微生物学微生物代谢.ppt
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1、关于微生物学微生物的代谢第一张,PPT共七十六页,创作于2022年6月关于新陈代谢(metabolism)概念 生物体从环境中摄取对自身有用的营养物质,同时排出对自身无用的物质的过程。新陈代谢新陈代谢=分解代谢分解代谢+合成代谢合成代谢第二张,PPT共七十六页,创作于2022年6月分解代谢:分解代谢:在分解代谢酶系的催化作用下,在分解代谢酶系的催化作用下,复杂的有机物分子分解产生简单分子、腺苷复杂的有机物分子分解产生简单分子、腺苷三磷酸(三磷酸(ATP)形式的能量和还原力(还原)形式的能量和还原力(还原当量,当量,H)。)。合成代谢:合成代谢:在合成代谢酶系的催化下,由简在合成代谢酶系的催化下
2、,由简单小分子、单小分子、ATP形式的能量和形式的能量和H形式的还形式的还原力一起合成复杂的大分子的过程。原力一起合成复杂的大分子的过程。第三张,PPT共七十六页,创作于2022年6月代谢类型物质代谢 分解代谢 合成代谢 能量代谢第四张,PPT共七十六页,创作于2022年6月第一节 微生物的能量代谢 有机物(化能异养菌)最初能源 日光(光能营养菌)ATP 还原态无机物(化能自养菌)第五张,PPT共七十六页,创作于2022年6月一、生物氧化与产能 生物氧化:生物氧化:有机物在活细胞内分解成为小分子物质并伴随能量产生的过程。形式:与氧结合,脱氢,失去电子过程:脱氢,递氢,受氢功能:产能(ATP),
3、产还原力H,产小分子中间代谢物类型:呼吸,无氧呼吸,发酵第六张,PPT共七十六页,创作于2022年6月底物脱氢的途径1、EMP途径又称糖酵解途径或已糖二磷酸途径。过程:一分子葡萄糖经十步反应,最终产生2分子ATP,2分子丙酮酸和2分子NADH2。耗能阶段 产能阶段 2NADH2C6 2C3 2丙酮酸 2ATP 4ATP 2ATP第七张,PPT共七十六页,创作于2022年6月EMP途径意义:提供ATP与还原力连接其它代谢途径的桥梁为生物合成提供中间代谢物逆向反应可进行多糖合成第八张,PPT共七十六页,创作于2022年6月2、HMP途径又称已糖一磷酸途径,戊糖磷酸途径特点:葡萄糖不经EMP和TCA
4、而彻底氧化,并能大量产生能量及还原力和中间代谢产物。ATP 12NADPH2 36ATP 35ATP6C6 6C5 5C6 6CO2 第九张,PPT共七十六页,创作于2022年6月HMP途径意义:提供合成原料,尤其是核酸原料产还原力固定CO2的中介扩大碳源利用范围连接EMP途径第十张,PPT共七十六页,创作于2022年6月3、ED途径又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸(KDPG)途径微生物所特有G经四步反应快速获得丙酮酸。2ATP ATP ATP NADH2 6ATP G KDPG NADPH2 2丙酮酸 2酒精第十一张,PPT共七十六页,创作于2022年6月ED途径特点:特征性反应:KDP
5、G裂解丙酮酸与3磷酸甘油醛特征性酶:KDPG醛缩酶产能效率低下。可用于酒精发酵。第十二张,PPT共七十六页,创作于2022年6月4、TCA循环三羧酸循环或Krebs循环或柠檬酸循环以2C为底物,十步循环产能及还原力1分子2C产3NADH2,1FADH2,1GTP第十三张,PPT共七十六页,创作于2022年6月TCA循环特点:氧不直接参与,但有氧下进行大量产能位于分解和合成代谢的中心,联结其它代谢。第十四张,PPT共七十六页,创作于2022年6月递氢和受氢有机物中的化学能经脱氢后,通过呼吸链等方式传递,最终与氧、有机或无机物等氢受体结合而释放出其中的能量。根据递氢特点和受氢体性质不同,将生物氧化
