微生物的代謝與發(fā)酵

1、關(guān)于微生物的代謝與發(fā)酵第1頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三第一節(jié) 微生物的酶一 酶 活細(xì)胞產(chǎn)生的，具有蛋白質(zhì)性質(zhì)的有機(jī)催化劑。 19世紀(jì)末德國(guó)生物學(xué)家畢希納（Edward Buchner）證明酵母無細(xì)胞提取液能使糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精，第一次提出酶，目前,人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并鑒定出3000多酶。酶作為一種催化劑，已被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。 第2頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三酶工程在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用_飼料加工 將飼料分解為可消化吸收的小分子物質(zhì)，直接提高飼料的利用率去除抗?fàn)I養(yǎng)因子，改善消化機(jī)能，促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收擴(kuò)大飼料的來源 改善動(dòng)物的內(nèi)分泌，

2、增強(qiáng)抗病能力，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng) 第3頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三二 酶的特性高效性:極少量的酶也具有較強(qiáng)的催化作用.酶的催化效率比沒有催化劑催化的反應(yīng)高1081020倍，比一般催化劑催化的反應(yīng)高1071013倍，如脲酶水解尿素的反應(yīng)效率比酸水解尿素高71012倍左右。 專一性:一種酶只催化一種反應(yīng)或一類反應(yīng)。 反應(yīng)條件溫和:酶的催化作用一般在常溫、常壓、接近中性pH等較溫和的條件下進(jìn)行。 敏感性:第4頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三三 微生物 酶的分類及應(yīng)用微生物酶的分類(傳統(tǒng)分類法):淀粉酶:淀粉酶是能夠分解淀粉糖苷鍵的一類酶的總稱.主要是

3、黑曲霉(左美曲霉、泡盛曲霉)、根霉(雪白根酶、德氏根霉)、擬內(nèi)孢霉、紅曲霉。 蛋白酶:蛋白酶系催化分解蛋白質(zhì)肽鍵的一群酶的總稱，它作用于蛋白質(zhì)。酸性蛋白酶(最適pH=25)產(chǎn)生菌主要是黑曲霉、米曲霉、根霉、微小毛霉、似青霉、青霉、血紅色螺孔菌等的某些種；中性蛋白酶(最適pH=78)產(chǎn)生菌主要是枯草桿菌、巨大芽孢桿菌、臘狀芽孢桿菌、米曲霉、棲土曲霉、灰色鏈霉菌、微白色鏈霉菌、耐熱性解蛋白質(zhì)桿菌等；堿性蛋白酶(最適pH=911)主要產(chǎn)生菌為枯草桿菌、臘狀芽孢桿菌、米曲霉、棲土曲霉、灰色鏈霉菌、鐮刀菌等。 第5頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三纖維素酶:一類酶的總稱，因此纖維

4、素酶又有纖維素酶復(fù)合物之稱。微生物主要是木菌、黑曲霉、青霉和根霉，此外，漆斑霉、反芻動(dòng)物瘤胃菌、嗜纖維菌、產(chǎn)黃纖維單孢菌、側(cè)孢菌、粘細(xì)菌、梭狀芽孢桿菌等也能產(chǎn)生纖維素酶。 半纖維素酶:半纖維素酶是分解半纖維素(包括各種降戊糖與聚己糖)的一類酶的總稱。曲霉、根霉、木霉發(fā)酵產(chǎn)生 果膠酶:果膠酶是分解果膠的酶的通稱，也是一個(gè)多酶復(fù)合物.主要是霉菌，常用菌種有文氏曲霉、蘋果青霉、黑曲霉、白腐核菌、米曲霉、酵母等，此外，木質(zhì)殼霉、芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌、葡萄孢霉、鐮刀霉也能產(chǎn)生果膠酶。 脂肪酶:脂肪酶作用于脂肪中的酯鍵，將脂肪分解成脂肪酸和甘油。主要有假絲酵母、園酵母、黑曲霉、根霉、白腐核菌、白地霉、青

