第三章微生物的代謝1

1、 1 1、微生物的呼吸作用、微生物的呼吸作用( (有氧呼吸、無氧呼吸、發(fā)有氧呼吸、無氧呼吸、發(fā)酵包括酒精發(fā)酵、同型乳酸發(fā)酵、丙酮丁醇發(fā)酵、酵包括酒精發(fā)酵、同型乳酸發(fā)酵、丙酮丁醇發(fā)酵、混合酸發(fā)酵混合酸發(fā)酵) )；五種不同呼吸類型的微生物；五種不同呼吸類型的微生物； 2 2、（、（1 1）甲基紅試驗與）甲基紅試驗與V.PV.P試驗的原理；（試驗的原理；（2 2）氧）氧對厭氧菌毒害的機制；（對厭氧菌毒害的機制；（3 3）酵母菌與細菌的乙）酵母菌與細菌的乙醇發(fā)酵區(qū)別。醇發(fā)酵區(qū)別。 重重 點點: 3 3、(1)(1)淀粉、纖維素、果膠、蛋白質(zhì)和脂肪淀粉、纖維素、果膠、蛋白質(zhì)和脂肪被微生物降解的過程；被微

2、生物降解的過程；（2 2）蛋白質(zhì)的腐敗與腐化；氨基酸的分解）蛋白質(zhì)的腐敗與腐化；氨基酸的分解( (脫脫氨作用和脫羧作用氨作用和脫羧作用) )；（3 3）吲哚試驗的原理。）吲哚試驗的原理。4 4、（、（1 1）酶在微生物生命活動中的作用；）酶在微生物生命活動中的作用； （2 2）胞內(nèi)酶和胞外酶、固有酶和適應(yīng)酶。）胞內(nèi)酶和胞外酶、固有酶和適應(yīng)酶。 （3 3）酶的誘導(dǎo)與酶的阻遏、反饋抑制與反饋阻遏）酶的誘導(dǎo)與酶的阻遏、反饋抑制與反饋阻遏 （4 4）同工酶與變構(gòu)酶。）同工酶與變構(gòu)酶。5 5、與食品有關(guān)的初級與次級代謝產(chǎn)物；初級代謝與、與食品有關(guān)的初級與次級代謝產(chǎn)物；初級代謝與次級代謝定義及兩者關(guān)系。次

3、級代謝定義及兩者關(guān)系。代謝是代謝是細胞內(nèi)發(fā)生的各種生物化學(xué)反應(yīng)的總稱。細胞內(nèi)發(fā)生的各種生物化學(xué)反應(yīng)的總稱。代謝代謝分解代謝分解代謝( (catabolism) ) 產(chǎn)生能量產(chǎn)生能量合成代謝合成代謝( (anabolism) ) 消耗能量消耗能量復(fù)雜分子復(fù)雜分子（有機物）（有機物）分解代謝分解代謝合成代謝合成代謝簡單小分子簡單小分子ATPATPHH 在微生物生命的整個代謝過程中，指令系在微生物生命的整個代謝過程中，指令系統(tǒng)是基因，作用系統(tǒng)是酶，調(diào)控系統(tǒng)是代謝產(chǎn)統(tǒng)是基因，作用系統(tǒng)是酶，調(diào)控系統(tǒng)是代謝產(chǎn)物，影響因素是外界環(huán)境。在細胞內(nèi)各系統(tǒng)之物，影響因素是外界環(huán)境。在細胞內(nèi)各系統(tǒng)之間任何時候都處于相

4、互統(tǒng)一、矛盾、協(xié)調(diào)和制間任何時候都處于相互統(tǒng)一、矛盾、協(xié)調(diào)和制約之中，是一個完美的自控體系。約之中，是一個完美的自控體系。 能量代謝的中心任務(wù)是：生物體如何將外界環(huán)境中的多種形式的能量代謝的中心任務(wù)是：生物體如何將外界環(huán)境中的多種形式的最初能源轉(zhuǎn)換成對一切生命活動都能使用的通用能源最初能源轉(zhuǎn)換成對一切生命活動都能使用的通用能源-ATP-ATP。最初最初能源能源有機物有機物還原態(tài)無機物還原態(tài)無機物日光日光化能異養(yǎng)微生物化能異養(yǎng)微生物化能自養(yǎng)微生物化能自養(yǎng)微生物光能營養(yǎng)微生物光能營養(yǎng)微生物通用能源通用能源（ATPATP）第一節(jié)第一節(jié) 微生物的微生物的能量代謝能量代謝微生物生命活動需要的能量來源于微

5、生物的呼吸作用。微生物生命活動需要的能量來源于微生物的呼吸作用。 n生物氧化方式包括：生物氧化方式包括： 物質(zhì)中加氧；物質(zhì)中加氧； C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O 化合物脫氫；化合物脫氫； CH3-CH2-OH CH3-CHO 失去電子；失去電子； Fe2+ Fe3+ + e -n生物氧化的功能為：生物氧化的功能為： 產(chǎn)能（產(chǎn)能（ATPATP）、產(chǎn)還原力）、產(chǎn)還原力HH和產(chǎn)小分子中間代謝物。和產(chǎn)小分子中間代謝物。根據(jù)最終電子受體根據(jù)最終電子受體( (氫受體氫受體) )分為：分為： n有氧呼吸、無氧呼吸與發(fā)酵有氧呼吸、無氧呼吸與發(fā)酵一、一、微生物的微生物的呼吸作用呼吸作用P9

