微生物的代谢
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
第6章微生物的代谢
又称厌氧呼吸，指一类呼吸链末端的氢受体为外源 无机或有机氧化物的生物氧化。 特点：底物经常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢， 最终由氧化态的无机物或有机物受氢，并完成氧化 磷酸化产能反应。
（1）硝酸盐呼吸 在厌氧条件下，兼性厌氧菌以硝酸盐作为最终电子受 体的生物氧化过程，也称为异化性硝酸盐还原作用、 反硝化作用。
第 六 章
微生物的代谢
代谢: 泛指发生在活细胞中的各种分解代谢（catabolism） 和合成代谢(anabolism)的总和 分解代谢酶系
复杂分子 简单分子 + ATP （有机物） 合成代谢酶系
分解代谢 物质代谢 合成代谢
+ [H]
代谢
能量代谢
产能代谢 耗能代谢
第一节 微生物的能量代谢
能量代谢: 是新陈代谢中的核心问题。 中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成 对一切生命活动都能使用的通用能源——ATP。
氧 化 磷 酸 化 与 质 子 梯 度 差
P/O比： 表示电子 传递链氧 化磷酸化 的产能效 率。
抑制氧化磷酸化的因素：
1）抑制电子传递链：KCN、NaN3、和CO等 细胞色素氧化酶抑制剂； 2）解偶联剂阻断ADP磷酸化：2，4二硝基 苯酚、短杆菌肽等
2. 无氧呼吸（anaerobic respiration）
1mol葡萄糖
1mol 乳酸+
1.5mol乙酸+ 2.5molATP
发酵途径的比较
2. 发酵类型
划分依据：发酵产物的种类 （1）乙醇发酵
类型：酵母菌乙醇发酵（EMP）和细菌乙醇发酵（ED）
A. 酵母菌乙醇发酵： 酵母的一型发酵 CO2 NADH
EMP
NAD+ 乙醇
微生物学第五章微生物的代谢
通过改变细胞膜的通透性，控制代谢底物和产物的进出，从而调 节代谢过程。
微生物代谢的基因调控
01
原核生物的基因调 控
通过操纵子模型实现基因表达的 调控，包括正调控和负调控两种 方式。
02
真核生物的基因调 控
通过转录因子和顺式作用元件的 相互作用，实现基因表达的精确 调控。
03
基因表达的诱导和 阻遏
03 氮的转化代谢
微生物还可以通过氮的转化代谢将一种含氮化合 物转化成另一种含氮化合物，如硝酸盐还原成氨 的过程。
04Βιβλιοθήκη 微生物代谢的调节与控制代谢调节的方式与机制
酶活性的调节
通过改变酶的构象或修饰酶活性中心，从而调节代谢途径中关键 酶的活性。
代谢物浓度的调节
代谢物浓度的变化可以影响酶的活性，从而调节代谢速率。
用、液相色谱-质谱联用等。
核磁共振法
利用核磁共振技术对微生物代 谢产物进行结构和构象分析， 可以获得代谢产物的详细化学
信息。
生物信息学分析
利用生物信息学方法对微生物 代谢组学数据进行处理和分析， 包括代谢途径分析、代谢网络 构建、代谢物鉴定和代谢调控 研究等。
THANKS
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微生物代谢产物的生物活性与应用
抗生素
由微生物代谢产生的具有抗菌活 性的化合物，用于治疗细菌感染。
酶
微生物代谢产生的生物催化剂，广 泛应用于食品、医药、化工等领域。
激素
某些微生物代谢产物具有激素活性， 可用于调节动植物生长发育。
微生物代谢在环境保护和能源领域的应用
污水处理
利用微生物代谢降解污水中的有机污染物，净化水质。
02
微生物的能量代谢
能量代谢的基本过程
微生物的代谢和能量获取
微生物的代谢和能量获取微生物是一类微小而广泛存在于自然界各个环境中的生物。
它们具备各种各样的代谢途径和能量获取方式，从而在生态系统中扮演着重要的角色。
本文将介绍微生物的主要代谢途径和能量获取方式，以及它们对环境和人类的影响。
一、微生物的代谢途径微生物的代谢途径多种多样，常见的包括厌氧呼吸、光合作用、无机物化合物的氧化还原反应以及异养代谢。
以下将详细介绍这些代谢途径。
1. 厌氧呼吸厌氧呼吸是微生物在缺氧条件下进行的一种能量获取方式。
这类微生物利用电子受体而不是氧气进行呼吸作用，例如硫酸盐还原菌以硫酸盐作为电子受体，产生硫化氢；硝酸盐还原菌以硝酸盐作为电子受体，产生亚硝酸盐或氮气。
2. 光合作用光合作用是一种利用光能将无机物转化成有机物的代谢途径。
光合作用通常发生在光合细菌和植物叶绿体中，其中最为常见的是光合细菌。
