微生物生理学第四章_PPT幻灯片
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Baidu Nhomakorabea
通
最
初 还原态无机物 化能自养微生物 能
源
日光
光能营养微生物
用 能 源
（ATP）
生物氧化与燃烧的区别
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
第一节 代谢概论
一、代谢类型
代谢（metabolism）：
细胞内发生的各种化学反应的总称
4、同位素示踪法（isotopic tracer method）
常用的放射性同位素有 3H、14 C、32P、35 S、131I 优点： ①可以解决一些其他方法不能解决的难题。 ②具有高度灵敏性，可以测量极微量的物质，可以测到10-
16~10-14g物质。 ③在微生物生长期间进行连续追踪观察。
含同位素的化合物与不含同位素的同 一物质化学性质和生理功能完全相同
次级代谢：产物有色素、抗生素、毒素等
对于同一种物质来说，其分解代谢和合成代谢的途径并不是
可逆反应，而是通过不同的中间反应或不同的酶实现的。
A→B→C C → Bˊ → A
A E1 B E2 C
E1' E2 '
二、微生物代谢的研究方法
1、静息细胞法
静息细胞：收集菌体洗涤后悬浮在生理盐水中培 养呈饥饿状态的细胞，这是以整体细胞水平进行 的研究方法。
应用：研究微生物代谢过程呼吸、发酵、酶的活 性等。例如，测定大肠杆菌的呼吸作用及碘乙酸 对呼吸的影响。测定谷氨酸含量。
优点：操作简便，准确度高，所需材料少，应用 范围广泛。
3、酶抑制剂法（enzyme inhibitor） 酶的抑制剂可使代谢途径受到阻断，造成某一代谢中间
物的积累，从而可以推测代谢途径。
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
新陈代谢 ＝ 分解代谢 ＋ 合成代谢
一切生物，在其新陈代谢的本质上具有高度的 统一性和明显的多样性。
根据代谢过程中产生的代谢产物对生物体 的作用不同，可分为：
初级代谢:产物有氨基酸、糖、核苷酸、维生素等
氧化型
A
还原型
还原剂失掉电子的倾向（氧化剂得到电子的倾向） 称为氧化还原电势（oxidation-reduction potential）， 也称氧化还原电位（V）。
能斯特（Nernst）公式：
生物体内一些氧化还原体系的标准氧化还原电位
氧化还原体系 乙酸 / 乙醛
标准氧化还原 电位E0’（V） －0.58
－20.9
6-磷酸果糖 6-磷酸葡萄糖 1-磷酸甘油
－15.9 －13.8 －9.2
第二节 葡萄糖酵解途径
糖酵解（glycolysis）：生物体内葡萄糖被降解成 丙酮酸的过程。
EMP
五
HMP
种
途
ED
径
PK
WD HK
葡萄糖直接氧化
一、EMP途径（Embden-Meyerhof-Parnas pathway）
主要研究内容：判断代谢过程 ；发现新的生长素
不足之处：不能了解代谢途径和中间过程；误差 大，因有些物质不能透过细胞膜并不是不能参与 代谢。
克服方法：用无细胞制剂进行研究。
2、瓦勃氏呼吸仪法 原理：Boyles定律和Henry定律即气体定律。
测定时测定一定条件下反应中氧的吸收量或CO2的 放出量，还可测出它们的吸收或放出速度。
5、突变株的应用
营养缺陷型突变株：初级代谢物合成受阻
特异营养突变型：次级代谢物合成受阻
生长因子的微生物分析法：
利用营养缺陷型的生长量和其所必需的生长因 子的浓度在一定范围内呈正比的关系来测定的。
共合成法 ：
A
。
。
生 长 量
B
维生素浓度
三、生物力能学基本原理
1、自由能（free energy） 凡是能够用于做功的能量称为自由能，总能量中只有一
在化学反应中：
ΔG ＝ΔG0 ＋ RT lnKeq ΔG0= - RTlnKeq
ΔG ' ＝ΔG0'＋ RT lnKeq △G的单位以焦耳/摩尔（J/mol）或千焦耳/摩尔（kJ/mol）表示
ΔG 0：标准自由能变化 ΔG0 ' ：pH＝7.0时的标准自由能变化
2、氧化还原电位 氧化还原反应 ： A++ne
能量货币
一些磷酸化合物水解的标准自由能值
化合物 磷酸烯醇式丙酮酸
