华南师范大学生科院微生物思考题二参考答案.pdf
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1、华南师范大学生科院微生物思华南师范大学生科院微生物思考题二参考答案考题二参考答案20102010 年微生物复习思考题(二)年微生物复习思考题(二)1 1、试比较四种发酵途径、试比较四种发酵途径比比EMPEMP 途径途径EDED 途径途径较较项项目目ATPATP2 21 1+还还2 2(NADH+HNADH+H)NAD+HNAD+H+原原NADPH+HNADPH+H+力力特特磷酸果糖激酶,磷酸果糖激酶,它它2-2-酮酮-3-3-脱脱征征的的存在意存在意 味着该味着该氧氧 糖糖 酸酸-6-6-性性微微生生物物具具有有 TMPTMP磷酸裂解酶磷酸裂解酶酶酶途径途径主主绝绝大多数大多数 生物所生物所少
2、数少数 EMPEMP 途途要要共有的代谢途径共有的代谢途径径不径不 完完整整的的特特微生微生 物物特特有有点点的糖的糖 酵酵解解途途径,径,反反应应步步骤简骤简 单单,但但产能产能 低低,可可独立存在独立存在主主要要发发酵酵产产物物PKPK 途径途径磷磷 酸酸 戊戊糖糖 酮酮 解解酶途径酶途径1 1NADH+HNADH+H+HMHM 途径途径磷酸己磷酸己糖酮解糖酮解酶途径酶途径2.52.50 00 012(NADPH+H12(NADPH+H+)磷磷 酸酸 戊戊磷酸己磷酸己转酮转酮(或醛或醛)醇酶醇酶糖糖 酮酮 解解糖酮解糖酮解酶酶酶酶产能低产能低非产能途径,可为非产能途径,可为生物合成大量的还
3、生物合成大量的还原力,其中间代谢原力,其中间代谢产物产物(如磷酸戊糖)(如磷酸戊糖)可可 作作 为为 重重 要要 物物质质(如核酸如核酸)生物合成生物合成原料,不可独立存原料,不可独立存在在乙醇乙醇1 1,甘油甘油2 2,乙乙参与双岐发酵参与双岐发酵3 3醇、醇、乙酸、乙酸、甘油甘油,乙醇乙醇4 4,乳酸乳酸5 5,乳乳酸、乙酸、甲酸、酸、乙酸、甲酸、乙醇、琥珀酸乙醇、琥珀酸6 6,丁二醇丁二醇7 7,丙酮、,丙酮、丁醇、乙酸丁醇、乙酸8 8,丁,丁酸酸9 92 2、磷酸己糖酮解酶途径是怎样的、磷酸己糖酮解酶途径是怎样的1 1 分子果糖分子果糖-6-6-磷酸由磷酸己糖酮解酶催化裂解为赤藓糖磷酸
4、由磷酸己糖酮解酶催化裂解为赤藓糖-4-4-磷酸和乙酰磷磷酸和乙酰磷酸;酸;另另 1 1 分子果糖分子果糖-6-6-磷酸则与赤藓糖磷酸则与赤藓糖-4-4-磷酸反应生成磷酸反应生成 2 2 分子磷酸戊糖,分子磷酸戊糖,而其中而其中1 1 分子核糖分子核糖-5-5-磷酸在磷酸戊糖酮解酶的催化下分解成甘油醛磷酸在磷酸戊糖酮解酶的催化下分解成甘油醛-3-3-磷酸和乙酰磷磷酸和乙酰磷酸酸1 1 分子葡萄糖经磷酸己糖酮解酶途径生成分子葡萄糖经磷酸己糖酮解酶途径生成 1 1 分子乳酸、分子乳酸、1.51.5 分子乙酸以及分子乙酸以及 2.52.5分子分子 ATPATP3 3 什么是什么是 SticklandS
5、tickland 反应反应,举例说明,举例说明SticklandStickland 反应是两个氨基酸之间的一个氨基酸作为氢(电子)供体,另一反应是两个氨基酸之间的一个氨基酸作为氢(电子)供体,另一个氨基酸作为氢(电子)受体时的氧化个氨基酸作为氢(电子)受体时的氧化-还原脱氨基反应。它是微生物在厌氧条还原脱氨基反应。它是微生物在厌氧条件下将一个氨基酸的氧化脱氨与另一个氨基酸的还原脱氨相偶联的一类特殊发件下将一个氨基酸的氧化脱氨与另一个氨基酸的还原脱氨相偶联的一类特殊发以以 HMPHMP途径为途径为基础,基础,磷酸己磷酸己糖酮解糖酮解酶催化酶催化两步反两步反应,产应,产能高能高乙醇乙醇(细细菌菌乳
