第五章微生物的新陈代谢brjr.docx

第五章 微生生物的新新陈代谢谢本章重点点: 新新陈代谢谢的概念念、特点点；新陈陈代谢的的基本内内容。本章难点点：物质质代谢、能能量代谢谢的基本本内容、联联系及特特点；分分解代谢谢、合成成代谢的的基本内内容、联联系及特特点。建议学时时：8学学时新陈代谢谢：简称代谢谢，广义义的代谢谢生命命体进行行的一切切化学反反应。是是指发生生在活细细胞中的的各种分分解代谢谢与合成成代谢的的总和。其其中，分分解代谢谢是指复复杂的有有机物分分子通过过分解代代谢酶系系的催化化，产生生简单分分子、腺腺苷三磷磷酸(AATP)形式的的能量或或还原力力(或称还还原当量量，以H表表示)的作用用；合成成代谢则则与分解解代谢相相反，是是指在合合成代谢谢酶系的的催化下下，由简简单小分分子、AATP形形式的能能量与H形形式的还还原力一一起合成成大分子子的过程程。代谢的类类型：1、能量量代谢和和物质代代谢2、分解解代谢和和合成代代谢分解代谢谢：复杂杂营养物物分解为为简单化化合物（异异化作用用）。合成成代谢：简单小小分子合合成为复复杂大分分子（同同化作用用）。二者关系系：合成成代谢与与分解代代谢在生生物体中中偶联进进行，它它们之间间既有明明显差别别，但又又紧密相相关。分分解代谢谢为合成成代谢提提供所需需要的能能量和原原料，而而合成代代谢则是是分解代代谢的基基础。3、初级级代谢和和次级代代谢初级级代谢：能使营营养物转转化为结结构物质质、具生生理活性性物质或或提供生生长能量量的一类类代谢。产产物有小小分子前前体物、单单体、多多聚体等等生命必必需物质质。次级级代谢：某些微微生物中中并在一一定生长长时期出出现的一一类代谢谢。产物物有抗生生素、酶酶抑制剂剂、毒素素、甾体体化合物物等，与与生命活活动无关关，不参参与细胞胞结构，也也不是酶酶活性必必需，但但对人类类有用。二者者关系：先初后后次，初初级形成成期也是是生长期期，只有有大量生生长，才才能积累累产物。第一节 微生物物的能量量代谢微生物对对能量利利用：一、化能能异养微微生物的的生物氧氧化和产产能（一）生生物氧化化1、概念念：生物物氧化是是指发生生在活细细胞中的的一系列列产能性性氧化反反应的总总称。2、生物物氧化与与燃烧的的比较（1）相相同点：它们的的总效应应都是通通过有机机物的氧氧化反应应而释放放出其中中的化学学潜能。（2)不不同点：生物氧氧化需要要酶的参参与，反反应条件件温和，为为多步式式梯级反反应，产产生的能能量大部部分为AATP，且且能量利利用率高高；而燃燃烧则不不需要酶酶的参与与，反应应条件激激烈，为为一步式式快速反反应，其其产能形形式为发发光、发发热，且且能量利利用率低低。3、生物物氧化的的形式：某物质质与氧结结合、脱脱氢或失失去电子子4、生物物氧化的的过程：分为脱脱氢（或或电子）、递递氢（或或电子）和和受氢（或或电子）三三阶段。5、生物物氧化的的功能：产能（ATP）、产还原力H（使许多还原型辅酶得到了再生）和产小分子中间还原产物。6、生物物氧化的的类型：呼吸、无无氧呼吸吸、发酵酵其划分依依据是根根据递氢氢的特点点特别是是氢受体体性质的的不同。（二）底底物脱氢氢的四条条途径1、EMMP途径总反应途途径为：    总反应式式为：  C6H12O62NNAD+2(ADPP+Pii)2CHH3COCCOOHH+2AATP+2NAADH222HH2OEMP  途径的的关键酶酶是磷酸酸已糖激激酶和果果糖二磷磷酸醛缩缩酶，它它开始时时消耗  ATPP，后来来又产生生ATPP，总计计起来，每每分子葡葡萄糖通通过EMMP途径径净合成成2分子子ATPP，产能能水平较较低。EMP途途径的意意义：1）生理理意义：在无氧氧条件下下，整个个HMPP途径的的产能效效率是很很低的，即即每一个个葡萄糖糖分子仅仅净产22个ATTP，但但其多种种中间代代谢物不不仅可为为合成反反应提供供原材料料，而且且起着连连接许多多有关代代谢途径径的作用用。2）实践践意义：用于多多种发酵酵产品的的生产。