第五章-微生物的营养与代谢课件.ppt

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1、第五章第五章 微生物的营养与代谢微生物的营养与代谢通过本章的学习，要求掌握：通过本章的学习，要求掌握：1、通过本章的学习，掌握微生物所需要的营养物质、营养类型、微通过本章的学习，掌握微生物所需要的营养物质、营养类型、微生物吸收营养的方式及培养基的配制和类型。生物吸收营养的方式及培养基的配制和类型。2、微生物代谢类型的特点及多样性。微生物代谢类型的特点及多样性。3、合成代谢所需小分子化合物及能量、还原力的产生。、合成代谢所需小分子化合物及能量、还原力的产生。4、微生物细胞中特有的合成代谢。、微生物细胞中特有的合成代谢。重点：重点：1、微生物的营养类型，微生物吸收营养物质的方式。微生物的营养类型，

2、微生物吸收营养物质的方式。2、微生物的产能方式。、微生物的产能方式。3、微生物细胞中特殊的合成代谢（肽聚糖合成）。、微生物细胞中特殊的合成代谢（肽聚糖合成）。难点：难点：1、微生物吸收营养物质的各种方式微生物吸收营养物质的各种方式2、肽聚糖的合成过程。、肽聚糖的合成过程。第一节第一节微生物的营养物质微生物的营养物质 营养：营养：生物体从外部环境吸收生命活动所必需的生物体从外部环境吸收生命活动所必需的物质和能量，以满足其生长和繁殖需要的一种物质和能量，以满足其生长和繁殖需要的一种生理生理过程过程。营养物质：营养物质：能够满足机体生长、繁殖和完成各种能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的

3、生理活动所需要的物质物质。一、微生物的化学组成一、微生物的化学组成主要元素：主要元素：碳碳、氢氢、氧氧、氮氮微量元素：微量元素：磷、硫、钾、锌等矿物质元素磷、硫、钾、锌等矿物质元素占细菌细胞干重的占细菌细胞干重的 90%-97%90%-97%占细菌细胞干重的占细菌细胞干重的 3%-10%3%-10%二、微生物的营养物质二、微生物的营养物质n按照它们在机体中的生理作用不同，区分成按照它们在机体中的生理作用不同，区分成:氮源氮源碳源碳源能源能源生长因子生长因子矿物质矿物质元素元素水水微生物的微生物的营养要素营养要素水水I 功能：功能：(1)(1)是微生物细胞的重要组成成分，占微生物体湿重的是微生物

4、细胞的重要组成成分，占微生物体湿重的70%70%90%90%，还供给微生物，还供给微生物氧和氢氧和氢两种元素；两种元素；(2)(2)维持细胞膨压，并使原生质保持溶胶状态；维持细胞膨压，并使原生质保持溶胶状态；(3)(3)水是物质代谢的原料；水是物质代谢的原料；(4)(4)微生物从外界吸收营养或从内部排泄废物的媒介；微生物从外界吸收营养或从内部排泄废物的媒介；(5)(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，以免胞内温度骤然升高。热并将其迅速散发，以免胞内温度骤然升高。碳源碳源凡可被微生物用来构成细胞物质或代谢产

5、物中碳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架来源的营养物通称碳源碳源（carbon source）。）。利利用用有有机机碳碳源源的的异异养养型型微微生生物物，其其碳碳源源往往往往同同时时又又是是能能源源。此此时时，碳碳源源是是一一种种具具有有双双功功能能的的营营养养物物。另另一一类类种种类类较较少少的的自自养养型型微微生生物物，则则以以CO2为主要碳源为主要碳源。碳源种类碳源种类K简单的无机含碳化合物简单的无机含碳化合物-CO2和碳酸盐和碳酸盐等；等；K复复杂杂的的天天然然有有机机化化合合物物-糖糖与与糖糖的的衍衍生生物物、醇醇类类、有有机机酸酸、脂脂类类、烃烃类类、芳

