微生物的营养与代谢学习教案.pptx

会计学1微生物的营养微生物的营养(yngyng)与代谢与代谢第一页，共91页。第一节微生物的营养物质 营养：生物体从外部环境吸收生命活动所必需的物质和能量(nngling)，以满足其生长和繁殖需要的一种生理过程。营养物质：能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质。第2页/共91页第二页，共91页。一、微生物的化学(huxu)组成主要(zhyo)元素：碳、氢、氧、氮微量元素(yun s)：磷、硫、钾、锌等矿物质元素(yun s)占细菌细胞干重的 90%-97%占细菌细胞干重的 3%-10%第3页/共91页第三页，共91页。二、微生物的营养物质n按照(nzho)它们在机体中的生理作用不同，区分成:氮源碳源能源生长因子矿物质元素水微生物的营养(yngyng)要素第4页/共91页第四页，共91页。水I 功能：I(1)是微生物细胞的重要组成成分，占微生物体湿重的70%90%，还供给微生物氧和氢两种元素；I(2)维持细胞膨压，并使原生质保持溶胶状态；I(3)水是物质代谢的原料；I(4)微生物从外界吸收营养或从内部排泄废物的媒介；I(5)是热的良好导体，比热高，能有效地吸收代谢过程中放出的热并将其迅速散发，以免胞内温度(wnd)骤然升高。第5页/共91页第五页，共91页。碳源凡可被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳架来源的营养物通称碳源（carbonsource）。利用有机(yuj)碳源的异养型微生物，其碳源往往同时又是能源。此时，碳源是一种具有双功能的营养物。另一类种类较少的自养型微生物，则以CO2为主要碳源。第6页/共91页第六页，共91页。碳源种类(zhngli)K简单的无机含碳化合物-CO2和碳酸盐等；K复杂的天然有机(yuj)化合物-糖与糖的衍生物、醇类、有机(yuj)酸、脂类、烃类、芳香族化合物以及各种含氮的有机(yuj)化合物；在多糖(dutn)中，淀粉明显地优于纤维素或几丁质等多糖(dutn)，纯多糖(dutn)则优于琼脂等杂多糖(dutn)和其他聚合物（如木质素）等。微生物对糖类的利用，单糖优于双糖和多糖；第7页/共91页第七页，共91页。氮源凡是能为微生物生长(shngzhng)提供氮素来源的营养物质称为氮源。氮 源有机(yuj)氮无机(wj)氮NH3铵盐硝酸盐N2尿素蛋白质核酸氨基酸根据对氨基酸合成的能力分为：氨基酸自养型和氨基酸异养型固氮微生物：当没有化合态氮利用时，能利用N2作为唯一氮源，通过固氮酶将其还原为NH3，再进一步合成所需的全部有机氮化合物。第8页/共91页第八页，共91页。能源能源：能为微生物的生命活动(hu dng)提供最初能量来源营养物或辐射能能 源化学物质光能化能异养微生物的能源(nngyun)有机物无机物化能自养(z yn)微生物的能源光能自养和光能异养微生物的能源第9页/共91页第九页，共91页。许多营养物具有一种以上(yshng)的营养功能。1、还原态无机营养物常是双功能的；2、有机物常起着双功能或三功能的营养作用，例如以N，C，H，O类元素组成的营养物常是异养型微生物的能源、碳源兼氮源。3、光是光合微生物所利用的单功能能源。能作为化能自养微生物能源的物质都是一些还原态的无机物质，例如NH4+，NO2-，S，H2S，H2和Fe2+等，这些化能自养型的细菌(xjn)包括硝化细菌(xjn)、硫化细菌(xjn)、氢细菌(xjn)和铁细菌(xjn)等第10页/共91页第十页，共91页。矿物质元素作用(zuyng)酶活性中心的组成部分(z chn b fn)调节微生物的原生质胶体状态，维持细胞(xbo)的渗透平衡维持生物大分子和细胞结构的稳定性控制细胞的氧化还原电位作为某些微生物的能源物质构成细胞的结构成分第11页/共91页第十一页，共91页。根据微生物生长(shngzhng)繁殖对无机盐（mineral salts）需要量的大小，可分为常量元素和微量元素两大类。生长(shngzhng)所需浓度在10-310-4mol/L范围内的元素，可称为常量元素，例如S、P、K、Na、Ca、Mg、Fe等。所需浓度在10-6 10-8mol/L范围内的元素，则称为微量元素，如Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Ni、Sn、Se等。Fe实际上是介于大量元素与微量元素之间。第12页/共91页第十二页，共91页。生长因子生长因子：那些微生物生长所必需而且(r qi)需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物 根据生长因子的化学结构和它们在机体中的生理功能的不同(b tn)，可将生长因子分为维生素、氨基酸与碱基三大类 主要用来(yn li)构成酶的辅基或辅酶第13页/共91页第十三页，共91页。