样的酶同时催化合成代谢和分解代
谢的一些反应 3）关键酶催化合成代谢的关键步骤 4）总体上是不可逆的 5）局限于细胞中的不同区域 6）采用不同的辅基（辅酶）