6、芳香香族族化化合合物物以以及各种含氮的有机化合物及各种含氮的有机化合物；在在多多糖糖中中，淀淀粉粉明明显显地地优优于于纤纤维维素素或或几几丁丁质质等等多多糖糖，纯纯多多糖糖则则优优于于琼琼脂脂等等杂杂多多糖糖和和其其他他聚聚合合物物（如如木木质质素）等素）等。微生物对糖类的利用，单糖优于双糖和多糖；微生物对糖类的利用，单糖优于双糖和多糖；氮源氮源凡是能为微生物生长提供氮素来源的营凡是能为微生物生长提供氮素来源的营养物质称为氮源。养物质称为氮源。氮氮 源源有机氮有机氮无机氮无机氮NH3铵盐铵盐硝酸盐硝酸盐N2尿素尿素蛋白质蛋白质核酸核酸氨基酸氨基酸根据对氨基酸合成根据对氨基酸合成的能力分为：的能

7、力分为：氨基氨基酸自养型酸自养型和和氨基酸氨基酸异养型异养型固氮微生物：固氮微生物：当没有化合态氮利用时，能利用当没有化合态氮利用时，能利用N2作为唯一作为唯一氮源，通过固氮酶将其还原为氮源，通过固氮酶将其还原为NH3，再进一步合成所需的全，再进一步合成所需的全部有机氮化合物。部有机氮化合物。能源能源能源：能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养物或辐射能物或辐射能能能 源源化学物质化学物质光能光能化能异养微生物的能源化能异养微生物的能源有机物有机物无机物无机物化能自养微生物的能源化能自养微生物的能源光能自养和光能异养微生物的能源光能自养和光能异养

8、微生物的能源许多营养物具有一种以上的营养功能。许多营养物具有一种以上的营养功能。1 1、还原态无机营养物常是双功能的；、还原态无机营养物常是双功能的；2 2、有机物常起着双功能或三功能的营养作用，例如以、有机物常起着双功能或三功能的营养作用，例如以N N，C C，H H，O O类元素组成的营养物常是异养型微生物的能源、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。碳源兼氮源。3 3、光是光合微生物所利用的单功能能源。、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，例如物质，例如NHNH4+4+

9、，NONO2-2-，S S，H H2 2S S，H H2 2和和FeFe2+2+等，这些化能自养等，这些化能自养型的细菌包括硝化细菌、硫化细菌、氢细菌和铁细菌等型的细菌包括硝化细菌、硫化细菌、氢细菌和铁细菌等矿物质元素矿物质元素作用作用酶活性中心的组成部分酶活性中心的组成部分调节微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透平衡调节微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透平衡维持生物大分子和细胞结构的稳定性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控制细胞的氧化还原电位作为某些微生物的能源物质作为某些微生物的能源物质构成细胞的结构成分构成细胞的结构成分根据微生物生长繁殖对无机盐根据微生物生长

10、繁殖对无机盐（mineral salts）需要量的需要量的大小，可分为大小，可分为常量元素和微量元素常量元素和微量元素两大类。两大类。生长所需浓度在生长所需浓度在10-310-4mol/L范围内的元素，可称为常范围内的元素，可称为常量元素，例如量元素，例如S、P、K、Na、Ca、Mg、Fe等。等。所需浓度在所需浓度在10-6 10-8mol/L范围内的元素，则称为微量范围内的元素，则称为微量元素，如元素，如Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Ni、Sn、Se等。等。Fe实际上是介于大量元素与微量元素之间。实际上是介于大量元素与微量元素之间。生长因子生长因子生长因子：生长因子：那些微生物生长所必需而且

11、需要量很小，但微生物那些微生物生长所必需而且需要量很小，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，可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，可将生长因子分为将生长因子分为维生素维生素、氨基酸氨基酸与与碱基碱基三大类三大类 主要用来构成酶的辅基或辅酶主要用来构成酶的辅基或辅酶第二节第二节微生物的营养类型微生物的营养类型碳源碳源 CO2有机物有机物 自养自养 异养异养能源能源太阳光太阳光氧化有机物氧化有机物或无机物或无机物光能营养光能营养化能营养化能营

12、养化能异养型化能异养型光能自养型光能自养型光能异养型光能异养型化能自养型化能自养型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三节第三节微生物摄取营养的方式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

