第五章微生物的代谢课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三节 微生物独特合成代谢途径举例,一、自养微生物的,CO,2,固定,二、生物固氮,三、微生物结构大分子,肽聚糖的生物合成,四、微生物次生代谢物的合成,第三节 微生物独特合成代谢途径举例 一、自养微生物的C,1,第三节 微生物独特合成代谢途径举例,一、自养微生物的,CO,2,固定,Calvin,循环,厌氧乙酰,-CoA,途径,逆向,TCA,循环途径,羟基丙酸途径,第三节 微生物独特合成代谢途径举例 一、自养微生物的C,2,一、自养微生物的,CO,2,固定,Calvin,循环,（,P131,图,5-30,）,自养生物固定,CO,2,的主要途径,羧化反应,还原反应,CO,2,受体,再生,一、自养微生物的CO2固定羧化反应 还原反应 CO2,3,一、自养微生物的,CO,2,固定,厌氧乙酰,-CoA,途径,/,活性乙酸途径,CO,2,固定非循环式,化能自养细菌,产乙酸菌、硫酸盐还原菌、产甲烷菌等,一、自养微生物的CO2固定,4,第五章微生物的代谢课件,5,一、自养微生物的,CO,2,固定,逆向,TCA,循环途径,绿色硫细菌,CO,2,受体：草酰乙酸,一、自养微生物的CO2固定,6,一、自养微生物的,CO,2,固定,羟基丙酸途径,少数绿色硫细菌,电子供体：,H,2,、,H,2,S,2CO,2,+4,H,+3ATP,草酰乙酸,一、自养微生物的CO2固定,7,第二节 微生物独特的合成代谢途径,二、生物固氮,生物固氮：,微生物将分子氮还原为氨的过程,N,2,NH,3,Microbe,第二节 微生物独特的合成代谢途径二、生物固氮 生物固氮：,8,第二节 微生物独特的合成代谢途径,二、生物固氮,（一）固氮微生物,（二）固氮的生化机制,（三）好氧菌固氮酶避氧害机制,第二节 微生物独特的合成代谢途径二、生物固氮（一）固氮,9,第二节 微生物独特的合成代谢途径,二、生物固氮,（一）固氮微生物,分类根据：固氮微生物,与高等植物以及其他生物的关系,自生固氮菌,共 生固氮菌,联合固氮菌,近,80,多个属,第二节 微生物独特的合成代谢途径二、生物固氮（一）固氮微,10,1.,自生固氮菌,不依赖与它种生物共生,能独立进行固氮,自生固氮菌,好氧：固氮菌属、氧化亚铁硫杆菌属、蓝细菌等,兼性厌氧：克雷伯氏菌属、红螺菌属等,厌氧：巴氏梭菌、着色菌属、縁假单脃菌属等,1.自生固氮菌不依赖与它种生物共生自生固氮菌好氧：固氮菌属,11,2.,共生固氮菌,必须与它种生物共生在一起,才能进行固氮,共生固氮菌,非豆科：弗兰克氏菌属等,满江红：满江红鱼腥 蓝细菌等,根瘤,豆科植物：根瘤菌属等,植物,地衣：鱼腥蓝细菌属等,2.共生固氮菌必须与它种生物共生在一起共生固氮菌非豆科：弗,12,必须生活在,植物根际、叶面或动物肠道等处,才能进行固氮,联合固氮菌,根际,：生脂固氮 螺菌芽胞杆菌属等,叶面,：克雷伯氏菌属、固氮菌属等,动物肠道,：肠杆菌属、克雷伯氏菌属等,必须生活在联合固氮菌根际：生脂固氮 螺菌芽胞杆菌属等叶面,13,（二）固氮的生化机制,生物固氮反应的,6,要素,测定固氮酶活力的乙炔还原法,固氮的生化途径,固氮酶的产氢反应,（二）固氮的生化机制 生物固氮反应的6要素,14,（二）固氮的生化机制,生物固氮反应的,6,要素,ATP,的供应,还原力,H,及其传递载体,固氮酶,镁离子,严格的厌氧微环境,还原底物,-N2,（二）固氮的生化机制 生物固氮反应的6要素ATP的供应 还原,15,（二）固氮的生化机制,生物固氮反应的,6,要素,固氮酶,固二氮酶,固二氮酶还原酶,替补固氮酶：,P135,图,5-5,如何测定固氮酶的活性呢？