微生物營養(yǎng)與代謝

1、 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-1 第五章微生物營養(yǎng)與代謝本章提要: 微生物營養(yǎng)是微生物將攝自外界環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為其細(xì)胞的組分和結(jié)構(gòu), 并在此過程中獲得生命活動所須能量的過程。這些獲自外界環(huán)境，可為細(xì)胞提供組分結(jié)構(gòu)、能量、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和良好生理環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)(在光能營養(yǎng)微生物中，還包括日光能)稱為營養(yǎng)物質(zhì)。微生物營養(yǎng)中有碳源、能源、氮源、無機(jī)鹽、生長因子以及水6大要素物質(zhì)。根據(jù)能源、氫供體與碳源的來源不同，微生物營養(yǎng)類型可分為四大類型：光能自養(yǎng)(光能無機(jī)營養(yǎng))型、光能異養(yǎng)(光能有機(jī)營養(yǎng))型、化學(xué)自養(yǎng)(化能無機(jī)營養(yǎng))型以及化學(xué)異養(yǎng)(化能有機(jī)營養(yǎng))型。物質(zhì)進(jìn)出微生物細(xì)胞的方式主

2、要有4種：單純擴(kuò)散、易化擴(kuò)散、主動轉(zhuǎn)運(yùn)與基團(tuán)轉(zhuǎn)位。為人工培養(yǎng)微生物制備的、提供微生物以適合營養(yǎng)條件的基質(zhì)稱為培養(yǎng)基。培養(yǎng)基的種類雖然繁多，但制備培養(yǎng)基必須遵循“有的放矢、營養(yǎng)協(xié)調(diào)、條件適宜、經(jīng)濟(jì)節(jié)約”的16字基本原則。根據(jù)所培養(yǎng)微生物的類群和營養(yǎng)類型，對培養(yǎng)基組分和化學(xué)成分的了解程度，制備好的培養(yǎng)基的物理狀態(tài)以及培養(yǎng)基的功能可以分為許多名稱和用途各異的培養(yǎng)基。微生物研究中要采用純培養(yǎng)。微生物培養(yǎng)方式根據(jù)是否需要供氧分為好氧培養(yǎng)和厭氧培養(yǎng)，根據(jù)培養(yǎng)介質(zhì)的狀態(tài)分為固體培養(yǎng)和液體培養(yǎng)，根據(jù)培養(yǎng)介質(zhì)供給方式分為分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)，根據(jù)培養(yǎng)細(xì)胞的生理生化狀態(tài)是否處于同一階段分為同步培養(yǎng)和非同步培養(yǎng),測定

3、微生物群體生長的方法主要有細(xì)胞計數(shù)法、稱重法和代謝產(chǎn)物分析法等。 微生物代謝的顯著特點(diǎn)是旺盛、多樣化及其嚴(yán)格的調(diào)節(jié)和靈活性。 微生物有著多樣化的能量代謝。化能異養(yǎng)微生物在有氧或無氧條件下以有機(jī)物為生物氧化基質(zhì)，以氧或其自身內(nèi)部的有機(jī)物為末端氫(電子)受體，通過有氧呼吸或厭氧發(fā)酵產(chǎn)能。就產(chǎn)能效率來說，呼吸要比發(fā)酵高得多；可就途徑和產(chǎn)物而言，發(fā)酵要比呼吸豐富得多。無氧呼吸是在厭氧條件下以外源無機(jī)氧化物或有機(jī)氧化物(較為罕見)為末端氫(電子)受體時發(fā)生的一類產(chǎn)能效率低的呼吸。光能微生物以光為能源，利用C02(光能自養(yǎng))或有機(jī)碳化合物(光能異養(yǎng))通過光合磷酸化產(chǎn)能。光合細(xì)菌有3類光合作用，它們分別是依

4、靠菌綠素、葉綠素或菌視紫紅質(zhì)的光合作用?；茏责B(yǎng)微生物以C02作為主要或唯一碳源，從還原態(tài)無機(jī)物的生物氧化過程中取得合成其細(xì)胞物質(zhì)所需的能量與還原力?；茏责B(yǎng)細(xì)菌的產(chǎn)能效率、生長速率和細(xì)胞得率均很低。自養(yǎng)細(xì)菌將生物氧化過程中取得的能量主要用于C02固定，有3條主要的固定C02途徑：Calvin循環(huán)、還原性三羧酸循環(huán)途徑和乙酰CoA途徑。微生物具有一些獨(dú)特的合成代謝，如固氮作用、肽聚糖合成等。微生物有兩種主要的代謝調(diào)節(jié)方式：酶合成的調(diào)節(jié)和酶活力的調(diào)節(jié)。 本章重點(diǎn)和難點(diǎn)： 微生物營養(yǎng)類型，微生物的產(chǎn)能方式和微生物特有的合成代謝（生物固氮、肽聚糖合成、次生代謝產(chǎn)物）5.1 微生物的營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型