13、为方式，可分为4 4种类型，即种类型，即简单扩散、促进扩散、主动运简单扩散、促进扩散、主动运输和基团转位。输和基团转位。微生物摄取营养物质主要有微生物摄取营养物质主要有胞吞作用和渗透吸收胞吞作用和渗透吸收；绝大多数微生物是绝大多数微生物是渗透吸收渗透吸收，各种营养物质直接通过细胞，各种营养物质直接通过细胞膜的渗透和选择性吸收进入细胞。膜的渗透和选择性吸收进入细胞。简单扩散（简单扩散（simple diffusion）营养物质在扩散通过细胞膜的过程中营养物质在扩散通过细胞膜的过程中不消不消耗能量耗能量，也，也不发生化学变化不发生化学变化。物质扩散的。物质扩散的动力是物质在动力是物质在膜内外的浓度

14、差膜内外的浓度差。非特异性。非特异性。简单扩散不是微生物吸收营养物质的主要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方式，以这种方式运输的物质主要是一些分子量小与脂溶性的物质。如分子量小与脂溶性的物质。如水、一些气水、一些气体（如氧）、甘油和某些离子体（如氧）、甘油和某些离子 。促进扩散促进扩散（facilitated diffusion）需要需要载体蛋白载体蛋白的参与；的参与；高度的高度的立体专一性立体专一性；不需要能量；不需要能量；载体蛋白能促进物质运输加快进行，但营养物载体蛋白能促进物质运输加快进行，但营养物质仍质仍不能逆浓度梯度吸收不能逆浓度梯度吸收；多见

15、于真核微生物，例如酵母菌，某些物质的多见于真核微生物，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。吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。主动运输主动运输（active transport）需要需要载体蛋白载体蛋白的参与；的参与；高度的高度的立体专一性立体专一性；需要需要消耗能量消耗能量，并且可以，并且可以逆浓度梯度运逆浓度梯度运输输。是一种广泛存在于微生物中的主要物是一种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。要是通过主

16、动运输的方式运输的。钠钾泵钠钾泵细胞外细胞外细胞内细胞内11234磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸丙酮酸丙酮酸酶酶 IHPr酶酶 IIa酶酶 IIb酶酶 IIc磷酸糖磷酸糖膜内膜内膜外膜外细胞膜细胞膜糖糖大肠杆菌磷酸转移酶系统（大肠杆菌磷酸转移酶系统（PTS)PTS)基团转移（基团转移（group transport）既需要载体蛋白又需要消耗能量的物质运输方式。既需要载体蛋白又需要消耗能量的物质运输方式。有一个有一个复杂的运输酶系统复杂的运输酶系统来完成物质的运输，来完成物质的运输，底物在运输过程中发生底物在运输过程中发生化学结构变化化学结构变化。主要存在于厌氧细菌和兼性厌氧细菌中。主要存在于

17、厌氧细菌和兼性厌氧细菌中。主要用于主要用于糖糖的运输以及的运输以及脂肪酸、核苷、碱基脂肪酸、核苷、碱基等物质的运输。等物质的运输。第四节第四节培养基培养基培养基培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。代谢产物的营养基质。任何培养基都任何培养基都应该应该具备微生物生长所需要六大营养要素：具备微生物生长所需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水培养基配制应遵循的原则培养基配制应遵循的原则目的明确：目的明确：根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基；根据不同微生物的营养需要配制不同的培

18、养基；营养协调：营养协调：控制不同营养物的合适配比控制不同营养物的合适配比（C/N比比）；物物理理化化学学调调件件合合适适：将将培培养养基基的的水水活活度度、pHpH和和氧氧化化还还原原电电势势控制在适宜的范围之内；控制在适宜的范围之内；灭菌处理：灭菌处理：培养基应无菌。培养基应无菌。经济节约：经济节约：所用原料应遵循经济节约、来源广泛的原则。所用原料应遵循经济节约、来源广泛的原则。按按成成分分不不同同划划分分复合培养基复合培养基合成培养基合成培养基半合成培养基半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化学成分不详和化学成分已知化学成分不详和化学成

19、分已知的化合物配成的培养基。的化合物配成的培养基。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：马铃薯蔗糖培养基：马铃薯蔗糖培养基：马铃薯马铃薯 200g 蔗糖蔗糖 20g H2O 1000ml。化学成分完全了解的物质配制而化学成分完全了解的物质配制而成的培养基成的培养基放线菌（高氏放线菌（高氏1 1号）号）淀淀粉粉 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含有化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物分不恒定的天然有机物细菌（

