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1、第五章微生物代謝新陳代謝:發(fā)生在活細胞中的各種分解代謝(catabolism)和合成代謝(anabolism)的總新陳代謝=分解代謝+合成代謝分解代謝:指復雜的有機物分子通過分解代謝酶系的催化,產(chǎn)生簡單分子、腺苷三磷酸(ATP)形式的能量和還原力的作用。合成代謝:指在合成代謝酶系的催化下,由簡單小分子、ATP形式的能量和還原力一起合成復雜的大分子的過程。物質(zhì)代謝:物質(zhì)在體內(nèi)轉(zhuǎn)化的過程.能量代謝:伴隨物質(zhì)轉(zhuǎn)化而發(fā)生的能量形式相互轉(zhuǎn)化.按代謝產(chǎn)物在機體中作用不同分:初級代謝:提供能量、前體、結(jié)構(gòu)物質(zhì)等生命活動所必須的代謝物的代謝
2、類型;產(chǎn)物:氨基酸、核苷酸等.次級代謝:在一定生長階段出現(xiàn)非生命活動所必需的代謝類型;產(chǎn)物:抗生素、色素、激素、生物堿等按物質(zhì)轉(zhuǎn)化方式分:分解代謝:指細胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì),并在這個過程中產(chǎn)生能量。合成代謝:是指細胞利用簡單的小分子物質(zhì)合成復雜大分子的過程。在這個過程中要消耗能量。第一節(jié)微生物的能量代謝能量代謝是新陳代謝中的核心問題。中心任務(wù):把外界環(huán)境中的各種初級能源轉(zhuǎn)換成對一切生命活動都能使用的能源——ATP。有機物最初能源日光通用能源還原態(tài)無機物化能自養(yǎng)菌化能異養(yǎng)菌光能營養(yǎng)菌一、微生物氧化的形式生物氧化作用
3、:營養(yǎng)物質(zhì)在細胞內(nèi)酶的作用下氧化并釋放能量的過程。氧化過程中能產(chǎn)生大量的能量,分段釋放,并以高能鍵形式貯藏在ATP分子內(nèi),供需時使用。生物氧化的功能:產(chǎn)能(ATP)產(chǎn)還原力【H】小分子中間代謝物異氧微生物的生物氧化途徑:EMP途徑HMP途徑ED途徑磷酸酮解途徑三羧酸循環(huán)葡萄糖的酵解作用(簡稱:EMP途徑)活化移位氧化磷酸化葡萄糖激活的方式己糖異構(gòu)酶磷酸果糖激酶果糖二磷酸醛縮酶甘油醛-3-磷酸脫氫酶磷酸甘油酸激酶甘油酸變位酶烯醇酶丙酮酸激酶HMP途徑HMP是一條葡萄糖不經(jīng)EMP途徑和TCA循環(huán)途徑而得到徹底氧化,并能產(chǎn)生大量N
4、ADPH+H+形式的還原力和多種中間代謝產(chǎn)物的代謝途徑通過該途徑可產(chǎn)生許多種重要的發(fā)酵產(chǎn)物。如核苷酸、若干氨基酸、輔酶和乳酸(異型乳酸發(fā)酵)等。HMP途徑在總的能量代謝中占一定比例,且與細胞代謝活動對其中間產(chǎn)物的需要量相關(guān)。又稱2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡糖酸(KDPG)裂解途徑。1952年在Pseudomonassaccharophila中發(fā)現(xiàn),后來證明存在于多種細菌中(革蘭氏陰性菌中分布較廣)。ED途徑可不依賴于EMP和HMP途徑而單獨存在,是少數(shù)缺乏完整EMP途徑的微生物的一種替代途徑,未發(fā)現(xiàn)存在于其它生物中。ED途徑
5、ED途徑ATPADPNADP+NADPH2葡萄糖6-磷酸-葡萄糖6-磷酸-葡萄酸~~激酶(與EMP途徑連接)~~氧化酶(與HMP途徑連接)EMP途徑3-磷酸-甘油醛~~脫水酶2-酮-3-脫氧-6-磷酸-葡萄糖酸EMP途徑丙酮酸~~醛縮酶反應(yīng)步驟簡單,產(chǎn)能效率低.此途徑可與EMP途徑、HMP途徑和TCA循環(huán)相連接,可互相協(xié)調(diào)以滿足微生物對能量、還原力和不同中間代謝物的需要。好氧時與TCA循環(huán)相連,厭氧時進行乙醇發(fā)酵.磷酸酮解途徑存在于某些細菌如明串珠菌屬和乳桿菌屬中的一些細菌中。進行磷酸酮解途徑的微生物缺少醛縮酶,所以它不能夠
6、將磷酸己糖裂解為2個三碳糖。磷酸酮解酶途徑有兩種:磷酸戊糖酮解途徑(PK)途徑磷酸己糖酮解途徑(HK)途徑(五)TCA循環(huán)丙酮酸在進入三羧酸循環(huán)之先要脫羧生成乙酰CoA,乙酰CoA和草酰乙酸縮合成檸檬酸再進入三羧酸循環(huán)。循環(huán)的結(jié)果是乙酰CoA被徹底氧化成CO2和H2O,每氧化1分子的乙酰CoA可產(chǎn)生12分子的ATP,草酰乙酸參與反應(yīng)而本身并不消耗。TCA循環(huán)的重要特點1、循環(huán)一次的結(jié)果是乙酰CoA的乙?;谎趸癁?分子CO2,并重新生成1分子草酰乙酸;2、整個循環(huán)有四步氧化還原反應(yīng),其中三步反應(yīng)中將NAD+還原為NADH+H
7、+,另一步為FAD還原;3、為糖、脂、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)轉(zhuǎn)化中心樞紐。4、循環(huán)中的某些中間產(chǎn)物是一些重要物質(zhì)生物合成的前體;5、生物體提供能量的主要形式;6、為人類利用生物發(fā)酵生產(chǎn)所需產(chǎn)品提供主要的代謝途徑。如檸檬酸發(fā)酵;Glu發(fā)酵等。異氧微生物的生物氧化方式:根據(jù)最終電子受體的不同可分成:①發(fā)酵②有氧呼吸③無氧呼吸☆概念:以有機物作為電子供體和最終電子受體的生物氧化作用。在發(fā)酵工業(yè)上,發(fā)酵是指任何利用厭氧或好氧微生物來生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物的一類生產(chǎn)方式。☆發(fā)酵途徑:葡萄糖在厭氧條件下分解葡萄糖的產(chǎn)能途徑主要有EMP、HMP、ED和
8、PK途徑?!钐攸c:①氧化不徹底②放能少③電子不經(jīng)電子傳遞鏈的傳遞,與底物水平磷酸化相偶聯(lián),部分能量可被微生物加以利用。④各種微生物都能進行發(fā)酵。(一)發(fā)酵作用①乙醇發(fā)酵②乳酸發(fā)酵③丙酸發(fā)酵④混合酸發(fā)酵⑤2,3—丁二醇發(fā)酵⑥丁酸發(fā)酵丙酮酸的發(fā)酵產(chǎn)物發(fā)酵類型:C6H12O62CH3COCOOH