微生物营养和代谢
微生物营养和代谢
丙酮酸代谢的多样性
丙酮酸在有氧条件下通过TCA循环被彻 底氧化成CO2和H2O；在无氧条件下进行 发酵作用 。
发酵有酒精发酵和乳酸发酵，其中乳酸 发酵又分为同型乳酸发酵和异型乳酸发 酵
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酒精发酵
丙酮酸在无氧条件下生成乙醇的过程。酵 母菌发酵反应式：
C6H12O6 ＋ ADP＋Pi 2CO2 + 2ATP
乙酰辅酶A经过依一系列的氧化、脱羧。 最终生成CO2和H2O并产生能量的过程。 它是由H.A.Krebs正式提出的，因此由称 为Krebs循环。
共生成3个NADH，1个FADH2，1个GTP，
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TCA循环图
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进入呼吸链
三羧酸循环中生成的NADH和FADH2 进入 呼吸链，将H+和电子交给O2生成水并产生 能量。
同型乳酸发酵与异型乳酸发酵的 比较
类型
同型
异型
途径 产物
EMP 2乳酸
1乳酸 1乙醇 1CO2 HMP 1乳酸 1乙酸 1CO2
产能/1 葡萄糖
2ATP
1ATP
2ATP
菌种代表属
latobacillus delbriickii(德氏乳杆菌） Streptococcus faecalis(粪链球菌） Leuconostoc mesenteroides(肠膜明串珠菌）
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乳酸发酵反应式
同型乳酸发酵： C6H12O6 ＋ 2ADP＋2Pi
2CH3CHOHCOOH + 2ATP 异型乳酸发酵： C6H12O6 ＋ ADP＋Pi
CH3CHOHCOOH＋CH3CH2OH＋CO2 + ATP
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异型乳酸发酵过程
A.两岐双岐杆微生菌物营;B养.和明代谢串珠菌
图见P52
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糖酵解中能量的产生
生成2个NADH和2个ATP， 注：在真核生物中，NADH进入线粒体要
经过甘油磷酸穿梭系统，细胞质中磷酸二 羟丙酮被催化氧化成3-磷酸甘油酸才能进 入线粒体，再被重新氧化成磷酸二羟丙酮， 但在线粒体中的3-磷酸甘油酸脱氢酶的辅 基是FAD，为此只能产生2个ATP， 故而1 分子的葡萄糖酵解只能产生6个ATP。
第二章
微生物的营养与代谢（2）
主要内容
己糖的分解 丙酮酸代谢的多样性； 无机养料的同化； 大分子前体物质的合成； 细胞结构成分大分子物质的合成
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己糖的分解
葡萄糖的有氧分解经历了四个阶段： 糖酵解——乙酰辅酶A的生成——三羧酸
循环——进入呼吸链产能
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糖酵解的EM途径
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能量计算
经过糖酵解和TCA循环，一个分子的葡萄 糖被彻底氧化成CO2和H2O，可产生38个 ATP，（真核生物中只产生36个ATP，因 为在线粒体中，3-磷酸甘油酸脱氢酶的辅 基是FAD）。
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能量计算
酵解（1分子葡萄糖
2分子丙酮酸）
2个FADH（或NADH）＋ 2ATP
糖酵解可以通过不同途径，最一般的是 EMP途径。这条途径是生物界所共有的。 一个分子的葡萄糖在不需要氧的条件下， 转化成1，6-二磷酸果糖，随后在醛缩酶 的作用下，裂解并由此生成两个分子的丙 酮酸的过程。
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EM途径的反应式
反应式：C6H12O6 + 2NAD+ +2Pi + 2ADP 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+ +2ATP
乙酰辅酶A是脂肪酸合成的原料，TCA循环中的 三羧酸和二羧酸也为其他生物合成提供原料， 与氨基酸、嘌呤、嘧啶合成有关，因此TCA循 环是糖、脂肪和蛋白质等代谢的桥梁；
反应中生产大量的能量，同时分子氧不直接参 与循环，但TCA循环必须在有氧条件下才能进 行。
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三羧酸循环在微生物代谢中的枢 纽地位
1分子丙酮酸 1个NADH
1分子乙酰辅酶A
1分子乙酰辅酶A
3 CO2＋H2O
3个NADH＋1个FADH＋1个GTP
共计产生36～38个ATP
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TCA循环特点
在TCA循环中生产一系列二羧酸和三羧酸化合 物，最后又生产草酰乙酸。结果是乙酰辅酶A被 分解成CO2，NADH，和FADH2。
丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系的催化下氧化脱 羧、脱氢生成乙酰辅酶A.
CH3COCOOH + CoASH + NAD+
丙酮酸脱氢酶系
CH3CO~ScoA + NADH + H+ + CO2
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丙酮酸脱氢酶系组成
丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酸转乙酰基酶和 二氢硫辛酸脱氢酶
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TCA循环
油穿梭
NADH + H+
NAD+
①
磷酸二羟丙酮
α-磷酸甘油
线粒体 内膜
磷酸二羟丙酮
α-磷酸甘油
②
FADH2
FAD
CoQ b c1 c aa3 O2
①胞液中α-磷酸甘油脱氢酶(辅酶为NAD+) ②线粒体内α-微磷生物酸营养甘和代油谢 脱氢酶(辅基为FAD)
乙酰辅酶A的生成
两个关键性酶：磷酸核糖酸激酶和核酮 糖二磷酸羧化酶是两个关键性酶。
该过程称为卡尔文循环。
2CH3CH2OH +
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乳酸发酵
乳酸细菌利用葡萄糖在无氧条件下产生乳酸的 过程 。
同型乳酸发酵：葡萄糖经EM途径降解为丙酮酸， 丙酮酸在乳酸脱氢酶作用下被NADH + H+ 还原 为乳酸，如乳杆菌属、链球菌属的多数细菌。
异型乳酸发酵：该过程中有磷酸酮糖裂解，并 且有乙醇和CO2生成。
latobacillus brevis(短乳杆菌）
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微生物的合成代谢
是指从简单的小分子物质合成复杂的大分 子物质的过程。合成代谢必须具备三要素： 小分子前体物质、能量和还原力。
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合成代谢与分解代谢的区别
酶系不同； 分解代谢是产能反应，合成代谢是放能反
应； 在真核生物中合成代谢和分解代谢发生在
不同的细胞区域内；而在原核生物细胞中 没有分区，分解代谢和合成代谢主要是由 不同的酶系完成的。
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无机养分的同化
——CO2的同化
自养微生物的唯一碳源是CO2 CO2同化，自养生物对CO2的固定
6CO2 + 12NAD（P）H2＋ 18ATP 酶 C6H12O6 + 12NAD（P）+ ＋18ADP +18Pi
