《微生物的新陈代谢》PPT课件

（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
（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。
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。
（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。
•
（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。
（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。
（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。
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。
第七章
第一节 第二节
微生物的新陈代谢
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。
（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+
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
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。
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。
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
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。
（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
a
果糖-1，6- 二磷酸
EMP途径意义： 为细胞生命活动提 供ATP 和 NADHa :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
CO2+4H2
CH4+2H2O+ATP
②产乙酸细菌产生乙酸。
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。