5-微生物的代谢
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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
微生物学第五章微生物的代谢
细胞膜透性的调节
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
感谢观看
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
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。
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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
第五章 微生物的代谢
（三）半纤维素的分解 半纤维素也是植物细胞壁的重要组成成分，在植
物体内的含量很高，仅次于纤维素，半纤维素是由戊 糖（主要是木糖和阿拉伯糖）和己糖（主要是半乳糖 和甘露糖）缩合而成的聚合物，有些种类植物在组成 半纤维素的亚基中，还有糖醛酸（主要是半乳糖醛酸 和葡萄糖醛酸）。
半纤维素比纤维素容易分解，能够分解它的微生 物种类也比较多，例如细菌中的噬纤维菌，梭菌中的 某些种类，真菌中的曲霉、青霉、木霉等的某些种类。 半纤维素在相应酶的作用下，分解为相应的单糖。
•反应步骤简单，产能效率低.
• 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连 接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不 同中间代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌 氧时进行乙醇发酵.
ED途径的总反应
•
• •
ATP
• • •
ATP
C6H12O6
ADP
KDPG
2ATP NADH2 NADPH2 2丙酮酸
HMP途径的重要意义
•为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。
•产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提 供还原力，另一方面可通在果糖-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。
•途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、 碱基合成、及多糖合成。
醛再氧化成有机酸，最后按脂肪酸β-氧化的方
式分解，为机体生长提供必要的能量与小分子 化合物。
（二）脱氨作用 脱氨基主要有氧化脱氨基（大肠杆菌等参与）、水解
脱氨基（酵母菌等参与）和还原脱氨基（大肠杆菌等参 与）三种方式。 1.氧化脱氨基 CH3CHNH2COOH+1/2O2→CH3COCOOH+NH3 2.水解脱氨基 RCHNH2COOH+H2O→RCH2OH+CO2+NH3 3.还原脱氨基 HOOCCH2CHNH2COOH→HOOCCH=CHCOOH+ NH3
微生物学(第五章-微生物的新陈代谢)
“微生物学”练习题第五章-微生物的新陈代谢一、名词解释发酵、光合色素、光合单位、次级代谢、次级代谢产物、同型乳酸发酵、异型乳酸发酵、合成代谢、分解代谢、有氧呼吸、无氧呼吸、呼吸作用二、选择题1、新陈代谢研究中的核心问题是（）。
A、分解代谢B、合成代谢C、能量代谢D、物质代谢2、驱动光合作用反应的能量来自（）。
A、氧化还原反应B、日光C、ATP分子D、乙酰CoA分子3、微生物光合作用的中间产物是（）。
A、氨基酸和蛋白质B、氧气和葡萄糖分子C、丙酮酸分子D、糖原4、不产氧光合作用产生ATP是通过（）。
A、非循环光合磷酸化B、循环光合磷酸化C、氧化磷酸化D、底物水平磷酸化5、发酵是专性厌氧菌或兼性厌氧菌在无氧条件下的一种生物氧化形式，其产能机制是（）。
A、非循环光合磷酸化B、循环光合磷酸化C、氧化磷酸化D、底物水平磷酸化6、合成代谢是微生物细胞中的一个过程，其作用是（）。
A、合成分子及细胞结构B、在电子载体间传递电子C、微生物细胞分解大分子为小分子D、糖酵解和三羧酸循环是关键的中间过程7、营硝酸盐呼吸的细菌，都是一类（）。
A、专性好氧菌B、兼性厌氧菌C、专性厌氧菌D、耐养性厌氧菌8、下列代谢方式中，能量获得最有效的方式是（）。
A、发酵B、有氧呼吸C、无氧呼吸D、化能自养9、下列哪些描述不符合次级代谢及其产物（）。
A、次级代谢的生理意义不象初级代谢那样明确B、次级代谢产物的合成不受细胞的严密控制C、发生在指数生长后期和稳定期D、质粒与次级代谢的关系密切10、光能自养型微生物的能量来源是（）。
A、葡萄糖B、日光C、CO2D、碳酸盐11、非循环光合磷酸化中，还原力NADPH2的〔H〕来自于（）。
A、H2SB、H2O的光解C、H2CO3D、有机物12、微生物产生次生代谢产物的最佳时期是（）。
A、适应期B、对数期C、稳定期D、衰亡期13、下列说法不正确的是（）。
A、初级代谢产物是微生物必须的物质B、次级代谢产物并非是微生物必须的物质C、次级代谢可以在微生物的代谢调节下产生D、初级代谢产物的合成无需代谢调节14、在细菌细胞中，能量代谢的场所是（）。
chap5-微生物的新陈代谢
产能： 2H2 + O2 — 2 H2O 合成代谢反应：
2H2 + CO2 — [ CH2O ] + H2O。
3 硫细菌（硫氧化细菌）
——利用H2S、S02、S2O32等无机硫化物进行自养生 长,主要指化能自氧型硫细 菌
