第6章微生物的新陈代谢.ppt.pptVIP

第六章 微生物的代谢 新陈代谢：是指发生在活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。 合成代谢: 在合成酶系的催化下，由简单的小分子、ATP和还原力[H]一起合成复杂的生物的大分子的过程。 第一节 微生物的能量代谢 能量代谢是新陈代谢的核心内容 是生物体如何把环境中多种形式的最初能源转换成为对一切生命活动都能使用的通用能源(ATP)。 知识结构 生物氧化(biological oxidation)：发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。 （一）底物脱氢的4条途径 1. EMP途径（糖酵解途径） 多数生物的主流代谢途径。 以1分子葡萄糖为底物，经过10 步反应产生2分子丙酮酸、2分子NADH+H+和2分子ATP。 2阶段、3种产物、10 步反应 EMP途径反应步骤 EMP途径的重要意义 ①提供能量和还原力； ②连接其它代谢途径的桥梁； ③提供生物合成的中间产物； ④逆向合成多糖。 2. HMP途径（戊糖磷酸酸途径） 葡萄糖不经过EMP-TCA而被彻底氧化 产生大量NADP+H+及多种重要中间代谢物。 HMP途径的简图和总反应式 HMP途径的生物学意义 ①供应合成原料 ②产还原力 ③固定二氧化碳的中介 ④扩大碳源利用范围 ⑤连接EMP途径 3. ED途径（2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）途径） 微生物所特有 某些缺乏完整EMP途径的微生物的替代途径 葡萄糖只经过4步反应即可快速获得丙酮酸。 ED途径的特点 特征性反应——KDPG裂解为丙酮酸、3-磷酸甘油醛 特征性酶——KDPG醛缩酶 2分子丙酮酸：由KDPG裂解和3-磷酸甘油醛转化 产能效率低（1 mol ATP/1mol 葡萄糖） ED途径的生物意义 细菌酒精发酵：微好氧菌如运动发酵单胞菌，将ED途径产生的丙酮酸脱羧成乙醛，乙醛进一步被NADH2还原为乙醇。通过这种方法产生乙醇即为~。 不同于酵母菌通过EMP途径形成乙醇的机制。 优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成少，代谢副产物少，发酵温度高，不必定期供氧等。 缺点：生长pH高（细菌pH5，酵母菌pH3），易染菌 对乙醇耐受力低（细菌7％，酵母菌8％～10％） 4. TCA循环 又称Krebs循环、柠檬酸循环。德国学者提出 场所：线粒体基质（真核微生物） 细胞质基质（原核生物） 琥珀酸脱氢酶结合在线粒体膜或细胞膜上 TCA循环的特点 有氧条件下运转：NAD+、FAD再生 产能效率高：1分子丙酮酸产生4NADH2、1FADH2、1GTP——15ATP 新陈代谢的枢纽地位：为微生物合成提供碳架原料、应用于发酵生产 应用——味精生产 谷氨酸钠是重要的调味品——味精 葡萄糖为原料，用微生物发酵法大量生产。 谷氨酸由α-酮戍 二酸通过转氨基形成，α-酮戍二酸是TCA循环的中间体。当TCA循环在α-酮戍二酸合成后 的下一步反应处受阻时，α-酮戍二酸就在细胞内大量累积，进而通过转氨作用合成大量谷氨酸，分泌到细胞外部的发酵液中。 目前谷氨酸发酵生产的菌种为谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriam glatamicum)。 （二)递氢和受氢 葡萄糖等有机物经过4条途径脱氢后，通过呼吸链（电子传递链）传递，最终可与氧、无机物、有机物等氢受体相结合而释放出其能量。 生物氧化的3种类型：根据递氢特点及氢受体性质，分为有氧呼吸、无氧呼吸和发酵三种。 1. 有氧呼吸（respiration） 有氧呼吸：底物按常规方式脱氢后，经完整的呼吸链（又称电子传递链）递氢，最终由分子氧接受氢并产生水和释放能量（ATP）的过程。由于呼吸必须在有氧的条件下进行，因此又称有氧呼吸（aerobic respiration）。 呼吸链：指位于原核生物细胞膜上或真核生物线粒体上的由一系列氧化还原势不同的氢传递体（或电子传递体）组成的一组链状传递顺序，它能把氢和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。 在氢或电子的传递过程中，通过与氧化磷酸化反应发生偶联，就可产生ATP形式的能量。 微生物中最重要的呼吸链组分 ① NAD：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸， （CoⅠ，辅酶Ⅰ ） NADP：烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸， （CoⅡ，辅酶Ⅱ ） ② FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸 FMN：黄素单核苷酸 FAD和FMN是黄素蛋白FP的辅基 ③ 铁硫蛋白（Fe-S） ④ 泛醌（辅酶Q）： ⑤ 细胞色素系统（cyt） 氧化磷酸化：又称电子传递链磷酸化，是指呼吸链的递氢（或电子）和受氢过程与磷酸化反应相偶联并产生ATP的作用