5、微生物細(xì)胞由多種類型化學(xué)物質(zhì)組成。其中最主要的是蛋白質(zhì)、核酸、多糖和脂質(zhì)這四類生物大分子，它們要占到細(xì)胞干重的96。其余就是組成它們的單體以及無機(jī)鹽等。水也是微生物細(xì)胞的重要組成成分，通常微生物細(xì)胞的70是水。此外，還有有機(jī)酸、維生素、激素等有機(jī)化合物。這些形形色色的化學(xué)物質(zhì)均由碳、氫、氧、氮、磷、硫以及其他為數(shù)不多的化學(xué)元素構(gòu)成。 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-2 這些化學(xué)元素都來自于胞外環(huán)境。微生物細(xì)胞利用含這些化學(xué)元素的物質(zhì)制造其細(xì)胞物質(zhì)和組分，并進(jìn)一步將它們組織成為微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。       細(xì)胞從外界環(huán)境中攝

6、取化學(xué)物質(zhì)，使其在生長過程中獲取生命活動所需的能量及其結(jié)構(gòu)物質(zhì)的生理過程稱為營養(yǎng)或營養(yǎng)作用(nutrition)。外界環(huán)境中可為細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)組分、能量、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和良好生理環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)稱為營養(yǎng)物質(zhì)或養(yǎng)料(nutrient)。營養(yǎng)物質(zhì)及其功能從元素成分看，需要最多的是：C、H、O、N、P、K、Ga、Mg、S、Fe等10種，且C、H、O、N、S、P還是碳水化合物、脂類、蛋白質(zhì)和核酸的成分。1.碳源：凡能共給微生物碳素營養(yǎng)的物質(zhì)稱為碳源。碳素的主要作用是組成菌體細(xì)胞物質(zhì)和共給微生物生長發(fā)育所需的能量。碳源分無機(jī)（CO2及碳酸鹽）和有機(jī)碳源（糖類、有機(jī)酸類、油脂及烴類） 。實驗室培養(yǎng)微生物常用的碳

7、源主要有：葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、甘油和一些有機(jī)酸等。(微生物對碳源的需要是極其廣泛的，從簡單的無機(jī)鹽化合物到復(fù)雜的天然有機(jī)含碳化合物都能利用，但不同的微生物對碳源的需要是不同的，有的利用相當(dāng)廣泛（如假單胞桿菌屬的某些細(xì)菌，能利用90種以上的碳源），而有的范圍較窄（如甲烷氧化菌只能利用甲烷和甲醇，某些纖維素分解菌只能利用纖維素等）。總之，除培養(yǎng)自養(yǎng)微生物外，一般均用有機(jī)碳源。)(碳源:凡可構(gòu)成微生物細(xì)胞碳水化合物中碳架營養(yǎng)物質(zhì)稱之。 碳素作用:構(gòu)成微生物細(xì)胞物質(zhì);供給微生物生長發(fā)育所需能量。 大多數(shù)微生物是以有機(jī)碳化合物作為碳源和能源,例如糖類、有機(jī)物、脂肪、烴類等。其中糖類如葡萄糖、蔗糖是

8、最好碳源,也有少數(shù)種類利用二氧化碳作為碳源。且大多數(shù)微生物的碳源能源為一致的,但是以二氧化碳作為碳源的微生物同時還需要日光或其他無機(jī)物的氧化來獲取能量,所以利用二氧化碳的微生物碳源和能源為分別不同物質(zhì)。) 2.氮源:構(gòu)成微生物細(xì)胞物質(zhì)代謝產(chǎn)物中氮素來源營養(yǎng)物質(zhì)稱之。 氮素作用: 是蛋白質(zhì)基本成分, 一般不提供能量。 但硝化細(xì)菌能利用銨鹽, 硝酸鹽作為碳源。梭菌對糖利用不活躍, 需要氨基酸作唯一能源。從分子態(tài)氮到復(fù)雜的含氮化合物都能為不同的微生物所利用。 微生物利用氮源途徑:          &

