chap微生物的新陳代謝學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1chap微生物的新陳代謝微生物的新陳代謝第一頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。代謝（代謝（metabolism）：）：細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱代謝代謝分解代謝分解代謝(catabolism)合成代謝合成代謝(anabolism)復(fù)雜分子復(fù)雜分子（有機(jī)物）（有機(jī)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ATPH第1頁/共73頁第二頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第2頁/共73頁第三頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。生物氧化的生物氧化的形式形式：某物質(zhì)與氧結(jié)合、脫氫或脫電子三種：某物質(zhì)與氧結(jié)合、脫氫或脫電子三種生物氧化的生物氧化的功能功能為：為

2、：產(chǎn)能（產(chǎn)能（ATP）、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)小分子中間代謝物自養(yǎng)微生物利用自養(yǎng)微生物利用無機(jī)物無機(jī)物異養(yǎng)微生物利用異養(yǎng)微生物利用有機(jī)物有機(jī)物生物生物氧化氧化能量能量微生物直接利用微生物直接利用儲(chǔ)存在高能化合物（如儲(chǔ)存在高能化合物（如ATP）中）中以熱的形式被釋放到環(huán)境中以熱的形式被釋放到環(huán)境中第3頁/共73頁第四頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第4頁/共73頁第五頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第5頁/共73頁第六頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第6頁/共73頁第七頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。分為兩個(gè)階段：1、3個(gè)分子6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖

3、脫氫酶和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶等催化下經(jīng)氧化脫羧生成6個(gè)分子NADPH+HNADPH+H+ +，3個(gè)分子CO2CO2和3個(gè)分子5-磷酸核酮糖2、5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖在轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶催化下使部分碳鏈進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，經(jīng)三碳、四碳、七碳和磷酸酯等，最終生成2分子6-磷酸果糖和1分子3-磷酸甘油醛。HMP 途徑（磷酸戊糖途徑、旁路途徑）第7頁/共73頁第八頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第8頁/共73頁第九頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第9頁/共73頁第十頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。過程： （4步反應(yīng)） 1 葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖 6-磷酸-葡糖酸 KDPG6-磷酸-葡萄糖-脫水酶3-磷

4、酸-甘油醛 + 丙酮酸KDPG醛縮酶醛縮酶特點(diǎn): a、步驟簡單 b、產(chǎn)能效率低：1 ATP c、關(guān)鍵中間產(chǎn)物 KDPG，特征酶：KDPG醛縮酶 細(xì)菌：銅綠、熒光假單胞菌,根瘤菌,固氮菌,農(nóng)桿菌,運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌等。第10頁/共73頁第十一頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第11頁/共73頁第十二頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第12頁/共73頁第十三頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第13頁/共73頁第十四頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第14頁/共73頁第十五頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第15頁/共73頁第十六頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第16頁/共73頁第十七頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六

5、分。第17頁/共73頁第十八頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。2、發(fā)酵類型1） 乙醇發(fā)酵 a、酵母型乙醇發(fā)酵 1 G 2丙酮酸 2 乙醛 + CO2 2 乙醇 + 2 ATP 條件：pH 3.54.5 , 厭氧菌種：釀酒酵母、少數(shù)細(xì)菌（胃八疊球菌、解淀粉歐文氏菌等） （EMP）發(fā)酵是厭氧微生物在生長過程中獲得能量的一種主要發(fā)酵是厭氧微生物在生長過程中獲得能量的一種主要方式。糖酵解作用是各種發(fā)酵的基礎(chǔ)，而發(fā)酵是糖酵方式。糖酵解作用是各種發(fā)酵的基礎(chǔ)，而發(fā)酵是糖酵解過程的發(fā)展。解過程的發(fā)展。第18頁/共73頁第十九頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。（ED）乙醇乙醇 + 1ATP 異型酒精發(fā)酵(乳酸菌、腸

6、道菌和一些嗜熱細(xì)菌） 1 G 2 丙酮酸（丙酮酸甲酸解酶）（丙酮酸甲酸解酶）乙醛 乙醇乙醇甲酸甲酸 + 乙酰- CoA無丙酮酸脫羧酶而有乙醛脫氫酶第19頁/共73頁第二十頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。 2）乳酸發(fā)酵乳酸發(fā)酵 （德氏乳桿菌、植物乳桿菌、腸膜明串株菌雙歧雙歧桿菌等） EMP途徑（丙酮酸 乳酸） 第20頁/共73頁第二十一頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。3)混合酸、丁二醇發(fā)酵a 混合酸發(fā)酵： 腸道菌（、沙氏菌、志賀氏菌等）1 G丙酮酸乳酸乳酸乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 乙酰-CoA +甲酸甲酸丙酮酸甲酸解酶丙酮酸甲酸解酶草酰乙酸丙酸丙酸PEP羧化酶羧化酶磷酸轉(zhuǎn)乙酰基酶磷酸轉(zhuǎn)乙?；敢胰┟?/p>