6、2NADH2NADn有氧呼吸：有氧呼吸：是氧化底物時，以分子氧作為是氧化底物時，以分子氧作為最終電子受體的生物氧化過程。最終電子受體的生物氧化過程。 脫氫酶使基質(zhì)脫氫，脫氫酶使基質(zhì)脫氫，通過細胞色素通過細胞色素C C將電子和氫傳遞給氧，將電子和氫傳遞給氧，氧化酶使分子狀態(tài)的氧活化，成為氫受體，氧化酶使分子狀態(tài)的氧活化，成為氫受體，最終產(chǎn)物為二氧化碳和水。最終產(chǎn)物為二氧化碳和水。1.1. 有氧呼吸有氧呼吸( (aerobicrespiration）葡萄糖葡萄糖糖酵解作用糖酵解作用丙酮酸丙酮酸發(fā)酵發(fā)酵有氧有氧無氧無氧各種發(fā)酵產(chǎn)物各種發(fā)酵產(chǎn)物三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)被徹底氧化生成被徹底氧化生成COCO2

7、 2和水，釋放大量能量和水，釋放大量能量1.1. 有氧呼吸有氧呼吸n糖酵解和三羧酸循環(huán)形成的糖酵解和三羧酸循環(huán)形成的NADHNADH和和FADHFADH2 2 在在EMPEMP和和TCATCA途徑中，途徑中，脫下的氫或釋放出的電子脫下的氫或釋放出的電子經(jīng)過經(jīng)過電子傳遞鏈電子傳遞鏈的的傳遞作用，最后傳遞到傳遞作用，最后傳遞到O O2 2，在，在電子傳遞過程中有電子傳遞過程中有ATPATP生成生成。 需氧菌和兼性厭氧菌需氧菌和兼性厭氧菌在有氧條件下可以進行有氧呼吸，在有氧條件下可以進行有氧呼吸，同時釋放大量的能量?？偡磻?yīng)式為：同時釋放大量的能量?？偡磻?yīng)式為：C C6 6H H1212O O6 6

8、+ 6O+ 6O2 2 + 38ADP + 38Pi6CO+ 38ADP + 38Pi6CO2 2 + 6H+ 6H2 2O + 38ATPO + 38ATP 電子傳遞與氧化電子傳遞與氧化 電子傳遞鏈電子傳遞鏈電子傳遞系統(tǒng)具兩種功能電子傳遞系統(tǒng)具兩種功能：一是一是從電子供體接受電子從電子供體接受電子( (氫氫) )并傳遞給電子并傳遞給電子 受體；受體；二是二是將電子傳遞過程中釋放的能量合成將電子傳遞過程中釋放的能量合成ATPATP，( (又稱氧化磷酸化又稱氧化磷酸化) )。 1 1分子葡萄糖通過有氧呼吸徹底氧化時，可產(chǎn)生分子葡萄糖通過有氧呼吸徹底氧化時，可產(chǎn)生3838分子分子ATPATP。 其

9、中包含底物水平磷酸化合成，但大部分由電其中包含底物水平磷酸化合成，但大部分由電子傳遞磷酸化合成。子傳遞磷酸化合成。n無氧呼吸：無氧呼吸：是指無機氧化物作為最終電子受體的生物氧是指無機氧化物作為最終電子受體的生物氧化過程?；^程。 無氧呼吸也需要細胞色素等電子傳遞體，無氧呼吸也需要細胞色素等電子傳遞體，以氧化態(tài)的無以氧化態(tài)的無機氧化物機氧化物( (如如NONO3 3- -、NONO2 2- -、SOSO4 42-2-、S S2 2O O3 32-2-、COCO2 2等等) )為最終電為最終電子受體或氫受體，伴隨氧化磷酸化作用，產(chǎn)生子受體或氫受體，伴隨氧化磷酸化作用，產(chǎn)生ATPATP。n產(chǎn)生的能量

10、產(chǎn)生的能量不如有氧呼吸的多不如有氧呼吸的多。n某些某些厭氧和兼性厭氧菌厭氧和兼性厭氧菌在無氧條件下進行無氧呼吸；在無氧條件下進行無氧呼吸；2.2.無氧呼吸無氧呼吸(anaerobic respiration) 以以NONO3 3- -為最終電子受體的無氧呼吸稱硝酸鹽呼吸。為最終電子受體的無氧呼吸稱硝酸鹽呼吸。 也稱為也稱為硝酸鹽的異化作用硝酸鹽的異化作用（Dissimilative）。只能接收只能接收2 2個電子，產(chǎn)能效率低個電子，產(chǎn)能效率低；NONO2 2- -對細胞有毒；對細胞有毒；有些細菌可將有些細菌可將NONO2 2- -進一步還原成進一步還原成N N2 2，這個過程稱為，這個過程稱為