大多数硫杆菌，脱下的H+ （e-）经cyt.c部位进入呼 吸链； 而脱氮硫杆菌从FP或 cyt.b水平进入。
代谢（metabolism）：
细胞内发生的各种化学反应的总称
代谢
分解代谢(catabolism) 合成代谢(anabolism)
分解代谢
复杂分子
简单小分子 ATP [H]
（有机物）
合成代谢
生物氧化的形式：某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种
生物氧化的功能为：
产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物
外源电子供体—— H2S等无 机物氧化放出电子，最终传 至失电子的光合色素时与 ADP磷酸化偶联产生ATP。
特点：只有一个光合系统，光 合作用释放的电子仅用于NAD+ 还原NADH，电子传递不形成环 式回路。反应中心的还原依靠 外源电子供体，如S2-、S2O32等。外源电子供体在氧化过程 中放出电子，经电子传递系统 传给失去了电子的光合色素， 使其还原，同时偶联ATP的生 成。由于这个电子传递途径也 没有形成环式回路，故也称为 非环式光合磷酸化
6-磷酸-葡糖酸
6-磷酸-葡萄糖-脱水酶
特点:
KDPG KDPG醛缩酶
a、步骤简单 b、产能效率低：1 ATP
3--磷酸--甘油醛 + 丙酮酸
c、关键中间产物 KDPG，特征酶：KDPG醛缩酶
细菌：铜绿、荧光假单胞菌,根瘤菌,固氮菌,农杆菌,运动发 酵单胞菌等。
2H2 + CO2 — [ CH2O ] + H2O。
3 硫细菌（硫氧化细菌）
——利用H2S、S02、S2O32等无机硫化物进行自养生 长,主要指化能自氧型硫细 菌
大多数硫杆菌，脱下的H+ （e-）经cyt.c部位进入呼 吸链； 而脱氮硫杆菌从FP或 cyt.b水平进入。
代谢（metabolism）：
细胞内发生的各种化学反应的总称
代谢
分解代谢(catabolism) 合成代谢(anabolism)
分解代谢
复杂分子
简单小分子 ATP [H]
（有机物）
合成代谢
生物氧化的形式：某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种
生物氧化的功能为：
产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物
外源电子供体—— H2S等无 机物氧化放出电子，最终传 至失电子的光合色素时与 ADP磷酸化偶联产生ATP。
特点：只有一个光合系统，光 合作用释放的电子仅用于NAD+ 还原NADH，电子传递不形成环 式回路。反应中心的还原依靠 外源电子供体，如S2-、S2O32等。外源电子供体在氧化过程 中放出电子，经电子传递系统 传给失去了电子的光合色素， 使其还原，同时偶联ATP的生 成。由于这个电子传递途径也 没有形成环式回路，故也称为 非环式光合磷酸化
6-磷酸-葡糖酸
6-磷酸-葡萄糖-脱水酶
特点:
KDPG KDPG醛缩酶
a、步骤简单 b、产能效率低：1 ATP
3--磷酸--甘油醛 + 丙酮酸
c、关键中间产物 KDPG，特征酶：KDPG醛缩酶
细菌：铜绿、荧光假单胞菌,根瘤菌,固氮菌,农杆菌,运动发 酵单胞菌等。
微生物学-5-5 整理微生物的代谢
硝酸盐呼吸（反硝化作用）
同化性硝酸盐还原： NO3- NH3 - N 异化性硝酸盐还原： 无氧条件下，利用NO3-为最终氢受体 NO3- 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；
R - NH2 （氨基酸）
NO2
硝酸盐还原酶
亚硝酸还原酶 氧化亚氮还原酶 氧化氮还原酶
产生6ATP;
在无氧条件下， NADH＋H+可还原丙酮酸产生乳酸或乙醇。
EMP途径的意义: ① 提供能量和还原力(ATP,NADH)；
② 连接其它代谢途径的桥(TCA,HMP,ED)；
③ 提供生物合成的中间产物(丙酮酸，甘油醛-3磷酸）
④ 逆向合成多糖（淀粉、纤维糖、果胶 ）。
(2) HMP 途径（Hexose Monophophate Pathway）
1G
EMP
2 丙酮酸
（丙酮酸甲酸解酶）
甲酸 + 乙酰-- CoA
乙醛脱氢酶
乙醛 乙醇
2）乳酸发酵
同型乳酸发酵：德氏乳杆菌（
反应式： EMP C6H12O6＋2ADP 2CH3CHOHCOOH＋2ATP 同型乳酸发酵是将1分子葡萄糖转化为2分子乳酸，消耗能量少。 应用： 食品加工业的应用（鲜奶加工酸奶；腌制泡菜）； 农业上用于青饲料的发酵； 工业上用于规模化生产乳酸 。
HMP途径的意义:
• 供应合成原料，该途径可产生从3C到7C的碳化合物，如戊糖-磷
酸、赤藓糖-4-磷酸;
• • • HMP途径是戊糖代谢的主要途径，作为固定CO2的中介（Calvin） 单独HMP途径较少，一般与EMP途径同存; 产生大量的NADPH+H+形式的还原力 。
微生物工程--5--代谢调节和工程
微生物工程--5--代谢调节和工程∙代谢类型：分解代谢和合成代谢⌝代谢调节(regulation ofmetablism）是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用,即自我调节。
∙微生物代谢的控制是指运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以期按照人们的愿望，生产有用的微生物制品。
∙代谢调节的方式∙ 1.细胞透性的调节：细胞质膜的透性直接影响物质的吸收和代谢产物的分泌，从而影响到细胞内代谢的变化。
⌝细胞质膜的透性的调节是微生物代谢调节的重要方式，由它控制着营养物质的吸收和产物分泌。