7、氫酶乙醛脫氫酶乙酸激酶乙酸激酶乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶乙酸乙酸乙醇乙醇與志賀氏菌的區(qū)別：葡萄糖發(fā)酵試驗(yàn)： 、產(chǎn)氣腸桿菌 甲酸 CO2 + H2 （甲酸氫解酶甲酸氫解酶、H+） 志賀氏菌無此酶，故發(fā)酵G 不產(chǎn)氣。CO2 + H2 第21頁/共73頁第二十二頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。b b 丁二醇發(fā)酵（丁二醇發(fā)酵（2 2，3-3-丁二醇發(fā)酵）丁二醇發(fā)酵） 腸桿菌、沙雷氏菌、歐文氏菌等丙酮酸乙酰乳酸3-羥基丁酮乙二酰紅色物質(zhì)（乙酰乳酸脫氫酶）（乙酰乳酸脫氫酶）（OHOH- -、O O2 2）中性丁二醇丁二醇精氨酸胍基其中兩個(gè)重要的鑒定反應(yīng)： 1 、VP實(shí)驗(yàn) 2、甲基紅（）反應(yīng)(可檢驗(yàn)酸的存在)產(chǎn)氣

8、腸桿菌： V.P.試驗(yàn)（+），甲基紅（-） ： V.P.試驗(yàn)（-），甲基紅（+）V.P.試驗(yàn)的原理：第22頁/共73頁第二十三頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第23頁/共73頁第二十四頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。一、細(xì)菌的光合作用 真核生物：藻類及其他綠色植物 產(chǎn)氧 原核生物：藍(lán)細(xì)菌光能營養(yǎng)型生物 不產(chǎn)氧 （僅原核生物有）：光合細(xì)菌1、光合細(xì)菌類群1）產(chǎn)氧光合細(xì)菌好氧菌 各種綠色植物、藻類 藍(lán)細(xì)菌：專性光能自養(yǎng)。含有葉綠素a (H2S環(huán)境中，只利用光合系統(tǒng) I 進(jìn)行不產(chǎn)氧作用)。 第24頁/共73頁第二十五頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。2）不產(chǎn)氧光合細(xì)菌a、紫色細(xì)菌 只含菌綠素a 或 b

9、。紫硫細(xì)菌（著色菌科）（紫硫細(xì)菌（著色菌科）（舊稱紅硫菌科）含紫色類胡蘿卜素，菌體較大。氫供體：H2S、H2 或 有機(jī)物。 H2S S SO42- ； 少數(shù)暗環(huán)境以S2O32-作為電子供體。氧化鐵紫硫細(xì)菌（氧化鐵紫硫細(xì)菌（Chromatium屬）利用FeS,或Fe2+ 2+ 氧化產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀第25頁/共73頁第二十六頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。紫色非硫細(xì)菌（紅螺菌科）：紫色非硫細(xì)菌（紅螺菌科）：舊認(rèn)為不能利用硫化物作為電子供體；現(xiàn)知大多數(shù)亦能利用硫化物，但濃度不能高。b、綠色細(xì)菌（綠硫細(xì)菌） 含較多的菌綠素c、d 或 e ，少量 a 。 電子供體：硫化物 或 元素硫；暗環(huán)境中不進(jìn)

10、行呼吸代謝，還可同化乙酸、丙酸、乳酸等簡單有機(jī)物。第26頁/共73頁第二十七頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。2、細(xì)菌光合色素光合色素是光合生物所特有的物質(zhì)，有主要色素和輔助色素，主要色素是葉綠素和細(xì)菌葉綠素，輔助色素有類胡蘿卜素和藻膽色素。 1）葉綠素（chlorophyll）：680、440nm 2）菌綠素 a、b、c、d、e、g。 a ：與葉綠素 a 基本相似；850nm處。 b：最大吸收波長8401030。 3）輔助色素：提高光利用率 類胡蘿卜素： 藻膽素：籃細(xì)菌獨(dú)有 藻紅素（550nm）、藻藍(lán)素（620 640 nm） 藻膽蛋白：與蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合的藻膽素。 第27頁/共73頁第二十八頁

11、，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。3、細(xì)菌光合作用 1）循環(huán)光合磷酸化 光反應(yīng)中心的葉綠素通過吸收光能而逐出電子使自己處于氧化狀態(tài)。逐出的電子通過電子呼吸鏈，再返回葉綠素本身，從而使葉綠素分子回復(fù)到原來的狀態(tài)。電子在傳遞過程中產(chǎn)生ATP。這種由光能引起葉綠素分子逐出電子，并通過電子傳遞產(chǎn)生ATP的方式稱為光合磷酸化。特點(diǎn)： a、光驅(qū)使下，電子自菌綠素上逐出后，經(jīng)過類似呼吸鏈的循環(huán)，又回到菌綠素； b、產(chǎn)ATP和還原力H分別進(jìn)行，還原力來自H2S等無機(jī)物； c、不產(chǎn)氧（O2）。 第28頁/共73頁第二十九頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。光驅(qū)使下，電子自菌綠素上逐出后，經(jīng)過類似呼吸鏈的循環(huán)，又回到菌綠

