Chapter 5 微生物的代谢A
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E1和E2的酶活性受纤维二糖与葡萄糖反馈抑制 E3活性受葡萄糖反馈抑制
天然纤维素分为结晶区域和非结晶区域
C1酶
C1酶 Cx 酶
Cx 酶
Cx 酶
Cx 酶
半纤维素的分解
含量：在植物体内的含量仅次于纤维素。如 在玉米根、茎中的含量可达30%左右。
组成：半纤维素由戍糖(主要为木糖和阿拉伯 糖)和已糖(半乳糖与甘露糖)缩合而成。
❖这些大分子物质不能直接进入细胞，必须预 先经微生物分泌的胞外酶在细胞外部降解为小 分子物质后才能进入细胞，参与微生物细胞内 进行的多种代谢过程。
❖淀粉的降解
淀粉酶是一系列与淀粉分解有关酶的总称， 这些酶以不同方式联合作用，催化淀粉转化 为葡萄糖。
淀粉酶包括4种类型 α—淀粉酶 β—淀粉酶 糖化酶 异 淀粉酶
3.瓦勃格氏压力计法——代谢过程中气体 的释放或吸收导致压力的变化。
4.突变株的应用 营养缺陷型——微生物丧失了合成某种生
长所必需的营养物质的能力，必须由外 界供给这种营养物质才能生长，该菌株 就称为营养缺陷型。 特异营养缺陷型——丧失了合成某种次生 代谢产物的能力的微生物称为特异营养 缺陷型。
生物能学原理 (P66)
α—淀粉酶(α—amylase)--又称液化型淀粉酶。
催化反应：任意切割内部α-1，4糖苷键，但不能切断α-1，
6及邻近α-1，6糖苷键的α- 1，4糖苷键，难于切断淀粉
分子两端的α-1，4糖苷键。故又称之为内切型淀粉酶。
产物：
直链淀粉
为寡糖、葡萄糖与麦芽糖的混合物
支链淀粉
为带有α-1,6 糖苷键的 糊精 、
1、自由能 2、氧化-还原电位 3、高能磷酸化合物
第二节 微生物的分解代谢
一、大分子物质的降解 (P87)
❖ 微生物细胞质膜为半透膜，只有小分子物质 才能透过质膜进入细胞，被微生物分解利用。 单、双糖、氨基酸及其它小分子有机物均能 直接进入细胞。
❖化能异养型微生物能利用的有机物质种类很 多，如淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、脂肪、 蛋白质、木质素及核酸等。
麦芽糖和葡萄糖。
产物(还原糖)在光学构型上为α型，故称之α-淀 粉酶； 该酶作用时淀粉溶液的粘度下降迅速，故又称该酶为液 化型淀粉酶
分布：
微生物中分布广泛：细菌、放线菌、霉菌
放线菌培养基：高氏培养基中碳源为淀粉
工业上利用曲霉或细菌(地衣芽孢杆菌)发酵 生产淀粉酶。
β—淀粉酶 催化反应：从淀粉分子非还原性末端开始， 以麦芽糖为单位切断α—1，4糖苷键，不能切 断α—1，6糖苷键，也不能越过α—1，6糖苷 键去切断分子中间的α—1，4糖苷键。 该酶不能从淀粉分子内部水解α—1，4糖苷键， 只能从淀粉分子非还原性末端切开α—1，4糖 苷键，故称之外切型淀粉酶。
产物：麦芽糖，带分支侧链的寡糖及糊精。 产物麦芽糖在光学构型上为β—型，故称之β—淀粉酶。 分布：β—淀粉酶广泛存在于霉菌中，细菌中少见。
糖化酶： 从淀粉分子的非还原性末端以葡萄糖为单位水解α— 1，4糖苷键，产物为葡萄糖；不能水解α—1，6糖苷 键。
异淀粉酶：能水解α—1，6糖苷键。
微生物产生的淀粉酶中，细菌产生的主要是α—淀粉 酶，霉菌产生的主要为β—淀粉酶和异淀粉酶。
堆肥的高温阶段纤维素的分解主要是依靠高 温放线菌。
纤维素酶:
纤维素酶系由3种类型的酶组成。
E1（C1酶）是内切型葡聚糖水解酶，可以任意水解 纤维素分子内部的β—1，4糖苷键，产物为寡糖； E2（Cx酶）为 外切型葡聚糖水解酶，从纤维素分 子的非还原性末端开始，逐步水解纤维素为纤维二 糖；
E3为β葡萄糖苷酶，能将纤维二糖水解为葡萄糖。
❖ 初级代谢——具有明确的生理功能、对 维持生命活动不可缺少的代谢过程。
❖ 次级代谢——微生物在一定的生长时期， 以初级代谢产物为前体，合成一些对微 生物的生命活动没有明确的生理功能的 物质的过程。
Thousands of such reactions are occurring simultaneously in a single cell. These reactions occur with a minimum of side products, energy loss or undesired interferences and at reasonable temperatures, pH and pressure. All of these reactions must be controlled or regulated for optimum efficiency.
