微生物的代谢a优秀课件

比较项目 燃烧
生物氧化
反应步骤
一步式快 顺序严格的系列
速反应
反应
条件
激烈
由酶催化，条件 温和
产能形式 热、光 大部分为ATP
能量利用率 低
高
生物氧化的形式：加氧、脱氢或失去电子；
生物氧化的过程：脱氢(或电子)、递氢(或电子)、 受氢(或电子)；
生物氧化的功能: 产ATP、还原力[H]和小分子中 间代谢物。
三、氧化还原反应
氧化还原反应是电子从一个供体（还原剂）转移至一个 电子受体（氧化剂）的反应。在生物化学中，氧化还原通常 不仅仅只是转移电子，有时也转移氢原子，因为在细胞氧化 中，电子和质子可以同时失去，这就相当于失去氢原子。
氧化还原对
2H+ ＋ 2e－ ——→ H2 NAD(P)+ ＋ H+ ＋ e－ ——→ NAD(P)H S ＋ 2H+ ＋ 2e－ ——→ H2S FAD ＋ 2H+ ＋ 2e－ ——→ FADH2 Cyt b(Fe3+) ＋ e－ ——→ Cyt b(Fe2+) Cyt c(Fe3+) ＋ e－ ——→ Cyt b(Fe2+) NO3－ ＋ 2H+ ＋ 2e－ ——→ NO2－ ＋ H2O NO2－ ＋ 8H+ ＋ 6e－ ——→ NH4 ＋ 2H2O Fe3+ ＋ e－ ——→ Fe2+ O2 ＋ 4H+ ＋ 4e－ ——→ 4H2O
第一节 微生物的能量代谢
一切生命活动都是耗能反应，能量代谢是新陈代 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转换成对一切 生命活动都能利用的通用能源---ATP。
微生物可利用的最初能源有哪些？
最初 能源
有机物
化能异养微生物
还原态无机物 光
化能自养微生物 光能营养微生物
合成代谢
通用能源 （ATP）
废弃物 （发酵产物、酸、乙醇、
CO2还原的电子受体等）
能量 （生物合成）
中间 代谢产物
生物大分子等 细胞组分
分解代谢
能量 （运动、营养 物质运输等）
化学物质，光
一、化能异养微生物的生物氧化和产能
生物氧化的定义
发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。
燃烧
生物体外的氧化
ATP wk.baidu.comH]
二、能量
能量是使自然界中各种活动得以进行的一种能力， 所有的物理和化学过程都是能量应用或转移的结果。
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。
微生物代谢过程中的能量来源主要为有机物的 氧化（分解代谢）、无机物的氧化、光。
ATP的结构：
生物体通过三种磷酸化方式产生ATP：
底物水平磷酸化
物质在生物氧化过程中，常生成一些 含有高能键的化合物，而这些化合物 可直接偶联ATP或GTP的合成。
氧化磷酸化 光合磷酸化
物质在生物氧化过程中，电子通过电 子传递链被转给分子氧或其他分子时 ADP发生磷酸化而产生ATP。
光合磷酸化只存在于能进行光合作用 的细胞中。光合色素捕获光能后释放 电子，电子通过电子传递链传递逐步 释放能量，使 ADP发生磷酸化而产生 ATP 。
E0´（氧化还原电势）
－0.42 －0.32 －0.274 －0.18 0.075 0.254 0.421
0.44 0.771 0.815
四、ATP及产生ATP的三种磷酸化反应
腺苷三磷酸（ATP）在细胞代谢的能量流通中扮演着 “能量货币”的重要角色，它作为能量的载体参与代谢 途径中能量的储存、释放和转移。
从微生物发酵生产的角度来看，EMP途径与乙醇 、乳酸、甘油、丙酮和丁醇等的发酵生产关系密切。
2. HMP途径 （Hexose Monophosphate Pathway）
代谢
分解代谢(catabolism) 合成代谢(anabolism)
分解代谢（catabolism）指细胞将大分子物质降解 成小分子物质，并产生能量的过程。
合成代谢（anabolism）指细胞利用简单的小分子 物
质合成复杂大分子的过程，并消耗能量的过程。
复杂分子 （有机物）
分解代谢 合成代谢
简单小分子
微生物的代谢a
本章内容
第一节 代谢概论 第二节 微生物的产能代谢 第三节 大分子物质的分解代谢 第四节 分解代谢和合成代谢间的联系 第五节 微生物独特合成代谢途径 第六节 微生物的代谢调控与发酵生产
第一节 代谢概论
一、代谢
新陈代谢（metabolism）简称代谢，是细胞内发生 的各种化学反应的总称。
＋2NADH＋2H+＋2ATP＋2H2O
在其终产物中，2（NADH＋H+） ：在有氧条件下，可经呼吸链的氧化磷酸化反
应产生6ATP；
在无氧条件下，则可还原丙酮酸产生乳酸或
把丙酮酸的脱羧产物—乙醛还原成乙醇。
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。
EMP途径的生理功能:
EMP途径是多种微生物所具有的代谢途径，其 产能效率虽低，但其生理功能极其重要：
① 供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原力。 ② 是连接其他几个重要代谢途径的桥梁，包括三
羧酸循环（TCA）、HMP途径和ED途径等。 ③ 为生物合成提供多种中间代谢物。 ④ 通过逆向反应进行多糖合成。
生物氧化的类型：有氧呼吸、无氧呼吸、发酵
（一）底物脱氢的四条途径
以葡萄糖作为生物氧化的典型底物 ，它在脱氢阶段主要可通过四条途径 完成其脱氢反应，并伴随还原力[H]和 能量的产生。
底物脱氢的四条主要途径:
EMP途径 HMP途径 ED途径 TCA循环
1. EMP途径 （Embden-Meyerhof-Parnas pathway）
EMP途径又称糖酵解途径（glycolysis）或己 糖二磷酸途径（hexose diphosphate pathway）， 是绝大多数生物所共有的一条主流代谢途径。
产能
EMP途径
耗能 C6H12O6
1 0 步 反 应
2丙酮酸
2ATP 2NADH2
EMP途径的总反应式为： C6H12O6＋2NAD+＋2ADP＋2Pi→2CH3COCOOH