12、素產(chǎn)ATP.紫色細(xì)菌循環(huán)光合磷酸化過程 第29頁/共73頁第三十頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。外源電子供體 H2S等無機(jī)物氧化放出電子，最終傳至失電子的光合色素時(shí)與ADP磷酸化偶聯(lián)產(chǎn)生ATP。特點(diǎn)：只有一個(gè)光合系統(tǒng)，光合作用釋放的電子僅用于NAD+還原NADH，電子傳遞不形成環(huán)式回路。反應(yīng)中心的還原依靠外源電子供體，如S2-、S2O32-等。外源電子供體在氧化過程中放出電子，經(jīng)電子傳遞系統(tǒng)傳給失去了電子的光合色素，使其還原，同時(shí)偶聯(lián)ATP的生成。由于這個(gè)電子傳遞途徑也沒有形成環(huán)式回路，故也稱為非環(huán)式光合磷酸化 綠硫細(xì)菌和綠色細(xì)菌(非環(huán)式光合磷酸化)第30頁/共73頁第三十一頁，編輯于星期六：

13、點(diǎn) 二十六分。第31頁/共73頁第三十二頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。藍(lán)細(xì)菌等的產(chǎn)氧光合作用非循環(huán)光合磷酸化過程 第32頁/共73頁第三十三頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。3）依靠菌視紫紅質(zhì)的光合作用無葉綠素或菌綠素參與的獨(dú)特的光合作用，是迄今為止最簡單的光合磷酸化反應(yīng)。 極端嗜鹽古細(xì)菌 菌視紫紅質(zhì)： 以“視黃醛”（紫色）為輔基。 與葉綠素相似，具質(zhì)子泵作用。 與膜脂共同構(gòu)成紫膜；埋于紅色細(xì)胞膜（類胡 蘿卜素）內(nèi)。 第33頁/共73頁第三十四頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。ATP合成機(jī)理：視黃醛吸收光，構(gòu)型改變，質(zhì)子泵到膜外，膜內(nèi)外形成質(zhì)子梯度差和電位梯度差，是ATP合成的原動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)ATP

14、酶合成ATP。第34頁/共73頁第三十五頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。二、細(xì)菌化能自養(yǎng)作用細(xì)菌化能自養(yǎng)作用 化能無機(jī)營養(yǎng)型細(xì)菌：通常是化能自養(yǎng)型細(xì)菌，一般是好氧菌。 產(chǎn)能的途徑主要是借助于無機(jī)電子供體(能源物質(zhì))的氧化，從無機(jī)物脫下-的氫(電子)直接進(jìn)入呼吸鏈通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。最普通的電子供體是氫、還原型氮化合物、還原型硫化合物和亞鐵離子(Fe2)。 利用卡爾文循環(huán)固定C02作為它們的碳源。最重要反應(yīng)： CO2 還原成CH20水平的簡單有機(jī)物，進(jìn)一步合成復(fù)雜細(xì)胞成分 大量耗能、耗還原力的過程。第35頁/共73頁第三十六頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第36頁/共73頁第三十七頁，編輯

15、于星期六：點(diǎn) 二十六分。A氨單加氧酶羥氨氧化酶HNO2 +4H+ +4e- b、硝化細(xì)菌NO2- + H2O 亞硝酸氧化酶NO3-+ 2H+ +2e-根據(jù)它們氧化無機(jī)化合物的不同也稱氨氧化細(xì)菌(產(chǎn)生1分子ATP) 第37頁/共73頁第三十八頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第38頁/共73頁第三十九頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第39頁/共73頁第四十頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第40頁/共73頁第四十一頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。 (2) 細(xì)菌瀝濾 利用嗜酸性氧化鐵和硫細(xì)菌氧化礦物中硫和硫化物的能力，讓其不斷制造和再生酸性浸礦劑，將硫化礦中重金屬轉(zhuǎn)化成水溶性重金屬硫酸鹽而從低品位礦中

16、浸出的過程。又稱細(xì)菌浸出或細(xì)菌冶金。原理：a、浸礦劑的生成 2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 2Fe2（SO4）3 + 2 H2Ob、低品位銅礦中銅以CuSO4形式浸出 CuS + 2 Fe2（SO4）3 + 2H2O + O2 CuSO4 + 4FeSO4 +2H2SO4 c、鐵屑置換CuSO4中的銅 CuSO4 + Fe FeSO4 + Cu 適于次生硫化礦和氧化礦的浸出，浸出 率達(dá)70% 80%。 第41頁/共73頁第四十二頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第42頁/共73頁第四十三頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第43頁/共73頁第四

