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第六章微生物的新陈代谢本章目录第一节微生物代谢的基本知识第二节微生物代谢的调节第一节微生物代谢的基本知识回本章目录第一节代谢概论代谢（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)复杂分子(有机物)分解代谢合成代谢简单小分子ATP[H]回本章目录二、微生物的能量代谢生物体内一切通过氧化作用释放能量的反应称为生物氧化。整个生物氧化反应共分为三个环节：脱氢、递氢和受氢。回本章目录（一）微生物的生物氧化类型生物氧化作用是在微生物细胞内酶的催化下，完成营养物质氧化的过程，也是生物体新陈代谢的重要基本反应。回本章目录1.发酵作用电子供体是有机化合物，而最终电子受体也是有机化合物的生物氧化过程。不彻底氧化，放能最少。回本章目录2.好氧呼吸以分子态的氧作为最终电子受体的生物氧化过程。彻底氧化，放能最多。3厌氧呼吸在无氧的条件下，微生物以无机氧化物或无机物作为最终电子受体的生物氧化过程。不需要氧气，放能多。二、异养微生物的生物氧化1.发酵(fermentation)发酵的种类有很多，可发酵的底物有碳水化合物、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解（glycolysis）,糖酵解是发酵的基础,主要有四种途径：EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。第二节微生物产能代谢二、异养微生物的生物氧化生物氧化反应发酵呼吸有氧呼吸厌氧呼吸有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物,同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。有机化合物只是部分地被氧化,因此,只释放出一小部分的能量。发酵过程的氧化是与有机物的还原偶联在一起的.被还原的有机物来自于初始发酵的分解代谢,即不需要外界提供电子受体。1.发酵二、异养微生物的生物氧化(1)有氧呼吸葡萄糖糖酵解作用丙酮酸发酵有氧无氧各种发酵产物三羧酸循环被彻底氧化生成CO2和水,释放大量能量.二、异养微生物的生物氧化呼吸作用与发酵作用的根本区别：电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体。二、异养微生物的生物氧化有氧呼吸：电子传递链氧分子最终电子受体2.呼吸作用（2）无氧呼吸某些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸；无氧呼吸的最终电子受体不是氧,而是NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、CO2等无机物,或延胡索酸（fumarate）等有机物.无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体,并在能量分级释放过程中伴随有磷酸化作用,也能产生较多的能量用于生命活动。由于部分能量随电子转移传给最终电子受体,所以生成的能量不如有氧呼吸产生的多.能进行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸还盐原细菌,主要生活在土壤和水环境中,如假单胞菌、依氏螺菌、脱氮小球菌等。2.呼吸作用（2）无氧呼吸有关“鬼火”的生物学解释在无氧条件下,某些微生物在没有氧、氮或硫作为呼吸作用的最终电子受体时,可以磷酸盐代替,其结果是生成磷化氢(PH3),一种易燃气体.当有机物腐败变质时,经常会发生这种情况.若埋葬尸体的坟墓封口不严时,这种气体就很易逸出.农村的墓地通常位于山坡上,埋葬着大量尸体.在夜晚,气体燃烧会发出绿幽幽的光.长期以来人们无法正确地解释这种现象,将其称之为“鬼火”.微生物类型是否需氧生物氧化类型实例好氧微生物aerobe是有氧呼吸多数细菌全部的霉菌厌氧微生物anaerobe否无氧呼吸或发酵作用肉毒梭菌破伤风梭菌兼性厌氧微生物facultativeaerobe兼性有氧呼吸和无氧呼吸或有氧呼吸和发酵作用酵母菌回本章目录（二）生物氧化链回本章目录1.概念微生物从呼吸底物脱下氢和电子向最终受氢（电子）体转移的过程中，要经过一系列的中间传递体，而这些中间传递体按一定的顺序排列成链，按顺序将氢和电子转移，最终将电子传给氢，这种“链”称为呼吸链，也称为生物氧化链。回本章目录2.