2020年第五章 微生物的新陈代谢参照模板
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在合成酶系催化作用下，由简单小分子、ATP形式的 能量和[H]形式的还原力一起合成复杂大分子的过程。
•分解代谢(Catabolism) (异化作用)
复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简 单小分子、ATP形式的能量和还原力的过程。
•
主要内容 第一节 微生物的能量代谢 第二节 微生物独特合成代谢途径 第三节 微生物的代谢调节和发酵生产
•
▪丙酮酸在进入三羧酸 循环之先要脱羧生成乙 酰CoA，乙酰CoA和草酰 乙酸缩合成柠檬酸再进 入三羧酸循环。
▪循环的结果是乙酰CoA 被彻底氧化成CO2和H2O， 每氧化1分子的乙酰CoA 可产生12分子的ATP， 草酰乙酸参与反应而本 身并不消耗。
C3 →→→CH3CO~CoA →
呼吸链
4NADH+H+
•
EMP 途 径 的 意 义
➢EMP途径的生理学功能 ①为合成代谢供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原 力 ②为合成代谢提供多种中间代谢产物 ③连接三羧酸循环（TCA）、HMP途径和ED途径的桥梁 ④通过逆向反应可进行多糖合成 ➢EMP途径与人类的关系 乙醇、乳酸、甘油、丙酮和丁醇的发酵
•
➢HMP途径：
12ATP
FADH2
呼吸链 2ATP
底物水平
1GTP
1ATP
3CO2
从丙酮酸进入循环：
丙酮酸+4NAD++FAD+GDP+Pi+3H2O →3CO2+4(NADH+H+)+FADH2+GTP
从乙酰-CoA进入循环：
乙酰-CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O →2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+CoA+G• TP
•
底物脱电子的四种方式 以葡萄糖为例
➢ EMP途径（占大多数,又称糖酵解途径） 葡萄糖经10步反应后生成2分子丙酮酸、2分子
NADH+H+，2分子ATP。（即相当于8个ATP） HMP途径（戊糖磷酸途径）
葡萄糖通过该途径被彻底氧化，产生ADPH+H+ 及多种中间代谢产物。
•
➢ ED途径 是存在于某些缺乏EMP途径的微生物中的一种 替代途径，葡萄糖经4步反应后，生成丙酮酸、 ATP、NADPH2、NADH2。
Pentose phosphate pathway，旧称HMP途径(Hexose monophasphate pathway)，此途径存在于大多数生物体内。
C6
C4 C7
C3
C3 C5
•
C6
C5 C5
1ATP
12NADPH
经呼吸链
→ → → 36ATP → 35ATP
经一系列复杂反应后
6C6 →→→6C5 →→重新→合→成己糖→ → 5C6
TCA循环的重要特点
（1）循环一次的结果是乙酰CoA的乙酰基被氧化为2 分子CO2，并重新生成1分子草酰乙酸； （2）整个循环有四步氧化还原反应，其中三步反应 中将NAD+还原为NADH+H+，另一步为FAD还原；
光能营养微生物
日光
•
一 化能异养微生物的生物氧化
生物氧化（biological oxidation） 在活细胞中的一系列产能性氧化反应的总称。 氧化的形式包括：得氧、脱氢和失去电子。 过程包括脱氢(电子)、递氢(电子)和受氢(电子)3个阶段。 功能：产ATP，[H]，小分子中间代谢产物。 类型：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵。
第五章 微生物的新陈代谢
目的：掌握不同微生物能量代谢的特点；了 解微生物代谢的调节。
重点：产能代谢，生物固氮和肽聚糖的合成。 难点：生物固氮机制。
•
关于新陈代谢的几个概念
•新陈代谢（Metabolism）
发生在 活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。
•合成代谢(Anabolism) (同化作用)
➢ TCA循环 丙酮酸经10步反应彻底氧化、脱羧后，生成
ATP,GTP,NADH2和CO2
•
➢EMP途径(Embden-Myerhpf Pathway)
•
耗能阶段 产能阶段 → 2NADH+H+
C6 →→→2C3 →→→ → 丙酮酸
2ATP
→ 4ATP →2ATP
总式： 葡萄糖+2NAD+2Pi+2ADP→2丙酮酸 +2NADH+2H++2ATP+2H2O
•
丙酮酸的代谢的多样性
➢ EMP途径，不完全的HMP途径，ED途径都 可以产生丙酮酸，生成的丙酮酸：
➢ 进入TCA循环 1. 进一步氧化分解，产生还原力NADPH2，
ATP和合成代谢所需要的小分子C架 2. 发酵作用Fermatation
•
TCA循环
C4 C4 C4
C2 C6
C6
C4 C4
C6
C5
•
➢生产实践—重要发酵产物 ✓核苷酸 ✓氨基酸 ✓辅酶 ✓乳酸
•
ED途径 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径
