微生物的新陈代谢 (3)讲稿.ppt

关于微生物的新陈代谢(3)第一页，讲稿共六十八页哦概念新陈代谢新陈代谢（Metabolism）一般泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。生物小分子合成生物大分子 合成代谢 （同化）耗能新陈代谢新陈代谢 能量代谢 物质物质 代代 谢谢 产能 分解代谢 （异化）生物大分子分解为生物小分子 新陈代谢新陈代谢的共同特点：（1）在温和条件下进行(由酶催化)；（2）反应步骤繁多，但相互配合、有条不紊、彼此协调，且逐步进行，表征 了新陈代谢具有严格的顺序性；（3）对内外环境具有高度的调节功能和适应功能。第二页，讲稿共六十八页哦第一节 微生物的能量代谢 有机物 日光 ATP 还原态无机物 化能异养菌 光能营养菌化能自养菌第三页，讲稿共六十八页哦一、化能异养微生物的生物氧化生物氧化功能：ATP、H、小分子代谢物 生物氧化形式：加氧、脱氢、失电子 生物氧化过程：脱氢、递氢、受氢 或电子、电子、电子 生物氧化类型：有氧呼吸、无氧呼吸、发酵第四页，讲稿共六十八页哦一、化能异养微生物的生物氧化（一）底物脱氢的4条途径 EMP途径：糖酵解途径 HMP 途径：戊糖磷酸途径 ED途径：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸KDPG途径 TCA循环：三羧酸循环途径第五页，讲稿共六十八页哦（一）底物脱氢的4条途径 1.EMP途径：糖酵解途径（10步反应）2NADH+H+2丙酮酸丙酮酸4ATP2ATP2ATP 耗能阶段产能阶段C6为葡萄糖，C3为3-磷酸-甘油醛C6C3第六页，讲稿共六十八页哦第七页，讲稿共六十八页哦（一）底物脱氢的4条途径 2.HMP途径-6-磷酸葡萄糖酸途径6C6H12O6 葡萄糖6C5 12NADPH+12H+ATP 一系列反应 6CO25C6经一系列反应重新合成己糖6-磷酸-葡萄糖+12NADP+6H20-5-磷酸-葡萄糖+12NADPH+12H+6CO2+Pi 第八页，讲稿共六十八页哦第九页，讲稿共六十八页哦（一）底物脱氢的4条途径3.ED途径(KDPG途径)-4步反应 6C6H12O6 葡萄糖2ATP ATP KDPG NADH+H+2丙酮酸 KDPG为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸 C6H12O6+ATP+Pi+NADP+NAD+2CH3COCOOH+ATP+NADPH+H+NADH+H+当缺乏EMP途径时的一种替代途径,是微生物特有的途径-细菌酒精发酵ATP 一系列反应 NADPH+H+第十页，讲稿共六十八页哦第十一页，讲稿共六十八页哦6-磷酸-葡萄糖酸脱水酶KDPG醛缩酶KDPG6-磷酸-葡萄糖酸丙酮酸第十二页，讲稿共六十八页哦一、化能异养微生物的生物氧化（一）底物脱氢的4条途径 4.TCA循环-分解代谢和合成代谢的枢纽 FADH2 4NADH+4H+CO2 GTP 丙酮酸-乙酰COA-呼吸链第十三页，讲稿共六十八页哦第十四页，讲稿共六十八页哦一、化能异养微生物的生物氧化（二）递氢与受氢 H-H-H-有机小分子-乙醇、乳酸 发酵 O2 H2O 有氧呼吸 NO3-，SO42-，CO2 NO2，SO32-，CH4 无氧呼吸 第十五页，讲稿共六十八页哦一、化能异养微生物的生物氧化（二）递氢与受氢 1.