∙ 2.代谢途径区域化:原核微生物细胞结构虽然简单，但也划分出不同的区域，对于某一代谢途径有关的酶系则集中某一区域，以保证这一代谢途径的酶促反应顺利进行，避免了其他途径的干扰。
∙ 3.代谢流向的调控:微生物在不同条件下可以通过控制各代谢途径中某个酶促反应的速率来控制代谢物的流向，从而保持机体代谢的平衡。
它包括两种形式ϖ由一个关键酶控制的可逆反应由两种酶控制的逆单向反应∙ 4.代谢速度的调控：在不可逆反应中，微生物通过调节酶的活性和酶量来控制代谢物的流量。
⌝微生物在不同条件下能按照需要，通过激活或抑制原有酶的活性或通过诱导或阻遏酶的合成来自我调节其代谢速度，使之高度经济有效地利用能量和原料进行生长繁殖。
∙酶合成的调节：概念：⌝酶活性调节是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。
影响因素：底物和产物的性质和浓度，环境因子(如压力、p H、离子强度和辅助因子等) 调节方式：激活已有酶的活性，抑制已有酶的活性∙（一）激活：在激活剂的作用下，使原来无活性的酶变成有活性，或使原来活性低的酶提高了活性的现象。
⌝代谢调节的激活作用：主要是指代谢物对酶的激活。
ϖ前（体）馈激活，指代谢途径中后面的酶促反应，可被该途径中较前面的一个中间产物所促进。
ϖ代谢中间产物的反馈激活，指代谢中间产物对该代谢途径的前面的酶起激活作用∙（二）抑制：由于某些物质的存在，降低酶活性的现象。
第五章微生物的酶与代谢ppt课件
倍满沈杨落哦烁疗灾垂挽浙轩温袭拥竞寡兹用珍捣睡腰长衷蛙憾荤点刺苯第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
第二节 微生物的能量代谢
能量代谢––––微生物体内的能量转变过程 热力学第二定律 能量守恒 微生物的能量代谢是通过生物氧化反应来实现的 生物氧化–––微生物在细胞内酶作用下把营养物质氧化的过程
附窑睬胁淤豫穿般锑力恰炳应捧菏妥纱普清样掠跋铆祝应藏汉背厚丁吟帐第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
主要内容
微生物的酶 微生物的能量代谢 微生物的分解代谢
包熙候绵元赂吹迟俯瘸镑殷滴请浇辕咖颠希羹狐需疑西净汪雌珐歹伍横劫第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
第一节 微生物的酶
玫综闰惺查居亥巴卓肛斗具琶镇揽薯吻陈煌峨约戚艳演天穗革垢芽锤怔辨第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
3-磷酸甘油醛
(3-磷酸甘油醛脱氢酶)
1,3-二磷酸甘油酸
(磷酸甘油酸激酶)
3-磷酸甘油酸
(磷酸甘油酸变位酶)
2-磷酸甘油酸
烯醇式丙酮酸
磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
(丙酮酸激酶)
脱氢
氧化磷酸化
盒丹吃对虞它腾倾盈捉古句懂铺者射割惧付刽隐化烧仗溢射铱梭瞪御走谴第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
（1）在温和条件下进行(由酶催化) （2）反应步骤繁多，但相互配合、有条不紊、彼此协调，且逐步进行，表征了新陈代谢具有严格的顺序性 （3）对内外环境具有高度的调节功能和适应功能。
新陈代谢的特点
舍惊怔疫脚诉脸咕袁撩救锡蔓愈束昨黑镣馋麻霄碳矢茨剃慢霞亩阅牲馋灼第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
第二节 微生物的能量代谢
能量代谢––––微生物体内的能量转变过程 热力学第二定律 能量守恒 微生物的能量代谢是通过生物氧化反应来实现的 生物氧化–––微生物在细胞内酶作用下把营养物质氧化的过程
附窑睬胁淤豫穿般锑力恰炳应捧菏妥纱普清样掠跋铆祝应藏汉背厚丁吟帐第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
主要内容
微生物的酶 微生物的能量代谢 微生物的分解代谢
包熙候绵元赂吹迟俯瘸镑殷滴请浇辕咖颠希羹狐需疑西净汪雌珐歹伍横劫第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
第一节 微生物的酶
玫综闰惺查居亥巴卓肛斗具琶镇揽薯吻陈煌峨约戚艳演天穗革垢芽锤怔辨第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
3-磷酸甘油醛
(3-磷酸甘油醛脱氢酶)
1,3-二磷酸甘油酸
(磷酸甘油酸激酶)
3-磷酸甘油酸
(磷酸甘油酸变位酶)
2-磷酸甘油酸
烯醇式丙酮酸
磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
(丙酮酸激酶)
脱氢
氧化磷酸化
盒丹吃对虞它腾倾盈捉古句懂铺者射割惧付刽隐化烧仗溢射铱梭瞪御走谴第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
（1）在温和条件下进行(由酶催化) （2）反应步骤繁多，但相互配合、有条不紊、彼此协调，且逐步进行，表征了新陈代谢具有严格的顺序性 （3）对内外环境具有高度的调节功能和适应功能。
新陈代谢的特点
舍惊怔疫脚诉脸咕袁撩救锡蔓愈束昨黑镣馋麻霄碳矢茨剃慢霞亩阅牲馋灼第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
发酵工程—5.微生物的代谢和调节工程
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
二、酶合成的调节（酶量）