微生物代谢的特点
❖ 微生物的代谢速度快 ❖ 代谢的多样性 ❖ 微生物的适应能力强
微生物代谢的研究方法
1.静息细胞法——细胞水平 静息细胞：收集培养到一定阶段的菌体，经洗
涤后，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，使之呈饥饿状态，如 此获得的细胞称为静息细胞。
2.同位素示踪法——灵敏
半纤维素较纤维素容易分解。
能分解半纤维素的微生物种类更多。
真菌中的曲霉、青霉及木霉等均能分 解半纤维素，分解产物为相应单糖。
果胶的分解
果胶质是构成植物细胞间质的组分。 由半乳糖醛酸单体聚合而成。 聚合态半乳糖醛酸称为果胶酸； 果胶酸羧基甲基化的产物称果胶； 果胶又分为可溶性果胶与不溶性果胶(又称原 果胶)
纤维素的分解 植物细胞壁的重要成分，在植物体内含量达 15%～50%。纤维素由葡萄糖通过β—1，4糖 苷键聚合而成，分子量多在100万以上，天然 纤维分子不溶于水。
n
纯纤维素很容易被微生物分解，但植物中纤维素常 和木质素等紧密结合在一起而难以分解。
分解纤维素的微生物：
分解能力较强的微生物主要是真菌。如木霉 (Trichod erma)、根霉(Rhizopus)、黑曲霉及青 霉(Penicillium)等。食用菌中的大多数分解纤 维素的能力很强。Байду номын сангаас
Chapter 5 微生物的代谢A
第一节 代谢的基本概念
代谢概论
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
❖ 直线途径和分支代谢途径
❖ 双向代谢途径
天然纤维素分为结晶区域和非结晶区域
C1酶
C1酶 Cx 酶
Cx 酶
Cx 酶
Cx 酶
半纤维素的分解
含量：在植物体内的含量仅次于纤维素。如 在玉米根、茎中的含量可达30%左右。
组成：半纤维素由戍糖(主要为木糖和阿拉伯 糖)和已糖(半乳糖与甘露糖)缩合而成。
❖这些大分子物质不能直接进入细胞，必须预 先经微生物分泌的胞外酶在细胞外部降解为小 分子物质后才能进入细胞，参与微生物细胞内 进行的多种代谢过程。
❖淀粉的降解
淀粉酶是一系列与淀粉分解有关酶的总称， 这些酶以不同方式联合作用，催化淀粉转化 为葡萄糖。
淀粉酶包括4种类型 α—淀粉酶 β—淀粉酶 糖化酶 异 淀粉酶
3.瓦勃格氏压力计法——代谢过程中气体 的释放或吸收导致压力的变化。
4.突变株的应用 营养缺陷型——微生物丧失了合成某种生
长所必需的营养物质的能力，必须由外 界供给这种营养物质才能生长，该菌株 就称为营养缺陷型。 特异营养缺陷型——丧失了合成某种次生 代谢产物的能力的微生物称为特异营养 缺陷型。
生物能学原理 (P66)
α—淀粉酶(α—amylase)--又称液化型淀粉酶。
催化反应：任意切割内部α-1，4糖苷键，但不能切断α-1，
6及邻近α-1，6糖苷键的α- 1，4糖苷键，难于切断淀粉
分子两端的α-1，4糖苷键。故又称之为内切型淀粉酶。
产物：
直链淀粉
为寡糖、葡萄糖与麦芽糖的混合物
支链淀粉
为带有α-1,6 糖苷键的 糊精 、
1、自由能 2、氧化-还原电位 3、高能磷酸化合物
第二节 微生物的分解代谢
一、大分子物质的降解 (P87)
❖ 微生物细胞质膜为半透膜，只有小分子物质 才能透过质膜进入细胞，被微生物分解利用。 单、双糖、氨基酸及其它小分子有机物均能 直接进入细胞。
❖化能异养型微生物能利用的有机物质种类很 多，如淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、脂肪、 蛋白质、木质素及核酸等。
麦芽糖和葡萄糖。
产物(还原糖)在光学构型上为α型，故称之α-淀 粉酶； 该酶作用时淀粉溶液的粘度下降迅速，故又称该酶为液 化型淀粉酶
分布：
微生物中分布广泛：细菌、放线菌、霉菌
放线菌培养基：高氏培养基中碳源为淀粉
工业上利用曲霉或细菌(地衣芽孢杆菌)发酵 生产淀粉酶。