9、#160;          N2 固氮酶 (N2)固氮微生物 NH4N 蛋白質(zhì) 大多數(shù)微生物可利用無機(jī)氮化合物: 銨鹽, 硝酸鹽, 但利用的較多的是NH4-N, 利用NO3-N則要適當(dāng)?shù)臐舛? 高濃度易產(chǎn)生毒害, NO3-N要轉(zhuǎn)化成NH4-N才轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)。 原生營養(yǎng): 凡是以葡萄糖或其他有機(jī)化合物為唯一碳源和能源,以無機(jī)化合物為唯一氮源,能夠滿足碳、氮營養(yǎng)需要的化能有機(jī)營養(yǎng)微生物,統(tǒng)稱為原生營養(yǎng)型。如果這種條件不能滿足營養(yǎng)需要,則為缺陷營養(yǎng)(營養(yǎng)缺陷型): 某些微生物由于合成能力發(fā)生障礙, 所以在微生

10、物培養(yǎng)時要添加某種或某幾種氨基酸或堿基等有機(jī)化合物才能生長。 3.礦質(zhì)元素(無機(jī)鹽類礦質(zhì)營養(yǎng))(無機(jī)鹽類只占3-10%,在無機(jī)鹽類中P占去50%)礦質(zhì)元素也是微生物生命活動所不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì)，可分為兩大類，即大量元素(P、K、Mg、Ga、S、Na等)和微量元素(Fe、B、Cu、Zn、Mo、Co)。其主要功能是：細(xì)胞的組成成分; 酶的組成成分維持酶的活性; 調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓、pH、Eh; 某些礦質(zhì)元素作為自養(yǎng)的能源。 4.生長素（生長輔助物質(zhì)亦叫生長因子）是微生物生長代謝所必需的, 但微生物本身又不能合成的微量的特殊營養(yǎng)物。如培養(yǎng)一些微生物雖供給水、碳源、氮源和無機(jī)鹽但仍不能生長, 必須加一定量

11、的動植物汁液(如馬玲薯汁.酵母粉成動物肝臟浸出汁才能生長或生長良好)。生長素根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)及代謝功能分: Vitamin(E):是輔酶的組成結(jié)構(gòu); Amino acid:供給微生物必需的本身又不能合成的某些氨氨基酸,如缺陷型微生物 堿基(嘧啶、嘌呤):構(gòu)成核酸和輔酶 末知成分 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-3 微生物對生長素需要情況分三類情況:自養(yǎng)微生物不需外源供應(yīng); 需部分供給或部分供給生長素的前體才能生長; 要供給多種生長因素才能生長(常需要供給植物汁液、動物煮汁才能生長)。 5.H2O:各類微生物都含有大量水分, 占90%左右。其中細(xì)菌含水量為鮮重7585%, 酵母菌7085%

12、,霉菌8590%, 芽孢45%, 霉菌孢子38%。一般說低等微生物含水量大于高等微生物,幼令菌含水量大于老令菌。 作用：微生物機(jī)體重要組成; 直接參加各種代謝反應(yīng); 是微生物代謝反應(yīng)的中間介質(zhì);調(diào)節(jié)微生物細(xì)胞溫度(水比熱大有利吸熱,散熱);水維持細(xì)胞膨壓。 微生物的營養(yǎng)類型根據(jù)微生物所需要的能源和碳源的不同，可將微生物的營養(yǎng)類型分為四大類： 1. 光能無機(jī)營養(yǎng)型(或稱光能自養(yǎng)型)這類微生物是利用光作為生活所需要的能源，以CO2作為唯一或主要碳源，以無機(jī)物作為供氫體來還原CO2合成細(xì)胞的有機(jī)物質(zhì)。如藻類和少數(shù)細(xì)菌(紅硫細(xì)菌、綠硫細(xì)菌)，它們都含光和色素(葉綠素或細(xì)菌葉綠素、類胡蘿卜素和藻膽素)，

