微生物的代谢PPT

Ⅰ型发酵的转变：巴斯德效应

将氧通到正在发酵葡萄糖的酵母悬液中，葡萄 糖的分解速度就下降，并停止发酵乙醇 丙酮酸就进入TCA循环，彻底氧化成CO2和水 当重新返回厌氧条件时,葡萄糖分解加速, 伴 随大量乙醇产生

乙醇发酵

酵母菌的乙醇发酵

Ⅱ型发酵
如果在发酵培养基中加入适量亚硫酸氢钠，则乙
乙酰磷酸
Pi CoA -2H
丙酮酸
-2H
乙酰CoA
CO2
乳酸
乙醛
乙醇
-2H
2ATP
同EMP
2葡萄糖
2葡萄糖-6-磷酸
磷 酸 己 糖 酮 解 酶 途 径
6-磷酸果糖
6-磷酸-果糖
磷酸己糖解酮酶
逆HMP途径
4-磷酸-赤藓糖 2木酮糖-5-磷酸
磷酸己糖解酮酶
乙酰磷酸
乙酸激酶
2甘油醛 -3-磷酸
4ATP
2乙酰磷酸
产生各种不同长度碳架，戊糖代谢的主要
途径
产生的4-磷酸赤藓糖可合成芳香族氨基酸 单独HMP途径较少，一般与EMP途径同存
3.ED途径

ED途径(Entner-Doudoroff Pathway)
它是少数缺乏EMP途径的细菌所特有的利用葡萄糖的替代途径 反应的特点

葡萄糖只经过4步反应就可获得EMP需10步反应
醇发酵转变为甘油发酵，产生大量甘油和少量乙 醇
HK途径：具有磷酸己糖酮解酶的途径

特征性酶：磷酸己糖酮解酶 分解产物：2乳酸、3乙酸和5ATP
葡萄糖
磷酸戊糖酮解酶途径
ATP ADP
NAD+
6-P-葡萄糖
6-P-葡萄糖酸 5 -P-核酮糖
异构化作用
NADH+H+
NAD+ NADH+H+
5 -P-木酮糖
磷酸戊糖酮解酶
3 -P-甘油醛
NAD+ NADH+H+ 2ADP+Pi 2ATP
微生物代谢的特点
微生物代谢的特点
代谢旺盛 代谢类型多 代谢的调节即严格又灵活
第二节 微生物的产能代谢
概述 化能异养型微生物生物氧化与产能 化能自养型微生物生物氧化与产能 光能微生物的能量代谢 自养微生物对CO2的固定
一、概述
微生物代谢的核心任务是 化能异养微生物
2ATP
ATP
2乳酸
2乙酸
乙酸
二、化能异养微生物生物氧化与产能
根据受氢体的不同分为
发酵 呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸
（二）递氢和受氢
C6H12O6
经呼吸链 ①呼吸
②无氧 呼吸
③发酵
CO2 脱氢 递氢 受氢
发酵(fermentation)

定义

是指在能量代谢或生物氧化过程中，以自身中间代谢产物作为 最终氢(电子)受体的过程 是指微生物在有氧或无氧条件下，通过分解与合成代谢，将某 些原料物质转化为特定微生物产品的过程 是在一定条件下微生物细胞内发生的一种氧化还原反应
有机物
最初能源
还原态无机物
化能自养微生物
生物体通用 能源(ATP)
日光
光能自养微生物
一切生命活动都能使用的通用能源—ATP
一、概述
ATP的形成
光合磷酸化
是靠捕获光能来产生ATP的过程
氧化磷酸化
底物水平磷酸化：分解代谢产物的中间产物的
高能磷酸基团转移给ADP，形成ATP
电子传递磷酸化：通过呼吸链传递电子，将氧
1、两用代谢途径：凡在分解代谢和合成代谢中 均具有功能的代谢途径，称为两用代谢途径。 EMP、HMP和TCA循环等都是重要的两用代谢 途径。 2、代谢物回补途径：又称代谢物补偿途径或添 补途径：是指能补充两用代谢途径中因合成代 谢而消耗的中间代谢物的反应。如乙醛酸循环 等8条回补顺序在生物化学教材中已有详细阐述。
呼吸
有氧呼吸（respiration）

定义

是指以分子氧作为最终电子受体的生物氧化过程
以葡萄糖为基质的有氧呼吸分为两个阶段
第一阶段：葡萄糖经过糖酵解作用，将葡萄糖分解为2分子丙酮酸 第二阶段：在有氧的情况下，丙酮酸通过TCA循环彻底分解形成CO2 和H2O，同时生成大量ATP

