微生物生理學(xué)課件筆記整理

1、 緒論微生物營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型微生物營(yíng)養(yǎng):指微生物獲得與利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程 Ø 無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物:以CO2作唯一碳源,不需要有機(jī)養(yǎng)料的微生物Ø 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物:只以適宜的有機(jī)化合物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的微生物 1. 光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型:以日光為能源,以CO2為碳源合成細(xì)胞有機(jī)物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型 2. 光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型：以日光為能源，以外源有機(jī)物為碳源和供氫體合成細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型3. 化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型:通過(guò)以氧化無(wú)機(jī)物釋放出的能量還原CO2成為細(xì)胞有機(jī)物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型 4. 化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型:用有機(jī)物分解時(shí)釋放出的能量將有機(jī)物分解的中間產(chǎn)物合成新的有機(jī)物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型 微生物營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型營(yíng) 養(yǎng) 類(lèi) 型能 源碳 源代

2、 表 類(lèi) 群自養(yǎng)型光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)光CO2藍(lán)細(xì)菌、綠色硫細(xì)菌、嗜鹽細(xì)菌化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)無(wú)機(jī)物CO2硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌異養(yǎng)型光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)光有機(jī)物與CO2紅螺菌化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)有機(jī)物有機(jī)物進(jìn)一步分為腐生菌和寄生菌1、光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型） photolithoautotroph （）不產(chǎn)氧光合作用 代表菌種：綠硫菌、紫硫菌 CO2+2H2S （CH2O）+H2O+2S （）產(chǎn)氧光合作用 代表菌種：藍(lán)細(xì)菌、藻類(lèi) CO2+H2O （CH2O）+O2 （）嗜鹽古細(xì)菌 以紫膜進(jìn)行特殊的光能轉(zhuǎn)化、光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型） photoorganoheterotroph 在以二氧化碳為主要碳源時(shí)，需要以有機(jī)物作為

3、供氫體， 利用光 能將二氧化碳還原成細(xì)胞物質(zhì)，它們的細(xì)胞中含有光合色素，生長(zhǎng)時(shí)大多需要外源的生長(zhǎng)因子，例如紅螺菌（Rhodospirillum）3、化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型） Chemolithoautotroph化能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)菌還原CO2而需要的ATP和還原力H 是通過(guò)氧化無(wú)機(jī)底物（NH4+、NO2-、H2S、H2和 Fe2+ 等）來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；茏责B(yǎng)細(xì)菌的能量代謝主要有三個(gè)特點(diǎn)： 無(wú)機(jī)底物的氧化直接與呼吸鏈發(fā)生聯(lián)系。由脫氫酶或氧化還原酶 催化的無(wú)機(jī)底物脫氫或脫電子后，直接進(jìn)入呼吸鏈傳遞。這與異養(yǎng)微生物葡萄糖氧化要經(jīng)過(guò)EMP和TCA等途徑的復(fù)雜代謝過(guò)程不同。 呼吸鏈的組分更為多樣化，氫或

4、電子可從任一組分進(jìn)入呼吸鏈。產(chǎn)能效率即PO比一般要比異養(yǎng)微生物更低。 、化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型 (化能異養(yǎng)型 , Chemorganoheterotroph) 從有機(jī)物氧化過(guò)程中獲得能量，并以有機(jī)物作為主要碳源進(jìn)行生長(zhǎng)。又可根據(jù)它們利用有機(jī)物的特性分為腐生菌和寄生菌，以及它們之間的過(guò)渡類(lèi)型。 上述營(yíng)養(yǎng)型的劃分不是絕對(duì)的，在它們中間存在著很多過(guò)渡類(lèi)型。例如：氫單胞菌，在完全是無(wú)機(jī)養(yǎng)料的環(huán)境中，通過(guò)氫和氧化獲得能量，同化二氧化碳，營(yíng)自養(yǎng)生活；當(dāng)環(huán)境中有有機(jī)物時(shí)，直接利用有機(jī)物碳架物質(zhì)而營(yíng)異養(yǎng)生活。又如：紅螺菌，在光照下能利用光能生長(zhǎng)，在暗處有氧條件下，可通過(guò)氧化有機(jī)物獲得能量，實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)，表現(xiàn)為化能營(yíng)養(yǎng)型。

