微生物的代谢与发酵课件.ppt

第1页，此课件共130页哦一一 酶酶 活细胞产生的，具有蛋白质性质的有机催化剂。活细胞产生的，具有蛋白质性质的有机催化剂。19世纪末德国生物学家毕希纳（世纪末德国生物学家毕希纳（Edward Buchner）证明酵母无细胞提取液能使糖发）证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出酶，目前酵产生酒精，第一次提出酶，目前,人类已经人类已经发现并鉴定出发现并鉴定出3000多酶。多酶。酶作为一种催化剂，已被广泛地应用于各个生酶作为一种催化剂，已被广泛地应用于各个生产领域。产领域。第2页，此课件共130页哦 将饲料分解为可消化吸收的小分子物质，直将饲料分解为可消化吸收的小分子物质，直接提高饲料的利用率接提高饲料的利用率 去除抗营养因子，改善消化机能，促进动物去除抗营养因子，改善消化机能，促进动物机体对营养物质的吸收机体对营养物质的吸收 扩大饲料的来源扩大饲料的来源 改善动物的内分泌，增强抗病能力，促进动改善动物的内分泌，增强抗病能力，促进动物生长物生长 第3页，此课件共130页哦 高效性高效性:极少量的酶也具有较强的催化作用极少量的酶也具有较强的催化作用.酶的催化效率比没有催化剂催化的反应高酶的催化效率比没有催化剂催化的反应高10810810201020倍，比一倍，比一般催化剂催化的反应高般催化剂催化的反应高10710710131013倍，如脲酶水解尿素的倍，如脲酶水解尿素的反应效率比酸水解尿素高反应效率比酸水解尿素高7 710121012倍左右。倍左右。专一性专一性:一种酶只催化一种反应或一类反应。一种酶只催化一种反应或一类反应。反应条件温和反应条件温和:酶的催化作用一般在常温、常压、接酶的催化作用一般在常温、常压、接近中性近中性pH等较温和的条件下进行。等较温和的条件下进行。敏感性敏感性:第4页，此课件共130页哦微生物酶的分类微生物酶的分类(传统分类法传统分类法):):淀粉酶淀粉酶:淀粉酶是能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称淀粉酶是能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称.主要是黑曲霉主要是黑曲霉(左美曲霉、泡盛曲霉左美曲霉、泡盛曲霉)、根霉、根霉(雪白根酶、雪白根酶、德氏根霉德氏根霉)、拟内孢霉、红曲霉。、拟内孢霉、红曲霉。蛋白酶蛋白酶:蛋白酶系催化分解蛋白质肽键的一群酶的总称，蛋白酶系催化分解蛋白质肽键的一群酶的总称，它作用于蛋白质。它作用于蛋白质。酸性蛋白酶酸性蛋白酶(最适最适pH=2pH=25)5)产生菌主要是黑曲霉、米曲霉、根霉、产生菌主要是黑曲霉、米曲霉、根霉、微小毛霉、似青霉、青霉、血红色螺孔菌等的某些种；微小毛霉、似青霉、青霉、血红色螺孔菌等的某些种；中性蛋白酶中性蛋白酶(最适最适pH=7pH=78)8)产生菌主要是枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、产生菌主要是枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌、米曲霉、栖土曲霉、灰色链霉菌、微白色链霉菌、腊状芽孢杆菌、米曲霉、栖土曲霉、灰色链霉菌、微白色链霉菌、耐热性解蛋白质杆菌等；耐热性解蛋白质杆菌等；碱性蛋白酶碱性蛋白酶(最适最适pH=9pH=911)11)主要产生菌为枯草杆菌、腊状芽孢杆菌、主要产生菌为枯草杆菌、腊状芽孢杆菌、米曲霉、栖土曲霉、灰色链霉菌、镰刀菌等。米曲霉、栖土曲霉、灰色链霉菌、镰刀菌等。第5页，此课件共130页哦纤维素酶纤维素酶:一类酶的总称，因此纤维素酶又有纤维素酶复合物之称。一类酶的总称，因此纤维素酶又有纤维素酶复合物之称。微生物主要是木菌、黑曲霉、青霉和根霉，此外，漆斑霉、反刍动微生物主要是木菌、黑曲霉、青霉和根霉，此外，漆斑霉、反刍动物瘤胃菌、嗜纤维菌、产黄纤维单孢菌、侧孢菌、粘细菌、梭状芽物瘤胃菌、嗜纤维菌、产黄纤维单孢菌、侧孢菌、粘细菌、梭状芽孢杆菌等也能产生纤维素酶。孢杆菌等也能产生纤维素酶。半纤维素酶半纤维素酶:半纤维素酶是分解半纤维素半纤维素酶是分解半纤维素(包括各种降戊糖与聚己包括各种降戊糖与聚己糖糖)的一类酶的总称。曲霉、根霉、木霉发酵产生的一类酶的总称。曲霉、根霉、木霉发酵产生 果胶酶果胶酶:果胶酶是分解果胶的酶的通称，也是一个多酶复合物果胶酶是分解果胶的酶的通称，也是一个多酶复合物.主主要是霉菌，常用菌种有文氏曲霉、苹果青霉、黑曲霉、白腐核菌、要是霉菌，常用菌种有文氏曲霉、苹果青霉、黑曲霉、白腐核菌、米曲霉、酵母等，此外，木质壳霉、芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、米曲霉、酵母等，此外，木质壳霉、芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、葡萄孢霉、镰刀霉也能产生果胶酶。