β—淀粉酶 催化反应：从淀粉分子非还原性末端开始， 以麦芽糖为单位切断α—1，4糖苷键，不能切 断α—1，6糖苷键，也不能越过α—1，6糖苷 键去切断分子中间的α—1，4糖苷键。 该酶不能从淀粉分子内部水解α—1，4糖苷键， 只能从淀粉分子非还原性末端切开α—1，4糖 苷键，故称之外切型淀粉酶。
产物：麦芽糖，带分支侧链的寡糖及糊精。 产物麦芽糖在光学构型上为β—型，故称之β—淀粉酶。 分布：β—淀粉酶广泛存在于霉菌中，细菌中少见。
糖化酶： 从淀粉分子的非还原性末端以葡萄糖为单位水解α— 1，4糖苷键，产物为葡萄糖；不能水解α—1，6糖苷 键。
异淀粉酶：能水解α—1，6糖苷键。
微生物产生的淀粉酶中，细菌产生的主要是α—淀粉 酶，霉菌产生的主要为β—淀粉酶和异淀粉酶。
堆肥的高温阶段纤维素的分解主要是依靠高 温放线菌。
纤维素酶:
纤维素酶系由3种类型的酶组成。
E1（C1酶）是内切型葡聚糖水解酶，可以任意水解 纤维素分子内部的β—1，4糖苷键，产物为寡糖； E2（Cx酶）为 外切型葡聚糖水解酶，从纤维素分 子的非还原性末端开始，逐步水解纤维素为纤维二 糖；
E3为β葡萄糖苷酶，能将纤维二糖水解为葡萄糖。
❖ 初级代谢——具有明确的生理功能、对 维持生命活动不可缺少的代谢过程。
❖ 次级代谢——微生物在一定的生长时期， 以初级代谢产物为前体，合成一些对微 生物的生命活动没有明确的生理功能的 物质的过程。
Thousands of such reactions are occurring simultaneously in a single cell. These reactions occur with a minimum of side products, energy loss or undesired interferences and at reasonable temperatures, pH and pressure. All of these reactions must be controlled or regulated for optimum efficiency.
微生物代谢的特点
❖ 微生物的代谢速度快 ❖ 代谢的多样性 ❖ 微生物的适应能力强
微生物代谢的研究方法
1.静息细胞法——细胞水平 静息细胞：收集培养到一定阶段的菌体，经洗
涤后，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，使之呈饥饿状态，如 此获得的细胞称为静息细胞。
2.同位素示踪法——灵敏
半纤维素较纤维素容易分解。
能分解半纤维素的微生物种类更多。
真菌中的曲霉、青霉及木霉等均能分 解半纤维素，分解产物为相应单糖。
果胶的分解
果胶质是构成植物细胞间质的组分。 由半乳糖醛酸单体聚合而成。 聚合态半乳糖醛酸称为果胶酸； 果胶酸羧基甲基化的产物称果胶； 果胶又分为可溶性果胶与不溶性果胶(又称原 果胶)
纤维素的分解 植物细胞壁的重要成分，在植物体内含量达 15%～50%。纤维素由葡萄糖通过β—1，4糖 苷键聚合而成，分子量多在100万以上，天然 纤维分子不溶于水。
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纯纤维素很容易被微生物分解，但植物中纤维素常 和木质素等紧密结合在一起而难以分解。
分解纤维素的微生物：
分解能力较强的微生物主要是真菌。如木霉 (Trichod erma)、根霉(Rhizopus)、黑曲霉及青 霉(Penicillium)等。食用菌中的大多数分解纤 维素的能力很强。Байду номын сангаас
Chapter 5 微生物的代谢A
第一节 代谢的基本概念
代谢概论
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
❖ 直线途径和分支代谢途径
❖ 双向代谢途径