5、 為避免混亂，一般認(rèn)為依據(jù)營(yíng)養(yǎng)型分類(lèi)以最簡(jiǎn)單的營(yíng)養(yǎng)條件為根據(jù)，即光能營(yíng)養(yǎng)型先于化能營(yíng)養(yǎng)型，自養(yǎng)型先于異養(yǎng)型。 微生物的代謝特點(diǎn)（以及微生物研究生理的優(yōu)點(diǎn)）代謝速率快（V/S大）代謝的多樣性代謝研究的易操作性代謝途徑：中間產(chǎn)物與中產(chǎn)物，直線代謝途徑（一般為分解代謝）與分枝代謝途徑（一般為合成代謝），兩向代謝途徑 細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)1. 真菌細(xì)胞壁組成肽聚糖脂多糖磷壁酸質(zhì)分枝菌酸 2. T古生菌細(xì)胞壁組成 假肽聚糖 酸性雜多糖 糖蛋白3. 酵母細(xì)胞壁組成 甘露聚糖蛋白葡聚糖 chitin（幾丁質(zhì)） 纖維素others纖維素的分解：纖維素分子的基本結(jié)構(gòu): -1,4糖苷鍵，酮多糖，椅式構(gòu)象，全部舒展，氫鍵交聯(lián)

6、成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)淀粉：-1,4糖苷鍵，-1,6糖苷鍵，連接松散，加熱易糊化原生質(zhì)膜：I. 原核細(xì)胞中 1. 磷脂中異常脂肪酸，2. 質(zhì)脂，3. 糖脂， 4. 二醚磷脂酰甘油，5. 鯊烯，6. 脂類(lèi)色素II. 真核微生物中1. 酵母甾醇，2. 麥角甾醇分解代謝單糖分解途徑：1. EMP（糖酵解）途徑 碳架結(jié)構(gòu)變化 生理意義：a. 產(chǎn)生ATP, b. 產(chǎn)生NADH2, c. 小分子碳架，d. 生糖。 分布廣泛。 歧路：（兼性）好氧菌中的丙酮醛支路。筆記：EMP途徑又叫二磷酸己糖途徑，原因是1,6-二磷酸果糖酶為該途徑的特征酶。其過(guò)程一般為激活-氧化-產(chǎn)能。小分子碳架指c3,c42. HMP途徑 經(jīng)典途徑

7、 Williams等發(fā)現(xiàn)的新途徑。 生理功能：a. 提供多種碳架，b. 產(chǎn)生NADPH2，c. 產(chǎn)生Ru5P。 分布廣泛。 與EMP的聯(lián)系。筆記：HMP途徑又叫單磷酸己糖途徑，不是嚴(yán)格的分解代謝途徑3. ED途徑 碳架結(jié)構(gòu)的變化 特點(diǎn)：a. KDPG, b. 特征酶： KDPG醛縮酶，c. ATP。 分布：主要限于Pseudomonas筆記：1. ED途徑比HMP途徑短2. KDPG通過(guò)裂解產(chǎn)生丙酮酸和甘油醛，只有一半產(chǎn)生了ATP，故ATP產(chǎn)生數(shù)量比EMP途徑少近一半，但產(chǎn)熱多。3. 其過(guò)程為：激活-氧化-脫水4. WD途徑（裂解直接產(chǎn)物為乙酰磷酸） 碳架結(jié)構(gòu)變化：a. PK途徑（磷酸-戊糖分

8、解）， b. HK途徑（己糖分解）。 特點(diǎn)：a. 特征酶為磷酸解酮酶，b. 特征反應(yīng)。 生理意義：a. 僅分布在少數(shù)細(xì)菌中， b. PK途徑為戊糖分解的重要途徑， c. H K途徑為己糖分解的重要途徑。筆記：1常用程度:HMP>EMP>ED>WD 2這四個(gè)途徑都從葡萄糖開(kāi)始從Glc到Pyr四條途徑的總結(jié)：1.如何確定？a. 特征酶，b. 放射性同位素標(biāo)記。2.丙酮酸代謝（氧化或者還原，為共同代謝產(chǎn)物必經(jīng)之路）丙酮酸代謝的途徑： 發(fā)酵:a. 乙醇發(fā)酵，b. 乳酸發(fā)酵，c. 丁酸型發(fā)酵，d. 丙酸發(fā)酵，e. 混合酸和丁二醇發(fā)酵； TCA （呼吸） a. 乙醇發(fā)酵酵母的乙醇發(fā)酵現(xiàn)象