有氧呼吸-完全电子呼吸链 将H-完全电子呼吸链-O2 ADP+Pi ATPH2O产能效率高第十六页，讲稿共六十八页哦完全电子呼吸链NADH2-NAD FAD-FADH2 还原态Fe-S-氧化态Fe-S 氧化态-醌-还原态-醌 还原态-Cyt b-氧化态 氧化态 Cytc-还原态 还原态Cyt a-氧化态 O2-H2OATP ATPATP低还原势 高第十七页，讲稿共六十八页哦一、化能异养微生物的生物氧化（二）递氢与受氢 2.无氧呼吸-部分电子呼吸链 将H-部分电子呼吸链-无机氧化物 少数为有机物ADP+Pi ATP硝酸盐呼吸（反硝化）、硫酸盐呼吸、铁呼吸、碳酸盐呼吸等第十八页，讲稿共六十八页哦一、化能异养微生物的生物氧化（二）递氢与受氢 3.发酵-无氧条件下 底物水平磷酸化-产能效率低 H-中间代谢物-发酵产物（1）交给EMP途径的丙酮酸或丙酮酸的转化物-不同菌不同，但H平衡第十九页，讲稿共六十八页哦 乳酸乙醇2，3-丁二醇丙酸异丙醇丁醇丁酸盐乙酸乙醇第二十页，讲稿共六十八页哦一、化能异养微生物的生物氧化（二）递氢与受氢 3.发酵-无氧条件下 （2）交给HMP途径的产物 异型乳酸发酵-除乳酸外还有其它产物,如乙醇、乙酸、CO2等同型乳酸发酵只有乳酸第二十一页，讲稿共六十八页哦一、化能异养微生物的生物氧化3.发酵-无氧条件下（2）交给HMP途径的中间物 以葡萄糖为底物的异型乳酸发酵-1乳酸、1乙醇、1CO2 以核糖为底物的异型乳酸发酵-1乳酸、1乙酸、1CO2 双歧杆菌乳酸发酵-1乳酸、1.5乙酸 第二十二页，讲稿共六十八页哦葡萄糖 5-磷酸-核酮糖 6-磷酸-葡萄糖酸 乙酰-COA 葡萄糖-6-磷酸 乙酰磷酸 5-磷酸-木酮糖 丙酮酸 3-磷酸-甘油醛 乙醇 乙醛 乳酸 ATP ADPNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CO2NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+NAD+NADH+H+NADH+H+NAD+ADP ATP第二十三页，讲稿共六十八页哦 核糖 5-磷酸-核糖 乙酸 乙酰磷酸 3-磷酸甘油醛 5-磷酸-木酮糖 乳酸 丙酮酸NADH2 NAD+NAD+NADH2ADP ATPATP ADPADP ATP第二十四页，讲稿共六十八页哦一、化能异养微生物的生物氧化3.发酵-无氧条件下（3）交给ED途径的中间物 交给丙酮酸-乙醇（细菌的酒精发酵）第二十五页，讲稿共六十八页哦一、化能异养微生物的生物氧化3.发酵-无氧条件下（3）Stickland反应 一种氨基酸脱氢-另一种氨基酸受氢 第二十六页，讲稿共六十八页哦第二十七页，讲稿共六十八页哦能量代谢总图第二十八页，讲稿共六十八页哦第二节 分解代谢与合成代谢的联系12种中间代谢物 葡萄糖-1-P 葡萄糖-6-P 二羟丙酮-P 3-P-甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸由EMP途径产生第二十九页，讲稿共六十八页哦第二节 分解代谢与合成代谢的联系 核糖-5-P 赤藓糖-4-P由HMP途径产生乙酰-COA 草酰乙酸-酮戊二酸 琥珀酰-COA由TCA循环产生第三十页，讲稿共六十八页哦一.两用代谢途径 合成细胞物质 分解产能 EMP途径 TCA循环第三十一页，讲稿共六十八页哦二.