葡萄孢霉、镰刀霉也能产生果胶酶。脂肪酶脂肪酶:脂肪酶作用于脂肪中的酯键，将脂肪分解成脂肪酸和甘油。脂肪酶作用于脂肪中的酯键，将脂肪分解成脂肪酸和甘油。主要有假丝酵母、园酵母、黑曲霉、根霉、白腐核菌、白地霉、青主要有假丝酵母、园酵母、黑曲霉、根霉、白腐核菌、白地霉、青霉、毛霉、镰刀霉及假单孢菌、无色杆菌、葡萄球菌等。霉、毛霉、镰刀霉及假单孢菌、无色杆菌、葡萄球菌等。植酸酶植酸酶:植酸酶是降解饲料中植酸及其盐的酶。微生物主要是酵母菌、植酸酶是降解饲料中植酸及其盐的酶。微生物主要是酵母菌、霉菌和细菌。霉菌和细菌。第6页，此课件共130页哦酶的分类酶的分类 国际酶学委员会（国际酶学委员会（Enzyme Commission,ECEnzyme Commission,EC）将所有的酶按它）将所有的酶按它们所催化的反应的性质分为六大类。们所催化的反应的性质分为六大类。分类分类序号序号酶的类型酶的类型催化反应的性质催化反应的性质举举 例例1 1氧化还原酶类氧化还原酶类(oxidoreductase)(oxidoreductase)脱氢酶、氧化酶、过氧脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、加氧酶化物酶、加氧酶2 2转移酶类转移酶类(transferase)(transferase)谷丙转氨酶、已糖激酶谷丙转氨酶、已糖激酶3 3水解酶类水解酶类(hydrolase)(hydrolase)酯酶、蛋白酶、淀粉酶酯酶、蛋白酶、淀粉酶AH2+BA+BH2AR+BA+BRAB+H2OAOH+BH第7页，此课件共130页哦分类分类序号序号酶的类型酶的类型催化反应的性质催化反应的性质举举 例例4 4裂解酶类裂解酶类(lyase)(lyase)醛缩酶、水合酶、脱醛缩酶、水合酶、脱氨酶、脱羧酶氨酶、脱羧酶5 5异构酶类异构酶类(isomerase)(isomerase)差向异构酶、顺反异差向异构酶、顺反异构酶、酮醛异构酶构酶、酮醛异构酶6 6合成酶类合成酶类(连接酶连接酶类类)(ligase)(ligase)羧化酶、氨酰羧化酶、氨酰-tRNA-tRNA合成酶、天冬酰胺合合成酶、天冬酰胺合成酶成酶ABXYA BXYAAABABATPADPPi第8页，此课件共130页哦第9页，此课件共130页哦第二节第二节 微生物的代谢微生物的代谢微生物代谢微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应的总和：微生物细胞所进行的化学反应的总和。微生物的代谢微生物的代谢物质代谢物质代谢能量代谢能量代谢产能代谢产能代谢耗能代谢耗能代谢分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢第10页，此课件共130页哦资料资料1.1.若干微生物和动物、植物组织的呼吸速率若干微生物和动物、植物组织的呼吸速率生物材料生物材料消耗消耗O O2 2ul/mgul/mg生物干重生物干重/h/hazotobacterazotobacter固氮菌固氮菌20002000AcetobacterAcetobacter醋杆菌醋杆菌18001800面包酵母面包酵母110110肾和肝组织肾和肝组织10-2010-20根和叶组织根和叶组织0.5-40.5-4微生物代谢的特点微生物代谢的特点相同时间、相同干重前提下耗氧量高。相同时间、相同干重前提下耗氧量高。第11页，此课件共130页哦 大肠杆菌每小时分解的糖是自身重量的大肠杆菌每小时分解的糖是自身重量的2000倍。倍。利用乳糖的细菌在利用乳糖的细菌在1小时内可分解其自重小时内可分解其自重1000-10000倍的乳糖。倍的乳糖。产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用牛强倍，比食用牛强10万倍。万倍。结论：代谢活动极其旺盛？结论：代谢活动极其旺盛？第12页，此课件共130页哦边长边长4cm边长边长2cm边长边长1cm总表面积总表面积/总体积总体积 =96/64=1.5/1总表面积总表面积/总体积总体积=192/64=3/1总表面积总表面积/总体积总体积=384/64=6/1第13页，此课件共130页哦代谢意义代谢意义代谢是生命的基本特征代谢是生命的基本特征,代谢通过代谢通过代谢途径完成代谢途径完成;代谢途径是不平衡的稳态体系、代谢途径是不平衡的稳态体系、形式多样、形式多样、有明确的细胞定位、相互沟通、有能量关联；有明确的细胞定位、相互沟通、有能量关联；关键酶限制代谢途径的流量关键酶限制代谢途径的流量第14页，此课件共130页哦一一 微生物物质代谢之合成代谢微生物物质代谢之合成代谢小分子合成复杂大分子的过程（同化作用）小分子合成复杂大分子的过程（同化作用），这些物质包括蛋白质、核酸、多糖及脂类等这些物质包括蛋白质、核酸、多糖及脂类等化合物。