《微生物的新陈代谢》PPT课件

典型的呼吸链
不论是真核生物 还是原核生物， 呼吸链的主要组 分都是类似的。
3）氧化磷酸化 呼吸链的递氢（电子）和受氢（电子）与磷酸化 反应相偶联并产生ATP的作用。
4）氧化磷酸化的机制——化学渗透学说 呼吸链在传递氢或电子的过程中，通过与氧化 磷酸化作用的偶联，产生生物的通用能源—— ATP。 目前获得多数学者接受的是化学渗透学说。
（3）生产实践意义
与发酵生产紧密相关（柠檬酸、苹果酸、谷氨 酸、延胡索酸、琥珀酸等）。
5、葡萄糖经不同脱氢途径后的产能效率
（二）递氢和受氢
葡萄糖经四条途径脱下的氢，通过呼吸链（电子传递链） 等方式传递，最终与氧、无机物或有机物等氢受
体结合并释放出其中的能量。
根据递氢特点尤其是氢受体性质的不同，可把生物氧化 分为：呼吸、无氧呼吸、发酵三种类型。
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。
（2）TCA循环的特点
1 ）氧虽不直接参与反应，但必须在有氧的条件 下进行（NAD+和FAD再生时需氧）； 2 ）每分子丙酮酸可产 4 NADH2 、 1 FADH2 、 1 GTP，共相当于15 ATP，产能效率极高。 3 ）位于一切分解代谢和合成代谢的枢纽地位， 可为微生物的生物合成提供各种碳架原料。
（1）EMP途径的主要反应
EMP途径的总反应: C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2CH3COCOOH+ 2NADH +2H+ + 2ATP + 2H20
EMP途径的简图 C6为葡萄糖， C3为甘油醛-3-磷酸
1）有氧条件：2NADH + H+经呼吸链的氧化磷酸化反应 产生6ATP； 2）无氧条件：发酵 ①丙酮酸还原成乳酸； ②酵母菌（酿酒酵母）的酒精发酵：丙酮酸脱羧为乙 醛，乙醛还原为乙醇。 （3）EMP途径在微生物生命活动中的重要意义 1）供应ATP形式的能量和还原力（NADH2）； 2）是连接其他几个重要代谢的桥梁（TCA、HMP、ED 途径） 3）为生物合成提供多种中间代谢物； 4）通过逆向反应可进行多糖合成。 （4）生产实践意义 与乙醇、乳酸、甘油、丙酮、丁醇等的发酵生产关系密 切。
呼吸、无氧呼吸和发酵示意图
C 6H 12O 6 -[H] 经呼吸链 ①呼吸 ②无氧 呼吸 1/2 O 2 H 2O CO 2 NO 3-， SO 42-， NO 2-， SO 32-， CH 4 -[H] C -[H] CO2 脱氢 递氢 受氢 A、 B或 C ③发酵 AH 2， BH 2或 CH 2
3）硫呼吸
兼性或专性厌氧菌（氧化乙酸脱硫单胞菌）以 无机硫作为呼吸链的最终氢受体并产生H2S的 生物氧化作用。
4）铁呼吸
某些兼性厌氧或专性厌氧的化能异养细菌、化 能自养细菌和某些真菌所进行的呼吸链末端氢 受体是Fe3+的无氧呼吸。
5）碳酸盐呼吸
以CO2或重碳酸盐作为呼吸链末端氢受体的无 氧呼吸。 根据其还原产物不同分成两类： ①产甲烷菌产生产生甲烷；
（一）底物脱氢的四条途径
以葡萄糖作为生物氧化的典型底物，在生物氧化的脱 氢阶段中，可通过四条途径完成其脱氢反应，并伴随 还原力［H］和能量的产生。
葡萄糖
1 EMP途径
（Embden-Meyerhof pathway， 糖酵解途径，己糖二磷酸途径）
葡糖-6-磷酸 果糖-6-磷酸
ATP ADP ATP ADP
（4）生产实践意义
可提供许多重要的发酵产物（核苷酸、氨基酸、 辅酶、乳酸等）。 在多数好氧菌和兼性厌氧菌中普遍存在HMP 途径，且常与EMP途径同在。只有少数微生物 如弱氧化醋杆菌、氧化葡糖杆菌、氧化醋单胞 菌只有HMP途径，而无EMP途径。
3、ED途径（2 -酮-3 -脱氧-6-磷酸葡萄糖酸途径）
•
（2）ED途径特点
1 ） KDPG （ 2- 酮 -3- 脱氧 -6-P- 葡萄糖酸）裂解为 丙酮酸和3-磷酸甘油醛； 2）存在KDPG醛缩酶； 3）两分子丙酮酸来历不同； 4）产能效率低（1molATP/1mol葡萄糖）。 5）可与EMP、HMP、TCA循环等代谢途径 相连，可相互协调、满足微生物对能量、还原 力和不同中间代谢产物的需要。