代谢物回补途径回补（10条途径）磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸第三十二页，讲稿共六十八页哦乙醛酸循环-回补途径之一 乙醛酸柠檬酸草酰乙酸苹果酸琥珀酸异柠檬酸乙酰COA乙酰COA第三十三页，讲稿共六十八页哦第三节微生物独特代谢一.自养微生物CO2的固定 1、Calvin循环 2、厌氧乙酰-COA 途径 3、逆向TCA循环 4、羟基丙酸途径 第三十四页，讲稿共六十八页哦 6个 1，5-二磷酸核酮糖12 甘油酸-1，3-二磷酸12 甘油酸-3-磷酸 6 CO26 核酮糖-5-磷酸12 甘油酸-3-磷酸10 甘油酸-3-磷酸12 ATPATP果糖-6-磷酸12 NADP-NADPH2生物合成分子重排第三十五页，讲稿共六十八页哦甘油-3-磷酸乙酰COA 羧酸 氨基酸甘油 酯化 磷脂、脂肪 己糖 聚合 双糖、多糖第三十六页，讲稿共六十八页哦厌氧乙酰COA途径逆向TCA循环、羟基丙酸途径 产乙酸菌、硫酸还原菌、产甲烷菌 4H2+2CO2 CH3COOH+2H2O 2CO2+4H+3ATP-草酰乙酸 第三十七页，讲稿共六十八页哦二、生物固氮（一）固氮微生物 自养固氮菌：好氧、厌氧菌、兼性 共生固氮菌：根瘤菌、地衣 联合固氮菌：根际、叶面第三十八页，讲稿共六十八页哦二、生物固氮（二）固氮的生化机制 N2 、ATP、NATPH2、固氮酶、厌氧环境、镁离子 固氮酶活性：N2 NH3 2H+2e-H2第三十九页，讲稿共六十八页哦二、生物固氮（三）好氧菌固氮酶的避氧机制 1 呼吸保护：呼吸强 2 构象保护：构象变 3 蓝细菌的异型胞：隔离 或时间分开 4 根瘤菌的豆血红蛋白 第四十页，讲稿共六十八页哦三、肽聚糖的合成-细胞质内 葡萄糖合成 N-乙酰葡萄糖胺 葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸 葡萄糖胺-6-磷酸 果糖-6-磷酸ATPADPGluGln第四十一页，讲稿共六十八页哦三、肽聚糖的合成-细胞质内 葡萄糖合成 N-乙酰胞壁酸 萄糖胺-6-磷酸 N-乙酰葡糖胺-6-磷酸 N-乙酰葡糖胺-UDP N-乙酰葡糖胺-1-磷酸 UTPpp乙酰COACOA磷酸烯醇式丙酮酸 NADPH2N-乙酰胞壁酸-UDP第四十二页，讲稿共六十八页哦三、肽聚糖的合成-细胞质内 N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸 N-乙酰胞壁酸-UDPN-乙酰胞壁酸-UDP L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala D-Ala “Park”核苷酸ATP L-Ala、D-Glu、L-Lys、D-Ala第四十三页，讲稿共六十八页哦三、肽聚糖的合成-细胞膜中 “Park”核苷酸5个 甘氨酸PP类脂插入到膜外插入到膜外肽聚糖合成处肽聚糖合成处第四十四页，讲稿共六十八页哦第四节 代谢调节与发酵生产酶量调节：诱导 阻遏 酶活调节：激活 抑制第四十五页，讲稿共六十八页哦第四十六页，讲稿共六十八页哦甲硫氨酸反馈阻遏大肠杆菌的蛋氨酸合成酶的合成甲硫氨酸反馈阻遏大肠杆菌的蛋氨酸合成酶的合成（R）：表示反馈阻遏）：表示反馈阻遏 第四十七页，讲稿共六十八页哦第四十八页，讲稿共六十八页哦分解代谢物阻遏的乳糖操纵子模型分解代谢物阻遏的乳糖操纵子模型 葡萄糖分解代谢物葡萄糖分解代谢物X阻止阻止 CAP-cAMP的形成，的形成，从而阻止了从而阻止了RNA聚合酶聚合酶 