这些微生物能够利用光合色素吸收太阳能，将二氧化碳和水转化为有机物和氧气。
3. 无机物化合物的氧化还原反应微生物还能通过将无机物化合物进行氧化还原反应来获取能量。
例如，铁细菌以铁离子作为电子供体，氧化铁离子为铁氧或其他氧化物，从而释放能量。
4. 异养代谢异养代谢指微生物从有机物分子中直接获取能量。
常见的异养代谢途径包括脂肪酸酸化、无机盐酸解及氧化还原反应等。
例如，许多细菌和真菌能够利用有机物分解产生的氨、硫化氢等无机盐进行能量获取。
二、微生物的能量获取方式微生物的能量获取方式主要有化学能量和光能两种。
1. 化学能量微生物通过氧化还原反应中的化学能转换为生物体内的能量。
例如，厌氧呼吸中的硫酸盐还原菌能够通过氧化硫酸盐和有机物获得能量，而光合细菌则通过光合作用中的化学反应转换为能量。
2. 光能光合细菌和植物等微生物能够利用光合色素吸收光能，将其转化为生物体内的能量。
这种能量转换方式广泛存在于自然界中，是维持地球生态系统平衡的重要途径。
三、微生物的环境和人类影响微生物在环境中的代谢和能量获取过程对自然界和人类都有重要影响。
微生物代谢
有机物 最初能源 日 光 无机物
化能异养菌 光能营养菌 化能自养菌 通用能源（ATP）
一、化能异养微生物的生物氧化和产能
生物氧化指糖、脂、蛋白质等有机物质在活细胞内 氧化分解产生H2O与CO2并释放能量的作用。
生物氧化的过程有脱氢（或电子）、递氢（或电 子）、和受氢（或电子）3个阶段。
产能（ATP） 生物氧化的功能： 产还原力[H] 产小分子中间代谢物
2.代谢调节在发酵工业上的应用 a. 应用营养缺陷型菌株解除反馈调节
高丝氨酸缺陷型菌株不能合成高丝氨酸酶，故不能合成高丝 氨酸，也不能合成苏氨酸和甲硫氨酸，在补给适量的高丝氨酸就 可产生大量的赖氨酸。
b. 应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节 指一种 对反馈 抑制不 敏感或 对阻遏 有抗性 的菌株 或兼而 有之的 菌株
（3）初级代谢与微生物生长平行进行，但次级代谢 与微生物生长不平行，一般在生长后期才进行。
第三节 微生物的代谢调节与发酵生产
1. 代谢调节 微生物细胞代谢的调节主要是通过控制酶的作用来 实现的。 酶活性调节 调 节 类 型
调节的是已有酶分子的活性， 是在酶化学水平上发生的
酶合成调节
调节的是酶分子的合成量，是 在遗传学水平上发生的
NH4+、NO2-、H2S、S0、H2、Fe2+等
呼吸链的氧化磷酸化反应
硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌等属于化能自养类型
（二）光能自养微生物
真核生物：藻类及绿色植物
产氧
原核生物：蓝细菌
光能自养微生物
不产氧
真细菌：光合细菌
古细菌：嗜盐菌
1. 环式光合磷酸化
特点：
①电子传递途径属循环方式
②产能与产还原力分别进行
微生物的代谢
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代谢产物
初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖。 脂类、维生素等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不 停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。
次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非 是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素。毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物 不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机 化合物，种类很多，常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。
在生产实际中，人们将通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程叫做发酵。发酵的种类很多。根据 培养基的物理状态，可分为固体发酵和液体发酵；根据所生成的产物，可分为抗生素发酵、维生素发酵和氨基酸 发酵等；根据发酵过程对氧的需求情况，可分为厌氧发酵（如酒精发酵、乳酸发酵）和需氧发酵（如抗生素发酵、 氨基酸发酵）。
