微生物生理学课件笔记整理.doc

绪论微生物营养类型微生物营养:指微生物获得与利用营养物质的过程 Ø 无机营养型微生物:以CO2作唯一碳源,不需要有机养料的微生物Ø 有机营养型微生物:只以适宜的有机化合物作为营养物质的微生物 1. 光能无机营养型:以日光为能源,以CO2为碳源合成细胞有机物的营养类型 2. 光能有机营养型：以日光为能源，以外源有机物为碳源和供氢体合成细胞内物质的营养类型3. 化能无机营养型:通过以氧化无机物释放出的能量还原CO2成为细胞有机物的营养类型 4. 化能有机营养型:用有机物分解时释放出的能量将有机物分解的中间产物合成新的有机物的营养类型 微生物营养类型营 养 类 型能 源碳 源代 表 类 群自养型光能无机营养光CO2蓝细菌、绿色硫细菌、嗜盐细菌化能无机营养无机物CO2硝化细菌、硫化细菌异养型光能有机营养光有机物与CO2红螺菌化能有机营养有机物有机物进一步分为腐生菌和寄生菌1、光能无机营养型（光能自养型） photolithoautotroph （）不产氧光合作用 代表菌种：绿硫菌、紫硫菌 CO2+2H2S （CH2O）+H2O+2S （）产氧光合作用 代表菌种：蓝细菌、藻类 CO2+H2O （CH2O）+O2 （）嗜盐古细菌 以紫膜进行特殊的光能转化、光能有机营养型（光能异养型） photoorganoheterotroph 在以二氧化碳为主要碳源时，需要以有机物作为供氢体， 利用光 能将二氧化碳还原成细胞物质，它们的细胞中含有光合色素，生长时大多需要外源的生长因子，例如红螺菌（Rhodospirillum）3、化能无机营养型（化能自养型） Chemolithoautotroph化能自养型化能自养菌还原CO2而需要的ATP和还原力H 是通过氧化无机底物（NH4+、NO2-、H2S、H2和 Fe2+ 等）来实现的。化能自养细菌的能量代谢主要有三个特点： 无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系。由脱氢酶或氧化还原酶 催化的无机底物脱氢或脱电子后，直接进入呼吸链传递。这与异养微生物葡萄糖氧化要经过EMP和TCA等途径的复杂代谢过程不同。 呼吸链的组分更为多样化，氢或电子可从任一组分进入呼吸链。产能效率即PO比一般要比异养微生物更低。 、化能有机营养型 (化能异养型 , Chemorganoheterotroph) 从有机物氧化过程中获得能量，并以有机物作为主要碳源进行生长。又可根据它们利用有机物的特性分为腐生菌和寄生菌，以及它们之间的过渡类型。 上述营养型的划分不是绝对的，在它们中间存在着很多过渡类型。例如：氢单胞菌，在完全是无机养料的环境中，通过氢和氧化获得能量，同化二氧化碳，营自养生活；当环境中有有机物时，直接利用有机物碳架物质而营异养生活。又如：红螺菌，在光照下能利用光能生长，在暗处有氧条件下，可通过氧化有机物获得能量，实现生长，表现为化能营养型。 为避免混乱，一般认为依据营养型分类以最简单的营养条件为根据，即光能营养型先于化能营养型，自养型先于异养型。 微生物的代谢特点（以及微生物研究生理的优点）代谢速率快（V/S大）代谢的多样性代谢研究的易操作性代谢途径：中间产物与中产物，直线代谢途径（一般为分解代谢）与分枝代谢途径（一般为合成代谢），两向代谢途径 细胞壁结构1. 真菌细胞壁组成肽聚糖脂多糖磷壁酸质分枝菌酸 2. T古生菌细胞壁组成 假肽聚糖 酸性杂多糖 糖蛋白3. 酵母细胞壁组成 甘露聚糖蛋白葡聚糖 chitin（几丁质） 纤维素others纤维素的分解：纤维素分子的基本结构: -1,4糖苷键，酮多糖，椅式构象，全部舒展，氢键交联成网状结构淀粉：-1,4糖苷键，-1,6糖苷键，连接松散，加热易糊化原生质膜：I. 原核细胞中 1. 磷脂中异常脂肪酸，2. 质脂，3. 糖脂， 4. 二醚磷脂酰甘油，5. 鲨烯，6. 脂类色素II. 真核微生物中1. 酵母甾醇，2. 麦角甾醇分解代谢单糖分解途径：1. EMP（糖酵解）途径 碳架结构变化 生理意义：a. 产生ATP, b. 产生NADH2, c. 小分子碳架，d. 