11、反硝化作用反硝化作用硝酸鹽呼吸硝酸鹽呼吸n在無氧條件下，最終電子受體是被氧化基質(zhì)本身所產(chǎn)生，而在無氧條件下，最終電子受體是被氧化基質(zhì)本身所產(chǎn)生，而未被氧化的中間產(chǎn)物既是被氧化的基質(zhì)，又作為最終電子受未被氧化的中間產(chǎn)物既是被氧化的基質(zhì)，又作為最終電子受體，而且作為最終電子受體的有機物是基質(zhì)未被徹底氧化的體，而且作為最終電子受體的有機物是基質(zhì)未被徹底氧化的中間產(chǎn)物。中間產(chǎn)物。n“發(fā)酵發(fā)酵”在這里是指不需氧的產(chǎn)能代謝。在這里是指不需氧的產(chǎn)能代謝。n由于發(fā)酵作用對有機物的氧化不徹底，發(fā)酵結(jié)果是積累有機由于發(fā)酵作用對有機物的氧化不徹底，發(fā)酵結(jié)果是積累有機物，物，只釋放出只釋放出較少能量。較少能量。3.3

12、.發(fā)酵發(fā)酵( (fermentation) )(1)(1)狹義的發(fā)酵概念狹義的發(fā)酵概念(2)(2)廣義的發(fā)酵概念廣義的發(fā)酵概念 n在有氧或無氧條件下，利用好氧或兼性厭氧、厭氧微生物在有氧或無氧條件下，利用好氧或兼性厭氧、厭氧微生物的新陳代謝活動，將有機物氧化轉(zhuǎn)化為有用的代謝產(chǎn)物，的新陳代謝活動，將有機物氧化轉(zhuǎn)化為有用的代謝產(chǎn)物，從而獲得發(fā)酵產(chǎn)品和工業(yè)原料的過程。從而獲得發(fā)酵產(chǎn)品和工業(yè)原料的過程。n它包括好氧呼吸、厭氧呼吸和發(fā)酵三個方面的過它包括好氧呼吸、厭氧呼吸和發(fā)酵三個方面的過程。程。 專性好氧菌專性好氧菌：在正常大氣壓下通過呼吸產(chǎn)能：在正常大氣壓下通過呼吸產(chǎn)能;兼性厭氧菌兼性厭氧菌：以呼吸

13、為主，兼營發(fā)酵產(chǎn)能：以呼吸為主，兼營發(fā)酵產(chǎn)能;微好氧菌微好氧菌 ：需在微量氧：需在微量氧(氧分壓氧分壓13kPa)下生活下生活; 微生物與氧的關(guān)系微生物與氧的關(guān)系 :以呼吸為主，兼營厭氧呼吸產(chǎn)能以呼吸為主，兼營厭氧呼吸產(chǎn)能耐氧菌耐氧菌：不需氧，只能以發(fā)酵產(chǎn)能，氧無毒害：不需氧，只能以發(fā)酵產(chǎn)能，氧無毒害;專性厭氧菌專性厭氧菌：只能以發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能，氧有害或致死：只能以發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能，氧有害或致死 二、不同呼吸類型的微生物二、不同呼吸類型的微生物根據(jù)微生物的呼吸作用不同，根據(jù)微生物的呼吸作用不同，所含的呼吸酶系統(tǒng)是否完全所含的呼吸酶系統(tǒng)是否完全;作為作為最終電子受體的物質(zhì)是否是氧最終電子受

14、體的物質(zhì)是否是氧;微生物與分子氧的關(guān)系不同，微生物與分子氧的關(guān)系不同，分成以下分成以下5種呼吸類型：種呼吸類型：n有氧條件下進行厭氧生活，生長不需要氧，有氧條件下進行厭氧生活，生長不需要氧，n分子氧對它們無毒；分子氧對它們無毒；n它們沒有呼吸鏈，它們沒有呼吸鏈，n細胞內(nèi)有超氧化物歧化酶細胞內(nèi)有超氧化物歧化酶(SOD)(SOD)和過氧化物酶和過氧化物酶，n但無過氧化氫酶但無過氧化氫酶；靠專性發(fā)酵獲得能量。；靠專性發(fā)酵獲得能量。 乳酸菌多數(shù)是耐氧菌。例如：乳酸乳球菌乳酸乳酸菌多數(shù)是耐氧菌。例如：乳酸乳球菌乳酸亞種、糞腸球菌、乳酸乳桿菌以及腸膜明串珠菌等亞種、糞腸球菌、乳酸乳桿菌以及腸膜明串珠菌等(

15、1)(1)耐氧菌耐氧菌( (aerotolerant anaerobe) ) 無氧或低氧化還原電位的環(huán)境下生長，分子氧對它們無氧或低氧化還原電位的環(huán)境下生長，分子氧對它們有毒，即使短期接觸空氣，也會抑制其生長甚至死亡；有毒，即使短期接觸空氣，也會抑制其生長甚至死亡；n它們?nèi)狈ν暾暮粑赶到y(tǒng)，缺乏它們?nèi)狈ν暾暮粑赶到y(tǒng)，缺乏SODSOD和細胞色素氧化酶，和細胞色素氧化酶，多數(shù)還缺乏過氧化氫酶；多數(shù)還缺乏過氧化氫酶；n靠發(fā)酵、無氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵等提供靠發(fā)酵、無氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵等提供所需能量。所需能量。n常見的有梭菌屬、擬桿菌屬、雙歧桿菌屬、消化球菌屬、常見的有梭