人工控制
人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发酵条件）等。例如， 黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。其中，赖氨酸是一种人和高等动物的必需氨基酸， 在食品、医药和畜牧业上的需要量很大。在黄色短杆菌的代谢过程中，当赖氨酸和苏氨酸都累计过量时，就会抑 制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸；而赖氨酸单独过量就不会出现这种现象。例如，在谷氨酸的 生产过程中，可以采取一定的手段改变细胞膜的透性，是谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对谷氨 酸脱氢酶的抑制作用，提高谷氨酸的产量。
微生物学-第六章-微生物的代谢课件
G
6-磷酸-果糖
特征性酶 磷酸己糖酮解酶
4-磷酸-赤藓糖 + 乙酰磷酸
6-磷酸-果糖
5-磷酸-木酮糖 ，5-磷酸-核糖
戊糖酮解酶
乙酸
3--磷酸甘油醛+ 乙酰磷酸
乳酸
乙酸
1 G 乳酸 + 1.5乙酸 + 2.5 ATP
三、发酵（fermentantion）
1、定义
广义：利用微生物生产有用代谢一种生产方式。 狭义：厌氧条件下，以自身内部某些中间代谢
氧化氮还原酶
反硝化意义：
1）使土壤中的氮（硝酸盐NO3-）还原成氮气而消失，降低土壤的肥力；
2）反硝化作用在氮素循环中起重要作用。
硫酸盐呼吸（硫酸盐还原）
——厌氧时，SO42- 、SO32-、S2O32- 等为末端电 子受体的呼吸过程。
特点：
a、严格厌氧； b、大多为古细菌 c、极大多专性化能异氧型，少数混合型； d、最终产物为H2S；
用所需的硝酸盐还原酶A亚硝酸还原酶等 c 兼性厌氧 细菌：铜绿假单胞、地衣芽孢杆菌等。
硝酸盐作用
同化性硝酸盐作用：
NO3- NH3 - N R - NH2 异化性硝酸盐作用：
无氧条件下，利用NO3-为最终氢受体
NO3- NO2 NO N2O N2
硝酸盐还原酶
亚硝酸还原酶
氧化亚氮还原酶
a、a1、a2、a4、b、b1、c、c1、c4、c5、d、o等； 末端氧化酶：
cyt a1、a2、a3、d、o，H2O2酶、过氧化物酶；呼吸链组分多变 存在分支呼吸链：
细菌的电子传递链更短并P／O比更低，在电子传递链的几个位置进入链和 通过几个位置的末端氧化酶而离开链。 E.coli （缺氧） CoQ cyt.b556 cyt.o
微生物的代谢和能量来源
微生物的代谢和能量来源微生物是一类非常微小的生物体，它们在代谢和能量来源方面有着自己独特的特点。
本文将探讨微生物的代谢过程，以及微生物在不同环境下获取能量的方式。
一、微生物的代谢过程微生物的代谢过程是指生物体内发生的各种化学反应，包括将有机物转化为无机物的分解反应（分解代谢），以及将无机物转化为有机物的合成反应（合成代谢）。
1.1 分解代谢分解代谢是微生物将复杂的有机物分解为简单的无机物的过程。
微生物通过分解代谢来获得能量，并且释放出一些不需要的废物。
这可以帮助微生物维持生命活动并进行繁殖。
常见的分解代谢过程包括蛋白质的降解、脂肪的分解以及碳水化合物的分解等。
1.2 合成代谢合成代谢是微生物将无机物转化为有机物的过程。
在合成代谢中，微生物利用分解代谢所产生的能量，将简单的无机物合成为复杂的有机物，以满足细胞生长、修复和繁殖的需要。
葡萄糖、脂肪酸和氨基酸的合成过程是合成代谢的典型例子。
二、微生物的能量来源微生物在不同的环境下可以利用多种途径获取能量。
下面将介绍微生物能量来源的几种常见方式。
2.1 光合作用光合作用是一种典型的能量获取方式，常见于光合细菌和光合藻类等微生物中。
这些微生物能够利用光能将二氧化碳和水转化为有机物（如葡萄糖）和氧气。
光合作用中的太阳能被光合色素吸收，通过一系列化学反应转化为化学能，供微生物生长和代谢所需。
2.2 无机物氧化一些微生物可以利用无机物氧化来获得能量。
例如，氨氧化细菌可以将氨氧化为亚硝酸，并生成能量。
硫氧化细菌则能够将硫化物氧化为硫酸盐，从而获得能量。
这种能量获取方式常见于一些特殊环境中，如硫泉、咸湖等地。
2.3 有机物降解大部分微生物都是通过有机物降解来获取能量。
微生物利用各种有机物，如葡萄糖、脂肪和氨基酸等，通过分解代谢的过程将它们转化为能量。
通常，微生物首先将有机物分解为较小的分子，再进一步通过氧化反应得到能量。