生糖。 分布广泛。 歧路：（兼性）好氧菌中的丙酮醛支路。笔记：EMP途径又叫二磷酸己糖途径，原因是1,6-二磷酸果糖酶为该途径的特征酶。其过程一般为激活-氧化-产能。小分子碳架指c3,c42. HMP途径 经典途径 Williams等发现的新途径。 生理功能：a. 提供多种碳架，b. 产生NADPH2，c. 产生Ru5P。 分布广泛。 与EMP的联系。笔记：HMP途径又叫单磷酸己糖途径，不是严格的分解代谢途径3. ED途径 碳架结构的变化 特点：a. KDPG, b. 特征酶： KDPG醛缩酶，c. ATP。 分布：主要限于Pseudomonas笔记：1. ED途径比HMP途径短2. KDPG通过裂解产生丙酮酸和甘油醛，只有一半产生了ATP，故ATP产生数量比EMP途径少近一半，但产热多。3. 其过程为：激活-氧化-脱水4. WD途径（裂解直接产物为乙酰磷酸） 碳架结构变化：a. PK途径（磷酸-戊糖分解）， b. HK途径（己糖分解）。 特点：a. 特征酶为磷酸解酮酶，b. 特征反应。 生理意义：a. 仅分布在少数细菌中， b. PK途径为戊糖分解的重要途径， c. H K途径为己糖分解的重要途径。笔记：1常用程度:HMP>EMP>ED>WD 2这四个途径都从葡萄糖开始从Glc到Pyr四条途径的总结：1.如何确定？a. 特征酶，b. 放射性同位素标记。2.丙酮酸代谢（氧化或者还原，为共同代谢产物必经之路）丙酮酸代谢的途径： 发酵:a. 乙醇发酵，b. 乳酸发酵，c. 丁酸型发酵，d. 丙酸发酵，e. 混合酸和丁二醇发酵； TCA （呼吸） a. 乙醇发酵酵母的乙醇发酵现象、产物与机理： 第一型发酵（在pH4.5-3.5时，产物为乙醇。 ）第二型发酵（在3%的NaHSO3时，产物为甘油和乙醇。）第三型发酵（在pH7.6时，产物为乙醇、乙酸和甘油。 ） ，高渗发酵（例如当环境中的NaCl为0.5-1.0mol/L时，产物主要为甘油。）细菌的乙醇发酵：经ED途径笔记：1. 利用酵母进行酒精发酵的优点是抗高渗，缺点是只能利用葡萄糖2. 利用细菌进行酒精发酵的有点是可利用木糖，缺点是不抗高渗3. 乙醛乙醇脱氢酶-乙醇，在野生酵母中，逆反应速率远大于正反应速率，乙醛-乙酰辅酶a-三羧酸循环；改良型，逆反应速率远小于正反应速率4. 第二型发酵中乙醇少量，但不能完全阻断5. 丙酮酸脱氢酶是乙醇发酵的关键性酶6. 影响乙醇发酵的条件：O2浓度，葡萄糖浓度7. 第三型发酵的那NACL来自现加NAOH水解，再加HCL中和乳酸发酵：同型乳酸发酵：经过EMP途径(芽孢乳杆菌，杆状乳酸菌)只生成乳酸异型乳酸发酵：经过PK途径（球状乳酸菌） 乳酸+乙酸+co2双歧乳酸发酵：经过HK途径（两性双岐乳酸杆菌） 乳酸+乙酸+乙醇笔记：1.乳酸菌是统称，不是分类名称，微好氧或者厌氧 2.丙酮酸 还原- 乳酸 3.产乳酸量：同型>异型>双岐脂肪烃类的脂肪烃类的分解： 脂肪烃的分解的三种启始羟化方式：a. 单末端氧化，b. 双末端氧化，c. 亚末端氧化 脂肪烃的分解的二个生化前提：a. O2 b. 羟化酶（单氧酶） 2. 芳香烃的分解的三阶段 芳香烃的分解启始：从各类芳香烃长途或短途到邻苯二酚。 邻苯二酚的分解：在双氧酶的催化下，邻位裂解（产物：琥珀酸+乙酸）或间位裂解（产物：丙酮酸+乙醛）方式 邻苯二酚的邻位裂解或间位裂解产物的继续分解3. 一碳化合物的氧化 还原态一碳化合物的基本类别：a. CH4 b. CHO c. CH+N d. CO笔记：只含C,H的一碳化合物-细菌能氧化利用含C,H,O一碳化合物-细菌和酵母都能氧化利用无机化能自养菌的主要群落：笔记：脱硫硫杆菌的应用：土壤肥力的流失，污水治理H2 的微生物氧化（只有细菌能进行）1. 