13、可以在完全無機(jī)的環(huán)境中生長，所以稱光能無機(jī)營養(yǎng)型。但應(yīng)注意，三大色素中，葉綠素或細(xì)菌葉綠素是主要的光合色素，而類胡蘿卜素和藻膽素因不能單獨(dú)進(jìn)行光合作用而稱為輔助色素，其主要功能是捕獲光能轉(zhuǎn)移到光反應(yīng)中心，并保護(hù)膜系統(tǒng)免遭光氧化的破壞。光 能 CO2 + H2O CH2O + O2 葉綠素 光 能 CO2 + 2 H2S CH2O + 2S + H2O 細(xì)胞葉綠素 光 能 CO2 + 2 H2A CH2O + H2O + 2A 光合色素 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-4 2.光能有機(jī)營養(yǎng)型(光能異養(yǎng)型)這類微生物利用光作為能源，利用簡單有機(jī)物作為供氫體以還原CO2合成細(xì)胞有機(jī)物質(zhì)。如

14、紅螺細(xì)菌： CH3 光 能 CHOH+CO2 2CH3COCH3+CH2O+H2O CH3 光合色素 (異丙醇) (丙酮)2. 化能無機(jī)營養(yǎng)型(化能自養(yǎng)型)能從無機(jī)物氧化過程中獲得能量，并以CO2作為唯一或主要碳源進(jìn)行生長的微生物。如鐵細(xì)菌、亞消化細(xì)菌、消化細(xì)菌和硫細(xì)菌。 Fe+2 Fe+3 + e +能量 2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O+能量 2HNO2 + O2 2HNO3 + 能量 2S + 3O2 + H2O 2H2SO4 + 能量 能 量 CO2 + 4H CH2O + H2O3. 化能有機(jī)營養(yǎng)型(化能異養(yǎng)型)這是一類以有機(jī)物為能源和碳源的微生物，包含的種類最多。就已

15、知的微生物中絕大多數(shù)細(xì)菌、全部真菌、原生動物及病毒都屬于這一營養(yǎng)類型。5.1.3 培養(yǎng)基1. 培養(yǎng)基的配制原則根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基。培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物, 培養(yǎng)基所有成分, 應(yīng)完全是簡單的無機(jī)物; 培養(yǎng)異養(yǎng)型微生物, 培養(yǎng)基應(yīng)有1種有機(jī)物; 對營養(yǎng)缺陷型微生物, 要加所需的生長素或氨基酸或堿基等有機(jī)化合物; 若要分離培養(yǎng)某種特異的微生物要根據(jù)特殊要求配制培養(yǎng)基。 注意營養(yǎng)物質(zhì)的濃度比和C/N比。如: 糖分含量要適合, 微生物生長才能良好, 糖分過多則抑制微生物生長。一般微生物適應(yīng)C/N是25:1( C/N:一般指元素C/N的比值, 也指培養(yǎng)基中還原糖的含量與粗蛋白質(zhì)含量的比值)

16、。調(diào)節(jié)適宜的pH值 大多數(shù)細(xì)菌.放線菌的pH值為中性至微堿性pH 77.5; 酵母, 霉菌則偏酸性pH 4.56.0。微生物在培養(yǎng)過程中會引起pH變化, 為了保持培養(yǎng)基中有恒定的pH值, 要加入一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽。根據(jù)培養(yǎng)微生物的目的決定成分的量。如培養(yǎng)目的的量為了得到大量的菌體, 氮源要高, 有利于菌體蛋白質(zhì)合成。培養(yǎng)基配制以后要滅菌以后才能應(yīng)用。2.培養(yǎng)基的類型及其應(yīng)用化學(xué)組成 根據(jù)培養(yǎng)基組成物質(zhì)的化學(xué)成分是否完全了解，可將培養(yǎng)基分為合成培養(yǎng)基和天然培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基：用化學(xué)成分已知的營養(yǎng)物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基。 天然培養(yǎng)基：用化學(xué)成分未知或不完全知道其化學(xué)成分的有機(jī)物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)

17、基。半合成)培養(yǎng)基:由成分已知的物質(zhì)和成分未知的天然物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基,如PDA培養(yǎng)基,馬玲薯的化學(xué)成分還未完全了解,還有化學(xué)成分不穩(wěn)定,因馬玲薯成分不可以恒定,葡萄糖成分則是完全知道的。 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-5 物理狀態(tài) 根據(jù)培養(yǎng)基制成后的物理狀態(tài)的不同，可分為：液體、固體和半固體培養(yǎng)基。液體培養(yǎng)基: 配制后不加任何凝固劑。固體培養(yǎng)基: 是在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑(1.5%2.0%的瓊脂)而制成的培養(yǎng)基。半固體培養(yǎng)基: 是在液體培養(yǎng)基中加入0.2%0.7%的瓊脂配制而成。特定用途 按特定用途，可將培養(yǎng)基分為基礎(chǔ)、加富、選擇和鑒別培養(yǎng)基。 加富培養(yǎng)基: 加入血、血清或動