1 、 微
酶合成的调节是一种通过调节酶的合成量进 而调节微生物的代谢速率。
生 物
这是一种在基因水平上（在原核生物中主
的 要在转录水平上）的代谢调节。
代 谢
有诱导调节和阻遏调节。
类
型
和
自
我
调
节
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
个同功酶发生抑制作用。
物 的 代
如：大肠杆菌天冬氨族氨基酸合成途径 中，有三个同工酶天冬氨酸激酶ⅠⅡ Ⅲ分
谢 类
别受赖氨酸、苏氨酸、硫氨酸反馈调节
型
和
自
我
调
节
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
1 、 微 生 物 的 代 谢 类 型 和 自 我 调 节
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
型 和
顺序诱导:先合成能分解底物的酶，再依次合
自 成分解各中间代谢物的酶，以达到对较复杂
我 调
代谢途径的分段调节。
节
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
2．阻遏
1
在微生物的代谢过程中，当代谢途径中
、 微
某末端产物过量时，除用反馈抑制的方式
生 来抑制该途径中关键酶的活性以减少末端
物 的
产物的生成外，还通过阻遏作用来阻碍代
生 物 代
素等。 特征：
谢
不同的微生物初级代谢产物基本相同；
初级代谢产物合成过程是连续不断的，
与菌体的生长呈平行关系。
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
次级代谢产物
定义：微生物生长到一定阶段才产生的化
5、微生物的代谢
（一）微生物的氧化
生物氧化作用：细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）能量
的化学反应。氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以 高能键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。
生物氧化的方式：
①和氧的直接化合： C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
②失去电子：
Fe2+ → Fe3+ + e –
EMP途径关键步骤
1、葡萄糖磷酸化→1，6二磷酸果糖(耗能) 2、1，6二磷酸果糖→2分子3-磷酸甘油醛 3、3-磷酸甘油醛→丙酮酸
总反应式（每氧化1分子葡萄糖净得2分子ATP）
葡 萄 糖 2Pi 2ADP 2NAD 2丙 酮 酸 2ATP 2NADH 2H 2H2 O
3、上述各种戊糖磷酸在无氧参与的情况下发生碳架重排 ，产生己糖磷酸和丙糖磷酸。
HMP途径： 葡萄糖经转化成6-磷酸葡萄糖 酸后，在6-磷酸葡萄糖酸脱氢 酶的催化下，裂解成5-磷酸戊 糖和CO2。 磷酸戊糖进一步代谢有两种结 局： ①磷酸戊糖经转酮—转醛酶系 催化，又生成磷酸己糖和磷酸 丙糖（3-磷酸甘油醛），磷酸 丙糖借EMP途径的一些酶，进 一步转化为丙酮酸。 称为不完全HMP途径。 ②由六个葡萄糖分子参加反应， 经一系列反应，最后回收五个 葡萄糖分子，消耗了1分子葡 萄糖（彻底氧化成CO2 和水）， 称完全HMP途径。
TCA循环总式：C6H12O6 + 6O2 → 6H2O+ 6CO2 + 30ATP TCA 循环为合成代谢提供： 能量： ATP、GTP 还原力：NADH2 NADPH2 FADH2 小分子 C 架：乙酰 COA α-酮戊二酸 琥珀酰CoA 烯醇式草酰乙酸
TCA循环重要特点：
微生物学---第五章 微生物的代谢
为什么要在酸性环境下生活？
氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans） 3、铁的氧化
（参见P107）
为什么要在酸性环境下生活？
亚铁（Fe2+）只有在酸性条件（pH低于3.0）下才能保持 可溶解性和化学稳定； 当pH大于4~5，亚铁（Fe2+）很容易被氧气氧化成为高价铁（Fe3+）
底物水平磷酸化途径产生ATP （非主要途径） 磷酸腺苷硫酸的氧化途径 ，每氧化一分子硫酸根产生 2.5个ATP
三．自养微生物的生物氧化 3、铁的氧化 以嗜酸性的氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）为例：
从亚铁到高铁状态的铁的氧化，对于少数细菌来说也是一种 产能反应，但从这种氧化中只有少量的能量可以被利用。因 此该菌的生长会导致形成大量的Fe3+ （Fe(OH)3）。 氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）
第二节 微生物的分解代谢
以无机物为电子供体
从无机物的氧化获得能量
这些微生物一般也能以CO2为唯一或主要碳源合成细胞物质
自养微生物 从对无机物的生物氧化过程中获得生长所 需要能量的微生物一般都是： 化能无机自养型微生物
复杂分子
（有机物）
分解代谢
简单小分子
合成代谢
ATP
[H]
自养微生物的合成代谢：
将CO2先还原成[CH2O]水平的简单有机物，然后再合成复杂的细胞成分
化能异养微生物：
ATP和还原力均来自对有机物的生物氧化
化能自养微生物： 无机物氧化过程中通过氧化磷酸化产生ATP 如果作为电子供体的无机物的氧化还原电位足够低，也在 氧化磷酸化的过程中产生还原力，但大多数情况下都需要 通过电子的逆向传递，以消耗ATP为代价获得还原力。
第五章微生物的代谢一、名词解释：01.新陈代谢（metabolism）：简称...