20、牛肉膏蛋白胨培养基）：细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏牛肉膏 3g 蛋白胨蛋白胨 10g NaCl 5g H2O 1000ml按按物物理理状状态态不不同同划划分分固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基半固体培养基半固体培养基在液体培养基中加入一定量凝固在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态，琼脂含剂，使其成为固体状态，琼脂含量一般为量一般为1.5%-2.0%1.5%-2.0%琼脂含量一般为琼脂含量一般为0.2%-0.7%不加任何不加任何凝固剂凝固剂固体培养基常用来进行微生物的分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离、鉴定、活菌计数及菌种保藏 观察微生物的运动

21、特征、分类鉴观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定定及噬菌体效价滴定 大规模工业生产及在实验室进行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微生物的基础理论和应用方面的研究研究 按按用用途途不不同同划划分分基础培养基基础培养基鉴别培养基鉴别培养基选择培养基选择培养基基础培养基基础培养基牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的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含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基选择培养基选择培养基用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养

22、基离出来的培养基培养基中加入某种化学物质，这种化学物质没有营养作用，培养基中加入某种化学物质，这种化学物质没有营养作用，对所需分离的微生物无害，但可以抑制或杀死其他微生物。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。如结晶紫、抗生素等。1 1、加富培养基、加富培养基也称营养培养基，即在基础培养基中加入某些也称营养培养基，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。制成的一类营养丰富的培养基。如：纤维素分解菌。2 2、抑制性选择培养基、抑制性选择培养基鉴别培养基鉴别培养基在成分中加有能与目的菌的无色代谢产物发生明在成分

23、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，从而达到只需肉眼就能方显显色反应的指示剂，从而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。便地从近似菌落中找出目的菌落的培养基。伊红美蓝乳糖培养基（伊红美蓝乳糖培养基（EMB培养基）培养基）15.0 15.0 琼脂琼脂 2.0 2.0 磷酸氢二钾磷酸氢二钾 (K2HPO4)(K2HPO4)0.065 0.065 美蓝美蓝 0.4 0.4 伊红伊红 10.0 10.0 乳糖乳糖 10.0 10.0 蛋白胨蛋白胨 (g)-无色无色 好好 -很好很好 志贺氏菌志贺氏菌 -红色红色 好好 -很好很好 粪大肠菌群粪大肠菌群 -无无 好好

24、 -很好很好 沙门氏菌沙门氏菌 -无色无色 不长不长 -差差 金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌 +黑色黑色 好好 -很好很好 大肠杆菌大肠杆菌 DH5 DH5 +黑色黑色 好好 -很好很好 大肠杆菌大肠杆菌 JM109 JM109+黑色黑色 好好 -很好很好 大肠杆菌大肠杆菌 金属光泽金属光泽 菌落颜色菌落颜色 生长情况生长情况 质控菌株质控菌株 第五节第五节微生物的能量代谢微生物的能量代谢代谢（代谢（metabolismmetabolism）：活细胞内发生的各种化学反应的总和活细胞内发生的各种化学反应的总和复杂分子复杂分子（有机物）（有机物）分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢简单小分子简单小分子A

25、TPATPHH物质代谢物质代谢分解代谢分解代谢(catabolism)(catabolism)合成代谢合成代谢(anabolism)(anabolism)能量代谢能量代谢产能代谢产能代谢耗能代谢耗能代谢能量代谢是一切生物代谢的核心问题能量代谢是一切生物代谢的核心问题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高能化合物高能化合物（ATP）最初能源最初能源有机物有机物还原态还原态无机物无机物日日 光光通用能源通用能源1 1 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 不需氧，不经过呼吸链。不需氧，不经过呼吸链。XP+ADP ATP+X3 3 光合磷酸化光合磷酸化光合微生

26、物捕捉光能，转给光合微生物捕捉光能，转给ATP 藻类、蓝细菌：有光合系统藻类、蓝细菌：有光合系统、，进行环式和非环式光合作用。，进行环式和非环式光合作用。CO2+H2O -(CH2O)n-+O2 绿细菌：只有光合系统绿细菌：只有光合系统，进行环式光合磷酸化，进行环式光合磷酸化 CO2+2H2S -(CH2O)n-+H2O+2S2 2 氧化磷酸化氧化磷酸化 需需氧气，经过呼吸链。物质氧化放出的电子在呼吸链中传递时，放氧气，经过呼吸链。物质氧化放出的电子在呼吸链中传递时，放出能量，生成出能量，生成ATP一、一、ATP产生的主要方式产生的主要方式定义：定义：物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键