这一过程中，微生物产生了二氧化碳、水和一些废物，如氨和硫化氢。
微生物的代谢(共86张PPT)
的合成提供还原力，另方面可通过呼吸链产生大量的 能量
③ 固定二氧化碳的中介：光/化能自养微生物
③ 途径中存在3~7碳的糖，使具有该途径的微生物 所能利用的碳源谱更为广泛
④ 与EMP途径在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷 酸处连接，可以调剂戊糖供需关系。
NO 2-，SO 32-，CH 4
③发酵
A、B或C
AH 2，BH 2或CH 2
（发酵产物：乙醇、乳酸等）
递氢
受氢
1.呼吸
概念：是以分子氧作为最终电子(或氢)受体的氧化。 过程：是最普遍、最重要的生物氧化方式。 途径：EMP,TCA循环。 特点：在好氧呼吸作用中，底物的氧化作用不与氧的还原作用直接偶
⑤ 通过该途径可产生许多种重要的发酵产物。如 核苷酸、若干氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸 发酵）等。
3. ED途径
发现：1952年 嗜糖假单孢菌 存在：多种细菌中（革兰氏阴性菌中分布较广）
特点：可不依赖于EMP和HMP途径而单独存在 少数缺乏完整EMP途径的微生物的一种替代途径
3. ED途径
ATP
真细菌：光合细菌（厌氧菌）
⑤与乙醇、乳酸等的发酵生产关系密切
2. HMP途径（hexose monophosphate pathway）
ATP
6C6
12NADPH+H+ 经呼吸链36ATP
35ATP
经一系列复杂反应后
6C5 重新合成己糖
5C6
6CO2
图5-4 HMP途径的简图
HMP途径的重要意义 ① 为核苷酸和核酸等的生物合成提供戊糖-磷酸
联，而是底物在氧化过程中释放的电子先通过电子传递链（由各种电子
微生物代谢功能
微生物代谢功能微生物代谢功能指的是微生物在生物体内或外环境中通过一系列的生化反应，将化学物质转化为能量和新的化学物质的能力。
微生物代谢功能能够影响环境中的物质循环，对人类的生产和生活有着重要的意义。
微生物的代谢功能可以分为两大类：氨基酸代谢和碳水化合物代谢。
氨基酸代谢是指微生物对氨基酸的降解和合成。
微生物通过酶的作用将氨基酸分解成能量和新的化学物质，其中能量可以用于微生物的生长繁殖，新的化学物质可以用于合成细胞的组分，或者进一步合成其他的化学物质。
碳水化合物代谢是指微生物对碳水化合物的降解和合成。
微生物通过酶的作用将碳水化合物分解成能量和新的化学物质，其中能量可以用于微生物的活动，新的化学物质可以用于合成细胞的组分，或者进一步合成其他的化学物质。
微生物代谢功能在环境中的物质循环中起着重要的作用。
例如，微生物的降解作用可以将有机物分解为无机物，从而释放出能量。
这个过程被称为微生物的腐解作用，对于环境中的有机物的降解和循环起着重要作用。
另外，微生物还可以将无机物转化为有机物，这个过程被称为微生物的生化合成作用，对于环境中的有机物的合成和循环同样具有重要作用。
微生物代谢功能对人类的生产和生活具有重要的意义。
首先，微生物的代谢功能可用于工业生产。
例如，微生物可以用来生产酒精、酸奶和面包等食品，也可以用来生产抗生素、维生素和酶等药物。
其次，微生物的代谢功能可以应用于环境保护。
微生物可以将有害物质分解为无害物质，起到净化环境的作用。
此外，微生物的代谢功能还可以应用于农业生产。
微生物可以降解土壤中的有机肥料，提供养分给植物，促进植物的生长。
还可以将土壤中的无机肥料转化为有机肥料，提高土壤的肥力。
总之，微生物代谢功能是微生物在生物体内或外环境中将化学物质转化为能量和新的化学物质的能力。
微生物的代谢功能能够影响环境中的物质循环，对人类的生产和生活有着重要的意义。
通过研究和应用微生物的代谢功能，可以提高生产效率，改善环境质量，促进可持续发展。
微生物的代谢ppt课件
酶制剂发酵
利用微生物产生各种酶类的代谢过程 ，将酶提取后广泛应用于食品加工、 洗涤剂等领域。
微生物代谢在环境保护中应用
废水处理
利用微生物降解有机污染物的代 谢能力，将废水中的有害物质转 化为无害物质，达到废水处理的
目的。
生物脱硫脱氮
利用微生物分解有机垃圾的代谢 过程，将有机垃圾转化为稳定的 腐殖质，实现有机垃圾的资源化
也最快。
酸碱度对微生物代谢影响
酸碱度（pH值）对微生物的生长和 代谢有很大影响。
pH值通过影响微生物细胞膜的通透 性、酶的活性以及营养物质的吸收等 方式来影响微生物的代谢。