5、霉、毛霉、鐮刀霉及假單孢菌、無色桿菌、葡萄球菌等。 植酸酶:植酸酶是降解飼料中植酸及其鹽的酶。微生物主要是酵母菌、霉菌和細(xì)菌。 第6頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三酶的分類 國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)（Enzyme Commission, EC）將所有的酶按它們所催化的反應(yīng)的性質(zhì)分為六大類。分類序號(hào)酶的類型催化反應(yīng)的性質(zhì)舉 例1氧化還原酶類(oxidoreductase)脫氫酶、氧化酶、過氧化物酶、加氧酶2轉(zhuǎn)移酶類(transferase)谷丙轉(zhuǎn)氨酶、已糖激酶3水解酶類(hydrolase) 酯酶、蛋白酶、淀粉酶AH2+BA+BH2AR+BA+BRAB+H2OAOH+BH第7頁(yè)，

6、共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三分類序號(hào)酶的類型催化反應(yīng)的性質(zhì)舉 例4裂解酶類(lyase) 醛縮酶、水合酶、脫氨酶、脫羧酶5異構(gòu)酶類(isomerase) 差向異構(gòu)酶、順反異構(gòu)酶、酮醛異構(gòu)酶6合成酶類(連接酶類)(ligase)羧化酶、氨酰-tRNA合成酶、天冬酰胺合成酶ABXYA BXYAAABABATPADPPi第8頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三四 酶在生產(chǎn)中的主要應(yīng)用第9頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三第二節(jié) 微生物的代謝微生物代謝：微生物細(xì)胞所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的總和。微生物的代謝物質(zhì)代謝能量代謝產(chǎn)能代謝耗能代謝

7、分解代謝合成代謝第10頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三資料1.若干微生物和動(dòng)物、植物組織的呼吸速率生物材料消耗O2ul/mg生物干重/hazotobacter固氮菌2000Acetobacter醋桿菌1800面包酵母110腎和肝組織10-20根和葉組織0.5-4微生物代謝的特點(diǎn)相同時(shí)間、相同干重前提下耗氧量高。第11頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三資料2大腸桿菌每小時(shí)分解的糖是自身重量的2000倍。利用乳糖的細(xì)菌在1小時(shí)內(nèi)可分解其自重1000-10000倍的乳糖。產(chǎn)朊假絲酵母合成蛋白質(zhì)的能力比大豆強(qiáng)100倍，比食用牛強(qiáng)10萬(wàn)倍。結(jié)論：代謝活動(dòng)

8、極其旺盛？第12頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三邊長(zhǎng)4cm邊長(zhǎng)2cm邊長(zhǎng)1cm總表面積/總體積 =96/64=1.5/1總表面積/總體積=192/64=3/1總表面積/總體積=384/64=6/1第13頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三代謝意義代謝是生命的基本特征,代謝通過代謝途徑完成;代謝途徑是不平衡的穩(wěn)態(tài)體系、形式多樣、有明確的細(xì)胞定位、相互溝通、有能量關(guān)聯(lián)；關(guān)鍵酶限制代謝途徑的流量第14頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三一 微生物物質(zhì)代謝之合成代謝小分子合成復(fù)雜大分子的過程（同化作用） ，這些物質(zhì)包括蛋白質(zhì)、核酸、

9、多糖及脂類等化合物。在微生物的合成代謝中有許多過程與其他生物是基本相同的，如蛋白質(zhì)和核酸等物質(zhì)的合成，在生物化學(xué)中已作了專門介紹。 復(fù)雜分子（有機(jī)物）分解代謝合成代謝簡(jiǎn)單小分子ATPH第15頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三1 微生物合成反應(yīng)的類型微生物合成反應(yīng)類型 分類依據(jù)合成反應(yīng)類型舉例產(chǎn)物分子量1.單體合成2.大分子聚合物合成 氨基酸,單糖,單核苷酸蛋白質(zhì),多糖,核酸產(chǎn)物性質(zhì)1.初級(jí)代謝產(chǎn)物2.次級(jí)代謝產(chǎn)物 蛋白質(zhì),多糖,核酸,脂類抗生素,激素,毒素,色素 合成反應(yīng)在生物體中的分布1.生物共有合成反應(yīng)2.微生物特有合成反應(yīng) 初級(jí)代謝產(chǎn)物的合成肽聚糖合成，固氮，微生