产物
代谢之间的关系
分解代谢
复杂分子
（有机物）
合成代谢
简单小分子
ATP
[H]
分解代谢与合成代谢的功能及其相互联系
代谢的分类
按物质转化方式分

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

合成代谢
是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分
子过程。在这个过程中要消耗能量

物质代谢
100
1.EMP途径

EMP途径(Embdem-Meyerhof-Parnas pathway） 1分子葡萄糖 10 步反应

2丙酮酸 ＋ 2ATP
＋
2NADH2
绝大多数微生物共有的代谢途径，是专性厌氧微生物产能的唯一途 径 有氧：EMP途径与TCA途径连接 无氧：丙酮酸被还原产生一些代谢产物
发酵与呼吸的根本区别
发酵与呼吸的根本区别
根本区别 发酵
是发酵与呼吸的最终电子受体不一样
微生物细胞在产能代谢中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 不同的代谢产物的过程 是从葡萄糖或其他有机物质脱下的电子或氢经过呼吸链（电子 传递），交给最终电子受体氧或其他无机物，并在传递电子过 程中产生ATP的生物化学过程
丙酮酸
天冬氨酸
多种有机酸 TCA 循环 氨基酸
蛋白质
柠檬酸 谷氨酸
5、葡萄糖经不同脱氢途径后的产能效率
6、磷酸解酮酶途径

磷酸酮解酶途径

是肠膜明串株菌等分解己糖和戊糖的途径.
根据磷酸解酮酶的不同分为
PK途径：具有磷酸戊糖酮解酶的途径

特征性酶：磷酸戊糖酮解酶
分解产物：乳酸、CO2、乙醇和ATP
在一定条件下可逆转合成多糖

EMP途径可产生重要的工业产品
乙醇、乳酸、甘油、丙酮、丁醇及丁二醇
2.HMP途径

HMP途径(Hexose monophosphate Pathway)

总反应式
6葡糖 6-磷酸＋12NADP+＋7H2O5 5葡糖 6-磷酸＋12NADPH＋12H+＋6CO2＋Pi
第一节 概 述
什么是代谢 代谢的种类 代谢之间的关系
微生 物产 生和 利用 能量 及其 与代 谢的 关系 图
第一节 概述

代谢（metabolism）



是发生在活细胞中的各种化学反应的总称 新陈代谢 = 分解代谢 + 合成代谢 分解代谢（catabolism）（异化作用） 指生物体将营养物质或细胞物质逐步降解成小分子物质，并产 生能量的过程，也称生物氧化或产能代谢 合成代谢 (anabolism）（同化作用） 指生物体将简单的小分子物质合成大分子细胞物质，并消耗能 量的过程，也称生物合成或耗能代谢

1葡萄糖经TCA循环可产生38个ATP, CO2和H2O
ATP
ATP
ATP
无氧呼吸(anaerobic respiration)

定义
是指在厌氧条件下，以外源无机氧化物代替分子氧为最终电子 受体的生物氧化过程 根据呼吸链末端受氢体的不同分为

无机盐呼吸：硝酸盐呼吸、硫酸盐呼吸、硫呼 吸、铁呼吸及碳酸盐呼吸等 有机物呼吸：延胡索酸呼吸、甘氨酸呼吸及氧 化三甲胺呼吸等
化过程中释放的能量和ADP的磷酸化偶联起来形 成ATP
二、化能异养微生物生物氧化与产能
生物氧化
是物质在生物体内经过一系列连续的氧化还原反应，逐步分 解并释放出能量的过程 生物氧化的功能

产能（ATP）
生物氧化的功能
产还原力
H
产小分子中间代谢产物

生物氧化的过程
主要分为脱氢（或电子） 递氢（或电子） 受氢（或电子）三个阶段
哈伊姆〃魏茨曼
有机溶剂丙酮和丁醇的需求增加：
丙酮：用于生产人造橡胶； 丁醇：用于生产无烟火药；
当时的常规生产方法：对木材进行干热分解
大约80到100吨桦树、山毛榉、或枫木生产1吨丙酮
微生物学与第一次世界大战
英国：
（Chaim Weizmann）
丙酮丁醇羧菌发酵生产丙酮、丁醇（1915），每100吨谷物可以 生产出12吨丙酮和24吨的丁醇。
微生物学与第一次世界大战
第五章 微生物的代谢
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概述 微生物的能量代谢 微生物特有的合成代谢途径 微生物代谢的调节 微生物的次生代谢
生命的本质
生命泛指一类具有稳定的物质和能量代谢现象（能 够稳定地从外界获取物质和能量并将体内产生的废 物和多余的热量排放到外界）、能回应刺激、能进 行自我复制（繁殖）的半开放物质系统。生命个体 通常都要经历出生、成长和死亡。生命种群则在一 代代个体的更替中经过自然选择发生进化以适应环 境。 生命的本身是一个耗能过程。
EMP
HMP
ED
PK
酿酒酵母 产朊假丝酵母 灰色链霉菌 产黄青霉 大肠杆菌 枯草杆菌 藤黄八叠球菌 铜绿假单胞菌 氧化醋单胞菌 运动发酵单胞菌 嗜糖假单胞菌 肠膜明串株菌
88 66-81 97 77 72 74 70 -
12 19-34 3 23 28 26 30 29 100 -
71 100 100 -

