第四节--微生物的酶和呼吸-食品微生物ppt课件

第四节第四节 微生物的酶和呼吸微生物的酶和呼吸一、微生物的酶系统一、微生物的酶系统 微微生生物物生生命命活活动动中中无无论论同同化化作作用用还还是是异异化化作作用用都都是是细细胞胞内内进进行行的的一一系系列列的的生生物物化化学学反反应应，而而这这些些生生化化反反应应绝绝大大多多数数是是在在特特定定酶酶的的参参与与下下进进行行的的，酶酶推推动动着着微微生生物物体体内内代代谢谢的的进进行行。不不同同的的微微生生物物具具有有不不同同的的酶酶系系统统，因因此此在在微微生生物物体体内内就就会会产产生生不不同同的的生生化化反反应应，由由于于微微生生物物对对营营养养物物质质的的吸吸收收以以及及吸吸收收后后代代谢谢产产物物的的不不同同，从从而而表表现现出出微微生生物物某某些些生生理理生生化化特特性性的的不不同同。因因此此，微微生生物物的的一一切切生生命命活活动动取取决决于于酶酶，没没有有酶酶就就没没有有种种类类繁繁多多的的微微生生物物生生命命活活动动现现象象，也也就就没没有有微微生生物物。由由于于微微生生物物的的种种类类极极其其繁繁多多，几几乎乎所所有有天天然然生生物物的的酶酶类类，都都可可以以从从微微生生物物中中找找到到；微微生生物物生生长长繁繁殖殖快快，代代谢谢能能力力非非常常强强，这这些些特特点点都都为为微微生生物物在在工业酶制剂工业酶制剂生产上的利用提供了其它生物所不能比拟的优势。生产上的利用提供了其它生物所不能比拟的优势。第四节 微生物的酶和呼吸11.微生物酶的种类微生物酶的种类（1）产生条件分）产生条件分*固固有有酶酶 微微生生物物在在所所处处的的营营养养基基质质中中能能固固定定产产生生的的酶酶，不不论论营营养养基基质质中中有有无无该该酶酶的的作作用用底物存在，都不影响该种酶的产生。底物存在，都不影响该种酶的产生。*适适应应酶酶 又又称称诱诱导导酶酶，这这种种酶酶的的产产生生取取决决于于营营养养基基质质中中有有无无底底物物的的存存在在。有有底底物物存存在在时时，能能诱诱导导微微生生物物产产生生催催化化它它的的酶酶；底底物物不不存存在在时，则催化它的酶也不能产生。时，则催化它的酶也不能产生。1.微生物酶的种类2（2）按照催化反应的类型分）按照催化反应的类型分 氧化还原酶氧化还原酶、转移酶、转移酶、水解酶、水解酶、裂解酶、裂解酶、异构酶异构酶、合成酶、合成酶 等。等。（3）按照微生物酶存在和作用部位分）按照微生物酶存在和作用部位分*胞外酶胞外酶（exo-enzyme）胞外酶由微生物细胞胞外酶由微生物细胞产生后分泌到细胞外，在细胞外起催化作用。产生后分泌到细胞外，在细胞外起催化作用。胞外酶能分解环境中不能透过细胞膜的大分胞外酶能分解环境中不能透过细胞膜的大分子化合物，如淀粉、纤维素、蛋白质等，使子化合物，如淀粉、纤维素、蛋白质等，使其水解成简单的小分子物质后供微生物吸收。其水解成简单的小分子物质后供微生物吸收。胞外酶主要是水解酶类胞外酶主要是水解酶类，大多是在细胞质膜，大多是在细胞质膜上合成，然后释放到细胞外去的。上合成，然后释放到细胞外去的。（2）按照催化反应的类型分 3第四节-微生物的酶和呼吸-食品微生物ppt课件4第四节-微生物的酶和呼吸-食品微生物ppt课件5第四节-微生物的酶和呼吸-食品微生物ppt课件6第四节-微生物的酶和呼吸-食品微生物ppt课件7二、微生物的呼吸作用二、微生物的呼吸作用 微生物在生命活动中需要微生物在生命活动中需要能量能量，主要是，主要是通过通过生物氧化生物氧化而获得。所谓生物氧化就是指而获得。