二微生物的代謝

1、新陳代謝 活細胞中全部有序的化學反應的總稱。問題問題1 1：生物區(qū)別與非生物最本質(zhì)的特征是什么？問題問題2 2：什么叫生物的新陳代謝？問題問題3 3：什么是微生物的新陳代謝呢？微生物細胞中全部化學反應的總稱。第1頁/共43頁表面積表面積/體積體積 比值比值 老鼠老鼠 大象大象老鼠重老鼠重 25 克克,大象重大象重 4 噸噸表面積表面積/體積體積 老鼠是大象的老鼠是大象的 24 倍倍所以所以, 老鼠的代謝速率大于大象老鼠的代謝速率大于大象第2頁/共43頁 微生物的表面積體積的比值很大，約是同等重量的成人的30萬倍，它對微生物有何意義呢？討論：1.擴大了細胞的物質(zhì)運輸、信息傳遞等能力；2.增加了酶

2、的附著面積和反應場所；3.增加了細胞核對于細胞質(zhì)、細胞膜代謝活動的控制；代謝特點代謝特點: :異常旺盛異常旺盛第3頁/共43頁閱讀討論：1.1.我們一般把怎樣的一些物質(zhì)稱為微生物的初級我們一般把怎樣的一些物質(zhì)稱為微生物的初級代謝產(chǎn)物呢？代謝產(chǎn)物呢？ 2.2.這些物質(zhì)對微生物的生長、繁殖有何意義呢？這些物質(zhì)對微生物的生長、繁殖有何意義呢？ 3.3.不同的微生物的初級代謝產(chǎn)物是否相同？不同的微生物的初級代謝產(chǎn)物是否相同？4.4.微生物的次級代謝產(chǎn)物呢？微生物的次級代謝產(chǎn)物呢？（一）微生物的代謝產(chǎn)物（一）微生物的代謝產(chǎn)物第4頁/共43頁（一）、微生物的代謝產(chǎn)物1. 初級代謝產(chǎn)物1. 定義：微生物通過

3、代謝活動所產(chǎn)生的、自身生長和繁殖所必需的物質(zhì)。2. 舉例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等。3. 特征：1. 不同的微生物初級代謝產(chǎn)物基本相同；2. 初級代謝產(chǎn)物合成過程是連續(xù)不斷的。第5頁/共43頁2. 次級代謝產(chǎn)物1. 定義：微生物生長到一定階段才產(chǎn)生的化學結(jié)構(gòu)十分復雜、對該微生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質(zhì)。2. 舉例：抗生素、毒素、激素、色素等。3. 特征：（1）不同的微生物次級代謝產(chǎn)物不同（2）次級代謝產(chǎn)物雖然對微生物無明顯的生理功能，但能提高微生物在環(huán)境中的競爭能力。（3）抗生素是一類具有特異性抑菌和殺菌作用的有機化合物。第6頁/共43頁氨基酸、核苷酸、

4、多糖、維生素等抗生素、毒素、激素、色素均在微生物細胞的調(diào)節(jié)下，有步驟產(chǎn)生第7頁/共43頁 (1)判斷初級和次級代謝產(chǎn)物的主要依據(jù)是微生物生命活動是否必需。如乳酸判斷初級和次級代謝產(chǎn)物的主要依據(jù)是微生物生命活動是否必需。如乳酸是乳酸菌無氧呼吸的產(chǎn)物，是始終產(chǎn)生的，但其并非是乳酸菌生命活動所必需是乳酸菌無氧呼吸的產(chǎn)物，是始終產(chǎn)生的，但其并非是乳酸菌生命活動所必需的，因此乳酸是乳酸菌的次級代謝產(chǎn)物。同樣道理，酒精為酵母菌的次級代謝的，因此乳酸是乳酸菌的次級代謝產(chǎn)物。同樣道理，酒精為酵母菌的次級代謝產(chǎn)物。產(chǎn)物。 (2)抗生素是真菌產(chǎn)生的一種次級代謝產(chǎn)物，有殺菌、抑菌作用，但它與抗毒素抗生素是真菌產(chǎn)生的