5-磷酸-核糖
3-磷酸-甘油醛 4-磷酸-赤藓糖 6-磷酸-果糖 6-磷酸-葡萄糖
5-磷酸-木酮糖
3-磷酸-甘油醛
丙糖磷酸可通过EMP途径转化为丙酮酸进入TCA循环， 也可通过果糖二磷酸醛缩酶和果糖二磷酸酶的 作用转化为己糖磷酸。
（3）HMP途径在微生物生命活动中的重要意义 ①供应合成原料：提供戊糖-P、赤藓糖-P； ②产还原力：产生12NADPH2； ③作为固定CO2的中介：自养微生物CO2的中介（核酮 糖 -5-P在羧化酶的催化下固定 CO2并形成核酮糖 -15二磷酸）； ④扩大碳源利用范围：为微生物利用 C3 ～ C7 多种碳源 提供了必要的代谢途径； ⑤连接EMP途径：为生物合成提供更多的戊糖。
（3）细菌的酒精发酵（好氧菌——运动发酵单胞菌） 丙酮酸脱羧为乙醛，被NADH还原为乙醇。 具有ED途径的细菌有嗜糖假单胞菌、铜绿假单胞菌、 荧光假单胞菌、林氏假单胞菌、真养产碱菌等。
4、TCA循环（三羧酸循环、柠檬酸循环）
丙酮酸经过一系列循环式反应而彻底氧化脱羧，形成CO2、 H2O和NADH2的过程。在各种好氧微生物中普遍存在。在真核 微生物中在线粒体（基质）内进行；在原核生物中，在细胞质 中进行。只有琥珀酸脱氢酶，在线粒体或原核细胞中都是结合 在膜上。
在代谢过程中，微生物通过分解作用（或光合作 用）产生ATP形式的化学能。 这些能量用于：1、 合成代谢 ；2、微生物的运 动和运输； 3 、热和光 无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由 一系列连续的酶反应构成的，前一部反应的产物 是后续反应的底物。 细胞能有效调节相关的反应，生命活动得以正常 进行。 某些微生物还会产生一些次级代谢产物。这些物 质除有利于微生物生存外，还与人类生产生活密 切相关。
2、无氧呼吸（厌氧呼吸）
某些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行的、 呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有 机氧化物）的生物氧化。产能效率较低（不如有氧 呼吸产生的多）。 （1）特点 1）底物按常规脱下的氢经部分呼吸链传递； 2）最终由氧化态的无机物或有机物受氢（NO3-、 NO2-、SO42-、S2O32-、CO2等无机物，或延胡索酸 等有机物）； 3）氧化磷酸化产能。
（2）无氧呼吸的类型
根据呼吸链末端 氢受体的不同， 把无氧呼吸分成 以下类型：
1）硝酸盐呼吸（反硝化作用、异化性硝酸盐还原作用） • 无氧条件下，某些兼性厌氧微生物利用硝酸盐作 为呼吸链的最终受体，并把它还原为NO2-、NO、 N2O直至N2的过程。 • 反硝化细菌：能进行硝酸盐呼吸的兼性厌氧菌。 如：地衣芽孢杆菌、脱氮副球菌、脱氮硫杆菌等。 • 造成土壤氮肥损失、NO和N2O会污染环境。
第七章
第一节 第二节
微生物Baidu Nhomakorabea新陈代谢
微生物的能量代谢 分解代谢和合成代谢的联系
第三节
第四节
微生物独特合成代谢途径举例
微生物的代谢调控与发酵生产
第一节
微生物的能量代谢
化能异养微生物的生物氧化和产能 自养微生物的生物氧化和产能
一、化能异养微生物的生物氧化和产能
生物氧化的形式： 某物质与氧结合、脱氢、失去电子。 生物氧化的过程： 脱氢（或e-）、递氢（或e-）、受氢（或e- ）。 生物氧化的功能： 产能（ATP）、产还原力［H］、产小分子中间 代谢物。 生物氧化的类型： 呼吸、无氧呼吸、发酵。
存在于某些缺乏完整 EMP途径的微生物中的一种替代途径， 为微生物所特有，在革兰氏阴性菌中分布较广。 葡萄糖只经过四步反应即可形成丙酮酸。 ED 途径可不依 赖于EMP与HMP而单独存在。
ED途径结果：一分子葡萄糖经ED途径最后生成2分子丙酮 酸、1分子ATP，1分子NADPH2、1分NADH。
（ 1） ED 途 径 的 主 要 反 应
（1）HMP途径的主要反应
HMP途径的简图 C6为葡萄糖， C5为核酮糖-5-磷酸
（2）HMP途径的三个阶段
1 ）葡萄糖分子经过三步反应产生核酮糖 -5-磷酸 和CO2；