,（二）固氮的生化机制 生物固氮反应的6要素固氮酶 固二氮酶,16,（二）固氮的生化机制,2.,测定固氮酶活力的乙炔还原法,微量克氏定氮法,同位素法,乙炔还原法,（二）固氮的生化机制 2.测定固氮酶活力的乙炔还原法微量克,17,（二）固氮的生化机制,2.,测定固氮酶活力的,乙炔还原法,N,2,NH,3,C,2,H,2,C,2,H,4,优点：,灵敏度高,设备较简单,成本低廉,操作方便,固氮酶,固氮酶,（二）固氮的生化机制 2.测定固氮酶活力的乙炔还原法N2,18,（二）固氮的生化机制,3.,固氮的生化途径,参见,P136,图,5-34,（二）固氮的生化机制 3.固氮的生化途径参见P136 图,19,（二）固氮的生化机制,3.,固氮的生化途径,NH,4,+,相应的氨基酸,a-,酮酸,（二）固氮的生化机制 3.固氮的生化途径NH4,20,（二）固氮的生化机制,4.,固氮酶的产氢反应,2H,+,+2e H,2,固氮酶,N,2,NH,3,多数固氮菌：氢化酶,固氮酶,（二）固氮的生化机制 4.固氮酶的产氢反应2H+2e,21,1.,好氧性自生固氮菌的抗氧保护机制,（三）好氧菌固氮酶避氧害机制,（,1,）呼吸保护,（,2,）构象保护,1.好氧性自生固氮菌的抗氧保护机制（三）好氧菌固氮酶避氧,22,（三）好氧菌固氮酶避氧害机制,2.,蓝细菌固氮酶的抗氧保护机制,（,1,）分化出特殊的还原性异形胞,（,2,）非异形胞蓝细菌固氮酶的保护,（三）好氧菌固氮酶避氧害机制2.蓝细菌固氮酶的抗氧保护机,23,项圈藻,Anabeana,是鱼腥藻属,一种能固氮的菌。,表面部透明的小细胞（右数第三个）是异型胞。,这个异型胞能固氮。,左边又大又亮的细胞静息孢子。,项圈藻 Anabeana是鱼腥藻属,一种能固氮的菌。,24,（三）好氧菌固氮酶避氧害机制,3.,豆科植物根瘤菌固氮酶的抗氧保护机制,微好氧条件下，固氮,根瘤菌,根毛,皮层,类菌体,类菌体周膜,（豆血红蛋白）,（三）好氧菌固氮酶避氧害机制3.豆科植物根瘤菌固氮酶的抗,25,第三节 微生物独特合成代谢途径举例,三、微生物结构大分子,肽聚糖的生物合成,大数原核生物细胞壁含有,在细菌的生命活动中有着重要的功能,许多重要抗生素作用的物质基础,第三节 微生物独特合成代谢途径举例三、微生物结构大分子,26,二、肽聚糖的生物合成,二、肽聚糖的生物合成,27,（一）在细胞质中的合成,（一）在细胞质中的合成,28,2.,由,N-,乙酰胞壁酸合成“,Park”,核苷酸,2.由N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸,29,2.在细胞膜中的合成,2.在细胞膜中的合成,30,3.在细胞膜外的合成,3.在细胞膜外的合成,31,第三节 微生物独特合成代谢途径举例,四、微生物次生代谢物的合成,初级代谢：,普遍存在于一切生物中。,微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动,所必需,的物质和能量的过程，称为,初级代谢,。,第三节 微生物独特合成代谢途径举例四、微生物次生代谢物,32,（,一）什么叫微生物的次生代谢？,是指微生物合成一些,对微生物本身的生命活动,没有明确功能的物质的过程。,次生代谢的产物就是次生代谢物,（一）什么叫微生物的次生代谢？,33,图中央是青霉菌，周围是致病细菌。距青霉素最远的细菌个大、色浓，活力十足；距青霉菌较近的细菌个较小、色较浅，活力较差；而最接近青霉菌的细菌个最小、色发白，显然已经死亡,抗生素,图中央是青霉菌，周围是致病细菌。