所谓生物氧化就是指细胞内代谢场所进行的氧化作用。它们在氧细胞内代谢场所进行的氧化作用。它们在氧化过程中能分段产生和释放大量的能量，并化过程中能分段产生和释放大量的能量，并以高能键形式储藏在以高能键形式储藏在ATP分子内，供需要时分子内，供需要时利用。利用。这个氧化过程就是呼吸作用。这个氧化过程就是呼吸作用。二、微生物的呼吸作用81.好（有）氧呼吸好（有）氧呼吸 以以分分子子氧氧作作为为最最终终电电子子受受体体的的生生物物氧氧化化过过程程，称称为为好好氧氧呼呼吸吸。许许多多异异养养微微生生物物在在有有氧氧条条件件下下，以以有有机机物物作作为为呼呼吸吸底底物物，通通过过呼呼吸吸而而获获得得能能量量。以以葡葡萄萄糖糖为为例例，通通过过EMP(糖糖酵酵解解）途途径径和和TCA（三三羧羧酸酸循循环环）被被彻彻底底氧氧化化成成二二氧氧化化碳碳和和水水，生生成成38个个ATP，化化学学反反应式为：应式为：C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi6CO2+6H2O+38ATP1.好（有）氧呼吸9第四节-微生物的酶和呼吸-食品微生物ppt课件102.厌氧呼吸厌氧呼吸 以无机氧化物作为最终电子受体的生物氧化以无机氧化物作为最终电子受体的生物氧化过程，称为厌氧呼吸。过程，称为厌氧呼吸。能起这种作用的化合物有能起这种作用的化合物有硫酸盐、硝酸盐和碳酸盐。这是少数微生物的呼硫酸盐、硝酸盐和碳酸盐。这是少数微生物的呼吸过程。例如脱氮小球菌将葡萄糖氧化成二氧化吸过程。例如脱氮小球菌将葡萄糖氧化成二氧化碳和水，而把硝酸盐还原成亚硝酸盐，反应式如碳和水，而把硝酸盐还原成亚硝酸盐，反应式如下：下：C6H12O6+12NO3-6CO2+6H2O+12NO2-+429000卡卡 2.厌氧呼吸11第四节-微生物的酶和呼吸-食品微生物ppt课件123.发酵作用发酵作用 如如果果电电子子供供体体是是有有机机化化合合物物，而而最最终终电电子子受受体体也也是是有有机机化化合合物物的的生生物物氧氧化化过过程程称称为为发发酵酵作作用用。在在发发酵酵过过程程中中，有有机机物物既既是是被被氧氧化化了了基基质质，又又是是最最终终的的电电子子受受体体，但但是是由由于于氧氧化化不不彻彻底底，所所以以产产能能比比较较少少。酵酵母母菌菌利利用用葡葡萄萄糖糖进进行行酒酒精精发发酵酵，只只释释放放54000卡卡热热量量，其其中中只只有有23000卡卡贮贮存存于于ATP中中，其其余余又又以以热热的的形形式式散散失，反应式如下：失，反应式如下：C6H12O6+2ADP+2Pi2C2H5OH+2CO2+2ATP3.发酵作用13第四节-微生物的酶和呼吸-食品微生物ppt课件14思考：微生物的呼吸作用的生理功能是什么思考：微生物的呼吸作用的生理功能是什么？思考：微生物的呼吸作用的生理功能是什么？15三、微生物的呼吸类型分类三、微生物的呼吸类型分类1.好氧微生物：主要进行有氧呼吸；好氧微生物：主要进行有氧呼吸；2.厌氧微生物：主要进行厌氧呼吸；厌氧微生物：主要进行厌氧呼吸；3.兼兼性厌性厌氧氧微生物：有氧时有氧呼吸，无氧微生物：有氧时有氧呼吸，无氧时厌氧呼吸或发酵；时厌氧呼吸或发酵；4.微氧微生物微氧微生物：进行低水平的有氧呼吸。进行低水平的有氧呼吸。