6、酸、乳酸、乙乙乳酸、乳酸、乙醇发酵)乙醇发酵)醇醇(异型(异型乙乙酸酸乳乳 酸酸 发发(双岐(双岐酵)酵)发酵)发酵)酵酵。例例 如如:甘甘 氨氨 酸酸 和和 丙丙 氨氨 酸酸 之之 间间 的的 SticklandStickland 反反 应应 总总 反反 应应 式式 为为:2H2H2 2N-CHN-CH2 2COOH+CHCOOH+CH2 2CH(NHCH(NH2 2)COOH+ADP+Pi+2HCOOH+ADP+Pi+2H2 2O O3CH3CH3 3COOH+COCOOH+CO2 2+3NH+3NH3 3+ATP+ATP4 4 化能自养微生物是什么?化能自养细菌的能量代谢的特点化能自养微
7、生物是什么?化能自养细菌的能量代谢的特点化能自养生物:化能自养生物:以以 CO2CO2 为主要或唯一碳源,为主要或唯一碳源,从还原态无机化合物从还原态无机化合物(NHNH4 4+、NONO3 3-、H H2 2S S、S S0 0、H H2 2和和 FeFe2+2+等)的生物氧化获的能量和还原力等)的生物氧化获的能量和还原力HH的微生物。的微生物。能量代谢特点:能量代谢特点:1 1、无机底物上脱下的氢(电子)直接进入呼吸链通过氧化、无机底物上脱下的氢(电子)直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产能。磷酸化产能。2 2、由于电子可从多处进入呼吸链,所以有多种多样的呼吸链。、由于电子可从多处进入呼吸链,所
8、以有多种多样的呼吸链。3 3、产能效率,即氧化磷酸化效率(产能效率,即氧化磷酸化效率(P/OP/O 值)通常要比化能异养细菌的低。所以代时值)通常要比化能异养细菌的低。所以代时长,生长缓慢,细胞产率低长,生长缓慢,细胞产率低5 5 什么是亚硫酸氧化酶途径?什么是什么是亚硫酸氧化酶途径?什么是 APSAPS 途径途径硫化物氧化的第一个产物都是硫化物氧化的第一个产物都是 SOSO3 32-2-,其通过亚硫酸氧化酶途径或腺苷磷酸硫其通过亚硫酸氧化酶途径或腺苷磷酸硫2-2-酸(酸(APSAPS)途径氧化为)途径氧化为 SOSO4 4和产能和产能2-2-2-2-亚硫酸氧化酶途径中,亚硫酸氧化酶途径中,由
9、细胞色素由细胞色素-亚硫酸氧化酶将亚硫酸氧化酶将 SOSO3 3直接氧化成为直接氧化成为 SOSO4 4,并通过电子传递磷酸化产能。大多数亚硫酸通过这条途径氧化。并通过电子传递磷酸化产能。大多数亚硫酸通过这条途径氧化。APSAPS 途径中,亚硫酸与途径中,亚硫酸与 AMPAMP 反应放出反应放出 2 2 个电子生成个电子生成 APSAPS,放出的电子经细胞,放出的电子经细胞色素系统传递给色素系统传递给 O O2 2,此过程中通过电子传递磷酸化生成,此过程中通过电子传递磷酸化生成 ATPATP。APSAPS 与与 PiPi 反应转反应转变成变成 ADPADP 与与 SOSO4 42-2-的过程中
10、通过底物水平磷酸化产能。在腺苷酸激酶的催化下,的过程中通过底物水平磷酸化产能。在腺苷酸激酶的催化下,2 2分子分子 ATPATP 转变成转变成 1 1 分子分子 ADPADP 与与 1 1 分子分子 AMPAMP,所以所以 2 2 分子分子 SOSO3 32-2-经经 APSAPS 途径氧化产生途径氧化产生3 3 分子分子 ATPATP,其中,其中 2 2 分子经电子传递磷酸化产生,分子经电子传递磷酸化产生,1 1 分子分子 ATPATP 通过底物水平磷酸通过底物水平磷酸化形成,每氧化化形成,每氧化 1 1 分子分子 SOSO3 32-2-产生产生 1.51.5 分子分子 ATPATP。6 6