第二节微生物的营养类型碳源 CO2有机物 自养 异养能源太阳光氧化有机物或无机物光能营养化能营养化能异养型光能自养型光能异养型化能自养型第14页/共91页第十四页，共91页。光能自养型光能自养型化能自养型化能自养型光能异养型光能异养型化能异养型化能异养型碳源碳源CO2CO2简单有机物简单有机物或或CO2有机物有机物能源能源光能光能无机物的氧无机物的氧化化光能光能有机物氧化有机物氧化降解降解供氢体供氢体无机物无机物（H2O，H2S）无机物无机物有机物有机物有机物有机物代表种代表种蓝细菌蓝细菌硝化细菌硝化细菌红螺菌红螺菌真菌真菌第15页/共91页第十五页，共91页。第三节微生物摄取营养的方式营养物质从微生物所处的周围环境通过细胞膜进人细胞的方式，可分为4种类型，即简单扩散、促进扩散、主动运输和基团(j tun)转位。微生物摄取营养物质主要有胞吞作用和渗透(shntu)吸收；绝大多数微生物是渗透吸收，各种营养物质直接(zhji)通过细胞膜的渗透和选择性吸收进入细胞。第16页/共91页第十六页，共91页。简单(jindn)扩散（simple diffusion）营养物质在扩散通过细胞膜的过程中不消耗能量，也不发生化学变化。物质扩散的动力是物质在膜内外的浓度差。非特异性。简单扩散不是微生物吸收营养物质的主要方式，以这种方式运输的物质主要是一些(yxi)分子量小与脂溶性的物质。如水、一些(yxi)气体（如氧）、甘油和某些离子。第17页/共91页第十七页，共91页。促进(cjn)扩散（facilitated diffusion）第18页/共91页第十八页，共91页。需要载体蛋白的参与；高度的立体专一性；不需要能量；载体蛋白能促进(cjn)物质运输加快进行，但营养物质仍不能逆浓度梯度吸收；多见于真核微生物，例如酵母菌，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。第19页/共91页第十九页，共91页。主动(zhdng)运输（active transport）需要载体蛋白的参与；高度的立体专一性；需要消耗能量，并且可以逆浓度梯度运输。是一种(yzhn)广泛存在于微生物中的主要物质运输方式。微生物在生长与繁殖过程中所需要的多数营养物质如氨基酸等主要是通过主动运输的方式运输的。第20页/共91页第二十页，共91页。钠钾泵细胞(xbo)外细胞(xbo)内11234第21页/共91页第二十一页，共91页。磷酸(ln sun)烯醇式丙酮酸丙酮酸酶 IHPr酶 IIa酶 IIb酶 IIc磷酸(ln sun)糖膜内膜外细胞膜糖大肠杆菌(d chn n jn)磷酸转移酶系统（PTS)基团转移（group transport）第22页/共91页第二十二页，共91页。既需要载体蛋白又需要消耗能量的物质运输方式。有一个复杂的运输酶系统来完成物质的运输，底物在运输过程中发生化学结构变化。主要存在于厌氧细菌(xjn)和兼性厌氧细菌(xjn)中。主要用于糖的运输以及脂肪酸、核苷、碱基等物质的运输。第23页/共91页第二十三页，共91页。第24页/共91页第二十四页，共91页。第四节培养基培养基是人工配制(pizh)的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。任何培养基都应该具备微生物生长(shngzhng)所需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源(nngyun)、生长因子、水第25页/共91页第二十五页，共91页。培养基配制应遵循(zn xn)的原则目的明确：根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基；营养协调：控制不同营养物的合适配比（C/N比）；物理化学调件合适：将培养基的水活度、pH和氧化还原电势控制在适宜(shy)的范围之内；灭菌处理：培养基应无菌。经济节约：所用原料应遵循经济节约、来源广泛的原则。第26页/共91页第二十六页，共91页。按成分不同(b tn)划分复合培养基合成培养基半合成培养基半合成培养基化学成分不详和化学成分已知化学成分不详和化学成分已知的化合物配成的培养基。的化合物配成的培养基。马铃薯蔗糖培养基：马铃薯蔗糖培养基：马铃薯 200g 蔗糖 20g H2O 1000ml。化学成分完全了解的物质配制而成的培养基放线菌（高氏1号）淀粉 20g K2HPO4 0.5g NaCl 0.5g MgSO4.7H2O 0.5g KNO3 1g FeSO4 0.01g H2O 1000ml含有化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏 3g 蛋白胨 10g NaCl 5g H2O 1000ml第27页/共91页第二十七页，共91页。