6、分为有氧呼吸,无氧呼吸和发酵三类型。第十五张,PPT共七十六页,创作于2022年6月有氧呼吸 以分子氧作为最终电子受体的生物氧化过程。厌氧呼吸 以无机氧化物作为最终电子受体的生物氧化过程。发酵 以有机物为底物,以其中间代谢产物作为其电子受体的生物氧化过程。第十六张,PPT共七十六页,创作于2022年6月1、呼吸作用呼吸作用(respiration,有氧呼吸)最普遍和最重要的生物氧化方式,底物氧化脱氢后,经完整的呼吸链(又称电子传递链)递氢,最终由分子氧按受氢并产生水和释放能量(部分转移到ATP中,部分以热能的方式散失)。特点:特点:有氧,氧化彻底,产能多有氧,氧化彻底,产能多第十七张,PPT共
7、七十六页,创作于2022年6月微生物类群:好氧菌或兼性厌氧菌。大多数细菌、全部真菌和原生动物(化能异养)氢细菌、硫细菌、硝化细菌分别利用氢、含硫无机物、氨或亚硝酸作为底物。第十八张,PPT共七十六页,创作于2022年6月2、厌氧呼吸厌氧呼吸(anaerobic respiration,无氧呼吸)化合物氧化脱下的氢和电子经一系列电子传递体最终交给无机氧化物的作用。氢和电子受体是NO3,NO2,SO4,CO等。厌氧呼吸的最终产物是水,CO2,生成ATP和较低还原力的无机物。生成的能量低于有氧呼吸。微生物类群:厌氧菌和兼性厌氧菌,如反硝化细菌,反硫化细菌,甲烷菌。第十九张,PPT共七十六页,创作于2
8、022年6月无机盐呼吸硝酸盐呼吸硫酸盐呼吸硫呼吸铁呼吸碳酸盐呼吸第二十张,PPT共七十六页,创作于2022年6月有机物呼吸延胡索酸呼吸甘氨酸呼吸氧化三甲胺呼吸第二十一张,PPT共七十六页,创作于2022年6月3、发酵作用发酵作用(fermentation,发酵)指在无氧条件下,底物脱氢后产生的还原力H不经过呼吸链而直接交给某一内源性中间代谢产物的一类低效产能反应。微生物类群:主要的厌氧菌,有些兼性菌 第二十二张,PPT共七十六页,创作于2022年6月关于同型发酵与异型发酵同型发酵:发酵产物为单一产物。异型发酵:发酵产物为多种产物。常见有乳酸发酵与酒精发酵第二十三张,PPT共七十六页,创作于20
9、22年6月乳酸发酵类类型型途径途径产产物物/1G产产能能/1G同型EMP2乳酸2ATP异型HMP1乳酸,1乙醇,1CO21ATP1乳酸,1乙酸,1CO22ATP1乳酸,1.5乙酸2.5ATP第二十四张,PPT共七十六页,创作于2022年6月酒精发酵类类型型途径途径产产物物/1G产产能能/1G同型EMP2乙醇,2CO22ATPED2乙醇,2CO21ATP异型HMP1乳酸,1乙醇,1CO21ATP第二十五张,PPT共七十六页,创作于2022年6月Stickland反应氨基酸发酵产能的发酵方式以一种氨基酸作底物脱氢(氢供体),以另一种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能的独特发酵类型。产能效率低,每分子
10、氨基酸仅产1ATP。第二十六张,PPT共七十六页,创作于2022年6月巴斯德效应(Pasteur)主要进行发酵作用的菌在有氧存在则会发生呼吸抑制发酵的现象。酵母菌发酵生产酒精时若通入氧气,则发酵作用下降,停止产生酒精而进行呼吸作用,葡萄糖利用速度大大降低,酒精生成被抑制。即发酵制酒时不能有氧存在。第二十七张,PPT共七十六页,创作于2022年6月二、自养微生物产ATP和还原力化能自养微生物:通过氧化无机底物获得ATP与 H来还原CO2。产能途径主要借助于呼吸链的氧化磷酸化,因此化能自养菌一般都是好氧菌。如硝化细菌。第二十八张,PPT共七十六页,创作于2022年6月光能营养微生物 真核生物:藻类