△G0'（ kJ/mol）
－61.9
氨甲酰磷酸
－51.5
1，3-二磷酸甘油酸 －49.3
磷酸肌酸
－43.1
乙酰磷酸
－42.3
磷酸精氨酸
－32.2
化合物
腺苷三磷酸（ ATP→ADT+Pi） 1-磷酸葡萄糖
△G0'（ kJ/mol） －30.5
生物氧化（biological oxidation）：
发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。
微生物直接利用
生物 氧化
能量 储存在高能化合物（如ATP）中
以热的形式被释放到环境中
自养微生物利用无机物 异养微生物利用有机物
一切生命活动都是耗能反应，
能量代谢是新陈代谢中的核心问题。
化能异养微生物
有机物
又称己糖二磷酸途径
概述：大多数生物的主流代谢途径。它以1分子葡萄糖为底物 ，经过10 步反应而产生2分子丙酮酸、2分子NADH+H+和2 分子ATP的过程。2阶段、3种产物和10 个反应。
氧化还原体系 草酰乙酸 / 苹果酸
标准氧化还原 电位E0’（V） －0.165
3－磷酸甘油酸 / 3－磷酸甘油醛
乙酰CoA/丙酮酸
－0.55 －0.48
延胡索酸 / 琥珀酸 +0.031
CoQ / CoQH2
+0.035
2H+ / H2
－0.42
NAD+ / NADH + H+ FMN / FMNH2
部分能转化为功即表现为自由能 。 在生物体中通过化学反应放出自由能可供机体利用， A+B→C+D+能
当ΔG＜0时，反应能自发进行，并能放出能量； 当ΔG＝0时，反应达到平衡； 当ΔG＞0时，反应不能自发进，必须“注入”能量才能进行。
化合物所含的自由能决定于化合物中所含基团的能量，一 般不稳定的、活泼的化学键具有高的自由能。
－0.32 －0.22
乙醛 / 乙醇 丙酮酸 / 乳酸
－0.197 －0.185
细胞色素box / 细胞色素bred 细胞色素cox / 细胞色素cred
细胞色素a3ox / 细胞色素a3red ½ O2 / H2O
+0.08 +0.235 +0.385 +0.816
3、高能磷酸化合物
最普遍的是ATP 。 ATP是能量的携带者，通过磷酸基团的传递而传 递能量。
通
最
初 还原态无机物 化能自养微生物 能
源
日光
光能营养微生物
用 能 源
（ATP）
生物氧化与燃烧的区别
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
第一节 代谢概论
一、代谢类型
代谢（metabolism）：
细胞内发生的各种化学反应的总称
4、同位素示踪法（isotopic tracer method）
常用的放射性同位素有 3H、14 C、32P、35 S、131I 优点： ①可以解决一些其他方法不能解决的难题。 ②具有高度灵敏性，可以测量极微量的物质，可以测到10-
16~10-14g物质。 ③在微生物生长期间进行连续追踪观察。
含同位素的化合物与不含同位素的同 一物质化学性质和生理功能完全相同
次级代谢：产物有色素、抗生素、毒素等
对于同一种物质来说，其分解代谢和合成代谢的途径并不是
可逆反应，而是通过不同的中间反应或不同的酶实现的。
A→B→C C → Bˊ → A
A E1 B E2 C
E1' E2 '
二、微生物代谢的研究方法
1、静息细胞法
静息细胞：收集菌体洗涤后悬浮在生理盐水中培 养呈饥饿状态的细胞，这是以整体细胞水平进行 的研究方法。
应用：研究微生物代谢过程呼吸、发酵、酶的活 性等。例如，测定大肠杆菌的呼吸作用及碘乙酸 对呼吸的影响。测定谷氨酸含量。
优点：操作简便，准确度高，所需材料少，应用 范围广泛。
3、酶抑制剂法（enzyme inhibitor） 酶的抑制剂可使代谢途径受到阻断，造成某一代谢中间
物的积累，从而可以推测代谢途径。
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
新陈代谢 ＝ 分解代谢 ＋ 合成代谢
一切生物，在其新陈代谢的本质上具有高度的 统一性和明显的多样性。
根据代谢过程中产生的代谢产物对生物体 的作用不同，可分为：
初级代谢:产物有氨基酸、糖、核苷酸、维生素等
氧化型
A
还原型