2、HMMP途径径：完全HMMP途径径的总反反应途径径为：   HMP途途径可概概括成三三个阶段段：葡萄糖糖分子通通过几步步氧化反反应产生生核酮糖糖5磷酸和和CO22；核酮糖糖5磷酸异异构化或或表异构构化而分分别产生生核糖5磷酸和和木酮糖糖5磷酸；上述各各种戊糖糖磷酸在在没有氧氧参与的的条件下下发生碳碳架重排排，产生生了己糖糖磷酸和和丙糖磷磷酸，然然后丙糖糖磷酸可可通过以以下两种种方式进进一步代代谢：其其一为通通过EMMP途径径转化成成丙酮酸酸再进入入TcAA循环进进行彻底底氧化，另另一为通通过果糖糖二磷酸酸醛缩酶酶和果糖糖二磷酸酸酶的作作用而转转化为己己糖磷酸酸。HMP途途径的意意义：1)生理理意义2)实践践意义通过本途途径而产产生的重重要发酵酵产物很很多，例例如核苷苷酸、若若干氨基基酸、辅辅酶和乳乳酸等。3、EDD途径总反应途途径：总反应式式：C6H112O6ADDP+PPiNNADPP+NAAD+2CHH3COCCOOHH+ATTP+NNADPPHHH+NAADHH+ED途径径的意义义：1)生理理意义：是少数数EMPP途径不不完整的的细菌所所特有的的利用葡葡萄糖的的替代途途径；可可与EMMP途径径、HMMp途径径和TccA循环环等各种种代谢途途径相连连接，因因此可以以相互协协调，以以满足微微生物对对能量、还还原力和和不同中中间代谢谢物的需需要，2)实践践意义：细菌酒酒精发酵酵。细菌酒精精发酵的的特点；4、三羧羧酸循环环总反应途途径：TCA环环的总反反应式为为：CH3CCOSCCoA+2O22+122(ADDP+PPi)2 CO2+ H2O +122ATPP+ CoAATCA  环产生生能量的的水平是是很高的的，每氧氧化一分分子乙酰酰CoAA，可产产生122分子AATP。葡萄糖经经EMPP途径和和TCAA 环彻底底氧化成成CO22和H2O的全全部过程程为：TCA循循环的意意义：（1）生生理意义义：在一一切分解解代谢和和合成代代谢中占占有枢纽纽地位，在在动植物物和微生生物细胞胞中普遍遍存在，不不仅是糖糖分解代代谢的主主要途径径，也是是脂肪、蛋蛋白质分分解代谢谢的最终终途径，具具有重要要生理意意义（2）实实践意义义：与微微生物大大量发酵酵产物如如柠檬酸酸、苹果果酸、琥琥珀酸和和谷氨酸酸等的生生产密切切相关。柠檬酸是是葡萄糖糖经TCCA循环环形成的的最有代代表性的的发酵产产物。葡萄糖经经不同脱脱氢途径径后的产产能效率率（三）递递氢和受受氢1、呼吸吸呼吸是指指底物按按常规方方式脱氢氢后，经经完整的的呼吸链链递氢，最最终由分分子氧接接受氢并并产生水水和释放放能量(ATPP)的生生物氧化化方式。呼呼吸必须须在有氧氧条件下下进行，因因此又叫叫有氧呼呼吸。（1）什什么是呼呼吸链？呼吸链是是指位于于原核生生物细胞胞膜上或或真核生生物线粒粒体膜上上的由一一系列氧氧化还原原势呈梯梯度差的的、链状状排列的的氢传递递体(或或电子传传递体)，其功功能是把把氢或电电子从低低氧化还还原势的的化合物物处传递递给高氧氧化还原原势的分分子氧或或其他无无机、有有机氧化化物，并并使它们们还原。在在氢或电电子的传传递过程程中，通通过与氧氧化磷酸酸化反应应发生偶偶联，造造成一个个跨膜电电子动势势从而推推动了AATP的的合成。（2）呼呼吸链重重要组分分及功能能：NAD(P) FPP FFe.SS CCoQ Cyyt.bb CCyt.c Cytt.a CCyt.a3 组成呼吸吸链的氢氢或电子子的载体体，除醌醌类和铁铁硫蛋白白外，都都是一些些含有辅辅酶或辅辅基的酶酶。（3）与与真核生生物比较较原核生生物细胞胞膜上呼呼吸链的的特点：1)氧还还载体的的取代性性强；2)氧还还载体的的数目可可增可减减；3)有分分支呼吸吸链的存存在。（4）氧氧化磷酸酸化1)什么么是氧化化磷酸化化？又称电子子传递磷磷酸化，是是指呼吸吸链的递递氢（或或电子）和和受氢过过程与磷磷酸化反反应相偶偶联并产产生ATTP的作作用。2)氧化化磷酸化化形成AATP的的机制：a.