在微生物的合成代谢中有许多过程化合物。在微生物的合成代谢中有许多过程与其他生物是基本相同的，如蛋白质和核酸与其他生物是基本相同的，如蛋白质和核酸等物质的合成，在生物化学中已作了专门介等物质的合成，在生物化学中已作了专门介绍。绍。复杂分子（有机物）分解代谢合成代谢简单小分子ATPH第15页，此课件共130页哦1 1 微生物合成反应的类型微生物合成反应的类型微生物合成反应类型微生物合成反应类型 分类依据分类依据合成反应类型合成反应类型举例举例产物分子量产物分子量1.1.单体合成单体合成2.2.大分子聚合物合成大分子聚合物合成 氨基酸氨基酸,单糖单糖,单核苷酸单核苷酸蛋白质蛋白质,多糖多糖,核酸核酸产物性质产物性质1.1.初级代谢产物初级代谢产物2.2.次级代谢产物次级代谢产物 蛋白质蛋白质,多糖多糖,核酸核酸,脂类脂类抗生素抗生素,激素激素,毒素毒素,色素色素 合成反应在生物体中的分合成反应在生物体中的分布布1.1.生物共有合成反应生物共有合成反应2.2.微生物特有合成反应微生物特有合成反应 初级代谢产物的合成初级代谢产物的合成肽聚糖合成，固氮，微生肽聚糖合成，固氮，微生物次级代谢反应物次级代谢反应 2.2.微生物合成代谢的原料微生物合成代谢的原料 微生物合成作用需要微生物合成作用需要小分子物质、能量和还原力小分子物质、能量和还原力NAD(P)HNAD(P)H2 2第16页，此课件共130页哦小分子物质、能量和还原力NAD(P)H2来源：直接自外界环境中吸取从分解代谢中获得。（1 1）还原力）还原力-主要指还原型烟酰胺腺嘌呤核苷酸类物质，即NADPH2或NADH2，这两种物质在转氢酶作用下可以互换。化能异养微生物：化能自养型细菌：通过发酵或呼吸过程形成 氢酶催化H2形成NAD(P)H2（氢细菌等）电子逆转，在消耗ATP的前提下，电子通过在电子传递链上的逆转过程(由高电位向低电位流动)产生NAD(P)H2 第17页，此课件共130页哦（2 2）小分子前体碳架物质小分子前体碳架物质-这类物质指直接被机体用来合这类物质指直接被机体用来合成细胞物质基本组成成分的前体物成细胞物质基本组成成分的前体物(氨基酸、核苷酸及单糖等氨基酸、核苷酸及单糖等)。形成这些前体物的小分子碳架主要有12种：乙酰CoA、磷酸二羟丙酮、3-磷酸甘油醛、PEP、丙酮酸、4-磷酸赤藓糖、-酮戍二酸、琥珀酸、草酰乙酸、5-磷酸核糖、6-磷酸果糖及6-磷酸葡萄糖，它们可通过单糖酵解途径及呼吸途径由单糖等物质产生 中间代谢产物中间代谢产物分解代谢起源分解代谢起源在生物合成中的作用在生物合成中的作用葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸核糖核糖-5-磷酸磷酸赤藓糖赤藓糖-4-磷酸磷酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸a-酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰辅酶乙酰辅酶A葡萄糖葡萄糖 半乳糖半乳糖 多糖多糖EMP途径途径HMP途径途径HMP途径途径EMP途径途径EMP途径途径 ED途径途径EMP途径途径三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环丙酮酸脱羧丙酮酸脱羧 脂肪氧化脂肪氧化核苷糖类核苷糖类戊糖戊糖 多糖贮藏物多糖贮藏物核苷酸核苷酸 脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸芳香氨基酸芳香氨基酸芳香氨基酸芳香氨基酸 葡萄糖异生葡萄糖异生 CO2固定固定胞壁酸合成胞壁酸合成 糖的运输糖的运输丙氨酸丙氨酸 缬氨酸缬氨酸 亮氨酸亮氨酸 CO2固定固定丝氨酸丝氨酸 甘氨酸甘氨酸 半胱氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酸 脯氨酸脯氨酸 精氨酸精氨酸 赖氨酸赖氨酸天冬氨酸天冬氨酸 赖氨酸赖氨酸 蛋氨酸蛋氨酸 苏氨酸苏氨酸 异亮氨酸异亮氨酸脂肪酸脂肪酸 类异戊二烯类异戊二烯 甾醇甾醇第18页，此课件共130页哦（3 3）能量能量 -微生物合成代谢所需能量来自发酵、呼吸和光合磷微生物合成代谢所需能量来自发酵、呼吸和光合磷酸化过程形成的酸化过程形成的ATPATP和其他高能化合物。和其他高能化合物。3.