组成脱氢酶、辅酶Q（CoQ）、细胞色素（三）ATP的生成ATP是生物体内能量的主要传递者ATP的生成需要能量，这些能量来自光能及化学能。由光能生成ATP的过程称为光和磷酸化；以化学能生成ATP的过程称为氧化磷酸化。回本章目录ATP末端磷酸基团水解时,释放出的能量是30.54kJ/mol,氧化磷酸化可分为：底物磷酸化；电子传递磷酸化回本章目录四．能量转换第二节微生物产能代谢1、底物磷酸化(substratephosphorylation)物质在生物氧化过程中,常生成一些含有高能键的化合物,而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成。四．能量转换第二节微生物产能代谢2、光合磷酸化（photophosphorylation）光能转变为化学能的过程：当一个叶绿素分子吸收光量子时,叶绿素性质上即被激活,导致其释放一个电子而被氧化,释放出的电子在电子传递系统中的传递过程中逐步释放能量,这就是光合磷酸化的基本动力。光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是通过电子传递系统产生ATP三、微生物的分解代谢1.蛋白质的分解2.氨基酸的分解（1）脱氨作用（2）脱羧作用回本章目录氧化脱氨还原脱氨直接脱氨脱水脱氨水解脱氨氧化还原偶联脱氨（二）糖类物质的分解代谢1.多糖的分解（1）淀粉的分解（2）纤维素的分解2.单糖的利用（1）单糖的微生物有氧降解①EMP途径②HMP途径回本章目录α-淀粉酶（液化酶）水解产物为糊精β-淀粉酶（糖化酶）水解产物为麦芽糖回本章目录TCA循环回本章目录（2）无氧酵解酒精发酵甘油发酵乳酸发酵回本章目录（三）脂肪和脂肪酸的分解四、微生物的合成代谢回本章目录回本章目录（一）糖类的合成回本章目录（二）氨基酸的合成回本章目录第二节微生物代谢的调节回本章目录一、微生物代谢调节的概念与内涵微生物代谢调节是指对微生物自身各种代谢途径方向的控制和代谢反应速度的调节。代谢反应方向的控制是控制代谢走何种途径，即解决代谢何种产物的问题。代谢反应速度的调节是控制代谢反应快慢，即解决代谢多少产物的问题。回本章目录二、酶的活性调节酶活性调节是指对一定数量已存在的酶分子，通过对其分子构象或结构的改变来调节其催化的生物化学反应速率，这种调节能够最大限度的使微生物细胞对周围环境变化作出快速反应。回本章目录（一）反馈调节一个代谢反应的终产物（或某些中间产物）对生化反应关键酶的影响，包括反馈抑制和反馈阻遏两者的区别在于：反馈阻遏是转录水平的调节，产生效应慢，反馈抑制是酶活性水平调节，产生效应快。此外，前者的作用往往会影响催化一系反应的多个酶，而后者往往只对是一系列反应中的第一个酶起作用。回本章目录（二）分支合成途径调节1.同工酶2.协同反馈抑制3.积累反馈抑制4.顺序反馈抑制酶活性的调节回本章目录三、酶的合成调节依据微生物生长繁殖的需要可以将各种酶划分为两类，即组成酶和诱导酶。组成酶也称为结构酶，是微生物细胞固有的酶类，其生成受菌体固有酶的合成机构所控制。诱导酶则指酶的生成需要某些物质的诱导。回本章目录（一）诱导酶的酶量调节回本章目录（二）分解代谢产物的阻遏两种调节的对比酶合成的调节酶活性的调节不同点调节对象通过酶量的变化控制代谢速率控制酶活性，不涉及酶量变化调节效果相对缓慢快速、精细调节机制基因水平调节，调节控制酶合成代谢调节，它调节酶活性相同点细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确控制代谢的正常进行。回本章目录四、微生物代谢的控制回本章目录突破微生物的自我代谢调节机制，使代谢产物积累的有效措施有三种：1.应用营养缺陷型菌株，利用其合成代谢途径中某一步发生的缺陷，解除反馈调节作用，从而使产物大量积累。2.选育抗反馈调节的突变菌株，使其不再受正常反馈调节的影响，最终达到产物积累的目的。3.改变细胞膜的通透性，使最终代谢产物不能在细胞内大量积累达到引起反馈调节的浓度，从而达到解除反馈调节的目的。回本章目录天冬氨酸例人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸黄色短杆菌的代谢过程甲硫氨酸苏氨酸赖氨酸中间产物Ⅰ天冬氨酸激酶中间产物Ⅱ抑制高丝氨酸高丝氨酸脱氢酶回本章目录天冬氨酸人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸中间产物Ⅰ天冬氨酸激酶中间产物Ⅱ甲硫氨酸苏氨酸高丝氨酸高丝氨酸脱氢酶不能合成可以大量积累赖氨酸人工诱变的菌种不能产生回本章目录