18、植物提取液用以培養(yǎng)對營養(yǎng)要求苛刻的異養(yǎng)微生物。 選擇性培養(yǎng)基: 根據(jù)不同的微生物對營養(yǎng)的特殊要求, 或?qū)ξ锢砘瘜W(xué)條件的抗性而設(shè)計的培養(yǎng)基, 利用這一類培養(yǎng)基可以把需要微生物從混雜的其他微生物分離和確定。 鑒別培養(yǎng)基: 是在培養(yǎng)基中加入某種試劑或化學(xué)藥品, 使培養(yǎng)菌產(chǎn)生某種變化, 從而區(qū)別不同的微生物的生長。如加入剛果紅培養(yǎng)根瘤菌, 根瘤菌不著色, 以區(qū)別染上紅色的其他細(xì)菌, 以鑒別不同微生物。產(chǎn)氣試驗培養(yǎng)基(加進(jìn)不同種類糖, 可看到微生物產(chǎn)氣, 并檢驗)。Virus到目前還不能人工培養(yǎng), 只能將之培養(yǎng)于動植物體內(nèi), 或雞蛋胚內(nèi)。 5.2 微生物的能量代謝細(xì)胞中的氧化還原反應(yīng)與能量產(chǎn)生 AH2

19、2H+ + 2e + A (氧化) B + 2H+ + 2e BH2 (還原) AH2 + B A + BH2 (氧化還原) 2H+ + 2e- H2 E0/ = -421mV 1/2O2 + 2H+ + 2e- H2O E0/ = +816mV 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-6 5.2.2 高能化合物和ATP的合成 1.細(xì)胞中的高能化合物2.細(xì)胞合成ATP的途徑 底物水平磷酸化這種磷酸化的特點(diǎn)即在底物氧化過程中生成含高能磷酸鍵的化合物，通過相應(yīng)酶的作用將此高能磷酸根轉(zhuǎn)移給ADP生成ATP。 X P + ADP X + ATP 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-7 氧化磷酸

20、化通過呼吸鏈產(chǎn)生ATP的過程稱為電子傳遞水平磷酸化或氧化磷酸化。 這種磷酸化的 特點(diǎn)是當(dāng)由物質(zhì)氧化產(chǎn)生的質(zhì)子和電子向最終電子受體轉(zhuǎn)移時需經(jīng)過一系列的氫和電子傳遞體，每個 傳遞體都是一個氧化還原系統(tǒng)。這一系列的氫和電子傳遞體在不同生物中大同小異，構(gòu)成一條鏈，稱其為呼吸鏈。流動的電子通過呼吸鏈時逐步釋放出能量，該能量可使ADP生成ATP。光合磷酸化光合磷酸化是將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過程。在這種轉(zhuǎn)化過程中光合色素起著重要作用。微生物中藍(lán)細(xì)菌、光合細(xì)菌以及嗜鹽細(xì)菌的光合色素的光合磷酸化特點(diǎn)均有所不同。 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-8 5.2.3 微生物細(xì)胞中能量的釋放和利用1.發(fā)酵作用 指

21、不需氧的產(chǎn)能代謝,指電子供體和電子受體都是有機(jī)化合物的氧化作用。反過來說,在發(fā)酵過程中,有機(jī)物既是被氧化的基質(zhì),而電子受體是基質(zhì)未被徹底氧化的產(chǎn)物(也是有機(jī)物),由于基質(zhì)氧化不徹底,產(chǎn)生能量比較少。 各種微生物都能進(jìn)行發(fā)酵作用,好氣性微生物進(jìn)行有氧呼吸過程中也需經(jīng)過發(fā)酵階段,但是,好氣性微生物在有氧條件下進(jìn)行發(fā)酵,糖的利用要比無氧時為慢,這種呼吸抑制發(fā)酵現(xiàn)象叫巴斯德效應(yīng)。 巴斯德效應(yīng)在有氧條件下,Alcohol發(fā)酵和糖酵解受到抑制現(xiàn)象。 (德國巴斯德首先發(fā)現(xiàn),故名)2.有氧呼吸 好氣性微生物在有氧環(huán)境中生長所進(jìn)行有氧呼吸,和兼性厭氣性微生物在有氧環(huán)境中生長所進(jìn)行的有氧呼吸。3.無氧呼吸 指以無