按物理状态(zhungti)不同划分固体培养基液体培养基半固体培养基在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态，琼脂含量一般为1.5%-2.0%琼脂含量一般为0.2%-0.7%不加任何凝固剂固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏 观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定 大规模工业生产及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的研究 第28页/共91页第二十八页，共91页。按用途(yngt)不同划分基础(jch)培养基鉴别(jinbi)培养基选择培养基第29页/共91页第二十九页，共91页。基础培养基牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基第30页/共91页第三十页，共91页。选择(xunz)培养基用来将某种或某类微生物从混杂(hnz)的微生物群体中分离出来的培养基培养基中加入某种化学物质，这种化学物质没有(mi yu)营养作用，对所需分离的微生物无害，但可以抑制或杀死其他微生物。如结晶紫、抗生素等。1、加富培养基也称营养培养基，即在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基。如：纤维素分解菌。2、抑制性选择培养基第31页/共91页第三十一页，共91页。鉴别(jinbi)培养基在成分中加有能与目的菌的无色代谢产物发生明显显色反应的指示剂，从而(cng r)达到只需肉眼就能方便地从近似菌落中找出目的菌落的培养基。伊红美蓝乳糖(r tn)培养基（EMB培养基）15.0 琼脂 2.0 磷酸氢二钾(K2HPO4)0.065 美蓝 0.4 伊红 10.0 乳糖 10.0 蛋白胨(g)第32页/共91页第三十二页，共91页。-无色 好-很好 志贺氏菌-红色 好-很好 粪大肠菌群-无 好-很好 沙门氏菌-无色 不长-差 金黄色葡萄球菌+黑色 好-很好 大肠杆菌 DH5 +黑色 好-很好 大肠杆菌 JM109+黑色 好-很好 大肠杆菌 金属光泽 菌落颜色 生长情况 质控菌株 第33页/共91页第三十三页，共91页。第五节微生物的能量代谢代谢(dixi)（metabolism）：活细胞内发生的各种化学反应的总和复杂分子（有机物）分解代谢合成代谢简单小分子ATPH物质代谢分解代谢(catabolism)合成代谢(anabolism)能量代谢产能代谢耗能代谢第34页/共91页第三十四页，共91页。能量代谢是一切生物代谢的核心(hxn)问题化能异养微生物化能自养(z yn)微生物光能营养(yngyng)微生物高能化合物（ATP）最初能源有机物还原态无机物日 光通用能源第35页/共91页第三十五页，共91页。1 底物(d w)水平磷酸化 不需氧，不经过呼吸链。XP+ADP ATP+X3 光合磷酸化光合微生物捕捉光能，转给ATP 藻类、蓝细菌(xjn)：有光合系统、，进行环式和非环式光合作用。CO2+H2O -(CH2O)n-+O2 绿细菌(xjn)：只有光合系统，进行环式光合磷酸化 CO2+2H2S -(CH2O)n-+H2O+2S2 氧化磷酸化 需氧气，经过呼吸链。物质氧化放出的电子在呼吸链中传递(chund)时，放出能量，生成ATP一、ATP产生的主要方式第36页/共91页第三十六页，共91页。定义：物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成，这种产生ATP等高能分子的方式称为(chn wi)底物水平磷酸化 3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸底物(dw)水平磷酸化第37页/共91页第三十七页，共91页。氧化磷酸化定义(dngy)：物质在体内氧化时释放的能量供给ADP与无机磷合成ATP的偶联反应 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸黄素(hun s)腺嘌呤二核苷酸第38页/共91页第三十八页，共91页。特点(tdin)：物质氧化产生的质子和电子，通过一系列电子传递体，传给末端电子受体，并在此过程中生成ATP，即电子传递与磷酸化相偶联 Respiration chain 呼吸链：指从葡萄糖或其他氧化(ynghu)型化合物上脱下的氢（电子）经过一系列按照氧化(ynghu)还原势由低到高顺序排列的氢（电子）传递体，定向有序的传递系统。