还原剂失掉电子的倾向（氧化剂得到电子的倾向） 称为氧化还原电势（oxidation-reduction potential）， 也称氧化还原电位（V）。
能斯特（Nernst）公式：
生物体内一些氧化还原体系的标准氧化还原电位
氧化还原体系 乙酸 / 乙醛
标准氧化还原 电位E0’（V） －0.58
－20.9
6-磷酸果糖 6-磷酸葡萄糖 1-磷酸甘油
－15.9 －13.8 －9.2
第二节 葡萄糖酵解途径
糖酵解（glycolysis）：生物体内葡萄糖被降解成 丙酮酸的过程。
EMP
五
HMP
种
途
ED
径
PK
WD HK
葡萄糖直接氧化
一、EMP途径（Embden-Meyerhof-Parnas pathway）
主要研究内容：判断代谢过程 ；发现新的生长素
不足之处：不能了解代谢途径和中间过程；误差 大，因有些物质不能透过细胞膜并不是不能参与 代谢。
克服方法：用无细胞制剂进行研究。
2、瓦勃氏呼吸仪法 原理：Boyles定律和Henry定律即气体定律。
测定时测定一定条件下反应中氧的吸收量或CO2的 放出量，还可测出它们的吸收或放出速度。
5、突变株的应用
营养缺陷型突变株：初级代谢物合成受阻
特异营养突变型：次级代谢物合成受阻
生长因子的微生物分析法：
利用营养缺陷型的生长量和其所必需的生长因 子的浓度在一定范围内呈正比的关系来测定的。
共合成法 ：
A
。
。
生 长 量
B
维生素浓度
三、生物力能学基本原理
1、自由能（free energy） 凡是能够用于做功的能量称为自由能，总能量中只有一
在化学反应中：
ΔG ＝ΔG0 ＋ RT lnKeq ΔG0= - RTlnKeq
ΔG ' ＝ΔG0'＋ RT lnKeq △G的单位以焦耳/摩尔（J/mol）或千焦耳/摩尔（kJ/mol）表示
ΔG 0：标准自由能变化 ΔG0 ' ：pH＝7.0时的标准自由能变化
2、氧化还原电位 氧化还原反应 ： A++ne
能量货币
一些磷酸化合物水解的标准自由能值
化合物 磷酸烯醇式丙酮酸
△G0'（ kJ/mol）
－61.9
氨甲酰磷酸
－51.5
1，3-二磷酸甘油酸 －49.3
磷酸肌酸
－43.1
乙酰磷酸
－42.3
磷酸精氨酸
－32.2
化合物
腺苷三磷酸（ ATP→ADT+Pi） 1-磷酸葡萄糖
△G0'（ kJ/mol） －30.5
生物氧化（biological oxidation）：
发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。
微生物直接利用
生物 氧化
能量 储存在高能化合物（如ATP）中
以热的形式被释放到环境中
自养微生物利用无机物 异养微生物利用有机物
一切生命活动都是耗能反应，
能量代谢是新陈代谢中的核心问题。
化能异养微生物
有机物
又称己糖二磷酸途径
概述：大多数生物的主流代谢途径。它以1分子葡萄糖为底物 ，经过10 步反应而产生2分子丙酮酸、2分子NADH+H+和2 分子ATP的过程。2阶段、3种产物和10 个反应。
氧化还原体系 草酰乙酸 / 苹果酸
标准氧化还原 电位E0’（V） －0.165
3－磷酸甘油酸 / 3－磷酸甘油醛
乙酰CoA/丙酮酸
－0.55 －0.48
延胡索酸 / 琥珀酸 +0.031
CoQ / CoQH2
+0.035
2H+ / H2
－0.42
NAD+ / NADH + H+ FMN / FMNH2
部分能转化为功即表现为自由能 。 在生物体中通过化学反应放出自由能可供机体利用， A+B→C+D+能
当ΔG＜0时，反应能自发进行，并能放出能量； 当ΔG＝0时，反应达到平衡； 当ΔG＞0时，反应不能自发进，必须“注入”能量才能进行。
化合物所含的自由能决定于化合物中所含基团的能量，一 般不稳定的、活泼的化学键具有高的自由能。
－0.32 －0.22
乙醛 / 乙醇 丙酮酸 / 乳酸
－0.197 －0.185
细胞色素box / 细胞色素bred 细胞色素cox / 细胞色素cred
细胞色素a3ox / 细胞色素a3red ½ O2 / H2O
+0.08 +0.235 +0.385 +0.816
3、高能磷酸化合物
最普遍的是ATP 。 ATP是能量的携带者，通过磷酸基团的传递而传 递能量。