第五章微生物发酵要点.ppt

Chap 5 微生物的新陈代谢 主要内容： ●微生物独特的 能量代谢 ●微生物独特的合成途径 ●发酵与代谢调节 §1.微生物能量代谢 一、化能异养微生物的生物氧化和产能 ●生物氧化的主要途径和类型 途径：脱氢、递氢和受氢 类型(受氢体不同）： ----(好氧）呼吸 ----无氧呼吸 ----发酵 （一）底物脱氢的主要途径 ?生物共有的三个主流产能途径 （EMP、HMP、TCA） 1、糖酵解途径（EMP） 2、磷酸戊糖途径（HMP） 3、三羧酸循环（TCA） 丙酮酸?3CO2+4（NADH+H+）+FADH2 +ATP 4、ED途径（糖酵解替代途径） ●微生物独特产能途径 ● ED 途径概貌 ●总反应式： C6H12O6+Pi+NADP++NAD+→ 2CH3COCOOH+ATP+NADPH+H++NADH+H+ 特点： 1）KDPG裂解关键反应 2）特征酶：KDPG醛缩酶 3）2丙酮酸分别来自KDPG裂解和3-磷甘油醛的转化 4）产能较低（1molATP+NADPH+NADH/1molGlucose） ●生物学意义 1）EMP途径的替代途径 2)协调EMP、HMP、TCA途径 3）进行细菌酒精发酵 ●酒精发酵途径: 酵母菌:葡萄糖→1,6-二磷酸果糖→3-磷酸甘油醛、磷酸二羟丙酮→ →丙酮酸→乙醛 →2乙醇 细菌：葡萄糖→KDPG →丙酮酸(3-磷酸甘 油醛→丙酮酸)→乙醛→2乙醇 ●细菌酒精发酵 代谢速率高、转化率高、副产物少、发 酵温度较高；但pH较高、较易染菌、耐乙 醇能力较低 。 建议读物： · （二）递氢和受氢●依据受氢体性质不同，生物氧化分为：呼吸(有氧呼吸）、无氧呼吸和发酵三种类型。 1、呼吸 ●好氧M产能方式 ●呼吸链 最终受氢体（O2） 原核生物P/O较低 2、无氧呼吸 又称厌氧呼吸，一类呼吸链末端受氢体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。 主要微生物类群： ----反硝化细菌 ----反硫化细菌 ----甲烷细菌 ----某些兼性厌氧菌 ●无机氧化物为受氢体 ●有机氧化物为受氢体 ?NO3 ●无氧呼吸（如：硝酸盐异化还原） 在无氧条件下，某些兼性厌氧微生物无氧呼吸时利用硝酸盐为受氢体还原为亚硝酸、NO,N2O或氮气的过程。 ●硝酸盐异化还原特点 ---某些兼性厌氧微生物在无氧时，利用硝酸盐 为受氢体的产能方式，产能较低； ---还原形成的亚硝酸盐通常会进一步还原为N2 ； ---对卫生、环保、农业（肥力）的影响与利用 ●反硝化作用： 微生物在厌氧呼吸中把硝酸盐或亚硝酸 还原为氮气的过程。 （注意：不同与硝酸盐异化还原） ●硝酸盐同化还原 硝酸盐为微生物吸收还原为氨态氮的过程。 ●硫酸盐呼吸：在无氧条件下，某些厌氧微生 物无氧呼吸时利用硫酸盐为受氢体还原为H2S的过程。 APS ： 腺苷酰磷酸 总结： ●无氧呼吸是厌氧和兼性微生物的一种产能反应， 不同于好氧呼吸，底物脱下的氢经呼吸链传递 给无机氧化物或有机氧化物；产能较少。 ●硝酸盐异化还原由兼性微生物进行的无氧呼吸， 为硝酸盐还原为亚硝酸或氮气的过程。 ● 反硝化作用：厌氧呼吸中硝酸盐还原为氮气的过程。 ●自然界中进行无氧呼吸的主要方式还包括硫酸 盐呼吸、硫呼吸、碳酸盐呼吸、铁呼吸等。 3、发酵（fermentation） ●定义 广义：利用微生物生产有用代谢产物的一类生产方式。 狭义：在无氧条件下，底物脱下 的氢未经呼吸链而直接交给某一内源性中间代谢物，以实现底物水平磷酸化的生物氧化反应。 ●发酵示意图 产能反应（底物水平磷酸化） （1）由EMP途径中丙酮酸出发的发酵 （乙醇发酵、乳酸（同型）发酵、丙酸发酵） ? 混合酸发酵（甲酸、乙酸、乙醇、CO2、H2） ? 2,3丁二醇发酵 ?丁酸发酵(丁酸；丙酮、丁醇；异丙醇等） ?V.P.试验：某些微生物利用丙酮酸产生乙酰甲基甲醇，在碱性条件下脱氢形成二乙酰，与胍基化合物产生红色反应，可用于某些细菌的鉴定。 （2）通过HMP途径的发酵 ◆异型乳酸发酵 （产物：乳酸、乙醇、 CO2等） A.异型乳酸发酵经典途径 （磷酸转酮酶途径） B.异型乳酸发酵 双歧杆菌途径(主要部分) 关键酶：