11、 什么是细菌沥滤(什么是细菌沥滤(Bacterial leachingBacterial leaching),举例说明细菌沥滤的过程?,举例说明细菌沥滤的过程?细菌沥滤:细菌沥滤:人类利用氧化亚铁硫杆菌和氧化硫杆菌等嗜酸性氧化铁和硫的细人类利用氧化亚铁硫杆菌和氧化硫杆菌等嗜酸性氧化铁和硫的细菌,菌,具有氧化硫化物矿中的硫和硫化物的能力,从而将硫化矿中的重金属通过,具有氧化硫化物矿中的硫和硫化物的能力,从而将硫化矿中的重金属通过转化成水溶性重金属硫酸盐,从低品位矿中浸出的过程。转化成水溶性重金属硫酸盐,从低品位矿中浸出的过程。以蓝铜矿的细菌沥滤为例:以蓝铜矿的细菌沥滤为例:1 1、氧化池中氧化亚
12、铁硫杆菌将硫氧化成、氧化池中氧化亚铁硫杆菌将硫氧化成 H H2 2SOSO4 4,并与并与 FeSOFeSO4 4作用生成浸矿剂作用生成浸矿剂 FeFe2 2(SO(SO4 4)3 3;2 2、低品位碎矿中的铜在细菌氧化生成的、低品位碎矿中的铜在细菌氧化生成的浸矿剂浸矿剂 FeFe2 2(SO(SO4 4)3 3的作用下,的作用下,以以 CuSOCuSO4 4的形式被浸出;的形式被浸出;3 3、用铁屑置换出用铁屑置换出 CuSOCuSO4 4中的中的铜并收集。铜并收集。7 7 如何理解细菌的光合作用如何理解细菌的光合作用?细菌的光合作用:能将光能转换成为细菌的光合作用:能将光能转换成为 ATP
13、ATP 形式化学能的细菌光合细菌,形式化学能的细菌光合细菌,以光为能源,利用以光为能源,利用 COCO2 2(光能自养光能自养)和有机碳化合物和有机碳化合物(光能异养光能异养)作为碳源,通过电作为碳源,通过电子传递产生子传递产生 ATP(ATP(光和磷酸化光和磷酸化)的作用。的作用。8 8 在自然界中,微生物通过哪些途径固定在自然界中,微生物通过哪些途径固定 COCO2 2?固固定定自养微生物类自养微生物类特点特点COCO2 2的的型型途径途径卡尔文卡尔文产产 氧氧 光光 合合 细细循环循环菌、不氧光合菌、不氧光合细菌中的紫色细菌中的紫色细菌及化能自细菌及化能自养细菌养细菌还原性还原性绿色细菌
14、绿色细菌每次循环固定每次循环固定 3 3 分子分子 COCO2 2,需要还原态铁氧还蛋白,需要还原态铁氧还蛋白,产产三羧酸三羧酸物为丙酮酸。物为丙酮酸。循环途循环途径径乙乙酰酰产乙酸菌、产产乙酸菌、产不是循环途径,关键酶是一氧化碳脱氢酶,需要不是循环途径,关键酶是一氧化碳脱氢酶,需要 THFTHFCoACoA 途途甲烷菌与某些甲烷菌与某些和类咕啉等辅酶,每次固定和类咕啉等辅酶,每次固定 2 2 分子分子 COCO2 2,产物为乙酸。,产物为乙酸。径径硫酸盐还原细硫酸盐还原细乙酸的甲基由乙酸的甲基由1 1分子分子COCO2 2经过经过THFTHF和类咕啉参与的一系和类咕啉参与的一系菌菌列酶促还原
15、反应而来;列酶促还原反应而来;乙酸的羧基由另一分子乙酸的羧基由另一分子 COCO2 2经一经一氧化碳脱氢酶作用而来。氧化碳脱氢酶作用而来。9 9 微生物固氮的机理是什么?微生物固氮的机理是什么?固氮是还原分子氮合成氨的过程,固氮是还原分子氮合成氨的过程,需要大量能量和还原力。需要大量能量和还原力。能量以能量以 ATPATP 形式形式供应,还原力以供应,还原力以 NAD(P)H+HNAD(P)H+H+或铁还原蛋白或铁还原蛋白(Fd(Fd2H)2H)的形式提供,还原分子氮形的形式提供,还原分子氮形成氨的作用由双组分固氮酶复合体催化。固氮酶组分成氨的作用由双组分固氮酶复合体催化。固氮酶组分 I I