11、及其它绿色植物产氧 原核生物:蓝细菌 真细菌:光合细菌不产氧 古生菌:嗜盐菌第二十九张,PPT共七十六页,创作于2022年6月产能与还原力方式1、循环光合磷酸化 存在于光合细菌中的原始光合作用机制。电子传递途径属循环方式产能与产还原力分别进行还原力来自无机氢供体不产氧第三十张,PPT共七十六页,创作于2022年6月2、非循环光合磷酸化电子传递途径属非循环方式有氧条件下进行有PSI和PSII两个光合系统产能与产还原力同时进行产氧第三十一张,PPT共七十六页,创作于2022年6月3、嗜盐菌紫膜的光介导ATP合成光介导ATP合成无氧条件需紫膜蛋白 紫膜:由细菌视紫红质蛋白和类脂组成,能进行独特的光合
12、作用。细菌视紫红质以视黄醛为辅基。第三十二张,PPT共七十六页,创作于2022年6月第二节 物质代谢物质代谢 小分子物质有机物 还原力 有机物 ATP 分解代谢 合成代谢第三十三张,PPT共七十六页,创作于2022年6月分解代谢糖代谢蛋白质代谢脂肪代谢核酸代谢第三十四张,PPT共七十六页,创作于2022年6月糖代谢1、淀粉的分解、淀粉的分解 直链淀粉(葡萄糖以,4糖苷键相连)支链淀粉(主要也以-1,4糖苷键相连,分支处葡萄糖以,6糖苷键相连)水解酶:-淀粉酶(在-1,4糖苷键处切断);-淀粉酶;葡萄糖淀粉酶一般先降解成为糊精,最后分解成为G。第三十五张,PPT共七十六页,创作于2022年6月2
13、、纤维素的分解、纤维素的分解 是葡萄糖分子以-1,4糖苷键相连的长链在纤维素酶(一些真菌和细菌),纤维二糖酶等作用下,最后分解成葡萄糖。第三十六张,PPT共七十六页,创作于2022年6月3、几丁质的分解、几丁质的分解 N-乙酰氨基葡萄糖以乙酰氨基葡萄糖以-1,4键相连的大键相连的大分子化合物,不易分解。分子化合物,不易分解。在几丁质酶作用下,最后分解成在几丁质酶作用下,最后分解成N-乙酰乙酰氨基葡萄糖氨基葡萄糖4、果胶质的分解、果胶质的分解在原果胶酶、果胶酶、果胶酸酶等作用在原果胶酶、果胶酶、果胶酸酶等作用下,最后分解成半乳糖醛酸。下,最后分解成半乳糖醛酸。第三十七张,PPT共七十六页,创作于
14、2022年6月蛋白质代谢蛋白质的分解蛋白质的分解 真菌分解蛋白质的能力大于细菌;蛋白质水解酶作用下分解成多肽和氨基酸。多肽在肽酶(氨肽酶和羧肽酶)的作用下进一步分解成氨基酸。第三十八张,PPT共七十六页,创作于2022年6月氨基酸的分解氨基酸的分解 多数微生物都能分解氨基酸,氨基酸多数微生物都能分解氨基酸,氨基酸的分解主要有脱氨酶作用下的脱氨和脱羧的分解主要有脱氨酶作用下的脱氨和脱羧酶作用下的脱羧两种分解方式。酶作用下的脱羧两种分解方式。第三十九张,PPT共七十六页,创作于2022年6月1、脱氨作用、脱氨作用:一般氨基酸分解产生酮酸(如丙酮酸)和氨,酮酸进入产能的呼吸途径,被进一步氧化产生能量
15、。氨则参与合成作用,如重新合成其它氨基酸(如与-酮戊二酸反应生成谷氨酸),或把氨排泄出去。第四十张,PPT共七十六页,创作于2022年6月、氧化脱氨:氧化脱氨:(需氧微生物,氨基酸氧化酶和氨基酸脱氢酶)如CH3CHNH2COOH+1/2O2 CH3COCOOH+NH3、还原脱氨还原脱氨(厌氧微生物中存在,氢化酶)如:HOOCCH2CHNH2COOH+2H HOOCCH2CH2COOH+NH3第四十一张,PPT共七十六页,创作于2022年6月、脱水脱氨脱水脱氨:(大肠杆菌,酵母菌,含羧基的氨基酸中,脱水酶)如:CH2OHCHNH2COOH CH3COCOOH+NH3、水解脱氨:(水解脱氨:(一些
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