5、一種次級代謝產(chǎn)物，有殺菌、抑菌作用，但它與抗毒素(抗體抗體)、干擾素、干擾素(淋巴因子淋巴因子)是完全不同的。是完全不同的。第8頁/共43頁 1、某種細菌有兩種類型：一種能在普通培養(yǎng)基上生長，另一種必須在普通培養(yǎng)基上加入精氨酸后才能正常生長，從營養(yǎng)角度考慮，精氨酸應屬于這種細菌的（ ）；從代謝產(chǎn)物考慮，精氨酸應屬于（ ）。生長因子初級代謝產(chǎn)物第9頁/共43頁 2、控制初級代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的基因和控制次級代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的基因在微生物細胞內(nèi)存在的位置？ 控制初級代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的基因一般位于擬核DNA上，控制次級代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的基因一般位于質(zhì)粒DNA上。第10頁/共43頁1.植物生命活動調(diào)節(jié)的基本形式是什么？

6、2.人和高等動物生命活動調(diào)節(jié)的基本形式是什么？提問（激素調(diào)節(jié)）（神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)）3.微生物的生命活動受什么調(diào)節(jié)呢？實例1：大腸桿菌合成異亮氨酸的調(diào)節(jié)。蘇氨酸蘇氨酸脫氫酶a酮丁酸異亮氨酸 當異亮氨酸積累過量，會抑制蘇氨酸脫氫，異亮氨酸合成停止。第11頁/共43頁 實例2：亮白曲霉原來不能合成蔗糖酶，所以不能利用蔗糖，但如果在培養(yǎng)基內(nèi)加入蔗糖，一段時間后，可以合成蔗糖酶，并利用蔗糖。實例1，通過調(diào)節(jié)酶的活性，控制代謝過程；實例2，通過調(diào)節(jié)酶的合成，控制代謝過程調(diào)節(jié)的主要方式酶合成的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)（二）微生物代謝的調(diào)節(jié)（二）微生物代謝的調(diào)節(jié)第12頁/共43頁（二）、微生物代謝的調(diào)節(jié)1.酶合成的

7、調(diào)節(jié)微生物細胞內(nèi)酶的種類：組成酶：微生物細胞內(nèi)一直存在，合成只受遺傳物質(zhì)控制。如與能量產(chǎn)生有關的酶，與基因的復制和表達有關的酶。誘導酶：在環(huán)境中存在某種物質(zhì)的情況下才能夠合成的酶。如亮白曲霉原來不能合成蔗糖酶，所以不能利用蔗糖，但如果在培養(yǎng)基內(nèi)加入蔗糖，一段時間后，可合成蔗糖酶，并利用蔗糖。 酶合成的調(diào)節(jié)既保證了代謝的需要，又避免了細胞內(nèi)物質(zhì)和能量的浪費，增強了微生物對環(huán)境的適應能力。第13頁/共43頁環(huán)境中同時存在葡萄糖和乳糖時環(huán)境中無葡萄糖而有乳糖時葡萄糖酶大腸桿菌乳糖酶大腸桿菌乳糖酶大腸桿菌分解葡萄糖的酶是大腸桿菌細胞內(nèi)一直存在的酶分解乳糖的酶是在乳糖誘導下合成的酶第14頁/共43頁組成

8、酶與誘導酶的區(qū)別：組成酶與誘導酶的區(qū)別：在細胞內(nèi)一直存在存在某種物質(zhì)的情況下才合成它的合成只受基因調(diào)控受基因調(diào)控和環(huán)境中誘導物調(diào)控基因 組成酶 (細胞內(nèi)一直存在)基因 + 誘導物 誘導酶第15頁/共43頁誘導酶細胞內(nèi)酶的種類增多基因水平調(diào)節(jié)，控制酶的合成間接、緩慢既保證代謝需要，又避免細胞內(nèi)物質(zhì)和能量浪費小結(jié)：小結(jié)：第16頁/共43頁（二）、微生物代謝的調(diào)節(jié)2.酶活性的調(diào)節(jié)第17頁/共43頁分析分析：（1 1）谷氨酸屬微生物的哪）谷氨酸屬微生物的哪類代謝產(chǎn)物？分布情況怎類代謝產(chǎn)物？分布情況怎樣？樣？（2 2）隨著反應的持續(xù)進行，）隨著反應的持續(xù)進行，細胞內(nèi)谷氨酸積累過多，細胞內(nèi)谷氨酸積累過多，