化学学渗透学学说在氧化磷磷酸化过过程中，通通过呼吸吸链酶系系的作用用，将底底物分子子上的质质子从膜膜的内侧侧传递至至膜的外外侧，从从而造成成了质子子在膜的的两侧分分布不均均衡，亦亦即形成成了质子子梯度差差（或质质子动势势、pHH梯度等等）。这这个梯度度差就是是产生AATP的的来源，因因为它可可通过AATP酶酶的逆反反应，把把质子从从膜的外外侧再输输回到内内侧，结结果，一一方面消消除了质质子梯度度差，同同时就合合成了AATP。因因此，可可把质子子梯度差差理解为为一个高高水位的的水源，而而把ATP酶酶比喻为为一台水水轮发电电机，由由此产生生的电流流立即贮贮存于蓄蓄电池中中，这种种充足电电的蓄电电池就是是ATPP。b.ATTP合成成酶合成成ATPP的构象象假说上述比喻喻在近年年已经得得到分子子水平上上的证明明。在119700年代，学学者们已已发现AATP合合成酶由由基部（埋埋于线粒粒体内膜膜）、头头部（伸伸向膜内内）和颈颈部（头头部和基基部相连连处）33部分组组成。头头部为AATP合合成酶的的催化中中心，它它有3个催化化亚基（亚基）。3个亚基存在3种构象变化：一种有利于ADP与Pi结合，另一种使结合的ADP与Pi合成ATP，第三种则可使ATP释放。这3种亚基在跨膜质子梯度即H+流的推动卜，通过转动、构象交替变化，不断合成ATP。因此ATP合成酶就是一架精巧的分子水轮机，其3个亚基即为3个水轮叶片。（5）PP/O比比：P/O比比指当一一对电子子通过呼呼吸链、传传至氧所所产生的的ATPP分子数数，它表表示呼吸吸链氧化化磷酸化化效率的的高低。2、无氧氧呼吸（1）概概念：无无氧呼吸吸又称厌厌氧呼吸吸，是一一类呼吸吸链末端端的氢受受体为外外源无机机氧化物物（少数数为有机机氧化物物）的生生物氧化化。无氧氧呼吸在在无氧条条件下进进行，产产能效率率较低。其其特点是是底物按按常规途途径脱氢氢后，经经部分呼呼吸链递递氢，最最终由氧氧化态的的无机物物（个别别是有机机物延胡胡索酸等等）受氢氢。（2）种种类3、发酵酵（分子子内呼吸吸） （1）发发酵的生生物学定定义：无无氧条件件下，底底物脱氢氢后产生生的还原原力不经经呼吸链链而直接接传递给给某一中中间代谢谢物的低低效产能能反应。在在此过程程中，有有机物是是氧化基基质，又又是最终终氢受体体，且是是未彻底底氧化产产物，结结果仍积积累有机机物，产产能少。（2）类类型：1)由EEMP途途径中丙丙酮酸出出发的发发酵：a.同型型酒精发发酵酵母无氧氧条件 ：G 丙丙酮酸 乙乙醛 乙醇醇此属正常常形式，称称型发酵酵，亦称称同型酒酒精发b.同型型乳酸发发酵发酵产物物中只有有乳酸，经经 EMMP途径径，称为为同型乳乳酸发酵酵（德氏氏乳杆菌菌）。G+2AADP+2Pii 2乳酸酸+2AATPc.丙酸酸发酵由丙酸细细菌Prropiioniibaccterriumm，与乳乳酸细菌菌相似，发发酵产物物有丙酸酸、乙酸酸、COO2。丙酸 丙酸酸钙（防防腐剂）d.混合合酸发酵酵肠杆菌特特征，产产物有甲甲酸、乙乙酸、乳乳酸、琥琥珀酸等等有机酸酸，还有有CO22、H22、少量量2，33-丁二二醇、乙乙酰甲基基甲醇、甘甘油等。其其中两个个重要的的鉴定反反应：(a) VPP实验验（Vaagexx-Prroskkaueer）产气气杆杆菌产22，3-丁二醇醇比较多多，碱性性条件下下可氧化化为二乙乙酰，再再与肌酸酸或胍类类衍生物物缩合成成红色物物质，若若加入-萘酚酚、肌酸酸可促进进反应，此此称VPP反应。大肠杆菌菌不产生生或少产产生2，33-丁二二醇，VVP反应应阴性。(b) 甲基红红（M.R）反反应肠杆菌产产酸多，使使pH降降至4.2,甲甲基红由由黄变红红，反应应阳性。产产气气杆杆菌产22，3-丁二醇醇，产酸酸少（ppH5.3），甲甲基红反反应阴性性。(c) 另外，甲甲酸只在在碱性环环境下积积累（ppH7.3）,而pHH6.22以下，不不产甲酸酸， HHCOOOH COO2+HH2。甲甲酸脱氢氢酶与氢氢化酶联联合作用用。伤寒杆菌菌无甲酸酸脱氢酶酶，只产产酸不产产气。e. 丁丁酸型发发酵Closstriidiuum 所所进行，特特点是产产物中都都有丁酸酸。