第六章微生物代谢课件

第六章微生物的代谢和发酵 新陈代谢新陈代谢=分解代谢分解代谢+合成代谢合成代谢 分解代谢酶系分解代谢酶系合成代谢酶系合成代谢酶系(有机物有机物)复杂分子复杂分子 简单分子简单分子+ATP+HATP+H 第一节 微生物的能量代谢 有机物最初能源最初能源 日 光 通用能源通用能源 还原态无机物化能异养菌光能营养菌化能自养菌(ATP)ATP)相当于货币、电力一样一一 化能异养菌的生物氧化化能异养菌的生物氧化 1 1 生物氧化：生物氧化：l三个形式三个形式(被氧化的形式被氧化的形式)2 2 生物氧化的生物氧化的“三、三三、三”与氧化合与氧化合失去电子失去电子脱氢脱氢基质底物脱氢基质底物脱氢递氢递氢受体受氢受体受氢产能产能产产 HH产小分子中间代谢物产小分子中间代谢物H H2 2+1/2 O+1/2 O2 2 H H2 2O OCHCH3 3CHOHCOOH CHCHOHCOOH CH3 3COCOOH+2HCOCOOH+2H+2e+2eFeFe2+2+Fe Fe3+3+e+el三个阶段三个阶段(形成能量阶段形成能量阶段)l三个产物三个产物(生物氧化功能生物氧化功能)生物合成三要素生物合成三要素3 异养微生物的产能代谢(从阶段上看)(1)EMP途径途径l根据主要代谢产物的不同，将微生物通过根据主要代谢产物的不同，将微生物通过EMPEMP途径发酵分为下列六种类型途径发酵分为下列六种类型 酵母的乙醇发酵 同型乳酸发酵 丙酸发酵 丁二醇发酵 混合酸发酵 丁酸发酵 丁酸型发酵 丙酮-丁醇发酵 丁醇-异丙酮发酵l l 丙酮酸的主要去路丙酮酸的主要去路厌氧：乙醇发酵、乳酸发酵有氧：2分子丙酮酸加入三羧酸循环(2)HMP途径途径可分为两个阶段：可分为两个阶段：l葡萄糖经磷酸化脱氢、脱羧，形成五碳糖l五碳糖经转酮、转醛作用重新合成六碳糖戊糖磷酸支路的生物学意义戊糖磷酸支路的生物学意义l是直接由葡萄糖起始的、完整的、可单独进行的途径，可以和EMP途径相互补充，增加机体的适应能力。l经此途径，糖被彻底分解，故可与三羧酸循环等氧化途径相配合。l是还原辅酶II(NADPH2)的提供者，还原型辅酶II是许多生化反应所必不可少的。l它的产物是许多重要合成的必要底物。(3)3)EDED途径途径途径途径是少数缺乏完整EMP途径的微生物的替代途径。Enter-Doudoroff途径2-keto-3-deoxy-8-phosphe-gluconic acid2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸裂解途径(KDPG途径)特点特点代谢速度快转化率高菌体生存少发酵温度高三羧酸循环(二)递氢和受氢“氢传递”实质上是电子转移。H=H+e-H+被释放在细胞液中。呼吸作用有机物 CO2O2(外在电子受体存在)(气态氧被还原为水)碳流电子流 发酵作用有机物 发酵产物(如乙醇、乳酸等)内部氧化还原作用(无外在电子受体存在)(只有一小部分力量放出水)碳流电子流 无氧呼吸作用有机物 CO2氧化态NO3-、SO42-、CO32-(还原为NO2-、SO32-、CH4)碳流电子流1 呼吸呼吸l在生物氧化时以分子氧为最终电子受体。l细菌呼吸链特点K组分在膜上K由一系列氧还电位不同的运转体按顺序组成K电子由低电位向高电位流动K与氧化磷酸化偶联，产ATPK氧化载体的取代性强K氧化载体可增可减K有分支呼吸链的存在 有机物 CO2O2(外在电子受体存在)(气态氧被还原为水)碳流电子流2 无氧呼吸无氧呼吸l在生物氧化时呼吸链末端的最终电子受体为无机氧化物。有机物 CO2氧化态NO3-、SO42-、CO32-(还原为NO2-、SO32-、CH4)碳流电子流3 发酵作用发酵作用有机物 发酵产物(如乙醇、乳酸等)内部氧化还原作用(无外在电子受体存在)(只有一小部分力量放出水)碳流电子流l微生物以有机物为基质，以有机物为最终电子受体的生物氧化过程。狭义广义廉价的原料 有用的代谢产物有O2、无O2有益微生物l根据主要代谢产物的不同，将微生物通过根据主要代谢产物的不同，将微生物通过EMPEMP途径发酵分为下列六种类型途径发酵分为下列六种类型 酵母的乙醇发酵 同型乳酸发酵 丙酸发酵 丁二醇发酵 混合酸发酵 丁酸发酵 丁酸型发酵 丙酮-丁醇发酵 丁醇-异丙酮发酵二化能自养菌的生物氧化1 氢细菌l是依靠H2的氧化获得能量，以CO2为碳源的自养菌。l氢细菌利用氢化酶氧化分子氢，产生生物合成所需要的能量。2 硝化细菌l亚硝酸细菌亚硝酸细菌亚硝酸细菌：NH3 NO2-硝酸细菌:NO2-NO3-硝酸细菌硝酸细菌3 硫细菌包括光能自养硫细菌和化能自养硫细菌氧化磷酸化底物磷酸化三 细菌的光合作用l能量来源：光能 ATP 细菌叶绿素 (光合细菌)l光合色素：叶绿素 (蓝细菌)细菌视紫质 (盐细菌)l光合磷酸化：由光能引起叶绿素分子逐出电子，并通过电子传递来产生ATP的方式。l类型光合色素环式光合磷酸化非环式光合磷酸化(一)生物氧化和产能1 环式光合磷酸化还原力怎么解决？2 非环式光合磷酸化还原力来自于水的光解3 嗜盐菌紫膜的光合作用1 Calvin循环l羧化反应l还原反应lCO2受体的再生(二)自养生物CO2的固定2 乙酰-辅酶A途径3 还原性TCA循环途径四 微生物独特合成途径举例1 1 定义：定义：N2+6H 2NH3生物固氮生物固氮固氮生物 Mg2+ATP2 2 固氮生物的种类固氮生物的种类 (1)自生固氮菌：能独立进行固氮的微生物 (2)共生固氮菌：与它种生物共生时才能固氮的微生物 (3)联合固氮菌：必须生活在植物跟际、叶面或动物肠道等处才能固氮的微生物 从固氮生物在分类上高度分散来推断，固氮从固氮生物在分类上高度分散来推断，固氮作用应是原始生物的基本代谢之一作用应是原始生物的基本代谢之一3 3 固氮生物的生化机制固氮生物的生化机制(1)(1)固氮的必要条件固氮的必要条件lATP供应l还原力及其载体l固氮酶l还原底物N2l镁离子l严格的厌氧微环境(2)(2)固氮酶固氮酶(3)(3)固氮酶活力测定固氮酶活力测定定氮法 同位素法 乙炔法(1965年)HC CH H2C CH2(4)(4)固氮的生化机制固氮的生化机制固氮酶H23 3 固氮菌中对固氮酶的保护固氮菌中对固氮酶的保护(1)自生固氮菌的保护l呼吸保护作用l构象保护作用(2)蓝细菌固氮酶的保护l还原性异形胞l时空分隔、束状群体、微氧环境等等(3)根瘤菌的抗氧保护l豆血红蛋白