9、會有什么影響？會有什么影響？（3 3）反應中酶活性改變的）反應中酶活性改變的主要原因是什么？主要原因是什么？（4 4）與酶合成的調(diào)節(jié)相比，）與酶合成的調(diào)節(jié)相比，酶活性調(diào)節(jié)的特點是什么？酶活性調(diào)節(jié)的特點是什么？第18頁/共43頁第19頁/共43頁酶活性的調(diào)節(jié)酶活性調(diào)節(jié)酶活性調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)對象調(diào)節(jié)對象調(diào)節(jié)結(jié)果調(diào)節(jié)結(jié)果調(diào)節(jié)本質(zhì)調(diào)節(jié)本質(zhì)調(diào)節(jié)特點調(diào)節(jié)特點 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)意義意義所有酶（組成酶和誘導酶）酶活性的可逆性改變代謝水平調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)酶的活性快速、精細避免代謝產(chǎn)物積累過多葡萄糖中間產(chǎn)物a酮戊二酸谷氨酸谷氨酸脫氫酶NH+4抑制谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑第20頁/共43頁a.酶活性調(diào)節(jié)的對象是酶（組成酶和誘導酶）

10、的催化能力；調(diào)節(jié)的結(jié)果是酶量發(fā)生變化；b.酶活性調(diào)節(jié)的機制（本質(zhì)）通過酶與代謝過程產(chǎn)生物質(zhì)的可逆性結(jié)合進行調(diào)節(jié)；c.酶活性調(diào)節(jié)的特點：快速、精細；d.酶活性調(diào)節(jié)意義：避免代謝產(chǎn)物積累過多。小結(jié)：小結(jié)：第21頁/共43頁兩種調(diào)節(jié)方式的區(qū)別與聯(lián)系：兩種調(diào)節(jié)方式的區(qū)別與聯(lián)系：誘導酶所有酶（組成酶和誘導酶）細胞內(nèi)酶的種類增多酶活性的可逆性改變基因水平調(diào)節(jié)代謝水平調(diào)節(jié)間接、緩慢直接、快速、精細既保證代謝需要，又避免細胞內(nèi)物質(zhì)和能量浪費避免代謝產(chǎn)物積累過多細胞內(nèi)兩種方式同時存在，密切配合，高效、準確控制代謝的正常進行。第22頁/共43頁（三）微生物代謝的人工控制（三）微生物代謝的人工控制最大限度積累對人類

11、有用的代謝產(chǎn)物實例1：黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑 黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑過量思考：(1)怎樣才能抑制蘇氨酸的合成？(2)除此方法外,有無其他辦法使黃色短桿菌能不斷合成并積累賴氨酸？(3)怎樣選育出不能合成高絲氨酸脫氫酶的菌種？第23頁/共43頁實例2：谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑如何使細胞內(nèi)的谷氨酸不會抑制谷氨酸脫氫酶的活性？（細胞內(nèi)谷氨酸濃度下降）如何使細胞內(nèi)的谷氨酸濃度下降？（將細胞內(nèi)谷氨酸透出細胞）如何細胞內(nèi)谷氨酸通過細胞膜到達細胞外？（改變細胞膜的透性）第24頁/共43頁a. a. 誘變選育出的不能合成高絲氨酸脫氫酶誘變選育出的不能合成高絲氨酸脫氫酶的黃色短桿菌的黃色短桿菌b.

