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微生物学-5-5 整理微生物的代谢


硝酸盐呼吸(反硝化作用)
同化性硝酸盐还原: NO3- NH3 - N 异化性硝酸盐还原: 无氧条件下,利用NO3-为最终氢受体 NO3- 反硝化意义:
1)使土壤中的氮(硝酸盐NO3-)还原成氮气而消失,降低土壤的肥力;
R - NH2 (氨基酸)
NO2
硝酸盐还原酶
亚硝酸还原酶 氧化亚氮还原酶 氧化氮还原酶
产生6ATP;
在无氧条件下, NADH+H+可还原丙酮酸产生乳酸或乙醇。
EMP途径的意义: ① 提供能量和还原力(ATP,NADH);
② 连接其它代谢途径的桥(TCA,HMP,ED);
③ 提供生物合成的中间产物(丙酮酸,甘油醛-3磷酸)
④ 逆向合成多糖(淀粉、纤维糖、果胶 )。
(2) HMP 途径(Hexose Monophophate Pathway)
1G
EMP
2 丙酮酸
(丙酮酸甲酸解酶)
甲酸 + 乙酰-- CoA
乙醛脱氢酶
乙醛 乙醇
2)乳酸发酵
同型乳酸发酵:德氏乳杆菌(
反应式: EMP C6H12O6+2ADP 2CH3CHOHCOOH+2ATP 同型乳酸发酵是将1分子葡萄糖转化为2分子乳酸,消耗能量少。 应用: 食品加工业的应用(鲜奶加工酸奶;腌制泡菜); 农业上用于青饲料的发酵; 工业上用于规模化生产乳酸 。
HMP途径的意义:
• 供应合成原料,该途径可产生从3C到7C的碳化合物,如戊糖-磷
酸、赤藓糖-4-磷酸;
• • • HMP途径是戊糖代谢的主要途径,作为固定CO2的中介(Calvin) 单独HMP途径较少,一般与EMP途径同存; 产生大量的NADPH+H+形式的还原力 。
(3) ED途径
——2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途径(KDPG) 研究嗜糖假单胞菌时发现,在 G-菌分布较广 过程: (4步反应) 1 葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖
生物氧化的形式:某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种
微生物直接利用 生物 氧化
能量
储存在高能化合物(如ATP)中
以热的形式被释放到环境中
自养微生物利用无机物 异养微生物利用有机物
2、化能自养微生物的生物氧化与产能
化能自养型细菌,通常是好氧菌。 产能途径主要借助于无机电子供体(NH4+,H2S等)的氧化,从无机物 脱下的氢(电子)直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生ATP。
N2O NO
N2
2)反硝化作用在氮素循环中起重要作用。
2)硫酸盐呼吸(硫酸盐还原)
厌氧时,SO42- 、SO32-、S2O32- 等为末端电子受体的呼吸过程
特点:
a、严格厌氧; b、大多为古细菌 c、极大多专性化能异氧型,少数混合型; d、最终产物为H2S; SO42- SO32- SO2 S H2S e、利用有机质(有机酸、脂肪酸、醇类)作 为氢供体或电子供体; f、环境:富含SO42-的厌氧环境(土壤、海水、污水等)
第五章
第பைடு நூலகம்节 第二节 第三节 第四节
微生物的代谢
微生物的能量代谢 微生物特有的合成代谢途径 微生物次级代谢与次级代谢产物 微生物代谢与生产实践
新陈代谢(metabolism): 细胞内发生的各种化学反应的总称。
分解代谢(catabolism)
代谢
合成代谢(anabolism)
分解代谢
复杂分子
(有机物)
1)电子传递链载体
NADH脱氢酶 黄素蛋白(FP)
辅酶Q(CoQ)
铁-硫蛋白(Fe-S)及细胞色素类蛋白(Cyt) 2)呼吸链中的氢和电子通路 呼吸链的主要组分都是类似的,一般为: NAD(P)→FP → Fe·S → CoQ →Cytb→Cytc→Cyta→Cyta3
3)氧化磷酸化:在氧化磷酸化过程中,通过呼吸链有关酶 系的作用,可将底物分子上的质子从膜的内侧传递到膜的外 侧,导致膜内外出现质子浓度差,从而将能量隐藏在质子势 中,推动质子由膜外进入膜内,通过F1-F0ATP酶偶联,产 生ATP。
(2)呼吸链
• 位于原核生物细胞膜上或真核生物线粒体膜上的由一系列氧 化还原势不同的氢(或电子)传递体组成的一组链状传递顺 序(电子传递链);。 • 把氢或电子从低氧化还原势的化合物处传递给高氧化还原势 的分子氧或其他无机、有机氧化物,并使它们还原; • 通过与氧化磷酸化反应发生偶联,就可产生ATP形式的能量
少数厌氧梭菌如生孢梭菌、肉毒梭菌等。
特点:氨基酸的氧化与另一些氨基酸还原相偶联; 产能效率低(1ATP)