16、为固氮酶,是铁钼蛋白;为固氮酶,是铁钼蛋白;固氮还原酶,是铁蛋白。固氮还原酶,是铁蛋白。固氮分两个阶段:固氮分两个阶段:1 1、固氮酶的形成阶段:、固氮酶的形成阶段:NAD(P)H+HNAD(P)H+H+的电子经载体铁还原的电子经载体铁还原蛋白蛋白(Fd)(Fd)或黄素氧还蛋白或黄素氧还蛋白(Fld)(Fld)传递到组分传递到组分 IIII 的铁原子上形成还原型组分的铁原子上形成还原型组分 IIII,它先与它先与 ATP-MgATP-Mg 结合生成变构的组分结合生成变构的组分 II-Mg-ATPII-Mg-ATP 复合物;然后再与此时已与分子复合物;然后再与此时已与分子氮结合的组分氮结合的组分
17、 I I 一起形成一起形成 1 1:1 1 的复合物固氮酶。的复合物固氮酶。2 2、固氮阶段:固氮酶分子的一个电子从组分、固氮阶段:固氮酶分子的一个电子从组分 II-Mg-ATPII-Mg-ATP 复合物转移到组分复合物转移到组分I I 的铁原子上,由此再转移给钼结合的活化分子氮。通过的铁原子上,由此再转移给钼结合的活化分子氮。通过 6 6 次这样的电子转移,次这样的电子转移,将将 1 1 分子氮还原成分子氮还原成 2 2 分子分子 NHNH3 3。1010 好氧固氮菌防止氧伤害其固氮酶的机制是什么?好氧固氮菌防止氧伤害其固氮酶的机制是什么?1 1、固氮菌保护固氮酶的机制、固氮菌保护固氮酶的机
18、制(1)(1)呼吸保护:以较强的呼吸强度迅速耗去固氮部位周围的氧,以使固氮酶呼吸保护:以较强的呼吸强度迅速耗去固氮部位周围的氧,以使固氮酶处于无氧的微环境中处于无氧的微环境中(2)(2)构象保护:构象保护:一种起着构象保护功能的蛋白质一种起着构象保护功能的蛋白质Fe-SFe-S 蛋白质蛋白质 IIII,在氧分在氧分压增高时与固氮酶结合,使其构象改变并失去固氮活力;一旦氧浓度降低,该压增高时与固氮酶结合,使其构象改变并失去固氮活力;一旦氧浓度降低,该蛋白从酶解离,固氮酶恢复原有的构象和固氮能力。蛋白从酶解离,固氮酶恢复原有的构象和固氮能力。2 2、蓝细菌保护固氮酶的机制、蓝细菌保护固氮酶的机制(
19、1)(1)分化有异形胞的丝状细菌在异形胞中进行固氮作用。异形胞有很厚的细分化有异形胞的丝状细菌在异形胞中进行固氮作用。异形胞有很厚的细胞壁;缺乏产氧光合系统胞壁;缺乏产氧光合系统 IIII;有高的脱氢酶和氢化酶活力,使得异形胞保持高;有高的脱氢酶和氢化酶活力,使得异形胞保持高度的无氧或还原状态;有高的超氧化物歧化酶活力,有解除氧毒害的功能;其度的无氧或还原状态;有高的超氧化物歧化酶活力,有解除氧毒害的功能;其呼吸强度也高于邻近的营养细胞。呼吸强度也高于邻近的营养细胞。(2)(2)没有异形胞分化的蓝细菌有的将固氮作用与光合作用分开进行;有的在没有异形胞分化的蓝细菌有的将固氮作用与光合作用分开进行
20、;有的在束状群体中央失去光合系统束状群体中央失去光合系统 IIII 的细胞中进行固氮;有的通过提高细胞内过氧化的细胞中进行固氮;有的通过提高细胞内过氧化物酶或超氧化物歧化酶活力以解除氧毒害,保护固氮酶。物酶或超氧化物歧化酶活力以解除氧毒害,保护固氮酶。3 3、根瘤菌保护固氮酶的机制、根瘤菌保护固氮酶的机制根瘤菌以类菌体形式生活在豆科植物根瘤中。类菌体周围有类菌体周膜包根瘤菌以类菌体形式生活在豆科植物根瘤中。类菌体周围有类菌体周膜包着,膜上有一种能与氧发生可逆性结合的蛋白豆血红蛋白着,膜上有一种能与氧发生可逆性结合的蛋白豆血红蛋白(Lb)(Lb),它与氧的,它与氧的亲和力极强,起着调节根瘤中膜内