第五章微生物的代谢一、名词解释：01.新陈代谢（metabolism）：简称代谢，泛指发生在活细胞中的各种化学反应的总和，也是生物细胞与外界环境不断进行物质交换的过程。
包括合成代谢和分解代谢，它是推动生物一切生命活动的动力源。
02.合成代谢（anabolism）：又称同化作用。
微生物从环境吸收营养物质，在细胞内合成新的细胞物质和贮藏物质，并储存能量，建立生长、发育的物质基础的过程。
03.分解代谢（catabolism）：又称异化作用。
微生物分解营养物质，释放能量，供给同化作用、机体运动、生长和繁殖等生命活动所用，产生中间代谢产物，并排泄代谢废物和部分能量的过程。
04.生物氧化（biological oxidation）：分解代谢实际上是物质在生物体内经过一系列的氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，这个过程也称为生物氧化。
05.呼吸作用（respiration）：微生物在降解底物的过程中，将释放的电子交给电子载体，再经过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出能量的过程。
06.有氧呼吸（aerobic respiration）：以分子氧作为氢和电子的最终受体的生物氧化过程，称为好氧呼吸或有氧呼吸。
07.无氧呼吸（anaerobic respiration）：又称为厌氧呼吸，在无氧的条件下，微生物以无机氧化物作为最终氢和电子受体的生物氧化过程。
08.发酵（fermentation）：狭义发酵：在无外源氢受体的条件下，细胞有机物氧化释放的[H]或电子交给某一内源性的中间代谢物，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
即电子供体是有机物，而最终电子受体也是有机物的生物氧化过程。
广义发酵：泛指任何利用微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料的一类生产方式。
09.底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）：物质在生物氧化过程中，常生成一些有高能键的化合物，这些化合物可直接偶联A TP或GTP的合成，这种产生ATP等高能键的方式称为底物水平磷酸化。
微生物的代谢(共86张PPT)
② 产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质
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
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
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
第五章 微生物的代谢
• 例如，各种淀粉酶（α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化 酶等）可将淀粉水解成葡萄糖。
多糖 单糖 丙酮酸 H2O、CO2
（二）蛋白质和氨基酸的分解
蛋白质
蛋白酶
短肽
肽酶
氨基酸
R CH COOH
NH2
R CH COOH 脱羧作用
NH2
脱氨作用
（三）脂肪类物质的分解
• 一般情况下，微生物首先利用环境中容易利用的 营养物质（结构简单、分子量小的）；当环境中 只有脂肪类物质时，微生物才分解利用脂肪来生 长和获取能量。
二、自养微生物的生物氧化
• 从无机物的氧化获得能量，以无机物为电子供体。
• 一般也能以CO2为唯一或主要碳源合成细胞物质。
1. 氨的氧化
• NH3、亚硝酸（NO2-）等无机氮化物可以被某些 化能自养细菌用作能源。 • 亚硝化细菌：将氨氧化为亚硝酸并获得能量
• 硝化细菌：将亚硝酸氧化为硝酸并获得能量
一切生命活动都是耗能反应，因此，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。这就是产能代谢。
有机物 最初 能源
化能异养微生物 化能自养微生物 光能微生物
还原态无机物
通用能源 （ATP）
• 结果判断和表示方法
变红 +
―不变色”
－
4. 吲哚试验
5.VP试验
• 培养基：葡萄糖蛋白胨水培养基（葡胨水）
• 试剂：VP试剂（VP甲液和VP乙液）
• 原理： 葡萄糖 丙酮酸 乙酰甲基甲醇
碱 性
O2
红色化合物 • 结果判断和表示方法： 培养基颜色变红
5微生物的代谢-PPT课件
氧化型物质，在这个过程中偶联着ATP 的合成，这种产生ATP方式称底物水平 磷酸化
化学渗透偶联假说
1961年,英国,米切尔提出 电子传递过程中导致膜内外出现质子浓度 差,从而将能量蕴藏在质子势中,质子势由 膜外进入胞内,此过程中通过存在于膜上的 F1-F0ATP酶偶联ATP的形成
构象变化偶联假说
2. 生产菌种的来源 自学