第39页/共91页第三十九页，共91页。光合磷酸化由光照引起的电子传递作用与磷酸化作用相偶联而生成(shn chn)ATP的过程，即将光能转化为化学能的过程。光能营养(yngyng)微生物非环式光合磷酸化真核生物(shngw)：藻类及绿色植物原核生物：蓝细菌真细菌：光合细菌紫膜光合磷酸化：嗜盐菌环式光合磷酸化第40页/共91页第四十页，共91页。1、非环式光合磷酸化第41页/共91页第四十一页，共91页。还原(hun yun)力来自H2O的光解同时产生(chnshng)还原力、ATP和O2有PS和PS 2个光合系统(xtng)特点：有氧条件下进行第42页/共91页第四十二页，共91页。2、环式光合磷酸化不产生氧还原力来自H2S等无机物产能与产还原力分别进行特点：电子传递途径属循环方式第43页/共91页第四十三页，共91页。3、嗜盐菌紫膜的光合作用(gungh-zuyng)一种只有嗜盐菌才有的，无叶绿素或细菌叶绿素参与(cny)的独特的光合作用。紫膜的光合磷酸化是迄今为止所发现的最简单(jindn)的光合磷酸化反应第44页/共91页第四十四页，共91页。生物氧化：物质在生物体内经过(jnggu)一系列连续的氧化还原反应逐步分解并放出能量的过程。生物氧化的形式某物质与氧结合脱氢失去电子生物氧化的功能产能（ATP）产还原力H产小分子中间代谢物生物氧化的过程脱氢（或电子）递氢（或电子）受氢（或电子）生物氧化的类型有氧呼吸无氧呼吸发酵二、微生物氧化方式第45页/共91页第四十五页，共91页。有氧呼吸、无氧呼吸和发酵(f jio)过程示意图 第46页/共91页第四十六页，共91页。发酵：在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生发酵：在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生发酵：在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生发酵：在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力的还原力的还原力的还原力HHHH未经呼吸链传递而直接交某一内源性中间未经呼吸链传递而直接交某一内源性中间未经呼吸链传递而直接交某一内源性中间未经呼吸链传递而直接交某一内源性中间(zhngjin)(zhngjin)(zhngjin)(zhngjin)代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应的一类生物氧化反应的一类生物氧化反应的一类生物氧化反应产能方式：底物水平磷酸化产生ATP。电子受体：底物形成的中间产物又作为受氢体接受氢形成新产物，不需氧气参加。底物去向：底物氧化不彻底，只释放(shfng)部分能量。1、发酵(f jio)作用第47页/共91页第四十七页，共91页。n n乙醇乙醇(y chn)发酵发酵 酵母菌的乙醇(ychn)发酵：C6H12O62CH3CH2OH+2CO2+2ATP不同(btn)的微生物进行乙醇发酵的途径和产物不同(btn)，主要有酵母菌的乙醇发酵和细菌的乙醇发酵。接合单胞菌的乙醇发酵（ED途径）：C6H12O62CH3CH2OH+2CO2+ATP第48页/共91页第四十八页，共91页。n n乳酸乳酸(r sun)发酵发酵 P.KH.K异型乳酸发酵：指发酵产物除乳酸外，还有其它的化合物。肠膜状明串珠菌：葡萄糖1乳酸+1乙醇+1CO2+1ATP双岐杆菌：2葡萄糖2乳酸+3乙酸(ysun)+5ATP（P.K为磷酸戊糖解酮酶，H.K为磷酸已糖解酮酶）同型乳酸发酵：指发酵产物只有单一的乳酸德氏乳杆菌：C6H12O62乳酸+2ATP第49页/共91页第四十九页，共91页。丁酸梭状芽孢杆菌（丁酸梭状芽孢杆菌（丁酸梭状芽孢杆菌（丁酸梭状芽孢杆菌（Clostridium butyricumClostridium butyricum）可以发酵葡萄糖得到丁酸）可以发酵葡萄糖得到丁酸）可以发酵葡萄糖得到丁酸）可以发酵葡萄糖得到丁酸 4C6H12O62 4C6H12O62乙酸乙酸乙酸乙酸(y(y sun)sun)3 3丁酸丁酸丁酸丁酸8CO28CO28H28H210ATP 10ATP 每每每每 mol mol 葡萄糖在发酵中大约产葡萄糖在发酵中大约产葡萄糖在发酵中大约产葡萄糖在发酵中大约产 2.5 2.5 个个个个 ATP ATP。丁酸发酵(fjio)与丙酮丁醇发酵(fjio)丙酮丁醇梭菌（Clostridiumacetobutylicum）葡萄糖丁醇丙酮乙酸(ysun)乙醇H2CO2ATP第50页/共91页第五十页，共91页。