10、物次級(jí)代謝反應(yīng) 2.微生物合成代謝的原料 微生物合成作用需要小分子物質(zhì)、能量和還原力NAD(P)H2第16頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三小分子物質(zhì)、能量和還原力NAD(P)H2來源：直接自外界環(huán)境中吸取從分解代謝中獲得。（1）還原力-主要指還原型煙酰胺腺嘌呤核苷酸類物質(zhì)，即NADPH2或NADH2，這兩種物質(zhì)在轉(zhuǎn)氫酶作用下可以互換。 化能異養(yǎng)微生物 ：化能自養(yǎng)型細(xì)菌： 通過發(fā)酵或呼吸過程形成 氫酶催化H2形成NAD(P)H2 （氫細(xì)菌等）電子逆轉(zhuǎn)，在消耗ATP的前提下，電子通過在電子傳遞鏈上的逆轉(zhuǎn)過程(由高電位向低電位流動(dòng))產(chǎn)生NAD(P)H2 第17頁(yè)，共130頁(yè)

11、，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三（2） 小分子前體碳架物質(zhì)-這類物質(zhì)指直接被機(jī)體用來合成細(xì)胞物質(zhì)基本組成成分的前體物(氨基酸、核苷酸及單糖等)。 形成這些前體物的小分子碳架主要有12種：乙酰CoA、磷酸二羥丙酮、3-磷酸甘油醛、PEP、丙酮酸、4-磷酸赤蘚糖、-酮戍二酸、琥珀酸、草酰乙酸、5-磷酸核糖、6-磷酸果糖及6-磷酸葡萄糖，它們可通過單糖酵解途徑及呼吸途徑由單糖等物質(zhì)產(chǎn)生 中間代謝產(chǎn)物分解代謝起源在生物合成中的作用葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸核糖-5-磷酸赤蘚糖-4-磷酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸3-磷酸甘油酸a-酮戊二酸草酰乙酸乙酰輔酶A葡萄糖 半乳糖 多糖EMP途徑HM

12、P途徑HMP途徑EMP途徑EMP途徑 ED途徑EMP途徑三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)丙酮酸脫羧 脂肪氧化核苷糖類戊糖 多糖貯藏物核苷酸 脫氧核糖核苷酸芳香氨基酸芳香氨基酸 葡萄糖異生 CO2固定胞壁酸合成 糖的運(yùn)輸丙氨酸 纈氨酸 亮氨酸 CO2固定絲氨酸 甘氨酸 半胱氨酸谷氨酸 脯氨酸 精氨酸 賴氨酸天冬氨酸 賴氨酸 蛋氨酸 蘇氨酸 異亮氨酸脂肪酸 類異戊二烯 甾醇第18頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三（3） 能量 -微生物合成代謝所需能量來自發(fā)酵、呼吸和光合磷酸化過程形成的ATP和其他高能化合物。 3. 微生物獨(dú)特合成代謝舉例肽聚糖生物合成微生物特有的結(jié)構(gòu)大分子：細(xì)菌：肽聚

13、糖、磷壁酸、脂多糖、各種莢膜成分等真菌：葡聚糖、甘露聚糖、纖維素、幾丁質(zhì)等肽聚糖：絕大多數(shù)原核微生物細(xì)胞壁所含有的獨(dú)特成分；在細(xì)菌的生命活動(dòng)中有重要功能，尤其是許多重要抗生素如青霉素、頭孢霉素、萬(wàn)古霉素、環(huán)絲氨酸（惡唑霉素）和桿菌肽等呈現(xiàn)其選擇毒力（selective toxicity）的物質(zhì)基礎(chǔ)。是在抗生素治療上有特別意義的物質(zhì)。合成特點(diǎn)：合成機(jī)制復(fù)雜，步驟多，且合成部位幾經(jīng)轉(zhuǎn)移；合成過程中須要有能夠轉(zhuǎn)運(yùn)與控制肽聚糖結(jié)構(gòu)元件的載體（UDP和細(xì)菌萜醇）參與。第19頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三 合成過程：依發(fā)生部位分成三個(gè)階段：細(xì)胞質(zhì)階段：合成派克（Park）核苷酸

