第五章微生物的新陈代谢_微生物学

生 脱氢（或电子） 物
氧 化 递氢（或电子）
的
过 程
受氢（或电子）
生 产能（ATP） 物
氧
化 产还原力［H］
的
生 呼吸
功
物
能 产小分子中间代谢物 氧
化 无氧呼吸
的
类 型 发酵
（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，它在脱氢
阶段主要可通过4条途径完成其脱氢反应，并伴随
还原力[H]和能量的产生。
底 EMP途径 物
脱 氢 HMP途径
的
四
ED途径
条
途
径 TCA循环
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（二）递氢和受氢
贮存在生物体内葡萄糖等有机物中的化学能，经上
述的4条途径脱氢后，经过呼吸链（或称电子传递链） 等方式传递，最终与氧、无机或有机氧化物等氢受体
（hydrogen acceptor或receptor）相结合而释放出其中 的能量。
（2）微生物的发酵类型
不同的微生物通过发酵作用，积累的代谢产物是 不一样的。根据主要代谢产物将微生物发酵分为以下 几个类型。
⑤ 丁二醇发酵
① 乙醇发酵 ② 乳酸发酵 ③ 丙酸发酵 ④ 混合酸发酵
⑥ 丁酸型发酵
① 乙醇发酵
酒精发酵是最古老的一种发酵，它在化工、 医药及食品行业的用途广泛。
酵母菌的第一型发酵
② 在能量代谢和代谢调节中起作用的各种物质， 例如ATP。
次级代谢：微生物在一定的生长时期（一般是稳
定生长时期），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功能的物质的过程。
次级代谢并不普遍存在于生物界，也不存在于整 个生长时期，即次级代谢并非生命活动所必须的。但
次级代谢产物对人类是很重要的，例如抗生素、
生长刺激素、色素、生物碱等。
第一节 微生物的能量代谢
一切生命活动都是耗能反应，
能量代谢就成了新陈代谢中的核心问题。
研究能量代谢的根本目的，是追踪生物体如何把外界环
境中的多种形式的最初能源（primary energy sources） 转换成对一切生命活动都能利用的通用能源（universal
energy source）------ATP。
根据递氢特点尤其是氢受体性质的不同，可把 生物氧化区分成3种类型 。
无氧呼吸
生 呼吸
物
有氧呼吸
氧
化 发酵
1. 呼吸作用（respiration）
微生物在降解底物的过程中，将释放出的电子交给 NAD（P）+、FAD或FMN等电子载体，再经电子传递 系统传给外源电子受体，从而生成水或其它还原型产物 并释放出能量的过程，称为呼吸作用。
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2. 发酵（fermentation）
（1）定义
广义的发酵
泛指任何利用好氧或厌氧微生物来生产有用 代谢产物或食品、饮料的一类生产方式。
狭义的发酵
指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，即：
有氧呼吸（aerobic respiration）： 以分子氧作为最终电子受体
无氧呼吸（anaerobic respiration）： 以氧化型化合物作为最终电子受体
（1）好氧呼吸（aerobic respiration）
是一种最普遍又最重要的生物氧化或产能方式，其特 点是底物按常规方式脱氢后，脱下的氢（常以还原力[H]
这是一类在无氧条件下进行的、产能效率较低 的特殊呼吸。
根据呼吸链末端氢受体的不同，可把无氧呼吸 分为下列几种类型：
① 硝酸盐呼吸（nitrate respiration）又称反硝化 作用（denitrification） ② 硫酸盐呼吸（sulfate respiration） ③ 硫呼吸（sulphur respiration） ④ 铁呼吸（iron respiration） ⑤ 碳酸盐呼吸（carbonate respiration） ⑥ 延胡索酸呼吸（fumarate respiration）
第六章 微生物的新陈代谢
新陈代谢（metabolism）简称代谢，是推动生物一 切生命活动的动力源，通常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，即：
新陈代谢 ＝ 分解代谢 ＋ 合成代谢
分解代谢又称异化作用，是指复杂的有机
物分子通过分解代谢酶系的催化产生简单分子、 能量（一般以腺苷三磷酸即ATP形式存在）和还原 力（reducing power，或称还原当量，一般用[H] 来表示）的作用。
合成代谢又称同化作用，是指在合成酶系
的催化下，由简单分子、 ATP形式的能量和还原力 一起，共同合成复杂的生物大分子的过程。
复杂分子
（有机物）
分解代谢 合成代谢
简单小分子 ATP [H]
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：
酵母菌只有在pH3.5～4.5（弱酸性）和厌氧
条件下才能进行正常的酒精发酵，称之为酵母菌 的第一型发酵。
化能异养微生物
最
有机物
初 还原态无机物 化能自养微生物
通 用 能
能
源
日光
光能营养微生物
源
（ATP）
一、化能异养微生物的生物氧化和产能
生物氧化（biological oxidation）：
就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。
生物氧化与燃烧的比较
生 某物质与氧结合 物
氧ຫໍສະໝຸດ Baidu
化 脱氢 的
形 式 失去电子
初级代谢
次级代谢
初级代谢：把营养物质转变成细胞的结构物质，
或对机体具生理活性的物质，或为机体生长提供能量 的物质的一类代谢类型。
初级代谢对生命活动是必须的，它存在于一切生物体内。
初级代谢的产物称为初级代谢产物，具体包括：
① 供机体进行生物合成的各种小分子前体物、 单体和多聚体物质，例如丙酮酸、各种氨基酸、 核苷酸等。
形式存在）经完整的呼吸链传递，最终被外源分子氧接
受，产生了水并释放出ATP形式的能量。
这是一种递氢和受氢都必须在有氧条件下完成 的生物氧化作用，是一种高效产能方式。
（2）无氧呼吸（anaerobic respiration）
又称厌氧呼吸，是一类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。 特点是底物按常规途径脱氢后，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。