与启动基因上结合位点与启动基因上结合位点第四十九页，讲稿共六十八页哦第五十页，讲稿共六十八页哦异亮氨酸合成途径中的直线式反馈抑制异亮氨酸合成途径中的直线式反馈抑制 第五十一页，讲稿共六十八页哦末端产物末端产物D和和F协同反馈控制模式协同反馈控制模式 第五十二页，讲稿共六十八页哦末端产物末端产物D和和F的累积反馈控制模式的累积反馈控制模式 第五十三页，讲稿共六十八页哦顺序反馈控制的模式顺序反馈控制的模式 第五十四页，讲稿共六十八页哦大肠杆菌合成苏氨酸、甲硫氨酸和赖氨酸中的同工酶调节大肠杆菌合成苏氨酸、甲硫氨酸和赖氨酸中的同工酶调节 E表示末端产物反馈抑制；表示末端产物反馈抑制；R表示末端产物反馈阻遏表示末端产物反馈阻遏第五十五页，讲稿共六十八页哦谷氨酸棒杆菌的代谢调节与赖氨酸生产谷氨酸棒杆菌的代谢调节与赖氨酸生产E：表示反馈抑制；：表示反馈抑制；R：表示反馈阻遏：表示反馈阻遏 第五十六页，讲稿共六十八页哦肌苷酸（IMP）生产AMP缺陷型第五十七页，讲稿共六十八页哦苏氨酸生产抗反馈调节突变株 黄色短杆菌 抗氨基羟基戊酸（AHV）13g/L 蛋氨酸缺陷型-18g/L第五十八页，讲稿共六十八页哦二、自养微生物产生ATP和H CO2 化能自养微生物的生物氧化-ATP-Calvin循环 -H-乙酰-COA途径 还原性TCA途径 光能自养微生物的光合磷酸化-ATP-羟基丙酸途径 -H-CH20 细胞物质细胞物质 第五十九页，讲稿共六十八页哦二、自养微生物产生ATP和H（一）化能自养微生物 CO2 -作为能量顺呼吸链-ATP-部分作为无机供氢体逆呼吸链-H-CH2ONH4+NO2-H2S S H2 Fe2+第六十页，讲稿共六十八页哦（一）化能自养微生物的产能与H H2 HS-NH4、S2-、SO32-S2O3-、S0、Fe2+NO2-NAD FP Q Cyt.cc1 Cyt.a.aa3 O2 ATP ATP ATP 无机底物脱氢后，氢或电子进入呼吸链的部位，正向产 生ATP，逆向消耗ATP产生还原力H第六十一页，讲稿共六十八页哦二、自养微生物产生ATP和H化能自养菌一般都是好氧菌 由于化能自养微生物产能效率低，以及固定CO2要消耗大量ATP，因此他们的产能效率、生长速度、生长得率都很低。例如 硝化细菌 包括 亚硝化细菌或氨氧化细菌：NH3-NO2-硝化细菌或亚硝酸细菌：NO2-N03-都是氧化作用 NH3 +O2+2H+2e-NH2OH+H2O NH2OH+H2O-HNO2+4H+4e-NO2-+H2O-亚硝酸氧化酶-NO3-+2H+2e-以上H都来自于水 第六十二页，讲稿共六十八页哦二、自养微生物的产能与H（二）光能营养微生物产能和H 1.循环式光和磷酸化 光和细菌：不产氧，光和磷酸化、供氢体H2S、厌氧生长、细胞含菌绿素和类胡萝卜素 红螺菌目第六十三页，讲稿共六十八页哦ADP ATPNADH2第六十四页，讲稿共六十八页哦（二）光能营养微生物产能和H2.非循环光和磷酸化 绿色植物、藻类、蓝细菌所共有：产氧、含2个光和系统、产生ATP、还原力为NADPH，来自H2O的光解第六十五页，讲稿共六十八页哦NADPH2第六十六页，讲稿共六十八页哦3.嗜盐菌紫膜的光介导ATP合成嗜盐菌在无氧的条件下，利用光能所造成的紫膜蛋白上视黄醛辅基结构变化，可使质子不断驱至膜外，从而膜两测建立一个质子动势，由它来推动ATP的合成。-紫膜光合磷酸化第六十七页，讲稿共六十八页哦06.10.2022感谢大家观看第六十八页，讲稿共六十八页哦