2、呼吸作用(hxzuyn)Aerobic respiration 有氧呼吸:以分子氧作为最终(zu zhn)电子受体 的呼吸。Anaerobic respiration 无氧呼吸：以氧以外的其他(qt)氧化型 化合物作为最终电子受体的呼吸。巴斯德效应：由于葡萄糖在有氧呼吸中产生的能量要比在 发酵中产生的多，所以在有氧条件下，兼性厌氧微生物终止 厌氧发酵而转向有氧呼吸，这种呼吸抑制发酵的现象称为巴 斯德效应。第51页/共91页第五十一页，共91页。n n又称好氧呼吸，又称好氧呼吸，又称好氧呼吸，又称好氧呼吸，是一种最普遍是一种最普遍是一种最普遍是一种最普遍又最重要的生又最重要的生又最重要的生又最重要的生物氧化或产能物氧化或产能物氧化或产能物氧化或产能方式方式方式方式n n特点：底物常特点：底物常特点：底物常特点：底物常规方式脱氢后，规方式脱氢后，规方式脱氢后，规方式脱氢后，脱下的氢经完脱下的氢经完脱下的氢经完脱下的氢经完整的呼吸链又整的呼吸链又整的呼吸链又整的呼吸链又称电子传递链称电子传递链称电子传递链称电子传递链传递，最终被传递，最终被传递，最终被传递，最终被外源分子氧接外源分子氧接外源分子氧接外源分子氧接受，产生了水受，产生了水受，产生了水受，产生了水并释放并释放并释放并释放(shfng)(shfng)(shfng)(shfng)出出出出ATPATPATPATP形式的能量。形式的能量。形式的能量。形式的能量。A A、有氧呼吸、有氧呼吸、有氧呼吸、有氧呼吸(hx)(hx)第52页/共91页第五十二页，共91页。呼吸链末端的电子受体不是氧呼吸链末端的电子受体不是氧呼吸链末端的电子受体不是氧呼吸链末端的电子受体不是氧 可作为电子受体的物质可作为电子受体的物质可作为电子受体的物质可作为电子受体的物质(wzh)(wzh)(wzh)(wzh)：NO3 NO3 NO3 NO3 NO2 NO2 NO2 NO2 SO42 SO42 SO42 SO42 CO2 CO2 CO2 CO2 能量生成效率低于氧能量生成效率低于氧能量生成效率低于氧能量生成效率低于氧B B、无氧呼吸、无氧呼吸、无氧呼吸、无氧呼吸(hx)(hx)第53页/共91页第五十三页，共91页。三、能量的消耗 生物合成(hchng)运动 营养运输 生物发光 生物热第54页/共91页第五十四页，共91页。自然界中的微生物绝大多数是化能异养型的微生物，这些微生自然界中的微生物绝大多数是化能异养型的微生物，这些微生自然界中的微生物绝大多数是化能异养型的微生物，这些微生自然界中的微生物绝大多数是化能异养型的微生物，这些微生物从外界吸收营养物质以后，通过物从外界吸收营养物质以后，通过物从外界吸收营养物质以后，通过物从外界吸收营养物质以后，通过(tnggu)(tnggu)(tnggu)(tnggu)微生物细胞中微生物细胞中微生物细胞中微生物细胞中的酶进行分解代谢产生能量的酶进行分解代谢产生能量的酶进行分解代谢产生能量的酶进行分解代谢产生能量ATPATPATPATP和小分子有机物。和小分子有机物。和小分子有机物。和小分子有机物。微生物进行(jnxng)合成代谢的前体物ATP是合成代谢(dixi)所必需的能量的主要源泉第六节微生物的分解代谢第55页/共91页第五十五页，共91页。n n不含氮有机物的降解不含氮有机物的降解不含氮有机物的降解不含氮有机物的降解 n n淀粉的降解：淀粉淀粉的降解：淀粉淀粉的降解：淀粉淀粉的降解：淀粉 葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖 n n纤维素的降解：纤维素纤维素的降解：纤维素纤维素的降解：纤维素纤维素的降解：纤维素葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖n n半纤维素的降解：半纤维素半纤维素的降解：半纤维素半纤维素的降解：半纤维素半纤维素的降解：半纤维素 单糖单糖单糖单糖+糖醛酸糖醛酸糖醛酸糖醛酸 n n果胶质的降解：果胶果胶质的降解：果胶果胶质的降解：果胶果胶质的降解：果胶 半乳糖醛酸半乳糖醛酸半乳糖醛酸半乳糖醛酸+甲醇甲醇甲醇甲醇 n n木质素的降解木质素的降解木质素的降解木质素的降解 n n 木质素的化学结构较复杂木质素的化学结构较复杂木质素的化学结构较复杂木质素的化学结构较复杂(fz)(fz)(fz)(fz)，它是由许，它是由许，它是由许，它是由许多芳香族亚基缩合而成的聚合物。多芳香族亚基缩合而成的聚合物。多芳香族亚基缩合而成的聚合物。多芳香族亚基缩合而成的聚合物。n n 木质素木质素木质素木质素 乙酸乙酸乙酸乙酸+琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸 一、大分子有机物的分解第56页/共91页第五十六页，共91页。