微生物的新陳代謝劉

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1、第五章微生物的新陳代謝能量與代謝關(guān)系示意圖代謝概論微生物產(chǎn)能代謝耗能代謝次生代謝產(chǎn)物微生物代謝的調(diào)節(jié)本章內(nèi)容代謝(metabolism)是生命存在的基本特征,是生物體內(nèi)所進(jìn)行的全部生化反應(yīng)的總稱。分解代謝合成代謝生物大分子分解為生物小分子產(chǎn)能耗能生物小分子合成生物大分子(異化)(同化)能量代謝新陳代謝物質(zhì)代謝第一節(jié)代謝概論分解代謝指細(xì)胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì),并在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生能量。一般可將分解代謝分為三個(gè)階段:蛋白質(zhì)多糖脂類氨基酸單糖甘油,脂肪酸丙酮酸/乙酰輔酶ACO2,H20,能量(三羧酸循環(huán))分解代謝(catabolis

2、m)分解代謝的三個(gè)階段Cncnc-micro合成代謝指細(xì)胞利用小分子物質(zhì)合成復(fù)雜大分子的過(guò)程,并在這個(gè)過(guò)程中消耗能量。合成代謝所利用的小分子物質(zhì)來(lái)源于分解代謝過(guò)程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或環(huán)境中的小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。合成代謝(anabolism)在代謝過(guò)程中,微生物通過(guò)分解作用(光合作用)產(chǎn)生能量。這些能量用于:1合成代謝2微生物的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)輸3熱和光無(wú)論是分解代謝還是合成代謝,代謝途徑都是由一系列連續(xù)的酶反應(yīng)構(gòu)成的,前一部反應(yīng)的產(chǎn)物是后續(xù)反應(yīng)的底物。細(xì)胞能有效調(diào)節(jié)相關(guān)的反應(yīng),生命活動(dòng)得以正常進(jìn)行。某些微生物還會(huì)產(chǎn)生一些次級(jí)代謝產(chǎn)物。這些物質(zhì)除有

3、利于微生物生存外,還與人類生產(chǎn)生活密切相關(guān)。按代謝產(chǎn)物在機(jī)體中作用不同分:初級(jí)代謝:微生物從外界吸收的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),通過(guò)分解代謝和合成代謝,生成維持生命活動(dòng)的物質(zhì)和能量的過(guò)程.次級(jí)代謝:微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期,以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體,合成一些對(duì)生命活動(dòng)無(wú)明確功能的物質(zhì)的過(guò)程.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(xì)胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì),并在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生能量。合成代謝:是指細(xì)胞利用簡(jiǎn)單的小分子物質(zhì)合成復(fù)雜大分子的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中要消耗能量。物質(zhì)代謝:物質(zhì)在體內(nèi)轉(zhuǎn)化的過(guò)程.能量代謝:伴隨物質(zhì)轉(zhuǎn)化而發(fā)

4、生的能量形式相互轉(zhuǎn)化.第二節(jié)微生物的能量代謝能量代謝是新陳代謝中的核心問(wèn)題。中心任務(wù):把外界環(huán)境中的各種初級(jí)能源轉(zhuǎn)換成對(duì)一切生命活動(dòng)都能使用的能源——ATP。有機(jī)物最初能源日光通用能源還原態(tài)無(wú)機(jī)物化能自養(yǎng)菌化能異養(yǎng)菌光能營(yíng)養(yǎng)菌一、化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能微生物產(chǎn)能代謝—生物氧化分解代謝實(shí)際上是物質(zhì)在生物體內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列連續(xù)的氧化還原反應(yīng),逐步分解并釋放能量的過(guò)程,這個(gè)過(guò)程也稱為生物氧化,是一個(gè)產(chǎn)能代謝過(guò)程。生物氧化過(guò)程中釋放的能量可被微生物直接利用,也可通過(guò)能量轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存在高能化合物(如ATP)中,以被利用,還有部分能量以熱的形式

5、被釋放到環(huán)境中。生物氧化的形式生物氧化作用:細(xì)胞內(nèi)代謝物以氧化作用釋放(產(chǎn)生)能量的化學(xué)反應(yīng)。氧化過(guò)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),供需要時(shí)使用。①和氧的直接化合:C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O②失去電子:Fe2+→Fe3++e-③化合物脫氫或氫的傳遞:CH3-CH2-OHCH3-CHONADNADH2概括為:生物氧化的功能產(chǎn)能(ATP)產(chǎn)還原力【H】小分子中間代謝物生物氧化的過(guò)程一般包括三個(gè)環(huán)節(jié):①底物脫氫(或脫電子)作用(該底物稱作電子供體或供氫體)②氫(或電子)的傳遞(需中間傳遞體

6、,如NAD、FAD等)③最后氫受體接受氫(或電子)(最終電子受體或最終氫受體)底物脫氫的途徑1、EMP途徑2、HMP途徑3、ED途徑4、磷酸解酮酶途徑底物脫氫的四條途徑:EMPHMPED磷酸解酮酶途徑三種主要受氫體:受氫體為(有氧呼吸)受氫體為無(wú)機(jī)氧化物(無(wú)氧呼吸)受氫體為有機(jī)物(發(fā)酵)氫或電子傳遞鏈:電子傳遞鏈或呼吸鏈底物脫氫途徑與遞氫、受氫階段的聯(lián)系底物脫氫的四種途徑EMP途徑HMP途徑ED途徑磷酸解酮酶途徑(一)底物脫氫的途徑葡萄糖葡糖-6-磷酸果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸

7、磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸磷酸二羥丙酮甘油醛-3-磷酸ATPADPATPADPADPATPADPATPNAD+NADH+H+aa:預(yù)備性反應(yīng)bb:氧化還原反應(yīng)底物水平磷酸化底物水平磷酸化1.EMP途徑 (Embden-Meyerhofpathway)具有EMP途徑的微生物EMP途徑是絕大多數(shù)生物所共有的基本代謝途徑,也是酵母菌等真菌及大多數(shù)細(xì)菌所具有的代謝途徑。產(chǎn)能效率低,生理功能重要。EMP途徑的生理功能EMP途徑可為微生物的生理活動(dòng)提供ATP和NADH,其中間產(chǎn)物又可為微生物的合成代謝提供碳骨架,并在一定條件下可逆轉(zhuǎn)合成多糖。在有氧

8、條件下,EMP-TCA兩途徑接通,并通過(guò)后者將丙酮酸徹底氧化,形成CO2、H2O及ATP。無(wú)氧時(shí),丙酮酸或丙酮酸的脫羧產(chǎn)物乙醛被還原,形成乳酸或乙醇等發(fā)酵產(chǎn)物。EMP途徑的意義EMP途徑與人類的實(shí)踐關(guān)系—乙醇、乳酸、甘油、丙酮和丁醇發(fā)

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