21、氧浓度的功能,氧浓度高时与氧结合,低时亲和力极强,起着调节根瘤中膜内氧浓度的功能,氧浓度高时与氧结合,低时则释放。则释放。1111 细菌肽聚糖如何合成?青霉素、万古霉素、杆菌肽如何抑制肽聚糖的合成?细菌肽聚糖如何合成?青霉素、万古霉素、杆菌肽如何抑制肽聚糖的合成?肽聚糖的合成:第一阶段:在细胞质中合成胞壁酸五肽。肽聚糖的合成:第一阶段:在细胞质中合成胞壁酸五肽。(1)(1)葡萄糖葡萄糖N-N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺-UDP(G-UDP)-UDP(G-UDP)N-N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸-UDP(M-UDP)-UDP(M-UDP)(2)M-UDP(2)M-UDP”ParkPark”核苷酸”核苷酸(
22、UDP-N-(UDP-N-乙酰胞壁酸五肽乙酰胞壁酸五肽)第二阶段:在细胞膜上由第二阶段:在细胞膜上由 N-N-乙酰胞壁酸五肽与乙酰胞壁酸五肽与 N-N-乙酰葡糖胺合成肽聚糖单体乙酰葡糖胺合成肽聚糖单体双糖肽亚单位。双糖肽亚单位。第三阶段:已合成的双糖肽插在细胞膜外的细胞壁生长点中并交联形成肽聚糖。第三阶段:已合成的双糖肽插在细胞膜外的细胞壁生长点中并交联形成肽聚糖。细菌肽聚糖合成抑制物细菌肽聚糖合成抑制物抑制机理抑制机理青霉素青霉素转肽作用被青霉素所抑制,转肽作用被青霉素所抑制,青霉素是青霉素是 D-D-丙氨酰丙氨酰-D-D-丙氨酸的结构类似物,两者丙氨酸的结构类似物,两者互相竞争转肽酶的活性
23、中心。互相竞争转肽酶的活性中心。万古霉素万古霉素抑制肽聚糖单体合成中,焦磷酸抑制肽聚糖单体合成中,焦磷酸-类脂类脂的解离的解离杆菌肽杆菌肽抑制肽聚糖单体合成中抑制肽聚糖单体合成中,磷酸与磷酸磷酸与磷酸-类脂的分解类脂的分解1212 微生物的同步培养方法有哪些?各方法如何达到同步培养的?微生物的同步培养方法有哪些?各方法如何达到同步培养的?方方机理机理法法诱诱采用物理、化学因子使微生物细胞生长到某个阶段而停下来,使先到达该采用物理、化学因子使微生物细胞生长到某个阶段而停下来,使先到达该导导阶段的微生物不能进入下一生长阶段,待全部群体细胞都到达该生长阶段阶段的微生物不能进入下一生长阶段,待全部群体
24、细胞都到达该生长阶段法法后,再出去该因子,是全部群体细胞同时进入下一个生长阶段,以达到诱后,再出去该因子,是全部群体细胞同时进入下一个生长阶段,以达到诱导微生物细胞同步生长的目的。导微生物细胞同步生长的目的。选选对非分支的单细胞微生物来说,处于同一生长阶段的同步细胞,它们的体对非分支的单细胞微生物来说,处于同一生长阶段的同步细胞,它们的体择择积和质量大致相等,处于不同生长阶段的细胞,体积和质量大小不等。因积和质量大致相等,处于不同生长阶段的细胞,体积和质量大小不等。因法法而可用膜过滤或密度梯度离心的方法,选择处于同一生长阶段的细胞。而可用膜过滤或密度梯度离心的方法,选择处于同一生长阶段的细胞。
25、1313 什么是连续培养什么是连续培养(continuous culture)(continuous culture)和分批培养和分批培养(batch culture)?(batch culture)?连续培养:连续培养:在一个恒定容积的流动系统中培养微生物,在一个恒定容积的流动系统中培养微生物,一方面以一定速率不一方面以一定速率不断加入新的培养基,另一方面以相同的速率流出培养物断加入新的培养基,另一方面以相同的速率流出培养物(菌体和代谢产物菌体和代谢产物),以,以使培养系统中的细胞数量和营养状态保持恒定,即处于稳态。使培养系统中的细胞数量和营养状态保持恒定,即处于稳态。分批培养:将微生物至于
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