22、機(jī)氧化物如NO-3 NO2- SO42- S2O32-或CO2 代替分子氧作為最終電子受體的氧化作用； 能進(jìn)行無氧呼吸的微生物叫厭氣性微生物,在無氧呼吸過程中底物可被徹底氧化:    A.大部分經(jīng)Cyt色素等中間電子傳遞體,并伴隨有磷酸化作用,形成ATP；    B.部分能量隨著電子轉(zhuǎn)移至最終電子受體無機(jī)氧化物中,故產(chǎn)能量不如有氧呼吸作用多 C6H12O6+12NO36H2O+6CO2+12NO2 在無氧呼吸中,以NO-3為最終電子受體,生成N2或NO2叫硝酸還原作用； 在無氧呼吸中,以SO4為最終電子受體,叫硫酸還原作用 ； 以二氧化碳作為最終電子受體

23、的無氧呼吸作用,如果最終生成甲烷(沼氣)又稱甲烷發(fā)酵作用。能進(jìn)行甲烷發(fā)酵的細(xì)菌叫甲烷菌,都屬于高度厭氣菌。4.ATP的作用 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-9 5.3 微生物的分解代謝復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)，通過一系列分解代謝酶系的催化，產(chǎn)生能量(ATP)和小分子物質(zhì)的過程稱為分解代謝。5.3.1 己糖的分解糖酵解途徑和三羧酸循環(huán) 葡萄糖在有氧條件下的分解過程主要經(jīng)過4個階段：糖酵解 生成乙酰輔酶A 三羧酸循環(huán) 進(jìn)入呼吸鏈產(chǎn)能。 1. 糖酵解的EM途徑是指在不需要氧的條件下一分子葡萄糖經(jīng)轉(zhuǎn)化成1，6-二磷酸果糖后，在醛縮酶催化下，裂解并由此生成2分子丙酮酸的過程。 2.乙酰輔酶A的生成丙酮酸脫

24、氫酶系CH3COCOOH + CoASH + NAD+ CH3COScoA + H+ +CO2 ( 丙酮酸 ) ( 輔酶A ) ( 乙酰輔酶A ) (丙酮酸脫氫酶、二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰基酶、二氫硫辛酸脫氫酶)3.三羧酸循環(huán)(TCA循環(huán))此循環(huán)是從乙酰輔酶A與草酰乙酸綜合形成檸檬酸開始的，它是葡萄糖降解成丙酮酸后進(jìn)一步徹底氧化的過程。 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-10 4.進(jìn)入呼吸鏈產(chǎn)能在此步驟中，三羧酸循環(huán)中生成的NADH和FADH2進(jìn)入呼吸鏈，將H+ 和電子交給O2生成水并生成能量 。經(jīng)過以上四個階段后，在理想條件下，1分子葡萄糖被徹底氧化為H2O和CO2，可共計產(chǎn)生38個ATP。

25、(EM途徑產(chǎn)生8個、生成乙酰輔酶A時產(chǎn)生6個、TCA循環(huán)共產(chǎn)生24個ATP)。5.3.2 丙酮酸代謝的多樣性 5.4 微生物的合成代謝微生物的合成代謝(也稱同化作用)是指從簡單的小分子物質(zhì)合成復(fù)雜的大分子物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、核酸、多糖和脂類等化合物)的過程。 合成作用必需具備三要素：小分子前體物質(zhì)、能量和還原力。而這三要素主要從分解代謝(異化作用)中獲得。5.4.1 無機(jī)養(yǎng)料的同化1.二氧化碳的同化 CO2是自養(yǎng)微生物的唯一碳源。異養(yǎng)微生物也能利用CO2作為補(bǔ)嘗的碳源。 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-11 將空氣中的CO2同化成為細(xì)胞有機(jī)物的過程稱為CO2的同化。(CO2的固定)自養(yǎng)微