乙酸 + ATP 氧化
丙氨酸 -NH3 丙酮酸 乙酰-CoA
NAD+
NADH NAD+
-NH3
NADH
甘氨酸
还原 甘氨酸
乙酸
四、呼吸(respiration)
有氧呼吸(aerobic respiration) 无氧呼吸(anaerobic respiration)
2、发酵类型 1) 乙醇发酵 a、酵母型乙醇发酵(酿酒酵母、少数细菌如胃八叠球菌等)
Ⅰ型:pH 3.5~4.5 , 厌氧 1G
EMP
2丙酮酸 2 乙醛 + CO2 2 乙醇 + 2 ATP
Ⅱ型:加入NaHSO4(3%) NaHSO4 + 乙醛 磺化羟乙醛(难溶),磷酸二羟丙酮
作为氢受体,经水解去磷酸生成甘油-甘油发酵
特征性酶
6-磷酸-果糖
磷酸己糖酮解酶
4-磷酸-赤藓糖 + 乙酰磷酸 5-磷酸-木酮糖 ,5-磷酸-核糖
戊糖酮解酶
乙酸
3--磷酸甘油醛+ 乙酰磷酸
乳酸 乙酸
反应式:1 G 乳酸 + 1.5乙酸 + 2.5 ATP
三、发酵(fermentation)
1、定义 广义:利用微生物生产有用代谢一种生产方式。 狭义:厌氧条件下,以自身内部某些中间代谢产物作为最终氢 (电子)受体的产能过程 特点: 1)通过底物水平磷酸化产ATP; 2)葡萄糖氧化不彻底,大部分能量存在于发酵产物中; 3)产能率低; 4)产多种发酵产物。
简单小分子
合成代谢
ATP
[H]
第一节 微生物的产能代谢
——将最初能源转换成通用的ATP过程
一、概述
1、化能异养微生物的生物氧化与产能
过程:脱氢(或电子) 递氢(或电子) 受氢(或电子) 功能:产能(ATP)、还原力、小分子代谢产物等。 葡萄糖降解代谢途径 生物氧化: 发酵作用 呼吸作用(有氧或无氧呼吸) 产能过程
(乙酰乳酸脱氢酶)
3-羟基丁酮
丁二醇
中性
(OH-、O2)
V.P.试验原理: 红色物质
精氨酸
乙二酰
其中两个重要的鉴定反应:
1 、V.P.实验
(桔黄色 ) 2、甲基红(M.R)反应
产气肠杆菌: V.P.试验(+),甲基红(-) E.coli: V.P.试验(-),甲基红(+)
5)氨基酸的发酵产能(stickland反应)
(4) PK途径(磷酸酮解酶途径)
a、磷酸戊糖酮解酶途径(肠膜明串珠菌、短杆乳杆菌等

G
5-磷酸-木酮糖
特征性酶:磷酸戊糖酮解酶
乙酰磷酸 + 3-磷酸-甘油醛
乙醇
丙酮酸 乳酸
反应式: 1 G
乳酸 + 乙醇 + 1 ATP + NADPH+H+
b、磷酸己糖酮解酶途径(HK途径)(两歧双歧杆菌) G
Ⅲ型: 弱碱性(pH 7.5) 2 乙醛 1 乙酸 + 1 乙醇
(歧化反应)
b、细菌型乙醇发酵 同型酒精发酵(发酵单胞菌和嗜糖假单胞菌) ED 乙醇 + 1ATP 1G 2 丙酮酸
代谢速率高,产物转化率高,发酵周期短等。缺点是生长pH较高,较易染杂菌, 并且对乙醇的耐受力较酵母菌低。
异型酒精发酵(乳酸菌、肠道菌等)
异型乳酸发酵是将1分子葡萄糖转化为乳酸、 乙醇及CO2各1分子,因而消耗能量较多。
酵母、细菌的酒精发酵途径:
①酵母的“同型酒精发酵”: 由Saccharomycescerevisiae(酿酒酵母)等通过EMP途径进行 葡萄糖+2ADP+2Pi→2乙醇+2CO2+2ATP ②细菌的“同型酒精发酵”: 由Zymomonasmobilis(运动发酵单胞菌)等通过ED途径进行 葡萄糖+ADP+Pi→2乙醇+2CO2+ATP ③细菌的“异型酒精发酵”: 由Leuconostocmesenteroides等通过HMP途径进行。 葡萄糖+ADP+Pi→乳酸+乙醇+CO2+ATP
3)混合酸发酵
—肠道菌(E.coli、沙氏菌、志贺氏菌等)
CO2 + H2
乳酸脱氢酶 乳酸 丙酮酸甲酸解酶 乙酰-CoA +甲酸
EMP 1G 丙酮酸 磷酸转乙酰基酶 乙酸激酶 乙醛脱氢酶 乙醇脱氢酶
乙酸 乙醇
PEP羧化酶 草酰乙酸
丙酸
4) 丁二醇发酵 —— 产气肠杆菌、沙雷氏菌等 丙酮酸
乙酰乳酸
(戊糖磷酸途径)
分为两个阶段: 6-磷酸葡萄糖在脱氢酶等催化下经氧化脱羧生成NADPH+H+,CO2和5-磷酸核酮糖。
5-磷酸核酮糖在转酮酶和转醛酶催化下使部分碳链进行相互转换,经三碳、四碳、七 碳等,最终生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。
总反应式:
6 6-磷酸葡萄糖+12NADP++3H2O → 5 6-磷酸葡萄糖 + 6CO2+12NADPH+12H++Pi 6-磷酸果糖出路:被转变重新形成6-磷酸葡糖,回到HMP途径。 甘油醛-3-磷酸出路: a、经EMP途径,转化成丙酮酸,进入TCA 途径 b、变成己糖磷酸,回到HMP途径。
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