17、十四頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第44頁/共73頁第四十五頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第45頁/共73頁第四十六頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第46頁/共73頁第四十七頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第47頁/共73頁第四十八頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第48頁/共73頁第四十九頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第49頁/共73頁第五十頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。1、固氮微生物的種類 一些特殊類群的原核生物原核生物能夠?qū)⒎肿討B(tài)氮還原為氨，然后再由氨轉(zhuǎn)化為各種細(xì)胞物質(zhì)。微生物利用其固氮酶系催化大氣中的分子氮還原成氨的過程稱為固氮作用固氮作用。 自生固氮菌自生固氮菌：獨(dú)立固氮（氧化

18、亞鐵硫桿菌等） 共生固氮菌：與它種生物共生才能固氮 形成根瘤及其他形式 聯(lián)合固氮菌： 必須生活在植物根際、葉面或動(dòng)物 腸道等處才能固氮的微生物。 根際芽孢桿菌屬；葉面固氮菌屬。第50頁/共73頁第五十一頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第51頁/共73頁第五十二頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第52頁/共73頁第五十三頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。 N2 + 2e + 6H+ +（18 24）ATP 2NH3 + H2 +（18 24）ADP + 18 24 Pi a、固氮酶的形成 e 組分II 組分II（e）MgATP 組分I + N2 IN2 b、固氮階段 N2* 2NH3 + H2 即

19、75% 還原力用來還原N2，25%的還原力 以H2形式浪費(fèi)2）固氮生化過程 Fd，F(xiàn)ld+固氮酶（1：1復(fù)合物）第53頁/共73頁第五十四頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第54頁/共73頁第五十五頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第55頁/共73頁第五十六頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。 I、豆科植物的共 生菌 以類菌體形式存在于根瘤中 類菌體周膜：豆血紅蛋白，可與氧可逆結(jié)合 （高時(shí)結(jié)合，低時(shí)釋放） 豆血紅蛋白：蛋白部分由植物基因編碼；血 紅素有根瘤菌基因編碼。 II、非豆科植物共生菌 含植物血紅蛋白（功能相似豆血紅蛋白） Frankin放線菌： 營養(yǎng)菌絲末端膨大的泡囊類似異形胞。 c 根瘤菌保

20、護(hù)固N(yùn)酶機(jī)制 第56頁/共73頁第五十七頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第57頁/共73頁第五十八頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第58頁/共73頁第五十九頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第59頁/共73頁第六十頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第60頁/共73頁第六十一頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。第61頁/共73頁第六十二頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。一、微生物代謝產(chǎn)物的利用利用微生物代謝過程中產(chǎn)生的眾多代謝產(chǎn)物生產(chǎn)各種發(fā)酵產(chǎn)品。按照積累產(chǎn)物類型： 初級(jí)代謝產(chǎn)物，如氨基酸、核苷類，以及酶或輔酶； 次級(jí)代謝產(chǎn)物，抗生素、激素、生物堿、毒素及維生 素等。按照發(fā)酵類型： 自然發(fā)酵：酒精、乳酸等

21、， 代謝控制發(fā)酵：終端產(chǎn)物，賴氨酸、鳥苷酸、腺苷酸等； 中間產(chǎn)物，檸檬酸、-酮戊二酸、琥珀酸、 高絲氨酸、肌苷酸、黃苷酸等；第五節(jié)第五節(jié) 微生物代謝與生產(chǎn)實(shí)踐微生物代謝與生產(chǎn)實(shí)踐 第62頁/共73頁第六十三頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。1發(fā)酵條件的控制人們通過對(duì)微生物菌種營養(yǎng)和培養(yǎng)條件的控制生產(chǎn)所要的目的產(chǎn)品:1）培養(yǎng)條件：溫度、pH值、滲透壓的控制；2）營養(yǎng)成分的控制：葡萄糖濃度、碳氮比、生長因子、無機(jī)離子等；3）溶解氧的控制：通氣量，攪拌等。第63頁/共73頁第六十四頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。在這個(gè)代謝工程的設(shè)計(jì)中，是利用阻斷分支途徑的高絲氨酸的合成，來解除(Lys+Thr)的反饋調(diào)節(jié)。即造成高絲氨酸缺陷型(Hser一)，就可解除末端產(chǎn)物對(duì)限速酶的反饋抑制。第64頁/共73頁第六十五頁，編輯于星期六：點(diǎn) 二十六分。 利用油酸缺陷型菌株，限量添加油酸，限制細(xì)胞