不同同种类因因酶系统统不同，最最终产物物除丁酸酸外，还还有其他他产物。重重要的有有丁酸发发酵、丙丙酮丁醇醇发酵、丁丁醇异丙丙醇发酵酵。f. 醋醋酸发酵酵好氧性的的醋酸细细菌进行行的是好好氧性的的醋酸发发酵，在在有氧条条件下，能能将乙醇醇直接氧氧化为醋醋酸，是是醋酸细细菌的好好氧性呼呼吸，其其氧化过过程是一一个脱氢氢加水的的过程。 厌氧性性的醋酸酸细菌进进行的是是厌氧性性的醋酸酸发酵，其其中热醋醋酸梭菌菌能通过过EMPP途径发发酵葡萄萄糖，产产生3醋酸。研研究证明明该菌只只有丙酮酮酸脱羧羧酶和CCOM，能能利用CCO2作作为受氢氢体生成成乙酸。总反应式式：C66H122O6  + 4(AADP+Pi)3CHH3COOOH+4ATTP2）通过过HMPP途径的的发酵a.异型型乳酸发发酵a）概念念：凡葡葡萄糖发发酵后除除主要产产生乳酸酸外，还还产生乙乙醇、乙乙酸和CCO2等等多种产产物的发发酵称异异型乳酸酸发酵。经HMP 途径。如肠膜状明串珠菌Leuconostoc mesenteroides总反应式式： 异型型：G+ADPP+Pii 1乳酸酸+乙醇醇+COO2+AATP真菌：丙丙酮酸 2分分子乙醇醇琥珀珀酸延延胡索酸酸 苹苹果酸 乳乳酸 b）类型型：经典途径径：1分子葡葡萄糖发发酵产生生1分子子乳酸，11分子乙乙醇和11分子CCO2，并并且只产产生1分分子ATTP。总反应式式如下：      C6 H122 O6ADPP+PiiCH33CHOOHCOOOHCH33CH22OHCO22+ATTP双歧杆菌菌途径：将2分子子葡萄糖糖发酵为为2分子子乳酸和和3分子子乙酸，并并产生55分子AATP，总总反应式式为：2 C66 H122 O65ADDP+55Pi2 CH33CHOOHCOOOH3 CH33COOOH55ATPP     b. 细细菌异型型酒精发发酵，通通过HMMP途径径进行，产产生1分分子乙醇醇和1分分子乳酸酸。3)通过过ED途径径进行的的发酵 细菌菌的同型型酒精发发酵细菌同型型酒精发发酵，EED途径径进行，产产生2分分子乙醇醇。4）由氨氨基酸发发酵产能能Sttickklannd反应应这种以一一种氨基基酸作氢氢供体和和以另一一种氨基基酸作氢氢受体而而实现生生物氧化化产能的的独特发发酵类型型，称为为stiickllandd反应。ssticcklaand反反应的产产能效率率很低，每每分子氨氨基酸仅仅产1个个ATPP。氨基酸为为氢受体体而产能能的独特特的发酵酵类型，其其产能效效率低，每每分子氨氨基酸仅仅产1分子ATTP 。发酵中中的产能能反应 底物水水平磷酸酸化底物水平平磷酸化化是指在在生物氧氧化过程程中产生生一些含含有高能能磷酸键键的化合合物如TTCA循循环中的的GTPP，EMMP途径径中的11，3二磷酸酸甘油酸酸、PEEP等，并并且这些些高能磷磷酸化合合物的高高能磷酸酸键键能能可以直直接偶联联ATPP合成。二、自养养微生物物的生物物氧化和和产能（一）化化能自养养微生物物的生物物氧化和和产能1、产能能机制：氧化磷磷酸化反反应2、化能能自养菌菌的能量量代谢特特点：（1）无无机底物物的氧化化直接与与呼吸链链发生联联系。由由脱氢酶酶或氧化化还原酶酶催化的的无机底底物脱氢氢或电子子后，直直接进入入呼吸链链传递。（2）呼呼吸链的的组分更更为多样样化，氢氢或电子子可从任任一组分分进入呼呼吸链。（3）产产能效率率即P/O比一一般要比比异养微微生物更更低。3、生理理类群（1）硝硝化细菌菌1）亚硝硝化细菌菌：将氨氨氧化成成亚硝酸酸-亚硝硝酸细菌菌NH4+1?O2NO22-+22H+H2OO+666千卡2）硝化化细菌：亚硝酸酸氧化成成硝酸-硝酸细细菌 NOO2-+?O22 NNO3-+188千卡 图6-32（2）硫硫细菌引起元素素硫或还还原态硫硫化物氧氧化，包包括光能能与化能能。化能能即硫化化细菌。最最多是硫硫杆菌TThioobaccilllus。 S22-SSSOO32-SOO42-由于产硫硫酸，会会引起金金属腐蚀蚀，也可可用于湿湿法冶金金。 