16、菌屬、擬桿菌屬、雙歧桿菌屬、消化球菌屬、瘤胃球菌屬、韋榮氏球菌屬、脫硫弧菌屬、甲烷桿菌屬瘤胃球菌屬、韋榮氏球菌屬、脫硫弧菌屬、甲烷桿菌屬等。其中多數(shù)產(chǎn)甲烷細菌是極端厭氧菌。等。其中多數(shù)產(chǎn)甲烷細菌是極端厭氧菌。(2)(2)厭氧菌厭氧菌( (anaerobe) )分分 一般厭氧菌一般厭氧菌 專性厭氧菌專性厭氧菌n 有氧或無氧條件下均能生長，但有氧情況生長得更好；有氧或無氧條件下均能生長，但有氧情況生長得更好；n它們具有需氧菌和厭氧菌的兩套呼吸酶系統(tǒng)，細胞含它們具有需氧菌和厭氧菌的兩套呼吸酶系統(tǒng)，細胞含SODSOD和過氧化氫酶；和過氧化氫酶；n有氧時靠有氧呼吸產(chǎn)能，無氧時籍發(fā)酵產(chǎn)能。有氧時靠有氧呼吸

17、產(chǎn)能，無氧時籍發(fā)酵產(chǎn)能。n許多酵母菌、腸道細菌、硝酸鹽還原菌許多酵母菌、腸道細菌、硝酸鹽還原菌( (如脫氮小球菌如脫氮小球菌) )，人和動物的，人和動物的病原菌均屬此類菌。病原菌均屬此類菌。n腸桿菌科的各種細菌包括大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌和普通變形桿菌等都腸桿菌科的各種細菌包括大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌和普通變形桿菌等都是常見的兼性厭氧菌。是常見的兼性厭氧菌。 (3)(3)兼性厭氧菌兼性厭氧菌( (facultative aerobe) )(4)(4)微好氧菌微好氧菌( (microaerophilic bacteria) ) n有氧和絕對厭氧條件均不能生長，只能在較低的有氧和絕對厭氧條件均不能生長，只

18、能在較低的氧分壓下才能正常生長；氧分壓下才能正常生長；n具有完整的呼吸酶系統(tǒng)具有完整的呼吸酶系統(tǒng)，通過呼吸鏈并以氧為最，通過呼吸鏈并以氧為最終氫受體，在終氫受體，在(1(13)3)10103 3PaPa大氣壓下進行呼吸產(chǎn)大氣壓下進行呼吸產(chǎn)能。能。例如，霍亂弧菌、發(fā)酵單胞菌屬、氫單胞菌、少例如，霍亂弧菌、發(fā)酵單胞菌屬、氫單胞菌、少數(shù)擬桿菌屬的種等屬于此類菌。數(shù)擬桿菌屬的種等屬于此類菌。n在搖瓶培養(yǎng)時，菌體生長于液面以下數(shù)毫米處。在搖瓶培養(yǎng)時，菌體生長于液面以下數(shù)毫米處。 n必須在有分子氧存在的條件下才能生長；必須在有分子氧存在的條件下才能生長；n具有完整的呼吸酶系統(tǒng)，細胞含具有完整的呼吸酶系統(tǒng)，

19、細胞含 SODSOD和過氧化氫和過氧化氫酶，通過呼吸鏈并以分子氧作為最終氫受體。酶，通過呼吸鏈并以分子氧作為最終氫受體。n在正常大氣壓在正常大氣壓(2(210104 4Pa)Pa)下進行好氧呼吸產(chǎn)能。下進行好氧呼吸產(chǎn)能。n多數(shù)細菌、放線菌、真菌屬于此類菌。多數(shù)細菌、放線菌、真菌屬于此類菌。n一般實驗室和工業(yè)生產(chǎn)上常用搖瓶振蕩或通氣攪一般實驗室和工業(yè)生產(chǎn)上常用搖瓶振蕩或通氣攪拌供給充足的氧氣。拌供給充足的氧氣。(5)(5)專性好氧菌專性好氧菌( (strict aerobe) )n1971 1971 在在McCord 和和Fridovich提出提出SODSOD的學(xué)說的學(xué)說: : 他們認為，厭氧菌

20、因缺乏他們認為，厭氧菌因缺乏SODSOD，故易被生物體內(nèi)產(chǎn)生，故易被生物體內(nèi)產(chǎn)生的超氧陰離子自由基而毒害致死的超氧陰離子自由基而毒害致死; ;n好氧菌因為細胞有好氧菌因為細胞有SODSOD，劇毒的，劇毒的O O2 2- - 就被歧化成毒性就被歧化成毒性稍低的稍低的H H2 2O O2 2，而后被，而后被H H2 2O O2 2酶分解為無毒的酶分解為無毒的H H2 2O O。n厭氧菌因為不能合成厭氧菌因為不能合成SODSOD，又無，又無H H2 2O O2 2酶，故無法使酶，故無法使O O2 2- -歧化成歧化成H H2 2O O2 2而被而被O O2 2- -毒害致死。毒害致死。n在有氧存在時

21、形成的在有氧存在時形成的O O2 2- -就使其自身受到毒害。就使其自身受到毒害。厭氧菌的氧毒害機制厭氧菌的氧毒害機制多數(shù)耐氧菌都能合成多數(shù)耐氧菌都能合成SODSOD，且有過氧化物酶，且有過氧化物酶，故劇毒的故劇毒的O O2 2- -可先歧化成有毒的可先歧化成有毒的H H2 2O O2 2，然后被，然后被過氧化物酶還原成無毒的過氧化物酶還原成無毒的H H2 2O O。 已有實驗證明，已有實驗證明，對于兼性厭氧的對于兼性厭氧的E.coli，如，如果使之發(fā)生缺乏果使之發(fā)生缺乏SODSOD的突變，它即成為的突變，它即成為“嚴嚴格厭氧菌格厭氧菌”，即，即E.coli短期接觸氧被毒害致短期接觸氧被毒害致