微生物独特合成代谢举例微生物独特合成代谢举例肽聚糖生物合成肽聚糖生物合成微生物特有的结构大分子：微生物特有的结构大分子：细菌：肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、各种荚膜成分等细菌：肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、各种荚膜成分等真菌：葡聚糖、甘露聚糖、纤维素、几丁质等真菌：葡聚糖、甘露聚糖、纤维素、几丁质等肽聚糖：绝大多数原核微生物细胞壁所含有的独特成分；在细菌的生命活肽聚糖：绝大多数原核微生物细胞壁所含有的独特成分；在细菌的生命活动中有重要功能，尤其是许多重要抗生素如青霉素、头孢霉素、万古霉素动中有重要功能，尤其是许多重要抗生素如青霉素、头孢霉素、万古霉素、环丝氨酸（恶唑霉素）和杆菌肽等呈现其选择毒力（、环丝氨酸（恶唑霉素）和杆菌肽等呈现其选择毒力（selective toxicity）的物质基础。是在抗生素治疗上有特别意义的物质。的物质基础。是在抗生素治疗上有特别意义的物质。合成特点：合成机制复杂，步骤多，且合成部位几经转移；合成过程合成特点：合成机制复杂，步骤多，且合成部位几经转移；合成过程中须要有能够转运与控制肽聚糖结构元件的载体（中须要有能够转运与控制肽聚糖结构元件的载体（UDP和细菌萜醇）参与和细菌萜醇）参与。第19页，此课件共130页哦 合成过程：依发生部位分成三个阶段：合成过程：依发生部位分成三个阶段：细胞质阶段：合成派克（细胞质阶段：合成派克（Park）核苷酸）核苷酸细胞膜阶段：合成肽聚糖单体细胞膜阶段：合成肽聚糖单体细胞膜外阶段：交联作用形成肽聚糖细胞膜外阶段：交联作用形成肽聚糖第20页，此课件共130页哦异养菌合成代谢分三层次进行：异养菌合成代谢分三层次进行：第一层次：降解反应。（碳的骨架、能量）第一层次：降解反应。（碳的骨架、能量）多糖多糖单糖单糖小分子碳的化合物（小分子碳的化合物（C1-C7）（酶促）（酶促）第二层次：小分子合成反应（大分子合成的前提）第二层次：小分子合成反应（大分子合成的前提）碳化合物碳化合物小分子（氨基酸、氨基已糖、核苷酸）（酶促小分子（氨基酸、氨基已糖、核苷酸）（酶促）第三层次：小分子合成大分子第三层次：小分子合成大分子（蛋白质、核酸、多糖）。（蛋白质、核酸、多糖）。第21页，此课件共130页哦 细胞物质或营养物质降解形成简单产物的细胞物质或营养物质降解形成简单产物的过程，并释放能量的过程。（异化作用）过程，并释放能量的过程。（异化作用）大多数微生物都能分解糖和蛋白质，少数大多数微生物都能分解糖和蛋白质，少数微生物能分解脂类。微生物能分解脂类。第22页，此课件共130页哦 将大分子的营养物质降解成氨基酸、单糖、脂肪酸等小将大分子的营养物质降解成氨基酸、单糖、脂肪酸等小分子物质。分子物质。进一步降解成为简单的乙酰辅酶进一步降解成为简单的乙酰辅酶A、丙酮酸、及能进、丙酮酸、及能进入入TCA循环的中间产物。循环的中间产物。将第二阶段的产物完全降解生成将第二阶段的产物完全降解生成CO2，并将前面形成并将前面形成的还原力（的还原力（NADH2）通过呼吸吸链氧化、）通过呼吸吸链氧化、同时形成同时形成大量的大量的ATP。微生物代谢的特点：多样性、适应性、可控性第23页，此课件共130页哦 糖类是异养微生物的主要碳素来源和能量糖类是异养微生物的主要碳素来源和能量来源，包括各种多糖、双糖和单糖。来源，包括各种多糖、双糖和单糖。多糖必须在细胞外由相应的胞外酶水解，多糖必须在细胞外由相应的胞外酶水解，才能被吸收利用；双糖和单糖被微生物吸才能被吸收利用；双糖和单糖被微生物吸收后，立即进入分解途径，被降解成简单收后，立即进入分解途径，被降解成简单的含碳化合物，同时释放能量，供应细胞的含碳化合物，同时释放能量，供应细胞合成所需的碳源和能源。合成所需的碳源和能源。第24页，此课件共130页哦 细菌分解蛋白质的酶有两类，一类为细菌分解蛋白质的酶有两类，一类为蛋白酶，蛋白酶，另一类为另一类为肽酶，肽酶，前者为胞外酶，能将蛋白质分解为多肽和二肽。前者为胞外酶，能将蛋白质分解为多肽和二肽。肽类可进入微生物细胞中，肽酶为胞内酶，将进入细肽类可进入微生物细胞中，肽酶为胞内酶，将进入细胞内的肽水解为游离的氨基酸，供菌体利用。胞内的肽水解为游离的氨基酸，供菌体利用。微生物对氨基酸的分解方式很多，主要为脱氨作用和脱微生物对氨基酸的分解方式很多，主要为脱氨作用和脱羧作用。不同细菌水解不同氨基酸除生成氨基酸外，还羧作用。不同细菌水解不同氨基酸除生成氨基酸外，还有其他物质产生。如大肠杆菌、枯草杆菌水解含硫氨基有其他物质产生。如大肠杆菌、枯草杆菌水解含硫氨基酸有酸有H2SH2S产生；大肠杆菌、变形杆菌水解色氨酸，可形成产生；大肠杆菌、变形杆菌水解色氨酸，可形成吲哚。有些细菌则不能，因此这些特性可用于细菌的鉴定。吲哚。有些细菌则不能，因此这些特性可用于细菌的鉴定。第25页，此课件共130页哦 脂肪是脂肪酸和甘油的结合物。某些微生脂肪是脂肪酸和甘油的结合物。某些微生物能产生脂肪酶，将脂肪水解为甘油和脂物能产生脂肪酶，将脂肪水解为甘油和脂肪酸。甘油和脂肪酸可被微生物摄入细胞肪酸。甘油和脂肪酸可被微生物摄入细胞内，进行代谢。内，进行代谢。