12、青霉素青霉素 20 g/ml 85000 g/ml 第25頁/共43頁概念：種類1.按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)來分2.按代謝產(chǎn)物來分3.據(jù)發(fā)酵過程對氧的需求情況來分（1.）固體發(fā)酵（2.）液體發(fā)酵（1.）抗生素發(fā)酵（2.）維生素發(fā)酵（3.）氨基酸發(fā)酵等（1.）厭氧發(fā)酵（2.）需氧發(fā)酵（四）發(fā)酵（四）發(fā)酵在生產(chǎn)實際中，人們將通過微生物的培養(yǎng)，大量生產(chǎn)各種代謝產(chǎn)物的過程叫做發(fā)酵。 第26頁/共43頁二、微生物的代謝二、微生物的代謝（一）微生物代謝的特點：（二）微生物的代謝產(chǎn)物：1.初級代謝產(chǎn)物：氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等2.次級代謝產(chǎn)物：抗生素、毒素、激素、色素（三）微生物代謝的調(diào)節(jié)：1.酶合成

13、調(diào)節(jié)：主要為酶合成的誘導2.酶活性調(diào)節(jié)：主要為酶活性的抑制（四）微生物代謝的人工控制：1.目的2.措施3.實例（五）發(fā)酵：1.概念2.種類第27頁/共43頁鞏固練習：鞏固練習： 2. 下列說法正確的是 ( ) A. 誘導酶一旦產(chǎn)生，其活性就將一直保持下去 B. 組成酶不是微生物細胞中一直存在的酶 C. 大腸桿菌分解葡萄糖的酶是誘導酶，分解乳糖 的酶是組成酶 D. 誘導酶的合成除取決于誘導物以外，還取決于 細胞所含的基因 D1. 對微生物代謝產(chǎn)物的敘述正確的是 ( ) A. 初級代謝產(chǎn)物的種類在不同微生物細胞中不同 B. 抗生素、維生素、激素是微生物生長到一定階段才產(chǎn)生 C. 次級代謝產(chǎn)物在細胞

14、內(nèi)、外都可能存在 D. 微生物的代謝產(chǎn)物是自身生長、繁殖所必需的C第28頁/共43頁3.微生物的次級代謝產(chǎn)物是-（ ） A.氨基酸、多糖、抗生素、脂類； B.核苷酸、多糖、脂類 、激素； C.抗生素、脂類、色素、毒素； D.抗生素、毒素、激素、色素 D4.下列不屬于次級代謝產(chǎn)物是-（ ） A.核苷酸 B.青霉素 C.激素 D.色素 A第29頁/共43頁5.下列說法不正確的是-（ ） A.初級代謝產(chǎn)物是微生物必需的物質(zhì) B.次級代謝產(chǎn)物并非是微生物必需的物質(zhì) C.次級代謝產(chǎn)物可在細胞的調(diào)節(jié)下產(chǎn)生 D. .初級代謝產(chǎn)物的合成無需代謝調(diào)節(jié)D6.以下不屬于發(fā)酵的是-（ ） A.利用青霉菌生產(chǎn)青霉素；

15、B.缺氧時人的組織細胞產(chǎn)生乳酸； C.利用酵母菌的無氧呼吸獲得酒精； D.利用乳酸菌制作泡菜；B第30頁/共43頁7.初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物的比較中正確的是 A.初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物合成的起始時間不同 B.初級代謝產(chǎn)物具有菌種特異性 C.次級代謝產(chǎn)物對微生物的生命活動有重要作用 D. .初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物不能同時合成8.關于微生物代謝的調(diào)節(jié)，正確的一項是 A.環(huán)境中存在某種物質(zhì)時，微生物才能合成分解此物質(zhì)的酶， 該酶一定是組成酶； B.某種代謝產(chǎn)物在細胞內(nèi)的積累，將直接導致形成此物質(zhì)的酶活性下降； C.只有改變微生物的遺傳特性，才能實現(xiàn)對微生物代謝的人工控制； D.一般情況下