n n含含含含NN有机物的降解有机物的降解有机物的降解有机物的降解 n n蛋白质的降解蛋白质的降解蛋白质的降解蛋白质的降解n n 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质多肽多肽多肽多肽AA CO2+NH3 AA CO2+NH3 n n几丁质的降解几丁质的降解几丁质的降解几丁质的降解 n n 几丁质几丁质几丁质几丁质寡聚糖寡聚糖寡聚糖寡聚糖N-N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺乙酸乙酸乙酸乙酸(y(y sun)+sun)+葡萄糖胺葡萄糖胺葡萄糖胺葡萄糖胺葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖+NH3 +NH3 n n尿素的降解尿素的降解尿素的降解尿素的降解 n n 尿素尿素尿素尿素+2H2O+2H2O（NH4NH4）2 CO3 2NH3+CO2 2 CO3 2NH3+CO2 H2O H2O 第57页/共91页第五十七页，共91页。n n含磷有机物的降解含磷有机物的降解含磷有机物的降解含磷有机物的降解(jin(jin ji)ji)n n n n 卵磷脂卵磷脂卵磷脂卵磷脂 甘油甘油甘油甘油 P-P-甘油甘油甘油甘油 EMP EMP n n 脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰乙酰乙酰COATCACOATCAn n 胆碱胆碱胆碱胆碱NH3+CO2+NH3+CO2+有机酸有机酸有机酸有机酸n n 磷酸磷酸磷酸磷酸 n n 核酸核酸核酸核酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸磷酸磷酸+核苷核苷核苷核苷嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤+嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶 卵磷脂酶 核酸酶核苷酸酶第58页/共91页第五十八页，共91页。n n含含含含S S有机物的降解有机物的降解有机物的降解有机物的降解(jin(jin ji)ji)n n 胱氨酸胱氨酸胱氨酸胱氨酸+3H2O+1/2O2 2+3H2O+1/2O2 2 乙酸乙酸乙酸乙酸+2CO2+2H2S+2NH3+2CO2+2H2S+2NH3n n油脂的降解油脂的降解油脂的降解油脂的降解(jin(jin ji)ji)n n 油脂油脂油脂油脂脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸-乙酰乙酰乙酰乙酰COATCACOATCAn n 甘油甘油甘油甘油 Pi-PPi-P甘油甘油甘油甘油 EMP EMP n n烃类物质的降解烃类物质的降解烃类物质的降解烃类物质的降解(jin(jin ji)ji)n n 甲烷是最简单的烃类物质，能被甲基营养菌作甲烷是最简单的烃类物质，能被甲基营养菌作甲烷是最简单的烃类物质，能被甲基营养菌作甲烷是最简单的烃类物质，能被甲基营养菌作C C源利用。源利用。源利用。源利用。脂肪酶第59页/共91页第五十九页，共91页。A、EMP途径(tjng)B、HMP途径(tjng)C、ED途径(tjng)D、TCA循环1、底物(dw)脱氢的4条途径二、己糖的分解第60页/共91页第六十页，共91页。底物脱氢(tu qn)的4条途径及其与递氢、受氢的联系第61页/共91页第六十一页，共91页。A、糖酵解途径(tjng)（EMP途径(tjng)）第62页/共91页第六十二页，共91页。EMP途径为合成代谢提供(tgng)了：能量：2ATP 还原力：2NADH 小分子 C 架：6-P葡萄糖 P-二羟丙酮 3-P甘油酸 P-烯醇式丙酮酸 丙酮酸 第63页/共91页第六十三页，共91页。B、戊糖磷酸(lnsun)途径（HMP途径）第64页/共91页第六十四页，共91页。PPPP途径为合成代谢提供：途径为合成代谢提供：途径为合成代谢提供：途径为合成代谢提供：还原还原还原还原(hun yun)(hun yun)力：力：力：力：NADPH2 NADPH2小分子小分子小分子小分子 C C 架：架：架：架：5-P 5-P 核糖核糖核糖核糖 （合成核酸的前体物）；（合成核酸的前体物）；（合成核酸的前体物）；（合成核酸的前体物）；4-P4-P赤藓糖（合成芳香氨基酸的前体物）赤藓糖（合成芳香氨基酸的前体物）赤藓糖（合成芳香氨基酸的前体物）赤藓糖（合成芳香氨基酸的前体物）第65页/共91页第六十五页，共91页。C、ED途径(tjng)第66页/共91页第六十六页，共91页。主要局限于接合单胞菌属的一些(yxi)细菌。