3. 微生物工业发酵的一般过程
二、大规模发酵特征
1. 用于好氧菌的大型发酵罐的结构与应用 2. 厌氧菌大型发酵罐和其他生物反应器 3. 发酵过程的优化及后处理 4.发酵的逐级放大
自学
1. 用于好氧菌的大型发酵罐的结构与应用 2. 厌氧菌大型发酵罐和其他生物反应器 3. 发酵过程的优化及后处理
二、分支合成途径调节
特点： 每个分支途径的末端产物控制分 支点后的第一个酶，同时每个末 端产物又对整个途径的第一个酶 有部分的抑制作用
第五节 微生物次级代谢与次级代谢产物
一、次级代谢与次级代谢产物 1. 初级代谢 微生物从外界吸收各种营养物质，通过 分解代谢和合成代谢，生成维持生命活 动的物质和能量的过程
发酵的逐级放大
(1) 小试
实验室或小型设备 得小试最佳发酵条件 评估所发酵的产物是否具有生产可能性
(2) 中试 实验工厂或车间的小规模设备 对小试最佳发酵条件进行验证并放大 基本确定发酵产物能否进行工业大规 模生产
(3) 大试 试验性生产 对中试发酵条件的参数进行验证改进 确定发酵产物能否进行工业大规模生产
转移酶类的特异性决定次序 单糖单位——核苷糖为载体
核苷糖————核苷糖-单糖
能量来源：核苷糖中高能糖-磷酸键水解
5. 氨基酸的合成
碳骨架来自糖代谢产生的中间代谢产物 氨: ①直接从外界环境获得;
化学渗透偶联假说
1961年,英国,米切尔提出 电子传递过程中导致膜内外出现质子浓度 差,从而将能量蕴藏在质子势中,质子势由 膜外进入胞内,此过程中通过存在于膜上的 F1-F0ATP酶偶联ATP的形成
构象变化偶联假说
2. 生产菌种的来源 自学
3. 微生物工业发酵的一般过程
二、大规模发酵特征
1. 用于好氧菌的大型发酵罐的结构与应用 2. 厌氧菌大型发酵罐和其他生物反应器 3. 发酵过程的优化及后处理 4.发酵的逐级放大
自学
1. 用于好氧菌的大型发酵罐的结构与应用 2. 厌氧菌大型发酵罐和其他生物反应器 3. 发酵过程的优化及后处理
二、分支合成途径调节
特点： 每个分支途径的末端产物控制分 支点后的第一个酶，同时每个末 端产物又对整个途径的第一个酶 有部分的抑制作用
第五节 微生物次级代谢与次级代谢产物
一、次级代谢与次级代谢产物 1. 初级代谢 微生物从外界吸收各种营养物质，通过 分解代谢和合成代谢，生成维持生命活 动的物质和能量的过程
发酵的逐级放大
(1) 小试
实验室或小型设备 得小试最佳发酵条件 评估所发酵的产物是否具有生产可能性
(2) 中试 实验工厂或车间的小规模设备 对小试最佳发酵条件进行验证并放大 基本确定发酵产物能否进行工业大规 模生产
(3) 大试 试验性生产 对中试发酵条件的参数进行验证改进 确定发酵产物能否进行工业大规模生产
转移酶类的特异性决定次序 单糖单位——核苷糖为载体
核苷糖————核苷糖-单糖
能量来源：核苷糖中高能糖-磷酸键水解
5. 氨基酸的合成
碳骨架来自糖代谢产生的中间代谢产物 氨: ①直接从外界环境获得;
南开大学微生物-第五章_代谢
糖酵解的主要途径: •EMP：为常见的糖酵解途径。 •HM：在单磷酸己糖基础上开始降解，EMP和HM途径密切相关。 •ED：该途径不依赖于EMP和HM途径而单独存在。 •PK：该途径的特征性酶为含磷酸戊糖解酮酶。
3、微生物无氧条件下发酵产能与发酵产物
乙醇
乳酸
EMP
HM
Glc
2ATP＋2Pyr
ED
PK
加氢源
氨基酸 蛋白质 核苷酸 核酸 维生素等
Calvin循环、还原性TCA循环 断裂TCA循环、EMP、HMP等
第三节 微生物特有的代谢
一、微生物固氮
生物固氮：在常温常压下由生物固氮酶催化，将大气中 的N2还原为NH3 的生化过程。
＋
固氮酶
N2 ＋ NAD(P)H＋ ATP
NH3 ＋ NAD(P)H ＋ ADP ＋ Pi
蓝细菌有两个光合系统 光合系统1环式光合磷酸化产ATP 光合系统1和2进行非环式光合磷酸化产生ATP 、 NAD（P)H 光合系统2进行水光解释放氧。
5、嗜盐菌紫膜的光合磷酸化产生ATP
紫膜中视紫红质蛋白辅基视黄醛分子光诱导顺、反式变化
(膜外) H+
顺式 X=N+
Pro
反式 X=N+--Pro
X=N
丙酸 甲酸、乙酸、乳酸 丁二酸 丙酮、丁醇
酿酒酵母 乳酸细菌 丙酸杆菌
E.coli 产气肠杆菌 丙－丁酸菌
Ⅰ型发酵：Glc EMP 丙酮酸 脱羧 乙醛 H＋ e－
乙醇＋2ATP
Ⅱ型发酵：Glc
难溶黄化羟基乙醛
丙酮酸 乙醛·亚硫酸氢钠 P－二羟丙酮 脱磷 甘油＋2ATP
H＋ e－
Ⅲ型发酵：Glc
丙酮酸
第五章 微生物的代谢
3、微生物无氧条件下发酵产能与发酵产物
乙醇
乳酸
EMP
HM
Glc
2ATP＋2Pyr
ED
PK
加氢源
氨基酸 蛋白质 核苷酸 核酸 维生素等
Calvin循环、还原性TCA循环 断裂TCA循环、EMP、HMP等
第三节 微生物特有的代谢
一、微生物固氮
生物固氮：在常温常压下由生物固氮酶催化，将大气中 的N2还原为NH3 的生化过程。
＋
固氮酶
N2 ＋ NAD(P)H＋ ATP