22、死死。耐氧菌生長不需要氧，卻為何耐受氧氣？耐氧菌生長不需要氧，卻為何耐受氧氣？SODSOD能清除生物體內(nèi)的能清除生物體內(nèi)的O O2 2- -而受到醫(yī)藥界的極大關(guān)注而受到醫(yī)藥界的極大關(guān)注外源外源SODSOD具有保護具有保護DNADNA、蛋白質(zhì)和細胞膜的作用，使、蛋白質(zhì)和細胞膜的作用，使它們免遭它們免遭O O2 2- -的破壞。的破壞。對治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、白內(nèi)障、膀胱炎、皮膚對治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、白內(nèi)障、膀胱炎、皮膚炎、紅斑狼瘡等疾病療效較好，對輻射有保護作用炎、紅斑狼瘡等疾病療效較好，對輻射有保護作用還發(fā)現(xiàn)還發(fā)現(xiàn)SODSOD還具有防治人體衰老、抗癌、治療肺氣還具有防治人體衰老、抗癌、治療肺氣腫

23、以及解除苯中毒等一系列療效。同時，不管何種腫以及解除苯中毒等一系列療效。同時，不管何種給藥方式，均無發(fā)現(xiàn)任何副作用。因此，它是一種給藥方式，均無發(fā)現(xiàn)任何副作用。因此，它是一種很有前途的藥用酶。很有前途的藥用酶。SODSOD的生理功能的生理功能n多數(shù)微生物是化能異養(yǎng)型菌，葡萄糖是微生多數(shù)微生物是化能異養(yǎng)型菌，葡萄糖是微生物最好的碳源和能源，物最好的碳源和能源，n可通過可通過4 4條代謝途徑，條代謝途徑，EMPEMP途徑、途徑、HMPHMP途徑、途徑、EDED途徑、磷酸解酮酶途徑完成脫氫反應(yīng)，并伴途徑、磷酸解酮酶途徑完成脫氫反應(yīng)，并伴隨還原力隨還原力HH和能量的產(chǎn)生。和能量的產(chǎn)生。三、化能異養(yǎng)微生

24、物的生物氧化三、化能異養(yǎng)微生物的生物氧化發(fā)酵的類型發(fā)酵的類型 EMPEMP途徑途徑( (糖酵解途徑糖酵解途徑) ) HMPHMP途徑途徑( (磷酸戊糖支路磷酸戊糖支路) ) EDED途徑途徑( (2-2-酮酮-3-3-脫氧脫氧-6-6-磷酸磷酸- -葡萄糖酸裂解途徑葡萄糖酸裂解途徑) ) PKPK途徑途徑( (磷酸戊糖解酮酶的途徑磷酸戊糖解酮酶的途徑) ) 或或HKHK途徑途徑( (磷酸己糖解酮酶的途徑磷酸己糖解酮酶的途徑) )等。等。 雙歧途徑、雙歧途徑、 TCATCA途徑途徑1.EMP1.EMP途徑途徑n生物體內(nèi)葡萄糖被降解成丙酮酸的過程稱為糖生物體內(nèi)葡萄糖被降解成丙酮酸的過程稱為糖酵解，

25、這是多數(shù)微生物共有的基本代謝途徑。酵解，這是多數(shù)微生物共有的基本代謝途徑。n通過通過EMPEMP途徑，途徑，1 1分子葡萄糖經(jīng)分子葡萄糖經(jīng)1010步反應(yīng)轉(zhuǎn)變成步反應(yīng)轉(zhuǎn)變成2 2分子丙酮酸，產(chǎn)生分子丙酮酸，產(chǎn)生2 2分子分子ATPATP和和2 2分子分子NADHNADH2 2。其總反應(yīng)式為：其總反應(yīng)式為： C6H1206+2NAD+2ADP+2Pi2CH3COCOOH+2NADH2+2ATP+2H20 （1 1）酵母菌的）酵母菌的酒精發(fā)酵酒精發(fā)酵 第一型發(fā)酵第一型發(fā)酵- 酒精發(fā)酵酒精發(fā)酵n酵母菌在無氧和酸性條件下酵母菌在無氧和酸性條件下(pH3.5(pH3.54.5)4.5) n經(jīng)過經(jīng)過EMPE

26、MP途徑將葡萄糖分解為丙酮酸途徑將葡萄糖分解為丙酮酸n丙酮酸再由丙酮酸脫羧酶作用形成乙醛和丙酮酸再由丙酮酸脫羧酶作用形成乙醛和COCO2 2n乙醛作為乙醛作為NADHNADH2 2的氫受體，在乙醇脫氫酶的作用下還原為的氫受體，在乙醇脫氫酶的作用下還原為乙醇。乙醇。n2C2H5OH+2NADH22CH3CH2OH+2NAD 乙醛乙醛 乙醇乙醇第二型發(fā)酵第二型發(fā)酵甘油發(fā)酵甘油發(fā)酵n 在酵母菌的在酵母菌的發(fā)酵液中有亞硫酸氫鈉發(fā)酵液中有亞硫酸氫鈉它與乙醛加成生成難溶性硫化羥基乙醛它與乙醛加成生成難溶性硫化羥基乙醛n迫使磷酸二羥丙酮代替乙醛作為氫受體，迫使磷酸二羥丙酮代替乙醛作為氫受體， 生成生成 -