27、的化合物，而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这些化合物可直接偶联ATPATP或或GTPGTP的合成，这种产生的合成，这种产生ATPATP等高能分子的方等高能分子的方式称为底物水平磷酸化式称为底物水平磷酸化 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸底物水平磷酸化底物水平磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化定义：定义：物质在体内氧化时释放的能量供给物质在体内氧化时释放的能量供给ADP与无机与无机磷磷合成合成ATPATP的偶联反应的偶联反应 烟酰胺腺嘌烟酰胺腺嘌

28、呤二核苷酸呤二核苷酸黄素腺嘌呤黄素腺嘌呤二核苷酸二核苷酸特点：特点：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，并在此过程中生成端电子受体，并在此过程中生成ATPATP，即电子传递与磷酸化相偶联，即电子传递与磷酸化相偶联 Respiration chain Respiration chain 呼吸链呼吸链：指从葡萄糖或其他氧化型化合指从葡萄糖或其他氧化型化合物上脱下的氢（电子）经过一系列按照氧化还原势由低到高物上脱下的氢（电子）经过一系列按照氧化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。顺序排列的氢

29、（电子）传递体，定向有序的传递系统。光合磷酸化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由光照引起的电子传递作用与磷酸化作用相偶联而生成ATPATP的过程，即将光能转化为化学能的过程。的过程，即将光能转化为化学能的过程。光能营养光能营养微生物微生物非环式光非环式光合磷酸化合磷酸化真核生物：藻类及绿色植物真核生物：藻类及绿色植物原核生物：蓝细菌原核生物：蓝细菌真细菌：光合细菌真细菌：光合细菌紫膜光合磷酸化：嗜盐菌紫膜光合磷酸化：嗜盐菌环式光合环式光合磷酸化磷酸化1、非环式光合磷酸化、非环式光合磷酸化还原力来自还原力来自H2O的光解的光解同时产生还原力、同时产生还原力、ATP和和O

30、2有有PS和和PS 2个光合系统个光合系统特点：特点：有氧条件下进行有氧条件下进行2、环式光合磷酸化、环式光合磷酸化不产生氧不产生氧还原力来自还原力来自H2S等无机物等无机物产能与产还原力分别进行产能与产还原力分别进行特点：特点：电子传递途径属循环方式电子传递途径属循环方式3、嗜盐菌紫膜的光合作用、嗜盐菌紫膜的光合作用一种只有嗜盐菌才有的，无叶绿素或细菌叶绿素参与的独特一种只有嗜盐菌才有的，无叶绿素或细菌叶绿素参与的独特的光合作用。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的光合紫膜的光合磷酸化是迄今为止所发现的最简单的光合磷酸化反应磷酸化反应生物氧化：生物氧化：物质在生物体内经过一

31、系列连续的氧化还原反应物质在生物体内经过一系列连续的氧化还原反应逐步分解并放出能量的过程。逐步分解并放出能量的过程。生物氧化的生物氧化的形式形式某物质与氧结合某物质与氧结合脱脱氢氢失去电子失去电子生物氧化的生物氧化的功能功能产能（产能（ATP）产还原力产还原力H产小分子产小分子中间代谢物中间代谢物生物氧化的生物氧化的过程过程脱氢（或电子）脱氢（或电子）递氢（或电子）递氢（或电子）受氢（或电子）受氢（或电子）生物氧化的生物氧化的类型类型有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸发发酵酵二、二、微生物氧化方式微生物氧化方式有氧呼吸、无氧呼吸和发酵过程示意图有氧呼吸、无氧呼吸和发酵过程示意图 发酵：发酵：在无

32、氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产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生的还原力HH未经呼吸链传递而直接交某一内源性未经呼吸链传递而直接交某一内源性中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应生物氧化反应产能方式：底物水平磷酸化产生产能方式：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。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，只释放部分能量。底物去向：底物氧化不彻底，只释放部分能量。1 1、发酵作用、发酵作