第26页，此课件共130页哦 分解代谢是合成代谢的基础分解代谢是合成代谢的基础 分解代谢为合成代谢提供能量分解代谢为合成代谢提供能量第27页，此课件共130页哦 三三 微生物能量代谢之产能代谢微生物能量代谢之产能代谢最初最初能源能源有机物有机物还原态无机物还原态无机物日光日光通用能源通用能源（ATP）一切生命活动都是耗能反应，因此，能量代谢是一切生物代谢的一切生命活动都是耗能反应，因此，能量代谢是一切生物代谢的核心问题。核心问题。能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中的多种形能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中的多种形式的最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源式的最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源-ATP。这就是产能代谢。这就是产能代谢。化能异养微生物化能异养微生物化能自养微生物化能自养微生物光能营养微生物光能营养微生物第28页，此课件共130页哦异养和自氧微生物都通过生物氧化来进行产能代谢，只异养和自氧微生物都通过生物氧化来进行产能代谢，只是它们利用的底物不同。（？）是它们利用的底物不同。（？）异养微生物的生物氧化异养微生物的生物氧化发酵发酵呼吸呼吸有氧呼吸有氧呼吸厌氧呼吸厌氧呼吸生物氧化反应生物氧化反应第29页，此课件共130页哦化能异养型微生物的代谢产能方式化能异养型微生物的代谢产能方式产能方式产能方式有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸发酵发酵环境条件环境条件有氧有氧无氧无氧无氧无氧终电子受体终电子受体来源来源环境，外源性环境，外源性环境，外源性环境，外源性胞内，内源性胞内，内源性性质性质分子氧分子氧化合物（通常为无机物化合物（通常为无机物）代谢中间产物代谢中间产物能进行该代谢产能方式能进行该代谢产能方式的微生物的微生物专性好氧微生物专性好氧微生物兼性好氧微生物兼性好氧微生物微嗜氧微生物微嗜氧微生物专性厌氧微生物专性厌氧微生物兼性好氧微生物兼性好氧微生物兼性好氧微生物兼性好氧微生物耐氧厌氧微生物耐氧厌氧微生物专性厌氧微生物专性厌氧微生物第30页，此课件共130页哦 微生物能量代谢之产能代谢微生物能量代谢之产能代谢呼吸作用呼吸作用思考思考:行呼吸作用的微生物的营养类型是哪一种行呼吸作用的微生物的营养类型是哪一种?（一）微生物产能代谢的本质（一）微生物产能代谢的本质生物氧化：生物体内的物质经过一系列连续的氧化还原反应分解并释放能量的过程。（产生的能量的用途？）AH2A辅酶辅酶辅酶辅酶H2受氢体受氢体受氢体受氢体H2脱氢酶脱氢酶氧化酶氧化酶生物氧化基本过程生物氧化基本过程第31页，此课件共130页哦（二）高能键化合物（二）高能键化合物高能键化合物的共性：高能键化合物的共性：高能键的形成和断开高能键的形成和断开可逆可逆，沟通了微生物两，沟通了微生物两个代谢类型个代谢类型光能光能光能营养型微生物光能营养型微生物化能营养型微生物化能营养型微生物化学能化学能耗能代谢耗能代谢合成代谢合成代谢 和和 分解代谢分解代谢ATPADP第32页，此课件共130页哦（三）微生物的主要产能方式（三）微生物的主要产能方式发发 酵酵呼呼 吸吸无机物氧化无机物氧化光能转换（光合磷酸化）光能转换（光合磷酸化）产能方式产能方式共同点：共同点：氧化还原反应氧化还原反应区别点：区别点：电子最终受体电子最终受体 氧化基质氧化基质第33页，此课件共130页哦(四四)呼吸呼吸:微生物以微生物以O2或其它无机物为电子最终受体或其它无机物为电子最终受体进行有机物氧化的过程。进行有机物氧化的过程。(1)特点：特点：b.电子载体传递电子伴随电子载体传递电子伴随ATP大量形成。大量形成。（氧化磷酸化、电子传递水平磷酸化（氧化磷酸化、电子传递水平磷酸化)a.电子载体电子载体传递电子。传递电子。各呼吸类型的特点各呼吸类型的特点.第34页，此课件共130页哦 (2)类型类型 （据电子最终受体分）（据电子最终受体分）B.厌氧呼吸：厌氧呼吸：酶系较简单，产物无机化程度较低酶系较简单，产物无机化程度较低。其中分子内无氧呼吸氧化最不彻底，产能最少。其中分子内无氧呼吸氧化最不彻底，产能最少。最终电子受体：无机物；底物：有机物。最终电子受体：无机物；底物：有机物。NO3 SO4 CO3 硝酸还原、硫酸盐还原、碳酸盐还原硝酸还原、硫酸盐还原、碳酸盐还原A.有氧呼吸：有氧呼吸：最终电子受体：分子氧；底物：有机物。最终电子受体：分子氧；底物：有机物。分子内无氧呼吸分子内无氧呼吸:以基质分解不彻底的中间产物为受氢体的以基质分解不彻底的中间产物为受氢体的生物氧化。生物氧化。（这一特点与哪种生物氧化相同？）