不同微生物对pH值的适应性不同， 有些微生物只能在酸性或碱性环境中 生长。
微生物在适宜的pH值范围内，其代 谢活动才能正常进行。
医疗健康
微生物代谢与人类健康密切相 关，研究微生物代谢有助于了 解疾病的发生机制并开发新的 治疗方法。
农业领域
微生物代谢在农业领域也有重 要作用，如生物肥料、生物农
药的研制和应用等。
02
微生物能量代谢
能量代谢基本概念
能量代谢
指生物体内能量的转移和转换过程， 包括能量的释放、传递、储存和利用 。
氧化还原反应
通过改变酶分子的数量来调节代谢速率，如酶合成和降解的速
率控制。
基因表达调控机制
转录水平调控
通过控制基因转录的速率来调节基因表达，如启动子和转录因子的 相互作用。
翻译水平调控
通过控制mRNA的翻译速率来调节基因表达，如核糖体结合位点和 翻译起始因子的作用。
转录后和翻译后调控
通过控制mRNA和蛋白质的修饰、加工和降解来调节基因表达，如 RNA剪接和蛋白质磷酸化。
微生物的代谢ppt课件
微生物的代谢
1．氢细菌
氢细菌都是一些呈G-的兼性化能养自 养菌，它们能利用分子氢氧化产生的能量 同化CO2，也能利用其它有机物进行生长。
2．氨的氧化
氨的氧化可分两个阶段，先由亚硝酸 细菌将氨氧化成亚硝酸，再由硝酸细菌将 亚硝酸氧化为硝酸。
3．硫的氧化
硫杆菌能利用硫作为能源而生长，其 中多数硫杆菌是通过氧化硫代硫酸盐获得 能量的。
电子受体 产 物
铁呼 吸
Fe3+
碳酸盐呼吸 CO2、HCO3- CH4 氧
延胡索酸呼吸 延胡索酸 琥珀酸
电子传递链上 作用 微生物特
最后一个酶
兼/专厌氧 生成甲烷 专性厌
兼厌氧
一、能量来自有机物
1．大分子的降解 2．二糖的分解 3．单糖的分解 4．脂肪和脂肪酸的分解 5．含氮化合物的分解 6．其它有机物的分解 7．内源性代谢物的分解
第三章 微生物的代谢
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
微生物代谢的研究方法 微生物的产能代谢 微生物的合成代谢 微生物的次级代谢 微生物的代谢调节
新陈代谢简称代谢，是微生物生命活动的
基本特征之一，是微生物生理学的核心，它包括 微生物体内所进行的全部化学反应的总和。
微生物的代谢作用包括分解代谢和合成代谢： • 分解代谢：有机物分解为简单物质并产生能量的
2．二糖的分解
很多二糖能被微生物分解利用，如蔗 糖，麦芽糖，乳糖；纤维二糖等，分解二 糖的酶结合于细胞表面或存在于细胞内， 结合于细胞壁上的水解酶，易水解利用二 糖，位于细胞内的水解酶，其水解作用不 仅受水解酶本身限制，还受细胞渗透酶系 的限制。
3．单糖的分解
按照单糖所含的C原子的数目可分丙糖、丁 糖、戊糖、已糖、庚糖、辛糖、壬糖。其中已糖 中的葡萄糖和果糖是异养微生物的良好碳源和能 源，能真接进入糖代谢途径被分解。
微生物的代谢
第一节 微生物的能量代谢
新陈代谢中的核心问题： 能量代谢 能量代谢的中心任务： 是生物体如何把环境中多种形式的最初能源转 换成为对一切生命活动都能使用的通用能源。 生物体能量代谢的实质： 是ATP和酰基辅酶A、酰基磷酸等的生成和利 用问题。即ATP的生成和利用的问题。
能源的转化
化能异养菌 最 初 能 源 有机物 光能营养菌 日 光 化能自氧菌 无机物* 通用能源 (ATP)
比 较 项 目 步 骤 条 件 催 化 剂 产 能 形 式 能 量 利 用 率
燃 烧 一 步 式 快 速 反 应 激 烈 无 热 、 光 低
生 物 氧 化 多 步 式 梯 级 反 应 温 和 酶 大 部 分 为 ATP 高
二、生物氧化类型 （一）有氧呼吸 作用aerobic respiration
丙酸发酵
丙酮酸 琥珀酸 丙酸细菌
草酰乙酸 丙酸
苹果酸
混合酸发酵
微生物将葡萄糖转 变成琥珀酸、乳酸、 甲酸、乙酸、氢气、 二氧化碳等多种产物 的生物学过程。
丁二醇发酵
微生物发酵葡萄糖 得到大量的丁二醇与 少量的乳酸 、乙酸、 二氧化碳、氢气等产 物的代谢过程。
由EMP途径的丙酮酸出发的发酵
合成代谢和分解代谢的关系
复杂分子
(有机物)
分解代谢酶系
合成代谢酶系
简单分子+ATP+[H]
初级代谢和次级代谢
初级代谢： 能使营养物质转变成 机体的结构物质、或对 机体具有生理活性作用 的物质或为生长提供能 量的一类代谢类型。 初级代谢产物
次级代谢： 存在于某些生物中, 并在它们一定生长时 期内出现的代谢类型。 次级代谢产物： 抗生素、生长刺激素、 生物碱、色素等
微生物学课件 第六章 微生物代谢
ATP ADP+P
Fd
(Fe4S4)2