与EMP途径相连 与EMP途径相连
有O2时与TCA相连
•
无O2时进行酒精发酵
反应式：葡萄糖+NAD++NADP+Pi+ADP →2丙酮酸 +NADH+H+ +NADPH+H++ATP
•
第一节 微生物的能量代谢
主要内容： 一 化能异养微生物的产能代谢 二 化能自养微生物的产能代谢 三 光合自养微生物的产能代谢
•
能量代谢的目的：
生物体把外界环境中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）。
有机物
化能异养微生物
最初 还原态无机物 化能自养微生物
ATP
能源
6CO2
Байду номын сангаас
总反应式：6葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H2O →5 葡萄糖-6-磷酸+12NADPH+12H+6CO2+Pi
•
HMP途径的意义
➢微生物生命活动： 1.供应合成原料 ✓戊糖磷酸：核酸、NADP、FAD、 CoA等 ✓赤藓糖-4-磷酸：芳香族氨基酸 2.产还原力：NADPH2 3.作为固定CO2的中介：核酮糖-5-磷酸 4.扩大碳源利用范围：C3~C7 5.连接EMP途径：果糖-1,6-二磷酸，甘油醛-3-磷酸
特点： ▪特征性反应: ▪特征性酶：KDPG酶 ▪终产物2分子丙酮酸的来历不同 ▪产能效率底：1mol ATP/1mol Glucose
•
具有ED途径的微生物
Pseudomonas saccharophila(嗜糖假单胞杆菌) Ps.aeruginosa(铜绿假单胞杆菌) Ps.fluorescens(荧光假单胞杆菌) Ps.lindneri(林氏假单胞菌) Z.mobilis(运动发酵单胞菌) Alcaligens eutrophus (真氧产碱菌)
•分解代谢(Catabolism) (异化作用)
复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简 单小分子、ATP形式的能量和还原力的过程。
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主要内容 第一节 微生物的能量代谢 第二节 微生物独特合成代谢途径 第三节 微生物的代谢调节和发酵生产
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▪丙酮酸在进入三羧酸 循环之先要脱羧生成乙 酰CoA，乙酰CoA和草酰 乙酸缩合成柠檬酸再进 入三羧酸循环。
▪循环的结果是乙酰CoA 被彻底氧化成CO2和H2O， 每氧化1分子的乙酰CoA 可产生12分子的ATP， 草酰乙酸参与反应而本 身并不消耗。
C3 →→→CH3CO~CoA →
呼吸链
4NADH+H+
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EMP 途 径 的 意 义
➢EMP途径的生理学功能 ①为合成代谢供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原 力 ②为合成代谢提供多种中间代谢产物 ③连接三羧酸循环（TCA）、HMP途径和ED途径的桥梁 ④通过逆向反应可进行多糖合成 ➢EMP途径与人类的关系 乙醇、乳酸、甘油、丙酮和丁醇的发酵
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➢HMP途径：
12ATP
FADH2
呼吸链 2ATP
底物水平
1GTP
1ATP
3CO2
从丙酮酸进入循环：
丙酮酸+4NAD++FAD+GDP+Pi+3H2O →3CO2+4(NADH+H+)+FADH2+GTP
从乙酰-CoA进入循环：
乙酰-CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O →2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+CoA+G• TP
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底物脱电子的四种方式 以葡萄糖为例
➢ EMP途径（占大多数,又称糖酵解途径） 葡萄糖经10步反应后生成2分子丙酮酸、2分子
NADH+H+，2分子ATP。（即相当于8个ATP） HMP途径（戊糖磷酸途径）
葡萄糖通过该途径被彻底氧化，产生ADPH+H+ 及多种中间代谢产物。
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➢ ED途径 是存在于某些缺乏EMP途径的微生物中的一种 替代途径，葡萄糖经4步反应后，生成丙酮酸、 ATP、NADPH2、NADH2。
Pentose phosphate pathway，旧称HMP途径(Hexose monophasphate pathway)，此途径存在于大多数生物体内。
C6
C4 C7
C3
C3 C5
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C6
C5 C5