26、生物對CO2的固定：總反應(yīng)如下 ATP6CO2+12NADPH C6H12O6 + 12NADP+ 酶 異養(yǎng)微生物對CO2的固定 2.硝酸鹽的同化還原NO3-+ NADPH + H+ NO2- + H2O + NADP+ NO2- NH2OH NH3 NADPH+H+ NADP+ NADPH+H+ NADP+ 3.分子態(tài)氮的同化固氮酶 是氮?dú)膺€原的生物催化劑。其分子量很大，一般都含有2種蛋白組分：鉬鐵蛋白和鐵蛋白。前者由4個亞單位組成，分子量200-240KDa，含2個Mo原子，30±2Fe原子，還含有大致相等的不穩(wěn)定的S原子；后者由2 個亞單位組成，分子量57-72KDa,4個Fe

27、原子和4個不穩(wěn)定的S原子。 作用的條件：兩組分結(jié)合后才起固氮作用；能量問題以及電子供體和載體；氧的影響；氨的阻抑效應(yīng)問題。氮分子的還原過程 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-12 氮分子的還原需要?dú)浜碗娮?，其來源因不同固氮微生物而異。如厭氧的巴氏梭菌靠丙酮酸裂解；光合?xì)菌通過光合磷酸化獲得電子；好氧的固氮菌則是通過TCA循環(huán)等來獲得；在共生的根瘤類菌體中，有大量貯藏物質(zhì)-聚-羥基丁酸，它能為固氮作用提供電子。4.硫酸鹽的同化還原ATP + SO4 腺苷磷酸硫酸酐 + PPi ATP +腺苷磷酸硫酸酐 磷酸腺苷磷酸硫酸 + ADP NADPH+H+ NADP+ NADH+H+ NAD+

28、磷酸腺苷磷酸硫酸 磷酸腺苷磷酸 + SO3- H2S + H2O大分子前體物質(zhì)的合成 D EA B C F GH前體： 是指能被代謝成某種終點(diǎn)產(chǎn)物的任何化合物，可以是在細(xì)胞內(nèi)生成的(如上代謝途徑中的C點(diǎn))，也可以是由外界供給的。1.碳水化合物的合成 自養(yǎng)微生物所需的碳水化合物是CO2經(jīng)卡爾文氏循環(huán)而合成；大多數(shù)化能異養(yǎng)微生物利用葡萄糖等碳水化合物作為能源和形成氨基酸等簡單化合物的骨架。作為前體分子，細(xì)胞中最重要的是六碳糖(葡萄糖)和五碳糖(核糖和脫氧核糖)。2.氨基酸的合成 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-13 3.核苷酸的生物合成 核苷酸是核酸(DNA和RNA)的建筑塊，也是一些輔

29、酶的組分，如NAD、FAD和輔酶A，還是糖原等大分子生物合成中活化的中間物。核苷酸的結(jié)構(gòu)在前已作介紹，其合成很復(fù)雜，在此不作闡述。5.4.3 細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分大分子物質(zhì)的合成1.多糖的生物合成 UDP葡糖焦磷酸化酶 UTP + G-1-P UDPG + PPi(尿苷-3-磷酸) (葡萄糖-1-磷酸) (尿苷二磷酸葡萄糖) 轉(zhuǎn)葡糖基酶 UDPG + (葡萄糖)n (葡萄糖)n+1 + UDP2.肽聚糖的合成和細(xì)胞壁的增長 第五章微生物營養(yǎng)與代謝 微生物學(xué)教案 5-14 微生物合成的次生代謝產(chǎn)物(初生代謝是一類普遍存在于一切生物中的代謝。這是一類與生物生存有關(guān)的、涉及到產(chǎn)能和耗能的代謝類型。而次生代謝是指微生物合成一些對微生物本身的生命活動沒有明確功能的物質(zhì)的過程。這一過程的產(chǎn)物即是次生代謝產(chǎn)物,它們可能具有重要生態(tài)學(xué)意義。 次生代謝產(chǎn)物的化學(xué)組成多種多樣?？梢允翘擒疹悺⒍嚯念?、萜烯類、芳香類等化合物。它們的合成途徑也復(fù)雜，但前體一般是來自初生代謝，常常與初生代謝中的糖代謝、脂肪代謝、氨基酸代謝以及三竣酸循環(huán)等各途徑的中間產(chǎn)物有關(guān)。它們常在菌體旺盛生長后期(一般是穩(wěn)定生長期)合成，并能在菌體內(nèi)或環(huán)境中積累。這些物質(zhì)的合成受環(huán)境條件影響較