FeMoCo N2
3、CO2同化
①乙醛酸循环 ②丙酮酸羧化支路 ③甘油酸途径：乙醇酸、草酸、甘氨酸底物， 转化为乙醛酸，缩合成羟基丙酮酸半醛，还原成甘 油酸进入EMP途径。
4、糖类的合成
单糖的合成；多糖的合成。
5、氨基酸的合成
氨基化作用；转氨基作用；前体碳骨架合成。
e-
e- Bph
e- QA e- QB e-
Q库
ADP+Pi Cyt.bc1 ATP
逆电子传递 外源H2
NAD(P) NAD(P)H2
P700 e- Cyt.c2
外源电子供体H2S等
非环式光合磷酸化 （non-cyclic photophosphorylation）
1/202 2H+
叶绿素b
e- Ⅱ
③膜透性调节； ④能荷调节； ⑤诱导作用：类似物诱导； ⑥磷酸盐调节。
（1）CO2的固定：空气中的CO2同化成细胞物质的 过程。
①卡尔文循环
②还原性三羧酸循环固定CO2
乙酰CoA
丙酮酸
磷酸烯醇式丙酮酸
草酰乙
酸
琥珀酰CoA
α-酮戊二酸
柠檬酸
乙酸
乙酰CoA
③还原单酸循环
不消耗能量，Fd由H2或NADH2提供电子，由乙酰
CoA 丙酮酸
草酰乙酸
乙酸
2、生物固氮
固氮微生物(nitrogen –fixing organisms, diazotrophs）
代谢调控：利用遗传学方法或其它生物学方法，人 为地改变和控制生物的代谢途径，生产有用物质或进行 有益服务。
二、微生物产能代谢
微生物 代谢
微生物代谢
微生物代谢是指微生物在生长和繁殖过程中，通过化学反应，将一种物质转化成另一种物质的过程。
微生物代谢包括有机物代谢和无机物代谢两个方面。
有机物代谢是微生物利用有机物作为能量和营养源，通过氧化还原反应将有机物分解为简单的代谢产物。
其中最重要的有机物代谢是糖类代谢，包括糖原分解、糖酵解、异构化和葡萄糖异生作用等。
此外，微生物还可以通过氧化脂肪、蛋白质和核酸等有机物来产生能量和营养。
无机物代谢是微生物利用无机物作为能量和营养源，通过氧化还原反应将无机物转化为能量和营养的代谢产物。
最重要的无机物代谢是氮、硫等元素的代谢。
例如，氨、硫化氢等无机物被微生物氧化为亚硝酸盐、硝酸盐和硫酸盐等代谢产物，同时产生能量和营养。
微生物代谢对环境和人类健康有着重要的影响。
微生物代谢产生的酸、碱、气体等物质能够改变环境的酸碱度和气味等特性。
此外，微生物代谢还能产生药物、酶和其他生物活性物质，为人类医学和工业生产提供了重要的资源。
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微生物的代谢
第五章微生物的代谢代谢：细胞内发生各种化学反应的总称，主要由分解代谢和合成代谢两个过程组成。
分解代谢：是指将细胞内大分子物质降解为小分子物质，并在这个过程中产生能量；合成代谢：是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂的大分子，在这个过程中要消耗能量，反应来源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。
无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由一系列连续的酶促反应构成，前一步反应的产物是后续反应的底物。
第一节微生物产能代谢在生物体内大分子有机物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，这是一个产能的过程，又称生物氧化。
一、异养微生物的生物氧化微生物细胞内发生的生物氧化反应分成发酵和呼吸两种类型，而呼吸又可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种方式。
1、发酵A、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，不需要外界提供电子体。
可发酵的底物有糖类、有机酸、氨基酸等，其中微生物发酵葡萄糖最为主要。
简单了解EMP途径、HM途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。
B、乳酸发酵：许多菌能利用葡萄糖产生乳酸，这类细菌称为乳酸菌。
根据产物不同，乳酸发酵有3种类型：同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧乳酸发酵。