2SS+3OO2+22H2OO 22H2SSO4（TT. tthioooxiidanns） 4FFeSOO4+OO2+22H2SSO4 2FFe2(SO44)3+2H22O(TT. fferrrooxxidaans)硫酸酸及硫酸酸高铁是是有效浸浸溶剂。 CUU2S+ 2FFe2(SO44)3 2CCUSOO4 + 4FFeSOO4 +S FeeS2 +7FFe2(SO44)3 +8HH2O 155FeSSO4 + 88H2SSO4（3）氢氢细菌兼性自养养菌。HH2 +?O22 HH2O+56.5千卡卡（4）铁铁细菌将亚铁氧氧化成高高铁，尚尚未纯培培养。（二）光光能自养养菌的生生物氧化化和产能能蓝细菌与与高等植植物相同同，含叶叶绿素aa, bb, 其其余含菌菌绿素，有有光合膜膜。光合合作用只只在有光光合色素素存在时时才进行行。叶绿素（主主要色素素）：捕捕获能量量与光反反应中心心光合色色素 类胡胡萝卜素素（辅助助色素）：只捕能能并传至至叶绿素素 光合作用用 光反反应：光光合色素素吸收光光能并转转化为化化学能的的能量转转换反应应。 暗反反应：利利用能量量进行CCO2同同化。1、生理理类群光能营营养型生生物2、产能能机制光合合磷酸化化由光照引引起的电电子传递递与磷酸酸化作用用相偶联联而生成成ATPP的过程程成为光光合磷酸酸化。（光合磷酸化即光能引起叶绿素分子逐出电子，并通过电子传递产生ATP的方式。）（1）循循环光合合磷酸化化循环光合合磷酸化化是一种种存在于于厌氧光光合细菌菌中的、在在光驱动动下通过过电子的的循环式式传递而而产生AATP的的磷酸化化。1)生理理类群光合合细菌：为原核生生物，属属红螺菌菌目，水水生，广广泛分布布于深层层淡水或或海水中中，菌体体呈现红红、橙、绿绿、蓝绿绿、紫红红、紫或或褐等颜颜色。在在其代谢谢过程中中，只能能以还原原态的HH2S、H2或有有机物作作为氢供供体，光光合作用用不产生生氧气。a.红螺螺菌科（紫紫色无硫硫细菌）：有机物物为供氢氢体，兼兼性光合合。光能能异养。b.着色色菌科（紫紫色硫细细菌）：专性厌厌氧，专专性光合合，硫化化物为供供氢体，体体内外积积累硫。光光能自养养。c.绿菌菌亚目：绿菌科科-绿硫硫细菌，绿绿弯菌科科-绿色色非硫细细菌。专专性厌氧氧，专性性光合，硫硫化物为为供氢体体，胞外外积累硫硫。2)循环环光合磷磷酸化反反应途径径3)循环环光合磷磷酸化特特点：a. 在在光能的的驱动下下，电子子从菌绿绿素分子子上逐出出后，通通过类似似呼吸链链的循环环，又回回到菌绿绿素，其其间产生生了ATTP；b. 产产ATPP与产还还原力H分分别进行行；c. 还还原力来来自H22S等无无机氢供供体；d. 不不产生氧氧。（2）非非循环光光合磷酸酸化1)生理理类群：各种绿绿色植物物、藻类类和蓝细细菌。2)非循循环光合合磷酸途途径：3）特点点：a)电子子的传递递途径属属非循环环式的；b)在有有氧条件件下进行行；c)有PPS、PS两个光光合系统统，其中中色素系系统(含叶绿绿素a)可以利利用红光光，色素素系统(含叶绿绿素b)可利用用蓝光；d)反应应中同时时有ATTP(产产自系统统 )、还还原力He)还原原力NAADPHH2中的的H是来自自H2OO分子光光解后的的H+和e。（3）嗜嗜盐菌紫紫膜的光光介导AATP合合成紫膜光光合磷酸酸化a.嗜盐盐菌：是一类必必须在高高盐(33.55.00moll/LNNaCll)环境境中才能能生长的的古细菌菌，它们们广泛分分布在盐盐湖、晒晒盐场或或盐腌海海产品上上。b.嗜盐盐菌紫膜膜光合作作用机制制：嗜盐菌菌菌体内含含紫膜，紫紫膜的主主要成分分是以紫紫色的视视黄醛为为辅基的的细菌视视紫红质质。细菌菌视紫红红质能吸吸收光能能，并在在光量子子的驱动动下起着着质子泵泵的作用用，即将将反应中中产生的的H+推出出细胞膜膜外，使使紫膜内内外造成成一个质质子梯度度差。根根据化学学渗透学学说，这这一质子子动势在在驱使HH+通过过ATPP合成酶酶的孔道道进入膜膜内而得得到平衡衡时，就就可合成成细胞的的通用能能源ATTP。