27、-磷酸甘油。磷酸甘油。n后者在后者在 - -磷酸甘油脫氫酶的催化下，再水解磷酸甘油脫氫酶的催化下，再水解脫去磷酸生成甘油，脫去磷酸生成甘油，使乙醇發(fā)酵變成甘油發(fā)酵。使乙醇發(fā)酵變成甘油發(fā)酵。啤酒酵母啤酒酵母甘油發(fā)酵甘油發(fā)酵丙酮酸丙酮酸COCO2 2乙醛乙醛NADHNAD+乙醇乙醇磷酸磷酸二羥丙酮二羥丙酮NADHNAD+磷酸甘油磷酸甘油甘油甘油3%3%的亞硫酸氫鈉（的亞硫酸氫鈉（pH7.0pH7.0）（硫化羥基乙醛）（硫化羥基乙醛）啤酒酵母啤酒酵母酒精發(fā)酵酒精發(fā)酵第三型發(fā)酵第三型發(fā)酵 甘油發(fā)酵甘油發(fā)酵n在偏堿性條件下在偏堿性條件下(pH 7.6)(pH 7.6)，乙醛不能作為氫受體被還原成，乙醛不

28、能作為氫受體被還原成乙醇，而是乙醇，而是2 2個乙醛分子發(fā)生歧化發(fā)應(yīng)，個乙醛分子發(fā)生歧化發(fā)應(yīng)，n1 1分子乙醛氧化成乙酸，分子乙醛氧化成乙酸，n另另1 1分子乙醛還原成乙醇，分子乙醛還原成乙醇，n使磷酸二羥丙酮作為使磷酸二羥丙酮作為NADHNADH2 2的氫受體，的氫受體，n還原為還原為 - -磷酸甘油，再脫去磷酸生成甘油，這稱為堿法甘磷酸甘油，再脫去磷酸生成甘油，這稱為堿法甘油發(fā)酵。這種發(fā)酵方式不產(chǎn)生能量。油發(fā)酵。這種發(fā)酵方式不產(chǎn)生能量。2 2葡萄糖葡萄糖22甘油甘油 + + 乙酸乙酸 + + 乙醇乙醇 + CO+ CO2 2（2 2）同型乳酸發(fā)酵）同型乳酸發(fā)酵 n葡萄糖經(jīng)乳酸菌的葡萄糖經(jīng)乳

29、酸菌的EMPEMP途徑，發(fā)酵產(chǎn)物只有乳途徑，發(fā)酵產(chǎn)物只有乳酸，稱同型乳酸發(fā)酵。酸，稱同型乳酸發(fā)酵。 n進行同型乳酸發(fā)酵的微生物，如乳酸乳球菌進行同型乳酸發(fā)酵的微生物，如乳酸乳球菌乳酸亞種、乳酸乳球菌乳脂亞種、嗜熱鏈球乳酸亞種、乳酸乳球菌乳脂亞種、嗜熱鏈球菌、德氏乳桿菌保加利亞亞種菌、德氏乳桿菌保加利亞亞種( (舊稱保加利亞舊稱保加利亞乳桿菌乳桿菌) )、嗜酸乳桿菌等。、嗜酸乳桿菌等。 n乳酸發(fā)酵廣泛應(yīng)用于食品乳酸發(fā)酵廣泛應(yīng)用于食品: : 泡菜、酸菜、酸牛奶、泡菜、酸菜、酸牛奶、乳酪以及青貯飼料等都是利用乳酸發(fā)酵的發(fā)酵制乳酪以及青貯飼料等都是利用乳酸發(fā)酵的發(fā)酵制品。品。由于乳酸菌的代謝活動，積累

30、乳酸，酸化環(huán)境，由于乳酸菌的代謝活動，積累乳酸，酸化環(huán)境，抑制其他微生物的生長，能使蔬菜、牛奶、青貯抑制其他微生物的生長，能使蔬菜、牛奶、青貯飼料等得以保存。飼料等得以保存。近代工業(yè)多以淀粉為原料，經(jīng)糖化和德氏乳酸桿近代工業(yè)多以淀粉為原料，經(jīng)糖化和德氏乳酸桿菌菌( (L.delbrueckii) )進行乳酸發(fā)酵生產(chǎn)純?nèi)樗?。進行乳酸發(fā)酵生產(chǎn)純?nèi)樗帷?（2 2）同型乳酸發(fā)酵同型乳酸發(fā)酵 發(fā)酵后除生成乳酸外，還有乙醇發(fā)酵后除生成乳酸外，還有乙醇( (或乙酸或乙酸) )和和COCO2 2等等多種發(fā)酵產(chǎn)物。多種發(fā)酵產(chǎn)物。一些短乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、兩歧雙歧桿菌、腸一些短乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、兩歧雙歧桿菌、腸