距青霉素最远的细菌个大、色浓,34,毒 素,烟草野火病菌产生的野火毒素,毒 素烟草野火病菌产生的野火毒素,35,稻绿核菌子实体的形态,健粒,子实体,黄色有薄膜包被,墨绿色,橙黄色,淡黄色,中心：白色肉质块,色素,稻绿核菌子实体的形态健粒子实体黄色有薄膜包被墨绿色橙黄色淡黄,36,微生物此生代谢产物合成途径,糖代谢延伸途径,莽草酸延伸途径,氨基酸延伸途径,乙酸延伸途径,核苷酸、糖苷类、抗生素等,氯霉素等,抗生素、环丝氨酸等,抗生素、毒 素等,微生物此生代谢产物合成途径糖代谢延伸途径莽草酸延伸途径氨基酸,37,第四节微生物的代谢调控与发酵生产,一、,微生物的代谢调节,二、,代谢调节在发酵工业中的应用,第四节微生物的代谢调控与发酵生产一、微生物的代谢调节,38,一、,微生物的代谢调节,微生物代谢调节系统的特点：精确、可塑性强，细胞水平的代谢调节能力超过高等生物。,成因：,细胞体积小，所处环境多变,一、微生物的代谢调节 微生物代谢调节系统的特点,39,一、,微生物的代谢调节,举例：,大肠杆菌细胞中存在2500种蛋白质，其中上千种是催化正常新陈代谢的酶。每个细菌细胞的体积只能容纳10万个蛋白质分子，所以每种酶平均分配不到100个分子。,一、微生物的代谢调节举例：大肠杆菌细胞中存在2500种蛋白质,40,一、,微生物的代谢调节,组成酶：经常以高浓度存在,诱导酶：在底物或其类似物存在时才合成，诱导酶的总量占细胞总蛋白含量的10%,一、微生物的代谢调节组成酶：经常以高浓度存在,41,代谢调控,调节代谢流,粗调,细调,代谢调控调节代谢流粗调细调,42,二、代谢调节在发酵工业中的应用,工业发酵的目的：,代谢调节的目的：,打破微生物的代谢控制体系,使代谢朝着人们希望的方向进行,二、代谢调节在发酵工业中的应用工业发酵的目的：,43,二、代谢调节在发酵工业中的应用,一、应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节,二、应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节,三、控制细胞膜的渗透性,二、代谢调节在发酵工业中的应用一、应用营养缺陷型菌株解除正常,44,一、应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节,天冬氨酸,天冬氨酸,磷酸,天冬氨酸,半醛,高丝氨酸,苏氨 酸,甲硫,氨酸,C.glutamicum,的代谢调节与赖氨酸生产,赖氨酸,为反馈抑制,为阻遏,AK,HSDH,一、应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节天冬氨酸天冬氨酸天冬,45,二、应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节,抗反馈抑制突变株,对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性，或两者兼有之的菌株,抗反馈控制突变株获得：,终产物结构类似物抗性突变株,营养缺陷型回复突变株,二、应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节抗反馈抑制突变株,46,（三）控制细胞膜的渗透性,在谷氨酸发酵生产中，生物素的浓度对谷氨酸的累积量有明显的影响，只有把生物素的浓度控制在亚适量的情况下，才能分泌大量的谷氨酸。,适量添加青霉素也可提高谷氨酸的产量,因此控制生物素的含量就可以改变细胞膜的成分，进而改变膜的透性、谷氨酸的分泌和反馈调节。,用油酸缺陷型也可提高谷氨酸的产量,（三）控制细胞膜的渗透性 在谷氨酸发酵生产中，生,47,