葡萄糖+NAD+NADP+Pi+ADP2丙酮酸NADH+NADPH+2H+ATPED途径为合成代谢提供：能量：ATP还原力：NADH2+NADPH2小分子C架：6-P葡萄糖3-P甘油酸P-烯醇式丙酮酸丙酮酸n nED途径可不途径可不(k b)依赖于依赖于EMP和和HMP途径而单独存途径而单独存在，是少数缺在，是少数缺乏完整乏完整EMP途途径的微生物的径的微生物的一种替代途径，一种替代途径，未发现存在于未发现存在于其它生物中。其它生物中。第67页/共91页第六十七页，共91页。关键反应：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解催化的酶：6-磷酸脱水酶，KDPG醛缩酶相关的发酵生产：细菌酒精(jijng)发酵优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成少，代谢副产物少，发酵温度较高，不必定期供氧。缺点：较易染菌；细菌对乙醇耐受力低第68页/共91页第六十八页，共91页。微生物微生物 不同途径的分布（）不同途径的分布（）EMP HMP ED 啤酒酵母啤酒酵母 产脱假丝酵母产脱假丝酵母灰色链霉菌灰色链霉菌产黄青霉产黄青霉大肠杆菌大肠杆菌藤黄八叠球菌藤黄八叠球菌枯草杆菌枯草杆菌铜绿假单胞菌铜绿假单胞菌氧化醋单胞菌氧化醋单胞菌运动发酵单胞菌运动发酵单胞菌嗜糖假单胞菌嗜糖假单胞菌 88 66-819777727074-1219-3432328302629100-71-100100 糖代谢途径在不同(btn)微生物中的分布第69页/共91页第六十九页，共91页。D、TCA循环(xnhun)第70页/共91页第七十页，共91页。提供提供(tgng)(tgng)还原力：还原力：3 3 NADH2NADH2，1 FADH21 FADH2提供提供(tgng)(tgng)能量：形成能量：形成1 1 GTPGTP提供提供(tgng)(tgng)前体化合物：前体化合物：a-a-酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酸琥珀酸 草酰乙酸草酰乙酸AcCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2OAcCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH2+FADH2+GTP+Co2CO2+3NADH2+FADH2+GTP+CoA A第71页/共91页第七十一页，共91页。EMP 途径途径(tjng)不完全不完全 PP 途途径径(tjng)ED 途径途径(tjng)丙酮酸的代谢(dixi)的多样性进入TCA（Tricarboxylicacidcycle）循环(xnhun)进一步氧化分解，产生还原力NADPH2，ATP和合成代谢所需要的小分子C架。发酵作用Fermatatiom丙酮酸第72页/共91页第七十二页，共91页。第七节微生物的合成代谢n n微生物的合成代谢微生物的合成代谢微生物的合成代谢微生物的合成代谢(dixi)(dixi)可以概括为三个阶段可以概括为三个阶段可以概括为三个阶段可以概括为三个阶段 产生(chnshng)三要素：能量、还原力、小分子化合物合成(hchng)前体物：氨基酸、单糖、氨基糖、脂肪酸、核苷酸合成大分子：蛋白质、核酸、脂肪、多糖合成作用就是微生物将简单的无机物或者有机物用体内的各种酶促反应合成大分子即菌体物质的过程。第73页/共91页第七十三页，共91页。一 自养微生物对CO2的固定(gdng)卡尔文循环（Calvin cycle）还原性三羧酸循环途径 厌氧乙酰-CoA途径 羟基丙酸途径第74页/共91页第七十四页，共91页。1、卡尔文循环（Calvin cycle）羧化反应3个核酮糖-1,5-二磷酸通过核酮糖二磷酸羧化酶将3个CO2固定(gdng),并转变成6个3-磷酸甘油酸分子。还原反应 3-磷酸甘油酸还原成3-磷酸甘油醛（通过逆向EMP途径产生）。CO2受体的再生1个3-磷酸甘油醛通过EMP途径的逆转形成葡萄糖，其余5个分子经复杂的反应再生出3个核酮糖-1,5-二磷酸分子。第75页/共91页第七十五页，共91页。2、还原性三羧酸循环(xnhun)途径4C柠檬酸裂合酶第76页/共91页第七十六页，共91页。3、厌氧乙酰-CoA途径(tjng)产乙酸(ysun)菌硫酸盐还原菌产甲烷菌第77页/共91页第七十七页，共91页。4、羟基(qingj)丙酸途径第78页/共91页第七十八页，共91页。二 肽聚糖的合成(hchng)根据反应部位的不同可分成(fn chn)三个合成阶段第79页/共91页第七十九页，共91页。第一阶段a.