（这一特点与哪种生物氧化相同？）分子外无氧呼吸分子外无氧呼吸:以无机氧化物为最终受氢体的生物氧化。以无机氧化物为最终受氢体的生物氧化。思考思考:有氧呼吸、分子内无氧呼吸、分子外无氧呼吸、发酵有氧呼吸、分子内无氧呼吸、分子外无氧呼吸、发酵所产生的能量大小有什么特点？所产生的能量大小有什么特点？第35页，此课件共130页哦有氧呼吸有氧呼吸糖酵解作用糖酵解作用有氧有氧无氧无氧葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸发酵发酵三羧酸循环三羧酸循环各种发酵产物各种发酵产物被彻底氧化生成被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。和水，释放大量能量。第36页，此课件共130页哦 厌氧呼吸的产能较有氧呼吸少，但厌氧呼吸的产能较有氧呼吸少，但比发酵多，它使微生物在没有氧的情况比发酵多，它使微生物在没有氧的情况下仍然可以通过电子传递和氧化磷酸化下仍然可以通过电子传递和氧化磷酸化来产生来产生ATPATP，因此对很多微生物是非常，因此对很多微生物是非常重要的。重要的。除氧以外的多种物质可被各种微生物除氧以外的多种物质可被各种微生物用作最终电子受体，充分体现了微生物用作最终电子受体，充分体现了微生物代谢类型的多样性。代谢类型的多样性。厌氧呼吸特点厌氧呼吸特点第37页，此课件共130页哦“鬼火鬼火”是如何产生的是如何产生的?在无氧条件下，某些微生物在没有氧、氮或硫作为呼吸作在无氧条件下，某些微生物在没有氧、氮或硫作为呼吸作用的最终电子受体时，可以磷酸盐代替，其结果是生成磷化氢用的最终电子受体时，可以磷酸盐代替，其结果是生成磷化氢（PH3），一种易燃气体。当有机物腐败变质时，经常会发生这种），一种易燃气体。当有机物腐败变质时，经常会发生这种情况。情况。若埋葬尸体的坟墓封口不严时，这种气体就很易逸出。农村的墓若埋葬尸体的坟墓封口不严时，这种气体就很易逸出。农村的墓地通常位于山坡上，埋葬着大量尸体。在夜晚，气体燃烧会发出绿幽地通常位于山坡上，埋葬着大量尸体。在夜晚，气体燃烧会发出绿幽幽的光。长期以来人们无法正确地解释这种现象，将其称之为幽的光。长期以来人们无法正确地解释这种现象，将其称之为“鬼火鬼火”。第38页，此课件共130页哦C、无机物氧化：、无机物氧化：（好氧的化能自养型）（好氧的化能自养型）H2、NH3、HNO2、H2S（氢细菌、硝化细菌和硫细（氢细菌、硝化细菌和硫细菌）菌）H2+1/2O2 H2O底物：无机物；最终受氢体：氧气底物：无机物；最终受氢体：氧气 电子传递水平磷酸化或底物水平磷酸化电子传递水平磷酸化或底物水平磷酸化第39页，此课件共130页哦D、光能转换：（光合磷酸化）、光能转换：（光合磷酸化）(光能自养微生物光能自养微生物)特点：光合生物、光合色素特点：光合生物、光合色素（蓝细菌：蓝细菌：叶绿素叶绿素，放氧光合作用；，放氧光合作用；细菌：细菌：菌绿素菌绿素，不放氧光合作用），不放氧光合作用）光合磷酸化：光能转变为化学能的过程。光合磷酸化：光能转变为化学能的过程。主要类群主要类群:绿色细菌、紫色细菌、蓝细菌绿色细菌、紫色细菌、蓝细菌第40页，此课件共130页哦产能方式产能方式 底物底物 电子受体电子受体 ATP产生方式产生方式 微生物营养型微生物营养型发发 酵酵 有机物有机物 中间产物中间产物 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 化能异养型化能异养型呼呼 吸吸 有机物有机物 O2或无机物或无机物 电子传递或基质水平电子传递或基质水平 化能异养型化能异养型无机物氧化无机物氧化 无机物无机物 O2 电子传递或基质水平电子传递或基质水平 化能自养型化能自养型 光能转换光能转换 无机物无机物 光合磷酸化光合磷酸化 光能自养异养光能自养异养不同产能方式特征的比较不同产能方式特征的比较第41页，此课件共130页哦微生物的呼吸类型比较微生物的呼吸类型比较呼吸类型呼吸类型 生活环境生活环境生物氧化方式生物氧化方式实例实例好氧性微好氧性微生物生物有氧有氧有氧呼吸有氧呼吸很多常见的细菌、放很多常见的细菌、放线菌、真菌线菌、真菌厌氧性微厌氧性微生物生物缺氧缺氧无氧呼吸或发无氧呼吸或发酵酵梭状芽孢杆菌、产甲梭状芽孢杆菌、产甲烷杆菌，乳酸菌等烷杆菌，乳酸菌等兼性厌氧兼性厌氧微生物微生物有氧缺有氧缺氧均可氧均可有氧时，进行有氧时，进行有氧呼吸；缺有氧呼吸；缺氧时，进行发氧时，进行发酵或无氧呼吸酵或无氧呼吸酵母菌，硝酸盐还原酵母菌，硝酸盐还原细菌等细菌等第42页，此课件共130页哦 1 1 细胞物质的合成细胞物质的合成 CO2CO2的固定的固定 生物固氮生物固氮 二碳化合物的同化二碳化合物的同化 糖类的合成糖类的合成 氨基酸的合成氨基酸的合成 2 其它的耗能代谢其它的耗能代谢 运动运动 运输运输 发光发光第43页，此课件共130页哦1 微生物代谢过程中的自我调节微生物代谢过程中的自我调节微生物代谢调节系统的特点：精确、可塑性强，细胞水平的代谢调微生物代谢调节系统的特点：精确、可塑性强，细胞水平的代谢调节能力超过高等生物。