三、微生物的呼吸类型分类16第六节第六节 微生物的分解代谢微生物的分解代谢一、糖的分解一、糖的分解 微微生生物物将将多多糖糖降降解解后后，单单糖糖代代谢谢的的主主要要途途 径径 有有：EMP途途 径径（Embden-Meverhef-Parnus Pathway），HMP途途 径径（Hexose-Mono-Phosphate Pathway），ED途途 径径（Entner-DoudorofPathway），Pk途途 径径（Phosphoketolase pathway），等四种。），等四种。第六节 微生物的分解代谢171.EMP途径途径l第一阶段可认为是不涉及氧化还原反应及能第一阶段可认为是不涉及氧化还原反应及能量释放的准备阶段，只是生成两分子的主要量释放的准备阶段，只是生成两分子的主要中间代谢产物：甘油醛中间代谢产物：甘油醛-3-磷酸。磷酸。l第二阶段发生氧化还原反应，合成第二阶段发生氧化还原反应，合成ATP并形并形成两分子的丙酮酸。总反应式为：成两分子的丙酮酸。总反应式为：C6H12O6+2NAD+2(ADP+Pi)2CH3COCOOH+2ATP+2NADH21.EMP途径182.HMP途径途径称磷酸戊糖途径，单磷酸己糖途径称磷酸戊糖途径，单磷酸己糖途径总反应式总反应式为为:C6H12O6+3H2O+ADP+Pi+6NADP+NAD3CO2+CH3COCOOH+ATP+6NADH2+NADH2 2.HMP途径193.ED途径途径 也称也称2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸葡萄糖酸途径。磷酸葡萄糖酸途径。总反应式：总反应式：C6H12O6ADP+Pi+NADP+NAD2 CH3COCOOH+ATP+NADPH2+NADH2 4.PK途径途径 也称磷酸解酮酶途径。也称磷酸解酮酶途径。3.ED途径20丙酮酸的去向丙酮酸的去向（1）在有氧条件下生成的丙酮酸可被进一）在有氧条件下生成的丙酮酸可被进一步代谢，进入三羧酸循环，氧化成二氧化碳步代谢，进入三羧酸循环，氧化成二氧化碳和水，放出大量能量。和水，放出大量能量。（2）在无氧条件下，不同的微生物分解丙）在无氧条件下，不同的微生物分解丙酮酸后会积累不同的代谢产物。主要途径有：酮酸后会积累不同的代谢产物。主要途径有：w乙醇发酵乙醇发酵；乳酸发酵；丙酸发酵；丁酸发；乳酸发酵；丙酸发酵；丁酸发酵；混合酸发酵等。酵；混合酸发酵等。丙酮酸的去向21二、蛋白质的分解二、蛋白质的分解1.蛋白质的分解蛋白质的分解蛋白质蛋白质-蛋蛋白酶白酶-多肽、氨基酸多肽、氨基酸2.氨基酸的分解氨基酸的分解（1）脱氨作用：氧化脱氨、还原脱氨、水）脱氨作用：氧化脱氨、还原脱氨、水解脱氨等。解脱氨等。（2）脱羧作用：有相应的氨基酸脱羧酶催）脱羧作用：有相应的氨基酸脱羧酶催化完成。化完成。3.氨基酸的转化氨基酸的转化二、蛋白质的分解22三、脂肪的分解三、脂肪的分解1.酯键的分解酯键的分解在脂肪酶的作用下水解成甘油和脂肪酸。在脂肪酶的作用下水解成甘油和脂肪酸。2.脂肪酸的分解脂肪酸的分解通过通过-氧化作用生成大量能量和乙酰辅酶氧化作用生成大量能量和乙酰辅酶-A，乙酰辅酶，乙酰辅酶-A进入三羧酸循环。进入三羧酸循环。（1）氧化形成二氧化碳和水，并生成能量。）氧化形成二氧化碳和水，并生成能量。（2）参与物质转化）参与物质转化 三、脂肪的分解23各种营养物质分解代谢的关系各种营养物质分解代谢的关系各种营养物质分解代谢的关系24思考：微生物分解代谢的生理功能是什么？思考：微生物分解代谢的生理功能是什么？思考：微生物分解代谢的生理功能是什么？25第七节第七节 微生物的合成代谢微生物的合成代谢一、微生物合成代谢的概念一、微生物合成代谢的概念 所谓合成代谢，所谓合成代谢，是指微生物利用能量将简是指微生物利用能量将简单的无机或有机的小分子前体物质同化成高分单的无机或有机的小分子前体物质同化成高分子物质，参与生化反应或作为细胞结构物质。