微生物的代谢

分解代谢 物质代谢
合成代谢 微生物代谢
产能代谢 能量代谢
耗能代谢
在真核生物中分解代谢一般在线粒体、微体或溶酶体中进行，合成代谢一 般在细胞质中进行。微生物的代谢有三个特点：代谢旺盛、代谢类型多、 代谢的调整既严格又灵活。
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。
能利用纤维素生长的微生物具有纤维素酶。
• 纤维素酶也是一群作用于纤维素的酶的总称，又有纤 维素酶复合物之称。包括C1酶、CX酶（CX1酶、CX2酶 两种）和纤维二糖酶（即β-葡萄糖苷酶）等类型。
• C1酶主要是作用于天然纤维素，使之转变成水合非结 晶纤维素；
• CX1酶是一种内断型的纤维素酶，它从水合非结晶纤
Hale Waihona Puke ③ 淀粉-1.6-葡萄糖苷酶 （异淀粉酶又称极限糊精酶）：
• 此酶专门分解淀粉分子的α-1.6糖苷键，生 成葡萄糖，它能水解α-淀粉酶和β-淀粉酶 作用淀粉后的产物极限糊精。黑曲霉和米 曲霉能产生和分泌此酶。
• 淀粉在上述四类酶的共同作用下能完全水 解为葡萄糖。
微生物的淀粉酶可用于酿酒、纺织工业织物脱 浆、以及代替酸水解法生产葡萄糖等。各种类 型的淀粉酶可用工业方法利用微生物来生产。
（三）果胶质的分解代谢
• 果胶质是构成高等植物细胞间质的主要物质。它 主要是由D-半乳糖醛酸通过α-1.4糖苷键连接起 来的直链高分子化合物，其分子中大部分羧基形 成了甲基酯；不含甲基酯的果胶质称为果胶酸。
• 天然果胶质是一种水不溶性的物质，通常被称为 原果胶。在原果胶酶的作用下，被转化成水可溶 性的果胶；再进一步被果胶甲酯水解酶催化去掉 甲酯基团，生成果胶酸，最后被果胶酸酶水解， 切断α-1.4糖苷键，生成半乳糖醛酸。半乳糖醛酸 最后进入糖代谢途径被分解放出能量，可见分解 果胶的酶也是一个多酶复合物。
• 但大分子化合物不能透过细胞质膜，它们 必须被微生物所产生的胞外酶水解成为组 成它们的小分子单体后，才能被微生物吸 收利用。
（一）纤维素分解代谢
• 纤维素是植物细胞壁的主要成分，是世界上最丰 富的碳水化合物，它也是由葡萄糖通过糖苷键连 接而成的大分子化合物，它与淀粉不同的是，葡 萄糖通过β-1.4-糖苷键连接起来，而且分子量更 大，更不溶于水，均不能直接被人和动物消化， 但它可以被许多真菌如大型真菌和小型真菌中的 木霉、青霉、曲霉、根霉等以及放线菌与细菌中 的一些种分解与利用。细菌中常见的纤维素分解 菌有粘细菌、梭状芽孢杆菌、瘤胃细菌等。
淀粉能被多种微生物分解，微生物分解淀粉的酶类很 多，作用方式各异，作用后的产物也不同。 主要的淀粉酶有以下几类：
1. α-淀粉酶（液化型淀粉酶）：
• 它可以从直链淀粉的内部任意切割α-1.4糖苷键， 最终的产物是麦芽糖和少量的葡萄糖，二者的比 例约为6：1。α-淀粉酶不能水解α-1.6糖苷键， 以及靠近α-1.6糖苷键的α-1.4糖苷键，但可越过 此键，在分支点的较远位直链内部水解α-1.4糖苷 键，因此淀粉水解的产物是麦芽糖、含有6个葡萄 糖单位的寡糖和带有α-1.6糖苷键的小分子糊精 （寡糖）。由于α-淀粉酶可在淀粉的内部任意切 割，所以使淀粉的粘滞度很快降低，表现为液化， 故称为液化酶。一些细菌（枯草）、放线菌、霉 菌均能产生α-淀粉酶。此外，发芽的种子、动物 的胰脏、唾液中都含有此酶。
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。
• 在代谢过程中，微生物通过分解作用（光合作用） 产生化学能。
第一节 微生物对有机物的分解代
谢
• 有机化合物是异养微生物的供氢体。许多 有机化合物包括大分子的多糖、蛋白质、 核酸、类脂以及碳氢化合物、芳香族化合 物等，都可被不同类型的异养微生物所分 解利用。
维素分子内部作用于β-1.4-糖苷键，生成纤维糊精与 纤维二糖；
CX2酶则是一种外断型纤维素酶，它从水合非结晶纤维 素分子的非还原性末端作用于β-1.4-糖苷键，逐步一个 个地切断β-1.4-糖苷键生成葡萄糖；
纤维二糖酶则是作用于纤维二糖，生成葡萄糖 。
（二）淀粉的分解代谢
• 植物淀粉包括直链和支链，是葡萄糖多聚物。直 链淀粉是由许多葡萄糖单体以α-1.4葡萄糖苷键所 聚合的大分子；支链淀粉是由α-1.6糖苷键形成侧 链。（在一般淀粉中，直链淀粉的含量约为80%， 支链淀粉为20%）。
2．糖化型淀粉酶：这是一类酶的总称。 其共同特点是可以将淀粉水解成麦芽糖 或葡萄糖。这类酶至少有三种：
• ① β-淀粉酶（淀粉-1.4-麦芽糖苷酶）：它是从直链 淀粉的外端（非还原端）开始作用于α-1.4糖苷键， 每次水解出一个麦芽糖分子，可将直链淀粉彻底水解 成麦芽糖。因为被β-淀粉酶所打断的键发生改变， 结果是形成β-麦芽糖即麦芽糖的还原碳是β-构型的。
各种类型的微生物细胞，通过单纯扩散、促 进扩散（易化扩散）、主动运输和基团转位 等方式，将各种营养物质由外界环境摄入微 生物细胞中。当营养物质进入微生物细胞后， 要面临着一系列的化学变化。
微生物细胞将要面临的这一系列的化学 变化即为：微生物的代谢。
代谢（metabolism）：
细胞内发生的各种化学反应的总称
• β-淀粉酶也不能水解α-1.6糖苷键，而且也不 能越过此键起作用。因此，当遇到支链淀粉分 支点上α-1.6键时，就停止作用，于是就留下 分子较大的极限糊精。故β-淀粉酶的水解产物 是麦芽糖和大分子的极限糊精。
② 淀粉-1.4-葡萄糖苷酶：
• 此酶也是从淀粉分子的非还原末端开始， 依次以葡萄糖为单位逐步作用于淀粉分子 中的α-1.4糖苷键，生成葡萄糖，此酶也不 能水解α-1.6糖苷键，但可越过此键，在分 支的直链内部继续水解α-1.4糖苷键，因此， 此酶作用于直链淀粉后的作用产物几乎全 部是葡萄糖，作用于支链淀粉水解的产物 有葡萄糖与带有α-1.6糖苷键的寡糖。此酶 也分解麦芽糖。根霉与曲霉普遍能合成与 分泌此酶。