节能力超过高等生物。成因：细胞体积小，所处环境多变。成因：细胞体积小，所处环境多变。举例：大肠杆菌细胞中存在举例：大肠杆菌细胞中存在2500种蛋白质，其中上千种是催化正常种蛋白质，其中上千种是催化正常新陈代谢的酶。每个细菌细胞的体积只能容纳新陈代谢的酶。每个细菌细胞的体积只能容纳10万个蛋白质分子万个蛋白质分子，所以每种酶平均分配不到，所以每种酶平均分配不到100个分子。个分子。如何解决合成与使用效率的经济关系？如何解决合成与使用效率的经济关系？解决方式：解决方式：组成酶（组成酶（constitutive enzyme）经常以高浓度存在，经常以高浓度存在，其它酶都是其它酶都是诱导酶（诱导酶（inducible enzyme），），在底物或其类似物存在底物或其类似物存在时才合成，诱导酶的总量占细胞总蛋白含量的在时才合成，诱导酶的总量占细胞总蛋白含量的10%。五、微生物的代谢调控五、微生物的代谢调控第44页，此课件共130页哦（1）控制营养物质透过细胞膜进入细胞）控制营养物质透过细胞膜进入细胞如：只有当速效碳源或氮源耗尽时，微生物才合成迟如：只有当速效碳源或氮源耗尽时，微生物才合成迟效碳源或氮源的运输系统与分解该物质的酶系统。效碳源或氮源的运输系统与分解该物质的酶系统。（实际应用？）实际应用？）第45页，此课件共130页哦（2）通过酶的定位控制酶与底物的接触）通过酶的定位控制酶与底物的接触1）真核微生物酶定位在相应细胞器上；细胞器各行使）真核微生物酶定位在相应细胞器上；细胞器各行使某种特异的功能；某种特异的功能；2）原核微生物在细胞内划分区域集中某类酶行使功）原核微生物在细胞内划分区域集中某类酶行使功能：能：与呼吸产能代谢有关的酶位于膜上；与呼吸产能代谢有关的酶位于膜上；蛋白质合成酶和移位酶位于核糖体上；蛋白质合成酶和移位酶位于核糖体上；同核苷酸吸收有关的酶在同核苷酸吸收有关的酶在G-菌的周质区。菌的周质区。第46页，此课件共130页哦（3）控制代谢物流向：控制代谢物流向：(通过酶促反应速度来调节通过酶促反应速度来调节)1)可逆反应途径由同种酶催化，可由不同辅基或辅可逆反应途径由同种酶催化，可由不同辅基或辅酶控制代谢物流向：酶控制代谢物流向：2)通过调节酶的活性或酶的合成量。通过调节酶的活性或酶的合成量。关键酶关键酶:某一代谢途径中的第一个酶或分支点后的某一代谢途径中的第一个酶或分支点后的第一个酶。第一个酶。粗调：调节酶的合成量粗调：调节酶的合成量细调：调节现有酶分子的活性细调：调节现有酶分子的活性 3)通过调节产能代谢速率。通过调节产能代谢速率。第47页，此课件共130页哦 通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率的方式。是酶分子水平上的调节，属于精的速率的方式。是酶分子水平上的调节，属于精细的调节。细的调节。调节方式：包括两个方面：调节方式：包括两个方面：(1)、酶活性的激活：在代谢途径中后面的反应可被、酶活性的激活：在代谢途径中后面的反应可被较前面的反应产物所促进的现象；常见于分解代谢途较前面的反应产物所促进的现象；常见于分解代谢途径。径。(2)酶活性的抑制：包括：竞争性抑制和反馈抑酶活性的抑制：包括：竞争性抑制和反馈抑制。制。第48页，此课件共130页哦概念：概念：反馈：指反应链中某些中间代谢产物或终产物对该途径关键酶活性的反馈：指反应链中某些中间代谢产物或终产物对该途径关键酶活性的影响。影响。凡使反应速度加快的称正反馈；凡使反应速度加快的称正反馈；凡使反应速度减慢的称负反馈（反馈抑制）；凡使反应速度减慢的称负反馈（反馈抑制）；反馈抑制反馈抑制主要表现在某代谢途径的末端产物过量时可反过来主要表现在某代谢途径的末端产物过量时可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性。主要表现在氨基酸、核苷酸直接抑制该途径中第一个酶的活性。主要表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。合成途径中。特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除。特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除。第49页，此课件共130页哦(1).直线式代谢途径中的反馈抑制直线式代谢途径中的反馈抑制：苏氨酸脱氨酶苏氨酸脱氨酶苏氨酸苏氨酸-酮丁酸酮丁酸异亮氨酸异亮氨酸反馈抑制反馈抑制(2).(2).