由葡萄糖合成(hchng)N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸第80页/共91页第八十页，共91页。b.由N-乙酰胞壁酸合成(hchng)“Park”核苷酸第81页/共91页第八十一页，共91页。第二阶段:细胞膜上合成(hchng)肽聚糖单体第82页/共91页第八十二页，共91页。第三阶段：细胞膜外合成(hchng)肽聚糖青霉素第83页/共91页第八十三页，共91页。肽聚糖的生物(shngw)合成第84页/共91页第八十四页，共91页。第八节微生物的次生代谢产物初生代谢是普遍存在于生物中的，能合成(hchng)生物生存或者健康必需的化合物的代谢途径。次生代谢是微生物在一定的生长期（通常是在生长的后期或者稳定生长期）里合成的一些对微生物本身没有明显(mngxin)作用的物质代谢。n n次级代谢模式次级代谢模式次级代谢模式次级代谢模式n n 营养物质营养物质营养物质营养物质 小分子小分子小分子小分子(fnz(fnz)产物产物产物产物初级代谢聚合结构修饰装配第85页/共91页第八十五页，共91页。次级代谢的微生物特点以初级代谢为前提，并受初级代谢的调节一般在菌体生长后期(huq)发生菌株特异性次级代谢与染色体外遗传有关根据终产物对其它生物的作用可分为：抗生素，激素，毒素，色素，生物发光第86页/共91页第八十六页，共91页。初级(chj)代谢与次级代谢联系 次级代谢以初级代谢为基础。初级代谢为次级代谢产物合成提供前体物和为次级代谢产物合成提供所需要(xyo)的能量，而次级代谢则是初级代谢在特定条件下的继续和发展，避免初级代谢过程中某种(或某些)中间体或产物过量积累对机体产生毒害作用。第87页/共91页第八十七页，共91页。抗生素 抗生素是对其他种类微生物或细胞能产生抑制或致死作用的一大类有机化合物。10000多种，多数由放线菌产生，如链霉素、红霉素、庆大霉素、金霉素、土霉素、制霉菌素。万古霉素“人类对抗耐药性细菌的最后一道(ydo)防线”n抑制细胞壁的合成(hchng)：青霉素n损伤细胞质膜：短杆菌素n干扰病原菌蛋白质的合成(hchng)：四环素、链霉素、卡那霉素；氯霉素、红霉素。n阻碍核酸合成(hchng)：利福霉、丝裂霉素C第88页/共91页第八十八页，共91页。n n生长刺激素生长刺激素生长刺激素生长刺激素 n n 是一类刺激植物生长的生理是一类刺激植物生长的生理是一类刺激植物生长的生理是一类刺激植物生长的生理(shngl(shngl)活性物质。活性物质。活性物质。活性物质。n n 例如例如例如例如 镰刀菌产生的赤霉素，目前用于杂交水稻制种镰刀菌产生的赤霉素，目前用于杂交水稻制种镰刀菌产生的赤霉素，目前用于杂交水稻制种镰刀菌产生的赤霉素，目前用于杂交水稻制种中，可刺激稻穗伸长后便于授粉。中，可刺激稻穗伸长后便于授粉。中，可刺激稻穗伸长后便于授粉。中，可刺激稻穗伸长后便于授粉。n n毒素毒素毒素毒素 n n 是某些微生物在一定的条件下产生的对动植物和人有是某些微生物在一定的条件下产生的对动植物和人有是某些微生物在一定的条件下产生的对动植物和人有是某些微生物在一定的条件下产生的对动植物和人有毒害的化合物，大多数是蛋白质。毒害的化合物，大多数是蛋白质。毒害的化合物，大多数是蛋白质。毒害的化合物，大多数是蛋白质。n n例如：例如：例如：例如：1 1）白喉杆菌产生的白喉毒素）白喉杆菌产生的白喉毒素）白喉杆菌产生的白喉毒素）白喉杆菌产生的白喉毒素n n2 2）破伤风梭菌在厌氧条件下产生的破伤）破伤风梭菌在厌氧条件下产生的破伤）破伤风梭菌在厌氧条件下产生的破伤）破伤风梭菌在厌氧条件下产生的破伤风毒素风毒素风毒素风毒素n n3 3）苏云金杆菌产生的能杀虫的伴孢晶体。）苏云金杆菌产生的能杀虫的伴孢晶体。）苏云金杆菌产生的能杀虫的伴孢晶体。）苏云金杆菌产生的能杀虫的伴孢晶体。第89页/共91页第八十九页，共91页。n n色素色素色素色素n n 微生物在代谢微生物在代谢微生物在代谢微生物在代谢(dixi)(dixi)过程中产生的有色次生代过程中产生的有色次生代过程中产生的有色次生代过程中产生的有色次生代谢谢谢谢(dixi)(dixi)产物，常积累在细胞内或者分泌于细胞产物，常积累在细胞内或者分泌于细胞产物，常积累在细胞内或者分泌于细胞产物，常积累在细胞内或者分泌于细胞外。外。外。外。n n 如灵杆菌产生的花青素使菌落呈红色。红曲霉产如灵杆菌产生的花青素使菌落呈红色。红曲霉产如灵杆菌产生的花青素使菌落呈红色。红曲霉产如灵杆菌产生的花青素使菌落呈红色。红曲霉产生的红曲素不仅使菌体呈紫色，并分泌于体外，在生的红曲素不仅使菌体呈紫色，并分泌于体外，在生的红曲素不仅使菌体呈紫色，并分泌于体外，在生的红曲素不仅使菌体呈紫色，并分泌于体外，在食品上用作着色剂。食品上用作着色剂。食品上用作着色剂。食