CH2OH OH HO OH OH
o
ATP ADP
CH2OP HO OH
NADH+H+
o
NAD(P)+
CH2OP OH
NADH+H+
A
-[H] B [H]
（发酵产物：乙醇、乳酸等）
1、呼吸（好氧呼吸）
递氢和受氢都必须在有氧条件下完成的一种高效产 能生物氧化作用。 （1）特点 1）底物脱下的氢（［H］）经完整的呼吸链传递； 2）外源分子氧受氢； 3）产生水并释放出ATP形式的能量。产能量多，一分 子G净产38个ATP. 4)基质彻底氧化生成CO2和H2O。 （2）呼吸链 1）位于原核生物细胞膜上或真核生物线粒体膜上的由 一系列氧化还原势呈梯度差的、链状排列的氢或电 子的传递体。 2）功能：把氢或电子从低氧化还原势的化合物处逐级 传递到高氧化还原势的O2或其他无机、有机氧化物， 并使它们还原。
第七章 微生物的新陈代谢
新陈代谢
简称代谢(metabolism)，是活细胞内发生的各种 化学反应的总称。包括分解代谢和合成代谢。
分解代谢酶系
复杂分子
复杂分子 （有机物)
简单分子 + ATP + ［H］
简单分子 + ATP + ［H］
合成代谢酶系
微生物代谢特点： 1、代谢旺盛（强度高转化能力强） 2、代谢类型多。
a
果糖-1，6- 二磷酸
EMP途径意义： 为细胞生命活动提 供ATP 和 NADH
a :耗能反应 b :氧化还原反应
磷酸二羟丙酮
甘油醛-3磷酸 +
NAD NADH+H+ ADP ATP
1，3-二磷酸甘油酸
底物水平磷酸化
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸
b
底物水平磷酸化
丙酮酸
ADP ATP
（1）TCA循环的主要反应
C3
GTP在核苷二磷酸激酶的催化下，将其末端磷酸基团转移给ADP生成ATP。
总反应式为：
乙酰-CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH2+FADH2+CoA+GTP
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
（2）EMP终产物的去向：
2、HMP途径（戊糖磷酸途径、
磷酸葡萄糖酸途径等） 葡萄糖不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化， 并产生大量NADPH+H+形式的还原力及多种重要 中间代谢产物。
HMP途径
从6-磷酸-葡萄糖开始，即在单磷酸已糖基础上开始降 解的故称为单磷酸已糖途径。 HMP途径与EMP途径有着密切的关系，HMP途径中的 3-磷酸-甘油醛可以进入EMP途径， — 磷酸戊糖支路。 HMP途径的一个循环的最终结果是一分子葡萄糖-6-磷酸 转变成一分子甘油醛-3-磷酸、3个CO2、6个NADPH2。 一般认为HMP途径不是产能途径，而是为生物合成提供 大量还原力（NADPH2）和中间代谢产物。
CH2OH
o
NAD(P)+
OH OH
HO
COOH
OH
葡萄糖
6-磷酸-葡萄糖
6-磷酸-葡糖酸
5-磷酸-核酮糖
C=O H-C-OH H-C-OH D CH2OP
2）核酮糖-5-磷酸同分异构化或表异构化为核糖5-磷酸和木糖-5-磷酸；
CH2OH C=O HO-C-H H-C-OH H-C-OP H CH2OH
CO2+4H2
CH4+2H2O+ATP
②产乙酸细菌产生乙酸。
C=O H-C-OH H-C-OH H-C-OP H
H- C=O H-C-OH H-C-OH H-C-OH CH2OP
5-磷酸-木酮糖
5-磷酸-核酮糖
5-磷酸-核糖
3 ）无氧参与条件下，几种戊糖发生碳架重排， 产生己糖磷酸和丙糖磷酸。
5-磷酸-木酮糖 6-磷酸-景天庚酮糖
6-磷酸-果糖 6-磷酸-葡萄糖
2）硫酸盐呼吸
• 严格厌氧菌——硫酸盐还原细菌（反硫化细菌） 在厌氧条件下获取能量的方式。底物脱氢后， 经呼吸链传递，最终由末端氢受体硫酸盐受氢， 在递氢过程中与氧化磷酸化偶联产生ATP，最 终的还原产物是H2S。 • 硫酸盐还原细菌：脱硫脱硫弧菌、巨大脱硫弧 菌、致黑脱硫肠状菌等。 • 硫酸盐呼吸及其有害产物对植物根系不利。