子物质，参与生化反应或作为细胞结构物质。二、合成代谢的条件二、合成代谢的条件 微生物合成代谢时，必须具备三个条件，微生物合成代谢时，必须具备三个条件，那就是代谢那就是代谢能量、小分子能量、小分子前体物质和前体物质和还原剂还原剂,只有具备了这三个基本条件，合成代谢才能进只有具备了这三个基本条件，合成代谢才能进行。行。第七节 微生物的合成代谢26三、物质合成三、物质合成1.碳水化合物的合成碳水化合物的合成原料：单糖、有机酸、二氧化碳、醛、醇等；原料：单糖、有机酸、二氧化碳、醛、醇等；酶：聚合酶；酶：聚合酶；产物：淀粉、纤维素、肝糖、果胶物质等；产物：淀粉、纤维素、肝糖、果胶物质等；去向：构成细胞、贮藏物质、特殊结构（荚去向：构成细胞、贮藏物质、特殊结构（荚膜）等。膜）等。三、物质合成272.脂类物质的合成脂类物质的合成原料：有机酸或无机酸、醇类；原料：有机酸或无机酸、醇类；酶：转酰酶、缩合酶、还原酶等；酶：转酰酶、缩合酶、还原酶等；产物：磷脂、脂肪、蜡质等；产物：磷脂、脂肪、蜡质等；去向：构成细胞（脂蛋白）、贮藏（油滴）。去向：构成细胞（脂蛋白）、贮藏（油滴）。2.脂类物质的合成283.氨基酸和蛋白质的合成氨基酸和蛋白质的合成原料：氮素营养；原料：氮素营养；酶：转氨酶、转酰酶、缩合酶等；酶：转氨酶、转酰酶、缩合酶等；产物：合成氨基酸后，按遗传信息合成蛋白产物：合成氨基酸后，按遗传信息合成蛋白质。质。去向：结构组成、形成功能蛋白（酶、毒素去向：结构组成、形成功能蛋白（酶、毒素等）等）3.氨基酸和蛋白质的合成294.核酸的合成核酸的合成原料：核糖、核酸；原料：核糖、核酸；酶：聚合酶、连接酶、解旋酶等。酶：聚合酶、连接酶、解旋酶等。产物：核糖核酸、脱氧核糖核酸；产物：核糖核酸、脱氧核糖核酸；去向：构成遗传物质。去向：构成遗传物质。4.核酸的合成305.次生代谢产物次生代谢产物（1）什么是次生代谢产物）什么是次生代谢产物 微生物合成代谢过程中，由非正常代谢微生物合成代谢过程中，由非正常代谢产生，积累于细胞内，独立于细胞结构之外，产生，积累于细胞内，独立于细胞结构之外，非生活必需的物质。由于这些产物往往是在非生活必需的物质。由于这些产物往往是在生长停止后才开始合成，所以常称为次生代生长停止后才开始合成，所以常称为次生代谢产物。谢产物。（2）种类）种类抗生素、生长刺激素、毒素、色素等。抗生素、生长刺激素、毒素、色素等。5.次生代谢产物31思考：微生物合成代谢的生理功能是什么？思考：微生物合成代谢的生理功能是什么？思考：微生物合成代谢的生理功能是什么？32四、分解代谢和合成代谢的关系四、分解代谢和合成代谢的关系 发酵工业，涉及最多的是化能异养型微发酵工业，涉及最多的是化能异养型微生物。这些微生物生物。这些微生物合成代谢合成代谢所需要的代谢能所需要的代谢能量、小分子前体物质和还原剂都是从复杂的量、小分子前体物质和还原剂都是从复杂的有机物中获得。获得代谢能量、小分子前体有机物中获得。获得代谢能量、小分子前体物质和还原剂的过程也是微生物对吸收的营物质和还原剂的过程也是微生物对吸收的营养物质的养物质的分解代谢的分解代谢的过程，所以，分解代谢过程，所以，分解代谢和合成代谢是不能分开的，两者在生物体内和合成代谢是不能分开的，两者在生物体内是有条不紊的平衡过程。是有条不紊的平衡过程。四、分解代谢和合成代谢的关系 33第四节-微生物的酶和呼吸-食品微生物ppt课件34