9、、產(chǎn)物與機(jī)理： 第一型發(fā)酵（在pH4.5-3.5時(shí)，產(chǎn)物為乙醇。 ）第二型發(fā)酵（在3%的NaHSO3時(shí)，產(chǎn)物為甘油和乙醇。）第三型發(fā)酵（在pH7.6時(shí)，產(chǎn)物為乙醇、乙酸和甘油。 ） ，高滲發(fā)酵（例如當(dāng)環(huán)境中的NaCl為0.5-1.0mol/L時(shí)，產(chǎn)物主要為甘油。）細(xì)菌的乙醇發(fā)酵：經(jīng)ED途徑筆記：1. 利用酵母進(jìn)行酒精發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)是抗高滲，缺點(diǎn)是只能利用葡萄糖2. 利用細(xì)菌進(jìn)行酒精發(fā)酵的有點(diǎn)是可利用木糖，缺點(diǎn)是不抗高滲3. 乙醛乙醇脫氫酶-乙醇，在野生酵母中，逆反應(yīng)速率遠(yuǎn)大于正反應(yīng)速率，乙醛-乙酰輔酶a-三羧酸循環(huán)；改良型，逆反應(yīng)速率遠(yuǎn)小于正反應(yīng)速率4. 第二型發(fā)酵中乙醇少量，但不能完全阻斷5.

10、丙酮酸脫氫酶是乙醇發(fā)酵的關(guān)鍵性酶6. 影響乙醇發(fā)酵的條件：O2濃度，葡萄糖濃度7. 第三型發(fā)酵的那NACL來(lái)自現(xiàn)加NAOH水解，再加HCL中和乳酸發(fā)酵：同型乳酸發(fā)酵：經(jīng)過(guò)EMP途徑(芽孢乳桿菌，桿狀乳酸菌)只生成乳酸異型乳酸發(fā)酵：經(jīng)過(guò)PK途徑（球狀乳酸菌） 乳酸+乙酸+co2雙歧乳酸發(fā)酵：經(jīng)過(guò)HK途徑（兩性雙岐乳酸桿菌） 乳酸+乙酸+乙醇筆記：1.乳酸菌是統(tǒng)稱(chēng)，不是分類(lèi)名稱(chēng)，微好氧或者厭氧 2.丙酮酸 還原- 乳酸 3.產(chǎn)乳酸量：同型>異型>雙岐脂肪烴類(lèi)的脂肪烴類(lèi)的分解： 脂肪烴的分解的三種啟始羥化方式：a. 單末端氧化，b. 雙末端氧化，c. 亞末端氧化 脂肪烴的分解的二個(gè)生化前

11、提：a. O2 b. 羥化酶（單氧酶） 2. 芳香烴的分解的三階段 芳香烴的分解啟始：從各類(lèi)芳香烴長(zhǎng)途或短途到鄰苯二酚。 鄰苯二酚的分解：在雙氧酶的催化下，鄰位裂解（產(chǎn)物：琥珀酸+乙酸）或間位裂解（產(chǎn)物：丙酮酸+乙醛）方式 鄰苯二酚的鄰位裂解或間位裂解產(chǎn)物的繼續(xù)分解3. 一碳化合物的氧化 還原態(tài)一碳化合物的基本類(lèi)別：a. CH4 b. CHO c. CH+N d. CO筆記：只含C,H的一碳化合物-細(xì)菌能氧化利用含C,H,O一碳化合物-細(xì)菌和酵母都能氧化利用無(wú)機(jī)化能自養(yǎng)菌的主要群落：筆記：脫硫硫桿菌的應(yīng)用：土壤肥力的流失，污水治理H2 的微生物氧化（只有細(xì)菌能進(jìn)行）1. 氫細(xì)菌的概貌: G，兼

12、性化能自養(yǎng)2. H2的生物氧化機(jī)制： 反應(yīng)式 4H2+2O2 - 4H2O 2H2+CO2 - CH2O+H2O 6H2+2O2+CO2 - CH2O+5H2O 能量產(chǎn)生：通過(guò)氧化磷酸化，氧化4H2 產(chǎn)生1分子ATP（例如，真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌的兩種氫酶：可溶性的氫酶氧化H2 產(chǎn)生NADH，存在細(xì)胞膜上的顆粒性的氫酶氧化H2 與呼吸鏈偶聯(lián)，從VK2 始，至Cytb/a，產(chǎn)生ATP）含S化合物的微生物氧化S的生物氧化 (from H2S to SO42-) 類(lèi)型: 長(zhǎng)途類(lèi)型，以氧化硫桿菌 (Thiobacillus thiooxidans)為代表，在S的生物氧化過(guò)程中有多種多硫酸中間產(chǎn)物。4S2- -

13、2S2O32- - S4O62- - SO32- +S3O62- - 4SO32- -4SO42- 短途類(lèi)型，以排硫桿菌（Th.thioparus）為代表，僅有SO32-為中間產(chǎn)物。S - SO32- - SO42-筆記：1.氧化還原電位更低，途徑更長(zhǎng)，產(chǎn)能更多 2氧化一分子硫，至少產(chǎn)生6.5分子ATP微生物的光合磷酸化主要差異（這類(lèi)光合細(xì)菌，均不產(chǎn)氧氣）第四章 微生物的合成代謝1.自養(yǎng)性c02的固定（1）calvin cycle (植物，藍(lán)細(xì)菌和化能自養(yǎng)細(xì)菌：fe細(xì)菌，s細(xì)菌) （2）還原三羧酸循環(huán)（光合細(xì)菌：紫色細(xì)菌，綠色細(xì)菌，藍(lán)綠細(xì)菌，嗜鹽細(xì)菌）（3）還原單羧酸循環(huán)2.異養(yǎng)性co2的固定