16、，增大細胞膜的通透性，可解除代謝產(chǎn)物對酶活性的抑制；第31頁/共43頁酶酶9.右圖是黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑，請判斷該途徑的調(diào)節(jié)方式是-（ ）A. 酶合成的調(diào)節(jié)B. 酶活性的調(diào)節(jié)C. 既有酶合成的調(diào)節(jié)， 又有酶活性的調(diào)節(jié)D . 既有組成酶的合成調(diào)節(jié)，又有誘導酶的合成調(diào)節(jié)酶天冬氨酸中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物高絲氨酸脫氨酸高半高絲氨酸甲硫氨酸蘇氨酸、賴氨酸天冬氨酸激酶抑制活性抑制合成C第32頁/共43頁10.右圖是黃色短桿菌合成賴氨酸途徑示意圖，請據(jù)圖回答：（1）圖中黃色短桿菌利用合成賴氨酸、蘇氨酸和。 （2）當和都積累過量時，就會抑制天冬氨酸激酶的活性，該過程屬于調(diào)節(jié)。 （3）賴氨酸是人和動物的氨基酸，

17、利用黃色短桿菌大量生產(chǎn)賴氨酸就必須抑制形成。 （4）科學家對黃色短桿菌進行處理，選育出不能合成的菌種，提高了賴氨酸的產(chǎn)量。該過程屬于。 （5）黃色短桿菌合成的賴氨酸是代謝產(chǎn)物，它合成后存在的部位是在。天冬氨酸甲硫氨酸蘇氨酸賴氨酸酶活性必需蘇氨酸誘變高絲氨酸脫氫酶微生物代謝的人工控制初級細胞內(nèi)第33頁/共43頁11、據(jù)圖回答問題：(1)當終產(chǎn)物谷氨酸合成過量時往往會導致合成途徑中斷，原因是谷氨酸抑制了的活性，這屬于_調(diào)節(jié)。它 _級代謝產(chǎn)物，它合成后的存在部位是_(2)假設B酶只有細胞內(nèi)出現(xiàn)某種中間產(chǎn)物后才能合成，則B酶是一種_。A酶B酶谷氨酸脫氫酶酶活性誘導酶初細胞內(nèi)第34頁/共43頁方案一：對

18、谷氨酸棒狀桿菌進行誘變處理，利用選擇培養(yǎng)基，從中選育出不能合成谷氨酸脫氫酶的菌種；方案二：利用基因工程手段，對控制合成谷氨酸脫氫酶的基因進行改造，使其不能合成谷氨酸脫氫酶；A酶B酶(3) 假設人們想利用葡萄糖、谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)a酮戊二酸，請你利用現(xiàn)有的知識，設計一個大量積累a酮戊二酸的方案：第35頁/共43頁第36頁/共43頁氨基酸、核苷酸、多糖、維生素等抗生素、毒素、激素、色素均在微生物細胞的調(diào)節(jié)下，有步驟產(chǎn)生第37頁/共43頁環(huán)境中同時存在葡萄糖和乳糖時環(huán)境中無葡萄糖而有乳糖時葡萄糖酶大腸桿菌乳糖酶大腸桿菌乳糖酶大腸桿菌分解葡萄糖的酶是大腸桿菌細胞內(nèi)一直存在的酶分解乳糖的酶是在乳糖誘導下合成的酶第38頁/共43頁誘導酶細胞內(nèi)酶的種類增多基因水平調(diào)節(jié)，控制酶的合成間接、緩慢既保證代謝需要，又避免細胞內(nèi)物質(zhì)和能量浪費小結(jié)：小結(jié)：第39頁/共43頁3.微生物的次級代謝產(chǎn)物是-（ ） A.氨基酸、多糖、抗生素、脂類； B.核苷酸、多糖、脂類 、激素； C.抗生素、脂類、色素、毒素； D.抗生素、毒素、激素、色素 D4.下列不屬于次級代謝產(chǎn)物是-（ ） A.核苷酸 B.青霉素 C.激素 D.色素 A第40頁/