33、用乙醇发酵乙醇发酵酵母菌的乙醇发酵：酵母菌的乙醇发酵：C6H12O62CH3CH2OH+2CO2+2ATP不同的微生物进行乙醇发酵的途径和产物不同，主要有酵不同的微生物进行乙醇发酵的途径和产物不同，主要有酵母菌的乙醇发酵和细菌的乙醇发酵。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（接合单胞菌的乙醇发酵（ED途径）：途径）：C6H12O62CH3CH2OH+2CO2+ATP乳酸发酵乳酸发酵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。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：肠膜状明串珠菌：葡萄糖葡萄糖1乳酸乳酸+1乙醇乙醇+1CO2+1AT

34、P双岐杆菌：双岐杆菌：2葡萄糖葡萄糖2乳酸乳酸+3乙酸乙酸+5ATP（P.K为磷酸戊糖解酮酶，为磷酸戊糖解酮酶，H.K为磷酸已糖解酮酶）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同型乳酸发酵：指发酵产物只有单一的乳酸德氏乳杆菌：德氏乳杆菌：C6H12O62乳酸乳酸+2ATP丁酸梭状芽孢杆菌（丁酸梭状芽孢杆菌（Clostridium butyricum）可以发酵葡萄可以发酵葡萄糖得到丁酸糖得到丁酸4C6H12O62乙酸乙酸3丁酸丁酸8CO28H210ATP每每mol葡萄糖在发酵中大约产葡萄糖在发酵中大约产2.5个个ATP。丁酸发酵与丙酮丁醇发酵丁酸发酵与丙酮丁醇发酵 丙酮丁醇梭菌（

35、丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）葡萄糖葡萄糖丁醇丙酮乙酸乙醇丁醇丙酮乙酸乙醇H2CO2ATP 2、呼吸作用、呼吸作用 Aerobic respiration Aerobic respiration 有氧呼吸有氧呼吸:以分子氧作为最终电子受体以分子氧作为最终电子受体 的呼吸。的呼吸。Anaerobic respiration Anaerobic respiration 无氧呼吸无氧呼吸：以氧以外的其他氧化型以氧以外的其他氧化型 化合物作为最终电子受体的呼吸。化合物作为最终电子受体的呼吸。巴斯德效应：巴斯德效应：由于葡萄糖在有氧呼吸中产生的能量要比在由于葡萄糖在

36、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。斯德效应。又称好氧呼吸，又称好氧呼吸，是一种最普遍是一种最普遍又最重要的生又最重要的生物氧化或产能物氧化或产能方式方式特点：底物常特点：底物常规方式脱氢后，规方式脱氢后，脱下的氢经完脱下的氢经完整的呼吸链又整的呼吸链又称电子传递链称电子传递链传递，最终被传递，最终被外源分子氧接外源分子氧接受，产生了水受，产生了水并释放出并释放出ATPATP形式的能

37、量。形式的能量。A、有氧呼吸、有氧呼吸 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：l NO3l NO2l SO42l CO2 能量生成效率低于氧能量生成效率低于氧B、无氧呼吸、无氧呼吸三、三、能量的消耗能量的消耗 生物合成生物合成 运动运动 营养运输营养运输 生物发光生物发光 生物热生物热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，通过微生物细胞中的酶进生物从外界吸收营养物质以后，通过微生物细胞中的酶进行分解代谢产生能量行分解代谢产生能量ATPATP和

38、和小分子有机物小分子有机物。微生物进行合成代谢的前体物微生物进行合成代谢的前体物ATPATP是合成代谢所必需的是合成代谢所必需的能量的主要源泉能量的主要源泉第六节第六节微生物的分解代谢微生物的分解代谢不含氮有机物的降解不含氮有机物的降解 淀粉的降解：淀粉淀粉的降解：淀粉 葡萄糖葡萄糖 纤维素的降解：纤维素纤维素的降解：纤维素葡萄糖葡萄糖半纤维素的降解：半纤维素半纤维素的降解：半纤维素 单糖单糖 +糖醛酸糖醛酸 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 +甲醇甲醇 木质素的降解木质素的降解 木质素的化学结构较复杂，它是由许多芳香族亚基缩木质素的化学结构较复杂，它是由许多芳香族亚