分支代谢途径中的反馈抑制：分支代谢途径中的反馈抑制：在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物在一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供应，微生物发展出多种调节方式。主要有：的供应，微生物发展出多种调节方式。主要有：同功酶的同功酶的调节，调节，顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。第50页，此课件共130页哦A 合作反馈抑制合作反馈抑制定义：两种末端产物同时存在时，共同的反馈抑制作用大于定义：两种末端产物同时存在时，共同的反馈抑制作用大于二者单独作用之和。二者单独作用之和。举例：在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受举例：在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和和GMP（和（和IMP）的合作反馈抑制，二者共同存在时，可以完全抑制该酶的活）的合作反馈抑制，二者共同存在时，可以完全抑制该酶的活性。而二者单独过量时，分别抑制其活性的性。而二者单独过量时，分别抑制其活性的70%和和10%。第51页，此课件共130页哦B 积累反馈抑制积累反馈抑制定义：每一分支途径末端产物按一定百分比单独抑制共同途定义：每一分支途径末端产物按一定百分比单独抑制共同途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时它们的抑制径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时它们的抑制作用是积累的，各末端产物之间既无协同效应，亦无拮抗作作用是积累的，各末端产物之间既无协同效应，亦无拮抗作用。用。第52页，此课件共130页哦Try 16%Try 16%CTP 14%CTP 14%氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 13%13%AMP 41%AMP 41%积累反馈抑制积累反馈抑制E.coliE.coli谷氨酰胺合成酶的调节谷氨酰胺合成酶的调节第53页，此课件共130页哦C C 顺序反馈抑制顺序反馈抑制 一种终产物的积累一种终产物的积累,导致前一中间产物的积累，通过导致前一中间产物的积累，通过后者反馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成终止。后者反馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成终止。举例：枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成的调节举例：枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成的调节第54页，此课件共130页哦D 代谢互锁代谢互锁 表面完全不相关的两条途径之间的调节。这种作用一般在高浓度下才表面完全不相关的两条途径之间的调节。这种作用一般在高浓度下才显示，且为部分抑制。显示，且为部分抑制。AspAspAsp-pAsp-pAsaAsaDAPDAPLysLys，二氢吡啶二，二氢吡啶二羧酸合成酶羧酸合成酶HseHseThrThr Ile IlePyPy 异丙基异丙基LeuLeu 苹果酸苹果酸第55页，此课件共130页哦定义：催化相同的生化反应，而酶分子结构有差定义：催化相同的生化反应，而酶分子结构有差别的一组酶。别的一组酶。意义：在一个分支代谢途径中，如果在分支点以前的一意义：在一个分支代谢途径中，如果在分支点以前的一个较早的反应是由几个同功酶催化时，则分支代谢的个较早的反应是由几个同功酶催化时，则分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用。某一产物过量仅抑制相应酶活，对其他产物某一产物过量仅抑制相应酶活，对其他产物没影响。没影响。举例：大肠杆菌的天冬氨酸族氨基酸合成的调节举例：大肠杆菌的天冬氨酸族氨基酸合成的调节第56页，此课件共130页哦天冬氨酸族天冬氨酸族 天冬氨酸天冬氨酸E,RE,R III I III IE,RE,R4-4-磷酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸E E天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛E,RE,R II I II I E E二氢吡啶二羧酸二氢吡啶二羧酸 同型丝氨酸同型丝氨酸同型丝氨酸磷酸同型丝氨酸磷酸E,RE,R R R O-O-琥珀酰同型丝氨酸琥珀酰同型丝氨酸 苏氨酸苏氨酸 E,RE,R六氢吡啶二羧酸六氢吡啶二羧酸 胱硫醚胱硫