1ATP
12NADPH
经呼吸链
→ → → 36ATP → 35ATP
经一系列复杂反应后
6C6 →→→6C5 →→重新→合→成己糖→ → 5C6
TCA循环的重要特点
（1）循环一次的结果是乙酰CoA的乙酰基被氧化为2 分子CO2，并重新生成1分子草酰乙酸； （2）整个循环有四步氧化还原反应，其中三步反应 中将NAD+还原为NADH+H+，另一步为FAD还原；
光能营养微生物
日光
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一 化能异养微生物的生物氧化
生物氧化（biological oxidation） 在活细胞中的一系列产能性氧化反应的总称。 氧化的形式包括：得氧、脱氢和失去电子。 过程包括脱氢(电子)、递氢(电子)和受氢(电子)3个阶段。 功能：产ATP，[H]，小分子中间代谢产物。 类型：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵。
第五章 微生物的新陈代谢
目的：掌握不同微生物能量代谢的特点；了 解微生物代谢的调节。
重点：产能代谢，生物固氮和肽聚糖的合成。 难点：生物固氮机制。
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关于新陈代谢的几个概念
•新陈代谢（Metabolism）
发生在 活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。
•合成代谢(Anabolism) (同化作用)
➢ TCA循环 丙酮酸经10步反应彻底氧化、脱羧后，生成
ATP,GTP,NADH2和CO2
•
➢EMP途径(Embden-Myerhpf Pathway)
•
耗能阶段 产能阶段 → 2NADH+H+
C6 →→→2C3 →→→ → 丙酮酸
2ATP
→ 4ATP →2ATP
总式： 葡萄糖+2NAD+2Pi+2ADP→2丙酮酸 +2NADH+2H++2ATP+2H2O
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丙酮酸的代谢的多样性
➢ EMP途径，不完全的HMP途径，ED途径都 可以产生丙酮酸，生成的丙酮酸：
➢ 进入TCA循环 1. 进一步氧化分解，产生还原力NADPH2，
ATP和合成代谢所需要的小分子C架 2. 发酵作用Fermatation
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TCA循环
C4 C4 C4
C2 C6
C6
C4 C4
C6
C5
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➢生产实践—重要发酵产物 ✓核苷酸 ✓氨基酸 ✓辅酶 ✓乳酸
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ED途径 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径
与EMP途径相连 与EMP途径相连
有O2时与TCA相连
•
无O2时进行酒精发酵
反应式：葡萄糖+NAD++NADP+Pi+ADP →2丙酮酸 +NADH+H+ +NADPH+H++ATP
•
第一节 微生物的能量代谢
主要内容： 一 化能异养微生物的产能代谢 二 化能自养微生物的产能代谢 三 光合自养微生物的产能代谢
•
能量代谢的目的：
生物体把外界环境中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）。
有机物
化能异养微生物
最初 还原态无机物 化能自养微生物
ATP
能源
6CO2
Байду номын сангаас
总反应式：6葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H2O →5 葡萄糖-6-磷酸+12NADPH+12H+6CO2+Pi
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HMP途径的意义
➢微生物生命活动： 1.供应合成原料 ✓戊糖磷酸：核酸、NADP、FAD、 CoA等 ✓赤藓糖-4-磷酸：芳香族氨基酸 2.产还原力：NADPH2 3.作为固定CO2的中介：核酮糖-5-磷酸 4.扩大碳源利用范围：C3~C7 5.连接EMP途径：果糖-1,6-二磷酸，甘油醛-3-磷酸
特点： ▪特征性反应: ▪特征性酶：KDPG酶 ▪终产物2分子丙酮酸的来历不同 ▪产能效率底：1mol ATP/1mol Glucose
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具有ED途径的微生物
Pseudomonas saccharophila(嗜糖假单胞杆菌) Ps.aeruginosa(铜绿假单胞杆菌) Ps.fluorescens(荧光假单胞杆菌) Ps.lindneri(林氏假单胞菌) Z.mobilis(运动发酵单胞菌) Alcaligens eutrophus (真氧产碱菌)