第二节分分解代谢谢和合成成代谢的的联系一、分解解代谢途途径和合合成代谢谢途径的的联系（一）两两用代谢谢途径1、概念念：凡在在分解代代谢和合合成代谢谢中具有有双重功功能的途途径，就就称两用用代谢途途径。2、特点点：在兼用用代谢途途径中，合合成途径径并非分分解途径径的完全全逆转，即即催化两两个方向向中的同同一反应应并不是是总是用用同一种种酶来进进行的。在分解解与合成成代谢途途径的相相应代谢谢步骤中中，往往往还包含含了完全全不同的的中间代代谢物。在真核核生物中中，合成成代谢和和分解代代谢一般般在不同同的分隔隔区域中中进行，即即合成代代谢一般般在细胞胞质中进进行，而而分解代代谢则多多在线粒粒体、微微粒体和和溶酶体体中进行行，这就就有利于于两者可可同时有有条不紊紊地运转转。（二）代代谢物回回补顺序序又称补偿偿途径或或添补途途径，是是指能补补充兼用用代谢途途径中因因合成代代谢而消消耗的中中间代谢谢物的反反应。意义：当当重要产产能途径径中的关关键中间间代谢物物必须被被大量用用作生物物合成的的原料时时，仍可可保证能能量代谢谢的正常常进行。1、合成成草酰乙乙酸（OOA）的的回补顺顺序缺少OAA则乙酰酰-CooA不能能进入TTCA循循环，从从而不能能产能或或形成其其他中间间代谢产产物。(1)用用葡萄糖糖或3碳化合合物作碳碳源合成成OA：当微生物物生长在在葡萄糖糖或其他他3碳化化合物如如丙酮酸酸、乳酸酸或甘油油等碳源源上时，可可以利用用以下两两条途径径来补充充OA：由PEEP羧化化酶催化化PEPP为OA：由丙酮酮酸羧化化酶催化化丙酮酸酸为OAA(2)用用乙酸等等2碳化合合物作碳碳源合成成OA乙醛酸酸循环关键酶酶及关键键反应：总反应应产物去去向：可可进入TTCA循循环，也也可沿EEMP途途径逆行行，合成成葡萄糖糖。生理意意义a.使TTCA循循环具有有高效产产能功能能；b.为许许多重要要生物合合成反应应提供有有关中间间代谢物物。生理类类群：凡能利用用乙酸为为唯一碳碳源或能能源的微微生物，都都证明存存在着乙乙醛酸循循环。这这类微生生物的种种类很多多，如细细菌中的的醋杆菌菌属、 固氮菌菌属、产产气肠杆杆菌、脱脱氮副球球菌、荧荧光假单单胞菌和和红螺菌菌属等，真真菌中的的酵母属属、黑曲曲霉和青青霉属等等。2、合成成PEPP的回补补顺序(1)用用葡萄糖糖或3碳化合合物作碳碳源合成成PEPP丙酮酸酸通过磷磷酸烯醇醇丙酮酸酸合酶产产生磷酸酸烯醇丙丙酮酸丙酮酸酸通过丙丙酮酸磷磷酸双激激酶产生生磷酸烯烯醇丙酮酮酸(2)用用乙酸等等2碳化合合物作碳碳源合成成PEPP草酰乙乙酸由PPEP羧羧激酶催催化产生生磷酸烯烯醇式丙丙酮酸草酰乙乙酸由PPEP羧羧转磷酸酸酶催化化产生磷磷酸烯醇醇丙酮酸酸第三节 微生物物独特代代谢途径径举例一、自养养微生物物的COO2固定1、Caalviin循环环 Callvinn循环又又称核酮酮糖二磷磷酸途径径、还原原性戊糖糖途径、3碳循环，是光能自养微生物和化能自养微生物（光合菌、某些自养菌）固定CO2的主要途径。除了绿色植物、蓝细菌和绝大多数光合细菌外，还包括全部好氧性的化能自养菌：硫细菌、铁细菌和硝化细菌，因此十分重要。(1)CCalvvin循循环的过过程6CO22+122NADD(P)H2+18AATP C6HH12OO6+112NAAD(PP)+118ADDP+118Pii3磷酸甘甘油醛是是EMPP、HMMP、EED途径径的中间间代谢产产物，通通过复杂杂的反应应并消耗耗ATPP后，可可产生核核酮糖-1，55-二磷磷酸，CCO2就就是从核核酮糖-1，55-二磷磷酸进入入Callvinn循环而而得到固固定的。特征酶为为磷酸核核酮糖激激酶和核核酮糖羧羧化酶。分为三个个阶段： CO22固定羧化化反应固定CCO2的的还原CO22受体的的再生(2)CCalvvin循循环的产产物去向向(3)CCalvvin循循环的意意义 Callvinn循环是是自养微微生物单单糖的主主要来源源，是其其它糖类类和糖衍衍生物合合成的起起点，还还是其它它有机物物合成的的基础。