31、膜明串珠菌、乳脂明串珠菌、根霉等進行異型乳膜明串珠菌、乳脂明串珠菌、根霉等進行異型乳酸發(fā)酵。酸發(fā)酵。因它們?nèi)狈σ蛩鼈內(nèi)狈MPEMP途徑中的關(guān)鍵性酶途徑中的關(guān)鍵性酶果糖二磷酸果糖二磷酸醛縮酶和異構(gòu)酶，醛縮酶和異構(gòu)酶，其葡萄糖的降解完全依賴于其葡萄糖的降解完全依賴于HMPHMP途徑途徑和和EMPEMP途徑途徑的的變異途徑。即變異途徑。即PK途徑途徑(磷酸戊糖磷酸戊糖解酮酶的途徑解酮酶的途徑) )和和HKHK途徑途徑( (磷酸己糖解酮酶的途徑磷酸己糖解酮酶的途徑) )（3）異型乳酸發(fā)酵）異型乳酸發(fā)酵（4 4）丙酸發(fā)酵和丁酸型發(fā)酵）丙酸發(fā)酵和丁酸型發(fā)酵( (略，詳見略，詳見P98)P98)（5）混合

32、酸發(fā)酵）混合酸發(fā)酵n能積累多種有機酸的葡萄糖發(fā)酵稱為混合酸發(fā)酵，能積累多種有機酸的葡萄糖發(fā)酵稱為混合酸發(fā)酵，又稱又稱甲酸發(fā)酵甲酸發(fā)酵。n大多數(shù)腸道細菌，如大腸桿菌、傷寒沙門氏菌、大多數(shù)腸道細菌，如大腸桿菌、傷寒沙門氏菌、產(chǎn)氣腸桿菌等均能進行混合酸發(fā)酵。產(chǎn)氣腸桿菌等均能進行混合酸發(fā)酵。n先經(jīng)先經(jīng)EMPEMP途徑將葡萄糖分解為丙酮酸，在不同酶途徑將葡萄糖分解為丙酮酸，在不同酶的作用下，丙酮酸分別轉(zhuǎn)變成甲酸、乙酸、乳酸、的作用下，丙酮酸分別轉(zhuǎn)變成甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸、琥珀酸、COCO2 2和和H H2 2等。等。 CHCH3 3COCOOH + CoASH CHCOCOOH + CoASH CH

33、3 3COSCoA + HCOOHCOSCoA + HCOOH 丙酮酸丙酮酸 甲酸甲酸n產(chǎn)氣腸桿菌產(chǎn)氣腸桿菌也也能進行混合酸發(fā)酵，不過分解葡萄糖產(chǎn)生的丙能進行混合酸發(fā)酵，不過分解葡萄糖產(chǎn)生的丙酮酸又可縮合、脫羧生成乙酰甲基甲醇酮酸又可縮合、脫羧生成乙酰甲基甲醇(3-(3-羥基丁酮羥基丁酮) )，后者，后者還原成還原成2,3-2,3-丁二醇。丁二醇。n乙酰甲基甲醇在堿性環(huán)境中易被氧化成二乙酰，二乙酰與蛋乙酰甲基甲醇在堿性環(huán)境中易被氧化成二乙酰，二乙酰與蛋白胨中的精氨酸的胍基作用，生成紅色化合物。白胨中的精氨酸的胍基作用，生成紅色化合物。故產(chǎn)氣腸桿故產(chǎn)氣腸桿菌菌V.PV.P試驗陽性。試驗陽性。n若

34、加入若加入- -萘酚和少量肌酸或肌酐可促進此反應(yīng)進行。萘酚和少量肌酸或肌酐可促進此反應(yīng)進行。n大腸桿菌無此反應(yīng)，大腸桿菌無此反應(yīng)，V.PV.P試驗陰性，故可與產(chǎn)氣腸桿菌區(qū)別試驗陰性，故可與產(chǎn)氣腸桿菌區(qū)別混合酸發(fā)酵混合酸發(fā)酵V.PV.P試驗試驗大腸桿菌：大腸桿菌：產(chǎn)氣氣桿菌：產(chǎn)氣氣桿菌：V.P.V.P.試驗陽性試驗陽性甲基紅試驗陰性甲基紅試驗陰性V.P.V.P.試驗陰性試驗陰性甲基紅試驗陽性甲基紅試驗陽性混合酸發(fā)酵混合酸發(fā)酵V.PV.P試驗試驗n大腸桿菌發(fā)酵葡萄糖，由于產(chǎn)酸量較多大腸桿菌發(fā)酵葡萄糖，由于產(chǎn)酸量較多pHpH降至降至4.24.2以下，發(fā)酵液中加入甲基紅指示劑呈紅色，以下，發(fā)酵液中加入

35、甲基紅指示劑呈紅色，為為甲甲基紅試驗陽性基紅試驗陽性。n產(chǎn)氣腸桿菌發(fā)酵葡萄糖，由于產(chǎn)酸量較少，加入產(chǎn)氣腸桿菌發(fā)酵葡萄糖，由于產(chǎn)酸量較少，加入甲基紅指示劑，發(fā)酵液呈橙黃色，甲基紅指示劑，發(fā)酵液呈橙黃色，為為甲基紅試驗甲基紅試驗陰性。陰性。n在食品衛(wèi)生檢驗時常以大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌等在食品衛(wèi)生檢驗時常以大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌等的存在作為糞便污染食品指示菌，的存在作為糞便污染食品指示菌，故甲基紅試驗、故甲基紅試驗、V.PV.P試驗均是腸道細菌常用的鑒定方法試驗均是腸道細菌常用的鑒定方法混合酸發(fā)酵混合酸發(fā)酵甲基紅試驗甲基紅試驗 腸道細菌的腸道細菌的混合酸發(fā)酵混合酸發(fā)酵特性對鑒定菌種有特性對鑒定菌種有實際