广义的发酵


发酵条件

呼吸（respiration）

定义

是指降解底物时，释放的电子或氢，通过呼吸链，交给最终电子受 体氧或其它无机物，并在传递电子过程中产生ATP的生物化学过程 respiration）
根据最终电子受体的不同分为：
有氧呼吸（aerobic

无氧呼吸（anaerobic respiration）
②同型乳酸发酵
⑤2,3—丁二醇发酵
③丙酸发酵
⑥丁酸发酵
乙醇发酵

乙醇发酵
指丙酮酸直接接受糖酵解过程中脱下的H+，并使之还原成乙 醇的过程
根据微生物的种类不同又分为
酵母菌的乙醇发酵 细菌的乙醇发酵
乙醇发酵

酵母菌的乙醇发酵.
根据在不同条件下代谢产物的不同
Ⅰ型发酵 Ⅱ型发酵
Ⅲ型发酵
酵母菌的乙醇发酵

Ⅰ型发酵
利用EMP途径将葡萄糖分解为丙酮酸,然后在丙酮酸脱羧酶催化下 脱羧形成乙醛,乙醛在乙醇脱氢酶作用下被还原成乙醇
EMP 脱羧酶
1G
2丙酮酸
2乙醛＋2CO2
脱氢酶
条件: pH3.5-4.5，厌氧 菌种: 酿酒酵母
关键酶：丙酮酸脱羧酶
2乙醇＋2ATP
乙醇发酵

酵母菌的乙醇发酵
（一）底物脱氢的4条途径

葡萄糖的发酵途径主要有
EMP：糖酵解途径或己糖二磷酸途径
HMP：磷酸—己糖途径或磷酸戊糖支路 ED：2-酮-3-脱氧-6磷酸葡萄糖(KDPG)裂解途径
PK：磷酸酮解酶途径

EMP、HMP、ED和PK途径的分布
EMP、HMP、ED和PK四条途径的分布
微生物 在微生物中分布的百分数(%)

微生物的种类
厌氧菌和兼性厌氧菌
举例

1.葡糖糖发酵举例

2.微生物呼吸举例
葡萄糖的发酵类型

发酵类型

ห้องสมุดไป่ตู้
按发酵G所获得的主要产物种类,可将发酵分为
乙醇发酵 乳酸发酵 丙酮和丁醇发酵 混合酸发酵 氨基酸发酵
1. 葡糖糖发酵举例
由EMP途径中丙酮酸出发的发酵
1
①酵母型酒精发酵
④混合酸发酵
重要的中间产物

6-磷酸果糖：可被转变重新形成6-磷酸葡糖，
回到磷酸戊糖途径
3-磷酸甘油醛：
经EMP途径，转化成丙酮酸，进入TCA 途径

HMP途径(Hexose monophosphate Pathway)

HMP途径的特点
无ATP生成 为核苷酸和核酸的生物合成提供磷酸戌糖
产大量的NADPH+H+还原力
物质在体内转化的过程

能量代谢
伴随物质转化而发生的能量形式相互转化
代谢的分类
按代谢产物在机体中作用不同分

初级代谢
提供能量、前体物质、结构物质等生命活动所
必须的代谢物的代谢类型 产物：氨基酸、核苷酸等

次级代谢
在一定生长阶段出现、非生命活动所必需的代
谢类型 产物：抗生素、维生素、毒素、生物碱等
才能得到的丙酮酸 产能效率低 关键产物是KDPG，关键酶是KDPG醛缩酶 在G-中广泛存在 有氧时与TCA相连，无氧时进行细菌乙醇发酵
4、TCA循环 （1）主要反应过程
TCA循环的主要反应产物:
(2)TCA循环的总反应式为：
丙酮酸+4NAD++FAD+GDP+Pi+3H2O 3CO2+4(NADH+H+)+FADH2+GTP
酵母菌：可产生2CO2、2乙醇(pH3.5～4.5) 乳酸菌：丙酮酸被还原为乳酸

EMP途径(Embdem-Meyerhof-Parnas pathway）
特征性酶：1,6－二磷酸果糖醛缩酶 关键产物：丙酮酸


产能方式：底物磷酸化产能 EMP途径对微生物的作用
其中间代谢产物为微生物的合成代谢提供原料 为微生物的生理活动提供能量和还原力