2、厌氧氧乙酰-辅酶途途径这种COO2的固固定机制制主要存存在于乙乙酸菌、硫硫酸盐还还原菌和和产甲烷烷菌等化化能自养养细菌中中。3、逆向向TCAA循环途途径：了了解受氢氢体及产产物4、羟基基丙酸途途径二、生物物固氮概念：生生物固氮氮是指分分子氮通通过微生生物固氮氮酶系的的催化形形成氨的的过程。研究生物物固氮的的意义(1)可可在常温温常压下下进行固固氮反应应；(2)生生物固氮氮量高，不不流失、不不污染、利利用率高高；(3)化化学模拟拟生物固固氮，争争取常温温常压下下合成氨氨，可为为农业生生产开辟辟肥源；(4)加加深对生生命起源源和生物物共生作作用的认认识。1、固氮氮微生物物具有利用用分子氮氮作为唯唯一氮源源的能力力即将分分子氮还还原成氨氨,进一步步把氨同同化成氨氨基酸和和蛋白质质的一类类微生物物，叫固固氮微生生物。(1)特特点：种类多多；皆为原原核生物物和古生生菌类；生理类类型多；分布广广；分类高高度分散散；其共同同特征是是都含有有固氮酶酶，都具具有固氮氮活性，固固氮过程程厌氧。(2)类类型：从生生态类型型来分：自生固固氮菌：好氧、厌厌氧、兼兼性厌氧氧及各种种营养类类型。能独立进进行固氮氮的微生生物就叫叫自生固固氮菌。共生固固氮菌： 必须与它它种生物物共生在在一起时时才能固固氮的微微生物叫叫共生固固氮菌。与豆科共生为根瘤菌，与非豆科共生是放线菌。1) 根瘤菌菌a. 各种根根瘤菌与与各种豆豆科植物物之间存存在着特特异的共共生关系系；b. 一般为为革兰氏氏阴性菌菌，严格格好氧，化化能异养养，土壤壤中自生生，植物物中共生生；c. 由根毛毛细胞进进入植物物根部，感感染、刺刺激根毛毛细胞分分裂，形形成根瘤瘤；d. 根瘤菌菌菌体膨膨大，变变形成类类囊体，固固氮作用用即发生生在类囊囊体中。2) 与与非豆科科植物共共生固氮氮菌又称弗兰兰克氏菌菌（是瑞瑞士科学学家A.Bfrrankk于19978年年分离到到的，分分类为放放线菌目目，弗兰兰克氏菌菌科，弗弗兰克氏氏菌属），好好氧或兼兼性好氧氧，寄生生于木本本植物，共共生结瘤瘤情况与与豆科植植物结瘤瘤相似，固固氮场所所是弗兰兰克氏菌菌丝变成成片段后后膨大成成的棒状状、囊泡泡状结构构。联合固固氮菌：根际、叶叶面微生生物。必须生活活在植物物根际、叶叶面或动动物肠道道等处才才能进行行固氮的的微生物物称为联联合固氮氮菌。1) 特点与植物有有一定的的专一性性；与植植物根系系有松散散的共生生关系，能能生活在在某些植植物的根根际或植植物根的的鞘内，或或皮层细细胞之间间；不形形成类似似根瘤的的特殊共共生结构构，彼此此之间的的依赖程程度低。2) 种类2、固氮氮反应的的条件(1)AATP的的供应：固氮过过程需要要消耗大大量的能能量：由由于N=N分子子中存在在3个共共价键，其其结构极极端稳固固，要打打开就得得花费巨巨大能量量。固氮酶酶对ATTP具有有高度专专一性：其它高高能磷酸酸化合物物不能参参与固氮氮反应。ATPP由呼吸吸、厌氧氧呼吸、发发酵或光光合磷酸酸化产生生：ATTP来源源于底物物水平磷磷酸化、氧氧化磷酸酸化、光光合磷酸酸化；自自生固氮氮菌能源源少，因因此固氮氮量低，共共生固氮氮菌靠宿宿主供能能，固氮氮量高。 (2) 还还原力H及及其载体体Fd：是一种种铁硫蛋蛋白，含含等摩尔尔铁和不不稳态硫硫，参与与固氮、光光合作用用以及释释放和利利用氢气气的反应应。Fldd：是一一种黄素素蛋白，每每分子FFld中中含1分子FMMN，不不含金属属或不稳稳态硫，在在许多反反应中有有取代FFd的功功能。(3) 固氮氮酶结构1) 固二氮氮酶（钼钼铁蛋白白）钼铁蛋白白由二个个大亚基基和二个个小亚基基组成，分分子量为为22002550KDD，每分分子钼铁铁蛋白含含2个钼原原子，224332个铁铁原子及及相应数数目的不不稳态硫硫原子，它它们组成成3个中心心：P中心，由由4个4FFe4SS（44铁4硫硫原子簇簇）组成成，（它它通过半半胱氨酸酸SH巯巯基与蛋蛋白质连连接）是是传递电电子的通通路；MM中心，由由铁钼辅辅因子（FeMoCo）组成，是固氮酶活性中心；此外，还有一个S中心。