36、意義實際意義n大腸桿菌在厭氧條件下可合成甲酸氫解酶，在酸性條件下大腸桿菌在厭氧條件下可合成甲酸氫解酶，在酸性條件下(pH6.2)(pH6.2)將由丙酮酸裂解產(chǎn)生的甲酸分解為將由丙酮酸裂解產(chǎn)生的甲酸分解為COCO2 2和和H H2 2，故大故大腸桿菌能發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)酸又產(chǎn)氣。腸桿菌能發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)酸又產(chǎn)氣。n而志賀氏菌因無此酶，而志賀氏菌因無此酶，不能使不能使丙酮酸丙酮酸裂解產(chǎn)生的甲酸分解裂解產(chǎn)生的甲酸分解為為COCO2 2 和和H H2 2 ，故志賀氏菌發(fā)酵葡萄糖只產(chǎn)酸而不產(chǎn)氣。故志賀氏菌發(fā)酵葡萄糖只產(chǎn)酸而不產(chǎn)氣。 在菌種鑒定的生化反應(yīng)試驗中，可通過葡萄糖發(fā)酵試驗將在菌種鑒定的生化反應(yīng)試驗中，可通

37、過葡萄糖發(fā)酵試驗將是否產(chǎn)酸產(chǎn)氣的細菌區(qū)別開來。是否產(chǎn)酸產(chǎn)氣的細菌區(qū)別開來。n在在EMPEMP途徑終反應(yīng)中，途徑終反應(yīng)中， 2NADH2NADH2 2在有氧條件下，在有氧條件下，可經(jīng)呼吸鏈的氧化磷酸化反應(yīng)可經(jīng)呼吸鏈的氧化磷酸化反應(yīng)產(chǎn)生產(chǎn)生6 ATP6 ATP，而，而在無氧條件下，則可將丙酮酸還原成乳酸，或?qū)⒃跓o氧條件下，則可將丙酮酸還原成乳酸，或?qū)⒈崦擊瘸梢胰?，后者還原為乙醇。丙酮酸脫羧成乙醛，后者還原為乙醇。nEMPEMP途徑的特征性酶是途徑的特征性酶是1,6-1,6-二磷酸果糖醛縮酶，它二磷酸果糖醛縮酶，它催化催化1,6-1,6-二磷酸果糖裂解生成兩個三碳化合。二磷酸果糖裂解生成兩個三碳

38、化合。n2 2個個3-3-磷酸甘油醛經(jīng)磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激磷酸甘油醛經(jīng)磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶作用下生成酶作用下生成2 2分子丙酮酸。分子丙酮酸。n丙酮酸是丙酮酸是EMPEMP途徑的關(guān)鍵產(chǎn)物，由它出發(fā)在不同的途徑的關(guān)鍵產(chǎn)物，由它出發(fā)在不同的微生物中可進行多種發(fā)酵。微生物中可進行多種發(fā)酵。（參見（參見P 127P 127圖圖3-23-2）2.HMP2.HMP途徑途徑n能產(chǎn)生大量能產(chǎn)生大量NADPHNADPH2 2形式還原力和重要中間形式還原力和重要中間代謝產(chǎn)物而并非產(chǎn)能的代謝途徑。代謝產(chǎn)物而并非產(chǎn)能的代謝途徑。 n( (略，詳見略，詳見P128P128圖圖3-3)3-3)3.3.磷酸解

39、酮酶途徑磷酸解酮酶途徑 某些乳酸細菌進行某些乳酸細菌進行異型乳酸發(fā)酵異型乳酸發(fā)酵過程中分解己過程中分解己糖和戊糖的途徑。糖和戊糖的途徑。該途徑的特征性酶是磷酸解酮酶。該途徑的特征性酶是磷酸解酮酶。 根據(jù)解酮酶的不同，根據(jù)解酮酶的不同，將具有磷酸將具有磷酸戊糖戊糖解酮酶的途徑解酮酶的途徑叫叫PKPK途徑。途徑。將具有磷酸將具有磷酸己糖己糖解酮酶的途徑叫解酮酶的途徑叫HKHK途徑。途徑。PKPK途徑途徑( (略，詳見略，詳見P129,130)P129,130)(2)HK(2)HK途徑途徑( (略，詳見略，詳見130)130)4 4、雙歧途徑、雙歧途徑n兩歧雙歧乳酸桿菌兩歧雙歧乳酸桿菌( (Bifidobacterium bifidum) )、雙叉乳酸桿、雙叉乳酸桿菌菌( (Lactobacillus bifidum) )等雙歧桿菌對葡萄糖的代謝也可等雙歧桿菌對葡萄糖的代謝也可歸入異型乳酸發(fā)酵，歸入異型乳酸發(fā)酵，但與其他乳酸菌異型發(fā)酵不同。但與其他乳酸菌異型發(fā)酵不同。( (略，略，代謝途徑詳見代謝途徑詳見P131P131圖圖3-5)3-5)n它們通過它們通過HKHK途徑途徑將將2 2分子葡萄糖分子葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)生2