39、基缩合而成的聚合物。合而成的聚合物。木质素木质素 乙酸乙酸 +琥珀酸琥珀酸 一、一、大分子有机物的分解大分子有机物的分解含含N有机物的降解有机物的降解蛋白质的降解蛋白质的降解蛋白质蛋白质多肽多肽AACO2+NH3几丁质的降解几丁质的降解几丁质几丁质寡聚糖寡聚糖N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺乙酸乙酸+葡萄糖胺葡萄糖胺葡萄糖葡萄糖+NH3尿素的降解尿素的降解尿素尿素+2H2O（NH4）2CO32NH3+CO2H2O 含磷有机物的降解含磷有机物的降解卵磷脂卵磷脂甘油甘油P-甘油甘油EMP脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰COATCA胆碱胆碱NH3+CO2+有机酸有机酸磷酸磷酸核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸+核苷核苷嘌

40、呤嘌呤+嘧啶嘧啶卵磷脂酶卵磷脂酶 核酸酶核酸酶核苷酸酶核苷酸酶含含S有机物的降解有机物的降解 胱氨酸胱氨酸+3H2O+1/2O22乙酸乙酸+2CO2+2H2S+2NH3油脂的降解油脂的降解 油脂油脂脂肪酸脂肪酸-乙酰乙酰COATCA甘油甘油Pi-P甘油甘油EMP 烃类物质的降解烃类物质的降解 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源源利用。利用。脂肪酶脂肪酶A、EMP途径途径B、HMP途径途径C、ED途径途径D、TCA循环循环1、底物脱氢的、底物脱氢的4条途径条途径二、二、己糖的分解己糖的分解底物脱氢的底物脱氢的4 4条途径条途径及其与递氢、受氢的联

41、系及其与递氢、受氢的联系A、糖酵解途径（、糖酵解途径（EMP途径）途径）EMP途径为合成代谢提供了：途径为合成代谢提供了：能量：能量：2ATP 还原力：还原力：2NADH 小分子小分子 C 架：架：6-P葡萄糖葡萄糖 P-二羟丙酮二羟丙酮 3-P甘油酸甘油酸 P-烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 B、戊糖磷酸途径（、戊糖磷酸途径（HMP途径）途径）PP途径为合成代谢提供：途径为合成代谢提供：还原力：还原力：NADPH2小分子小分子C架：架：5-P核糖核糖（合成核酸的（合成核酸的前体物）；前体物）；4-P赤藓糖（合成芳香氨赤藓糖（合成芳香氨基酸的前体物）基酸的前体物）C、ED途径途径主要局

42、限于接合主要局限于接合单单胞菌属胞菌属的一些的一些细细菌。菌。葡萄糖葡萄糖+NAD+NADP+Pi+ADP2丙酮酸丙酮酸NADH+NADPH+2H+ATPED途径途径为为合成代合成代谢谢提供：提供：能量：能量：ATP还还原力：原力：NADH2+NADPH2小分子小分子C架：架：6-P葡萄糖葡萄糖3-P甘油酸甘油酸P-烯烯醇式丙醇式丙酮酮酸酸丙丙酮酮酸酸ED途径可不依赖于途径可不依赖于EMP和和HMP途径而途径而单独存在，单独存在，是少数缺是少数缺乏完整乏完整EMP途径的微途径的微生物的一种替代途径，生物的一种替代途径，未发现存在于其它生未发现存在于其它生物中。物中。关键反应：关键反应：2-酮酮

43、-3-脱氧脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解磷酸葡萄糖酸的裂解催化的酶：催化的酶：6-磷酸脱水酶，磷酸脱水酶，KDPG醛缩酶醛缩酶相关的发酵生产：相关的发酵生产：细菌酒精发酵细菌酒精发酵优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成优点：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，不必定期少，代谢副产物少，发酵温度较高，不必定期供氧。供氧。缺点：较易染菌；细菌对乙醇耐受力低缺点：较易染菌；细菌对乙醇耐受力低微生物微生物 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

44、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 糖代谢途径在不同微生物中的分布糖代谢途径在不同微生物中的分布D、TCA循环循环提供还原力：提供还原力：3 NADH2，1 FADH2提供能量：形成提供能量：形成1 GTP提供前体化合物：提供前体化合物：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+2H2O2CO2+3NADH2+FADH2+GTP+CoAEMP途径途径