氢细菌的概貌: G，兼性化能自养2. H2的生物氧化机制： 反应式 4H2+2O2 - 4H2O 2H2+CO2 - CH2O+H2O 6H2+2O2+CO2 - CH2O+5H2O 能量产生：通过氧化磷酸化，氧化4H2 产生1分子ATP（例如，真养产碱杆菌的两种氢酶：可溶性的氢酶氧化H2 产生NADH，存在细胞膜上的颗粒性的氢酶氧化H2 与呼吸链偶联，从VK2 始，至Cytb/a，产生ATP）含S化合物的微生物氧化S的生物氧化 (from H2S to SO42-) 类型: 长途类型，以氧化硫杆菌 (Thiobacillus thiooxidans)为代表，在S的生物氧化过程中有多种多硫酸中间产物。4S2- - 2S2O32- - S4O62- - SO32- +S3O62- - 4SO32- -4SO42- 短途类型，以排硫杆菌（Th.thioparus）为代表，仅有SO32-为中间产物。S - SO32- - SO42-笔记：1.氧化还原电位更低，途径更长，产能更多 2氧化一分子硫，至少产生6.5分子ATP微生物的光合磷酸化主要差异（这类光合细菌，均不产氧气）第四章 微生物的合成代谢1.自养性c02的固定（1）calvin cycle (植物，蓝细菌和化能自养细菌：fe细菌，s细菌) （2）还原三羧酸循环（光合细菌：紫色细菌，绿色细菌，蓝绿细菌，嗜盐细菌）（3）还原单羧酸循环2.异养性co2的固定笔记：还原三羧酸循环为原核细胞特有的自养型co2固定方式网上参考：氨基酸的生物合成：1.氨基酸分子中各基团的来源：氨的来源：a.环境，b.胞内含氮化合物，c.生物固氮，d.由NO3-还原 。 硫的来源 ： a.环境，b.胞内含硫化合物，c.胞内同化型还原SO42- 。 碳架结构的来源氨基酸的生物合成途径： 氨基化作用：a.还原氨基化，b.直接氨基化。c. 酰氨化。 转氨基作用， 从头合成由初生氨基酸合成次生氨基酸， D-氨基酸，由消旋酶或D-氨基酸转氨酶催化产生。笔记：1.若碳架已经具备，则途径（1），（2），（4），如谷氨酸，谷氨酰胺，天冬氨酸的合成 若碳架结构不具备，则途径（3） 2.D-氨基酸的合成：先通过合成L-氨基酸，再通过消旋酶转化为D-氨基酸 3.初生氨基酸与次生氨基酸。初生氨基酸有四个，分别为缬氨酸Val，丝氨酸Ser，谷氨酸Glu，天冬酰胺Asp微生物合成氨基酸的特点：1.微生物特有的途径，例1：细菌或低等真菌的L-Lys（赖氨酸）的合成。2.微生物特有的酶催化过程，例2：细菌合成精氨酸过程中N-乙酰谷氨酸的生成。3.微生物特有的代谢空间，例3：细菌的orinithine cycle4.微生物合成途径的多样性，例4：细菌中 Cys（半胱氨酸）的三种合成途径5.细菌的D-型氨基酸的合成，经过消旋酶或D-型氨基酸转氨酶催化笔记： 嘧啶碱基单独成环，嘌呤碱基由组氨酸合成代谢的分支产生 细菌需要D-氨基酸主要是用于肽聚糖的合成，而真菌没有 细菌合成赖氨酸Lys的中间产物:二氢吡啶二羧酸，四氢吡啶二羧酸 DAP是原核微生物赖氨酸合成过程中的重要中间代谢产物 并环合成是通过脂肪酸合成途径后再环化而成的 芳香族氨基酸合成的中间代谢产物有预苯酸邻氨基苯甲酸，对氨基苯甲酸，分枝酸次级代谢的类型:1根据终产物对其它生物的作用：抗生素，激素，生物碱，毒素，色素，维生素。 2根据次级代谢与初级代谢的关系分类次级代谢（三种抗生素）举例：1.青霉素和头孢霉素C的合成，主要步骤为聚合，结构修饰，无装配；2.链霉素的合成，主要步骤为结构修饰（+装配），无聚合反应；3.红霉素的合成，主要步骤为聚合反应（+结构修饰），无装配 。笔记：1. 链霉素由waksman首次发现2弗莱明首次发现的是异青霉素N3. 青霉素中的环的命名：第一个环为噻唑环，第二个环为噻嗪环4. 头孢霉素C由顶头孢霉产生，其五元环到六元环的扩环反应导致其稳定性很好5. 链霉素由三个部分组成：链霉胺，链霉糖，链霉胍6. 组成异青霉素N的三个氨基酸分别为aaa（-氨基己二酸），val（丙氨酸），cys（半胱氨酸）7. 红霉素主要抑制革兰氏阳性菌次级代谢的微生物特点：1.次级代谢以初级代谢为前提，并且受初级代谢的调节。2.次级代谢一般在菌体生长后期发生。3.结构修饰中酶专一性低，是多衍生产物的主因。4.次级代谢的菌株特异性。5.次级代谢与染色体外遗传有关。笔记：不同属不同种有相同的次级代谢，但同种同属次级代谢产物却存在差异；同种同属不同菌株，次级代谢产物可能不同