2) 固固二氮酶酶还原酶酶（铁蛋蛋白）：由两个个大小相相同的亚亚基构成成，分子子量为660KDD左右，每每分子含含1个4FFe4SS原子子簇，不不含钼原原子，4Fee4S原子簇簇即为铁铁蛋白的的活性中中心电子活活化中心心。固氮酶酶的特性性1)固氮氮酶是一一种复合合酶系统统：钼铁铁蛋白：铁蛋白白=1：2，单单独存在在时均不不表现出出固氮活活性。2)不同同来源固固氮酶的的铁蛋白白和钼铁铁蛋白可可以交叉叉组合，但但亲缘关关系和生生理类型型近的互互补组合合能力强强，反之之，则不不易组合合或组合合后不具具催化性性。3) 对对氧敏感感：固氮氮酶两组组分蛋白白很不稳稳定，对对氧敏感感，且铁铁蛋白还还易受冷冷失活。（氧氧不可逆逆破坏固固氮酶组组分的结结构，铁铁蛋白比比钼铁蛋蛋白敏感感，厌氧氧菌比好好氧菌敏敏感；铁铁蛋白在在044下易失失活。）4)底物物多样性性：固氮酶是是多功能能的氧化化还原酶酶，可还还原N22和分子子末端具具有NNN、CNN或CCC的三键键的多样样类型的的底物如如叠氮化化合物、氧氧化亚氮氮、氰和和氰化物物、烷烯烯腈、乙乙炔、丙丙二烯、HH+等）a. NN2的还原原固氮氮的生化化途径 N22是固氮氮酶唯一一具有生生理意义义的底物物。(a) 固氮过过程： 只有在不不含有化化合态氮氮的培养养基上生生长，且且提供AATP、还还原力等等条件下下才能固固氮。总反应应式：MMg2+ N22+8H+188244ATPP 2NNH3+H2+1824AADP+1824PPi 电子子载体：铁氧还还蛋白（FFd），黄黄素氧还还蛋白（FFld）也也可以。(b) 产物去去向：分分子氮经经固氮酶酶催化后后还原成成NH3，并与与相应的的酮酸结结合而形形成各种种氨基酸酸，再进进一步可可合成蛋蛋白质和和其它有有关化合合物。N2 22NH33去路：自生固固氮菌不不能储存存，也不不分泌，很很快同化化；共生生固氮菌菌分泌至至根瘤细细胞中为为植物所所利用。与丙酮酸酸形成丙丙氨酸，与与-酮戊戊二酸形形成谷氨氨酸，与与草酰乙乙酸形成成天冬氨氨酸等。b.乙炔炔的还原原C2H22C2H4 ，可可用气相相色谱检检测，可可作为固固氮系统统存在的的有效指指标。c.H+的还原原固氮酶除除能催化化N2NH3外，还还具有催催化2HH+H2反应的的氢酶活活性：在缺乏NN2的条件件下：22H+H2 即将将H+全部还还原成HH2。在有N22的条件件下：N2+88H+8ee-+116Mgg-ATTP 22NH33+H2+166Mg-ATPP+166Pi用75%的还原原力去还还原N22，而把把另外225%的的还原力力以产HH2的方式式浪费掉掉。(4)还还原性底底物N2；(5)镁镁离子用来形成成Mg+-ATTP复合合物。MMg+-ATTP与Fe（固二二氮酶还还原酶中中的Fee原子）结结合，使使Fee构型型改变，降降低氧化化还原电电位，Feredd（固二二氮酶还还原酶中中的Fee原子的的还原态态）、Mg+-ATTP22、MMoFee（固固二氮酶酶）形成成复合体体, Mg+-ATTP才才水解，推推动电子子从FFe传传至MMoFee。Mg+-ATTP的的结合与与水解是是协同的的，并调调控着单单向电子子流。(6)严严格的厌厌氧微环环境。3、好氧氧固氮菌菌固氮酶酶的抗氧氧机制：(1) 呼吸吸保护：呼吸保护护是指固固氮菌以以较强的的呼吸作作用迅速速地将周周围环境境中的氧氧消耗掉掉，使细细胞周围围微环境境处于低低氧状态态，以此此来保护护固氮酶酶不受氧氧的损伤伤。(2)构构象保护护：当固氮菌菌处于高高氧分压压环境下下时，其其固氮酶酶能形成成一个无无固氮活活性中但但能防止止氧损伤伤的特殊殊构象，称称为构象象保护。当氧浓度度提高时时，固氮氮酶与另另一种蛋蛋白质铁铁硫蛋白白II结合合，形成成暂时无无活性的的稳定的的蛋白质质复合物物，待细细胞氧分分压降到到安全点点以下时时，此复复合物重重新解体体，而恢恢复固氮氮的活性性。(3)结结构保护护：结构保护护是指好好氧固氮氮菌以特特殊的细细胞结构