NH3 ＋ NAD(P)H ＋ ADP ＋ Pi
蓝细菌有两个光合系统 光合系统1环式光合磷酸化产ATP 光合系统1和2进行非环式光合磷酸化产生ATP 、 NAD（P)H 光合系统2进行水光解释放氧。
5、嗜盐菌紫膜的光合磷酸化产生ATP
紫膜中视紫红质蛋白辅基视黄醛分子光诱导顺、反式变化
(膜外) H+
顺式 X=N+
Pro
反式 X=N+--Pro
X=N
丙酸 甲酸、乙酸、乳酸 丁二酸 丙酮、丁醇
酿酒酵母 乳酸细菌 丙酸杆菌
E.coli 产气肠杆菌 丙－丁酸菌
Ⅰ型发酵：Glc EMP 丙酮酸 脱羧 乙醛 H＋ e－
乙醇＋2ATP
Ⅱ型发酵：Glc
难溶黄化羟基乙醛
丙酮酸 乙醛·亚硫酸氢钠 P－二羟丙酮 脱磷 甘油＋2ATP
H＋ e－
Ⅲ型发酵：Glc
丙酮酸
第五章 微生物的代谢
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呼吸 生物氧化的类型： 无氧呼吸 发酵
一、化能异养微生物的生物氧化和产能
（一）底物脱氢的四种途径 1、EMP途径
2、HMP途径 3、ED途径 4、TCA循环
一、化能异养微生物的生物氧化和产能
底物脱氢的4条途径及其与递氢、受氢的联系
（一）底物脱氢的四种途径
1、EMP途径（糖酵解）
2、HMP途径
二、自养微生物产ATP和产还原力
（一）化能自养微生物 还原CO2所需要的ATP和[H]是通过氧化无机物 而获得的
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）光能营养微生物
真核生物：藻类及绿色植物
产氧
原核生物：蓝细菌
第 五 章
微生物的代谢
新陈代谢（metabolism）简称代谢，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 + [H] （有机物） 合成代谢酶系
第一节 微生物的能量代谢
能量代谢是新陈代谢的核心问题 有机物 最初能源 日 光 无机物 化能异养菌
光能营养微生物
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
③还原力来自H2S等无机物
④不产生氧
2.非环式光合磷酸化
特点：
①有氧条件下进行
②有PSⅠ和PS Ⅱ2个光合系统
③同时产生还原力、ATP和O2
④还原力来自H2O的光解
3.嗜盐菌紫膜的光合作用
3、ED途径
4、TCA循环
葡萄糖经不同脱氢途径后的产能效率的特点和差别
3、发酵（fermentation）
发酵：在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢 后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交某 一内源性中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸 化产能的一类生物氧化反应
(1)由EMP途径中丙酮酸出发的发酵
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
2.代谢调节的应用 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 柯产生大量的赖氨酸。
b.应用抗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 的组成 型菌株 或兼而 有之的 菌株
c.控制细胞膜的渗透性
在谷氨酸发酵生产中，生物素的浓度对谷氨酸的累 积量有明显的影响，只有把生物素的浓度控制在亚适量 的情况下，才能分泌大量的谷氨酸。 原因：生物素是脂肪酸生物合成中乙酰-CoA羧化酶 的辅基，此酶可催化乙酰-CoA羧化并生成丙二酸单 酰-CoA，进而合成细胞膜噒脂的主要成分—脂肪酸。 因此控制生物素的含量就可以改变细胞膜的成 分，进而改变膜的透性、谷氨酸的分泌和反馈调节。
一种只有嗜盐菌才有的，无叶绿素或细菌叶绿素参与的独特 的光合作用。 红色部分（红膜） 主要含细胞色素和黄素蛋白等用于氧化磷 酸化的呼吸链载体 紫色部分（紫膜）
嗜盐菌 细胞膜
在膜上呈斑片状（直径约0.5 mm）独立分布，其 总面积约占细胞膜的一半，主要由细菌视紫红质 组成。 实验发现，在波长为550-600 nm的光照下，嗜盐菌ATP的合成速率 最高，而这一波长范围恰好与细菌视紫红质的吸收光谱相一致。
菌株有：肠膜明串珠菌、乳脂明串珠菌、短乳杆菌、两歧双 歧杆菌等
（3）Stickland反应 以一种氨基酸作供氢体，以另一种氨基酸作为受 氢体而实现产能的独特发酵类型。
CH3 CHNH2 + 2
CH2NH2 COOH ADP+Pi
3CH3COOH+3NH3+CO2 ATP
COOH
（二）递氢和受氢
1、呼吸（respiration）
（3）硫呼吸 硫呼吸：以无机硫作为呼吸链的最终氢受体产生H2S的 生物氧化 作用