45、不完全不完全PP途径途径ED途径途径丙酮酸的代谢的多样性丙酮酸的代谢的多样性进入进入TCA（Tricarboxylicacidcycle）循环循环进一步氧化分解，产生还原力进一步氧化分解，产生还原力NADPH2，ATP和合成代和合成代谢所需要的小分子谢所需要的小分子C架。架。发酵作用发酵作用Fermatatiom丙酮酸丙酮酸第七节第七节微生物的合成代谢微生物的合成代谢微生物的合成代谢可以概括为三个阶段微生物的合成代谢可以概括为三个阶段 产生三要素：产生三要素：能量、还原力、小分子化合物能量、还原力、小分子化合物合成前体物：合成前体物：氨基酸、单糖、氨基糖、脂肪酸、核苷酸氨基酸、单糖、氨基糖、脂

46、肪酸、核苷酸合成大分子：蛋白质、核酸、脂肪、合成大分子：蛋白质、核酸、脂肪、多糖多糖合成作用合成作用就是微生物将简单的无机物或者有机物用体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。内的各种酶促反应合成大分子即菌体物质的过程。一一 自养微生物对自养微生物对COCO2 2的固定的固定 卡尔文循环（卡尔文循环（Calvin cycleCalvin cycle）还原性三羧酸循环途径还原性三羧酸循环途径 厌氧乙酰厌氧乙酰-CoACoA途径途径 羟基丙酸途径羟基丙酸途径1 1、卡尔文循环（、卡尔文循环（Calvin cycleCalvin cycle）羧化反应羧化反

47、应3 3个个核酮糖核酮糖-1,5-1,5-二磷酸二磷酸通过核酮糖二磷酸羧化酶将通过核酮糖二磷酸羧化酶将3 3个个COCO2 2固定固定,并转变成并转变成6 6个个3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸分子。分子。还原反应还原反应 3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸还原成还原成3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛（通过逆向（通过逆向EMPEMP途径产生）。途径产生）。COCO2 2受体的再生受体的再生1 1个个3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛通过通过EMPEMP途径的逆转形成途径的逆转形成葡萄糖葡萄糖，其余其余5 5个分子经复杂的反应再生出个分子经复杂的反应再生出3 3个个核酮糖核酮糖-1,5-1,5-二磷酸二磷酸分子。分

48、子。2 2、还原性三羧酸循环途径还原性三羧酸循环途径4C柠檬酸裂合酶柠檬酸裂合酶3 3、厌氧、厌氧乙酰乙酰-CoACoA途径途径产乙酸产乙酸菌菌硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌产甲烷菌产甲烷菌4 4、羟基丙酸途径、羟基丙酸途径二二 肽聚糖的合成肽聚糖的合成根据反应部位的不同可分成三个合成阶段根据反应部位的不同可分成三个合成阶段第一阶段第一阶段a.由葡萄糖合成由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸b.由由N-乙酰胞壁酸合成乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸核苷酸第二阶段第二阶段:细胞膜上合成肽聚糖单体细胞膜上合成肽聚糖单体第三阶段：细胞膜外合成肽聚糖第三阶段：细胞膜外合成肽聚糖青

49、霉素青霉素肽聚糖的生物合成肽聚糖的生物合成第八节第八节微生物的次生代谢产物微生物的次生代谢产物初生代谢初生代谢是普遍存在于生物中的，能合成生物生存或者健康是普遍存在于生物中的，能合成生物生存或者健康必需的化合物的代谢途径。必需的化合物的代谢途径。次生代谢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作用的者稳定生长期）里合成的一些对微生物本身没有明显作用的物质代谢。物质代谢。次级代谢模式次级代谢模式营养物质营养物质小分子小分子产物产物初级代谢初级代谢聚合聚合结构修饰结构修饰 装配装配次级代谢的微生物

50、特点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发生一般在菌体生长后期发生菌株特异性菌株特异性次级代谢与染色体外遗传有关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，生物发光素，毒素，色素，生物发光初级代谢与次级代谢初级代谢与次级代谢联系 次级代谢以初级代谢为基础。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初级代谢为次级代谢产物合成提供前体物提供前体物和为次级代谢和为次级代谢产物合成产物合成提供所需要的能量提供所需要的能量，而次级代谢则