a、同型乳酸发酵：葡萄糖经过EMP途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下被NADH还原为乳酸，由于产物只有一种，故称同型乳酸发酵。
b、异型乳酸发酵：葡萄糖先经PK途径分解，发酵产物除乳酸以外还有一部分乙醇或乙酸。
c、双歧乳酸发酵：是两歧双歧杆菌发酵葡萄糖产生乳酸的一条途径，此反应中有两种磷酸解酮酶参加反应。
2、呼吸作用发酵中底物所具有的能量只有小部分被释放出来，并合成少量ATP，造成这种现象的原因有两个：一是底物的碳原子只被部分氧化，二是初始电子供体和最终电子受体的还原电势差不大。
呼吸作用：微生物在降解底物的过程中，将释放的电子交给NAD(P)+、FAD、或FMN等电子载体，再经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能量的过程。
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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第二节 微生物的产能代谢
一、能量来自有机物 二、能量来自无机物 三、能量来自可见光
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微生物进行的一切生理活动都要消耗 能量，不但生长需要，当不生长而只是维 持生命的状态时也需要能量。鞭毛的运动 ，原生质的流动，细胞或细胞核分裂过程 中染色体的分离等所作的机械功都要消耗 能量，另外维持细胞的渗透压，物质的跨 膜运输也需要消耗能量，生物发热，发光 等。那么微生物体内的能量从何而来，这 是微生物生理学的最核心问题之一。
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氧化磷酸化
• 在化能异养微生物中，由底物脱氢产生的高能电 子通过电子传递链（呼吸链）传递，在逐步降低 能量的同时把能量转移给ADP，以生成ATP。
• 在酵母中，一对电子通过呼吸链可以产生3个ATP ，而在细菌中只产生1个。
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一、静息细胞法
这是从整体细胞水平进行研究的方法。 所谓静息细胞是将培养到一定阶段的菌体 ，收集在一起经洗涤之后，悬浮在生理盐 水中继续培养一段时间，消耗其内源营养 物质，使之是饥饿状态，如此获得的为静 息细胞，加入已知物质，利用静息细胞内 的酶系进行分解或合成作用，对所得产物 进行分析，判断代谢过程。
过程。 • 合成代谢：消耗能量以生成一系列细胞自身大分
子过程。 分解代谢与合成代谢两者在细胞内是偶联的。
分解代谢
复杂有机物
能量
简单小分子
合成代谢
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在研究代谢作用中，一般把具有明确的生理 功能，对维持生命活动不可缺少的物质代谢过程 ，称为初级代谢，代谢产物称为初级代谢产物， 如氨基酸，核苷酸，糖，脂肪酸和维生素等，而 把些没有明确的生理功能，似乎并不是维持生命 活动所必须的物质的代谢过程称为次级代谢，代 谢产物称为次级代谢产物，如色素、抗生素，毒 素，激素和生物碱等，尽管微生物代谢过程十分 错综复杂，但体内的调控系统却能严格地控制着 各种代谢过程，使之有条不紊。
位素示踪法研究代谢活动准确，简便而且灵敏，
但放射性对人体有损害，使用时应注意防护。
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三、极谱分析法
极谱分析是一种特殊条件下的电解分 析，通过电解测试代谢途径中的物质种类 的浓度，本方法具有灵敏度高、重复性好 ，测定快速及样品用量少等特点。
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四、瓦勃格压力计法
本方法是利用瓦勃格氏呼吸计来研 究微生物学代谢过程如呼吸、发酵，酶 的活性等。
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利用静息细胞可以帮助发现新的生长 素，硫辛酸就是这样被发现的，但这种方 法使用的是完整细胞，难以了解物质代谢 的中间过程。此外，由于细胞膜的存在， 某些物质不能通过膜，会造成误差。
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二、同位素示踪法
同位素特别是放射性同位素，放射出射线，