2、无氧呼吸（anaerobic respiration） （4）铁呼吸 铁呼吸：呼吸链的末端受体是Fe3+。 （5）碳酸盐呼吸 碳酸盐呼吸：呼吸链的末端氢受体是CO2 或重 碳酸盐。 （6）延胡索酸呼吸 延胡索酸呼吸：呼吸链的末端氢受体是延胡索酸，琥 珀酸是还 原产物。
a.自生固氮菌
一类不依赖与它种生物共生而能独立进行固 氮的生物
好氧：固氮菌属、氧化亚铁硫杆菌属、蓝细菌等
自 生 固 氮 菌
兼性厌氧：克雷伯氏菌属、红螺菌属等
厌氧：巴氏梭菌、着色菌属、縁假单脃菌属等
b.共生固氮菌
必须与它种生物共生在一起才能进行固氮的生物 豆科植物：根瘤菌属等
共 生 固 氮 菌
根 瘤
又称好氧呼吸，是一种最普遍又最重要的生物氧化或产能 方式，其特点是底物常规方式脱氢后，脱下的氢经完整的 呼吸链又称电子传递链传递，最终被外源分子氧接受，产 生了水并释放出ATP形式的能量。
电子传递链
ATP酶
2、无氧呼吸（anaerobic respiration）
又称厌氧呼吸，指一类呼吸链末端的氢受体为外源 无机氧化物的生物氧化。特点是底物经常规途径脱 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。
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
生物氧化就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应
生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢和失去电子3种
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.种类
抗生素
色 素 毒 素
生பைடு நூலகம்碱
信息素
生长素
3.途径
糖代谢延伸途径 核苷酸、糖苷类、抗生素等
莽草酸延伸途径
氯霉素等
氨基酸延伸途径
抗生素、环丝氨酸等
乙酸延伸途径
抗生素、毒 素等
4.初生代谢途径与次生代谢途径的联系
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
非豆科：弗兰克氏菌属等
地衣：鱼腥蓝细菌属等 植 物 满江红：满江红鱼腥 蓝细菌等
c.联合固氮菌
必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能进行固氮的生物
根际：生脂固氮 螺菌芽胞杆菌属等
联 合 固 氮 菌
叶面：克雷伯氏菌属、固氮菌属等
动物肠道：肠杆菌属、克雷伯氏菌属等
1．固氮反应的条件
ATP 固氮酶
紫膜的光合磷酸化 是迄今为止所发现 的最简单的光合磷 酸化反应
第二节 微生物独特的合成代谢途径
一、生物固氮
微生物将氮还原为氨的过程称为生物固氮
具有固氮作用的微生物近50个属，包括细菌、放 线菌和蓝细菌
根据固氮微生物与高等植物以及其他生物的关系， 可以把它们分为三大类 自生固氮菌
共 生固氮菌
联合固氮菌
产气气杆菌：
V.P.试验阳性 甲基红试验阴性 V.P.试验阴性 甲基红试验阳性
大肠杆菌：
（2）HMP途径—异型乳酸发酵
凡葡萄糖经发酵后除了主要产生乳酸外，还产生乙醇、乙酸和 CO2等多种产物的发酵。
利用葡萄糖：乳酸、乙醇、CO2、H2O
经典途径 利用核糖：乳酸、乙酸、 H2O 利用果糖：乳酸、乙酸、 甘露醇、 CO2 双歧杆菌途径 利用葡萄糖：乙酸、乳酸
镁离子
底物N2 厌氧微环境 还原力[H]及其载体
2．固氮的生化途径
总反应：N2+8[H]+18~24ATP2NH3+H2
二、肽聚糖的合成
肽聚糖是绝大数原核生物细胞壁所含有的独特成 分；它在细菌的生命活动中有着重要的功能。它 是许多重要抗生素作用的物质基础。 根据反应部位的不同可分成三个合成阶段
2、无氧呼吸（anaerobic respiration） （1）硝酸盐呼吸
硝酸盐呼吸：以硝酸盐作为最终电子受体的生物学过程， 也称为异化性硝酸盐还原作用（Dissimilative）。
2、无氧呼吸（anaerobic respiration） （2）硫酸盐呼吸
硫酸盐呼吸：是一类称作硫酸盐还原细菌的严格厌氧菌 在无氧 条件下获取能量的方式，其特点是底物脱氢后， 经呼吸链递氢，最终由末端氢受体硫酸盐受氢，在递氢 的过程中与氧化磷酸化相偶联而获得ATP。
1.在细胞质中的合成 a.由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸
b.由N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸
2.在细胞膜中的合成
3.在细胞膜外的合成
四、 微生物次生代谢物的合成
1.概念
次生代谢物是指某些微生物生长到稳定期前后，以结 构简单、代谢 途径明确、产量较大的初生代谢物作 前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的结构复杂的 化学物。