14、筆記：還原三羧酸循環(huán)為原核細(xì)胞特有的自養(yǎng)型co2固定方式網(wǎng)上參考：氨基酸的生物合成：1.氨基酸分子中各基團(tuán)的來(lái)源：氨的來(lái)源：a.環(huán)境，b.胞內(nèi)含氮化合物，c.生物固氮，d.由NO3-還原 。 硫的來(lái)源 ： a.環(huán)境，b.胞內(nèi)含硫化合物，c.胞內(nèi)同化型還原SO42- 。 碳架結(jié)構(gòu)的來(lái)源氨基酸的生物合成途徑： 氨基化作用：a.還原氨基化，b.直接氨基化。c. 酰氨化。 轉(zhuǎn)氨基作用， 從頭合成由初生氨基酸合成次生氨基酸， D-氨基酸，由消旋酶或D-氨基酸轉(zhuǎn)氨酶催化產(chǎn)生。筆記：1.若碳架已經(jīng)具備，則途徑（1），（2），（4），如谷氨酸，谷氨酰胺，天冬氨酸的合成 若碳架結(jié)構(gòu)不具備，則途徑（3） 2.D-

15、氨基酸的合成：先通過(guò)合成L-氨基酸，再通過(guò)消旋酶轉(zhuǎn)化為D-氨基酸 3.初生氨基酸與次生氨基酸。初生氨基酸有四個(gè)，分別為纈氨酸Val，絲氨酸Ser，谷氨酸Glu，天冬酰胺Asp微生物合成氨基酸的特點(diǎn)：1.微生物特有的途徑，例1：細(xì)菌或低等真菌的L-Lys（賴(lài)氨酸）的合成。2.微生物特有的酶催化過(guò)程，例2：細(xì)菌合成精氨酸過(guò)程中N-乙酰谷氨酸的生成。3.微生物特有的代謝空間，例3：細(xì)菌的orinithine cycle4.微生物合成途徑的多樣性，例4：細(xì)菌中 Cys（半胱氨酸）的三種合成途徑5.細(xì)菌的D-型氨基酸的合成，經(jīng)過(guò)消旋酶或D-型氨基酸轉(zhuǎn)氨酶催化筆記： 嘧啶堿基單獨(dú)成環(huán)，嘌呤堿基由組氨酸合成

16、代謝的分支產(chǎn)生 細(xì)菌需要D-氨基酸主要是用于肽聚糖的合成，而真菌沒(méi)有 細(xì)菌合成賴(lài)氨酸Lys的中間產(chǎn)物:二氫吡啶二羧酸，四氫吡啶二羧酸 DAP是原核微生物賴(lài)氨酸合成過(guò)程中的重要中間代謝產(chǎn)物 并環(huán)合成是通過(guò)脂肪酸合成途徑后再環(huán)化而成的 芳香族氨基酸合成的中間代謝產(chǎn)物有預(yù)苯酸鄰氨基苯甲酸，對(duì)氨基苯甲酸，分枝酸次級(jí)代謝的類(lèi)型:1根據(jù)終產(chǎn)物對(duì)其它生物的作用：抗生素，激素，生物堿，毒素，色素，維生素。 2根據(jù)次級(jí)代謝與初級(jí)代謝的關(guān)系分類(lèi)次級(jí)代謝（三種抗生素）舉例：1.青霉素和頭孢霉素C的合成，主要步驟為聚合，結(jié)構(gòu)修飾，無(wú)裝配；2.鏈霉素的合成，主要步驟為結(jié)構(gòu)修飾（+裝配），無(wú)聚合反應(yīng)；3.紅霉素的合成，主要步驟為聚合反應(yīng)（+結(jié)構(gòu)修飾），無(wú)裝配 。筆記：1. 鏈霉素由waksman首次發(fā)現(xiàn)2弗萊明首次發(fā)現(xiàn)的是異青霉素N3. 青霉素中的環(huán)的命名：第一個(gè)環(huán)為噻唑環(huán)，第二個(gè)環(huán)為噻嗪環(huán)4. 頭孢霉素C由頂頭孢霉產(chǎn)生，其五元環(huán)到六元環(huán)的擴(kuò)環(huán)反應(yīng)導(dǎo)