可以用仪器测定，此时，射线就是放射性同位素
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第一节 微生物代谢的研究方法
一、静息细胞法 二、同位素示踪法 三、极谱分析法 四、瓦勃格压力计法 五、突变株的应用 六、酶抑制剂法
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研究微生物代谢的方法很多，采取哪 种方法进行研究，要根据研究的目的作出 选择。当研究微生物个体或群体对各种物 质的分解和合成途径以及内外因子对代谢 过程的影响时，应采用整体细胞为试验材 料，或者用亚细胞组分、细胞内的酶进行 研究。要研究某物质在微生物体内的变化 过程及其与其它物质的关系时，常用同位 素示踪法。近年来还利用极谱分析技术研 究代谢过程中物质变化，研究呼吸作用使 用瓦勃格压力计法等。
的特殊标记，根据射线的存在就能追踪它运动的
途径，所以也叫示踪原子或标记原子。放线性原
子容易辩认和寻找，又不改变原子的代谢性质，
因此适用于研究物质参与新陈代谢的过程，例如
在研究微生物的糖代谢中，糖降解中放出CO2用 14C将糖不同位置的C进行标记，能了解释放的CO2 来自糖的第几位碳，确定糖降解的途径。应用同
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ATP的生成
• 底物水平磷酸化 • 氧化磷酸化 • 光合磷酸化
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底物物水平磷酸化
1,3-二磷酸-甘油酸 磷酸甘油酸激酶
ADP
ATP
3-磷酸甘油酸
底物水平磷酸化可形成多种含高能磷酸键的 产物，诸如EMP途径中的1,3-二磷酸甘油酸和磷 酸烯醇丙酮酸，异型乳酸发酵中的乙酰磷酸，以 及TCA循环中的琥珀酰-CoA等。
第三章 微生物的代谢
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
微生物代谢的研究方法 微生物的产能代谢 微生物的合成代谢 微生物的次级代谢 微生物的代谢调节
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新陈代谢简称代谢，是微生物生命活动的 基本特征之一，是微生物生理学的核心，它包括 微生物体内所进行的全部化学反应的总和。
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微生物的代谢作用包括分解代谢和合成代谢： • 分解代谢：有机物分解为简单物质并产生能量的
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五、突变株的应用
突变株大致可分为两类：营养缺陷型 突变株和特异营养突变株。
利用突变株，可观察微生物代谢的中 断或抑制位的物质，从而繁代谢的整体途 径，测得中断位前的物质积累。
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六、酶抑制剂法
在研究微生物的代谢作用时，常常利 用各种具有专一作用的抑制剂来推测代谢 作用的过程。
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微生物除了具有生物体的共有的代谢规律之外 ，还有自身的代谢特点，有如下几方面：a.微生物 的代谢速率快，有的代时间仅20’；b.微生物种类繁 多，各种微生物对营养要求与代谢方式均不相同， 有的可以进行化能自养或异养，有的进行光能自养 或异养，表现了代谢的多样性；c.微生物具有高度 适应能力，当外界环境条件如培养基成分，PH及温 度，供氧等发生改变时，微生物能改变自身的代谢 方式，适应改变了的环境。
微生物还具有易于人工控制的特点。在某些特 殊因素（诱变因素）的作用下容易发生变异，这样 微生物可作为研究生物体代谢规律的理想材料。
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目前对微生物代谢的研究，已经历了 分析微生物的营养和代谢途径的研究阶段 ，正在进行着代谢调节和代谢产物组建细 胞器的研究阶段。这样使细胞代谢的研究 从数量代谢（即蛋白质的变化）向着向量 代谢（即空间变化）的水平发展，通过微 生物代谢的研究，不但推动了微生物生理 学的发展，而且也推动了整个生物科学的 发展，同时，也促进了微生物工业的发展 。