14、細(xì)胞膜階段：合成肽聚糖單體細(xì)胞膜外階段：交聯(lián)作用形成肽聚糖第20頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三異養(yǎng)菌合成代謝分三層次進(jìn)行：第一層次：降解反應(yīng)。（碳的骨架、能量）多糖單糖小分子碳的化合物（C1-C7）（酶促）第二層次：小分子合成反應(yīng)（大分子合成的前提）碳化合物小分子（氨基酸、氨基已糖、核苷酸）（酶促）第三層次：小分子合成大分子（蛋白質(zhì)、核酸、多糖）。第21頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三微生物物質(zhì)代謝之分解代謝細(xì)胞物質(zhì)或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解形成簡(jiǎn)單產(chǎn)物的過程，并釋放能量的過程。（異化作用）大多數(shù)微生物都能分解糖和蛋白質(zhì)，少數(shù)微生物能分解脂類。 第22

15、頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三分解代謝的三個(gè)階段將大分子的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解成氨基酸、單糖、脂肪酸等小分子物質(zhì)。進(jìn)一步降解成為簡(jiǎn)單的乙酰輔酶A、丙酮酸、及能進(jìn)入TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物。將第二階段的產(chǎn)物完全降解生成CO2 ， 并將前面形成的還原力（NADH2）通過呼吸吸鏈氧化、 同時(shí)形成大量的ATP。微生物代謝的特點(diǎn)：多樣性、適應(yīng)性、可控性第23頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三1 糖的分解： 糖類是異養(yǎng)微生物的主要碳素來源和能量來源，包括各種多糖、雙糖和單糖。多糖必須在細(xì)胞外由相應(yīng)的胞外酶水解，才能被吸收利用；雙糖和單糖被微生物吸收后，立即進(jìn)入分解途

16、徑，被降解成簡(jiǎn)單的含碳化合物，同時(shí)釋放能量，供應(yīng)細(xì)胞合成所需的碳源和能源。 第24頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三2 蛋白質(zhì)及氨基酸的分解： 細(xì)菌分解蛋白質(zhì)的酶有兩類，一類為蛋白酶，另一類為肽酶，前者為胞外酶，能將蛋白質(zhì)分解為多肽和二肽。肽類可進(jìn)入微生物細(xì)胞中，肽酶為胞內(nèi)酶，將進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的肽水解為游離的氨基酸，供菌體利用。微生物對(duì)氨基酸的分解方式很多，主要為脫氨作用和脫羧作用。不同細(xì)菌水解不同氨基酸除生成氨基酸外，還有其他物質(zhì)產(chǎn)生。如大腸桿菌、枯草桿菌水解含硫氨基酸有H2S產(chǎn)生；大腸桿菌、變形桿菌水解色氨酸，可形成吲哚。有些細(xì)菌則不能，因此這些特性可用于細(xì)菌的鑒定。第

17、25頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三3 脂肪的分解： 脂肪是脂肪酸和甘油的結(jié)合物。某些微生物能產(chǎn)生脂肪酶，將脂肪水解為甘油和脂肪酸。甘油和脂肪酸可被微生物攝入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)行代謝。 第26頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三結(jié)論分解代謝是合成代謝的基礎(chǔ)分解代謝為合成代謝提供能量第27頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三 三 微生物能量代謝之產(chǎn)能代謝最初能源有機(jī)物還原態(tài)無機(jī)物日光通用能源（ATP） 一切生命活動(dòng)都是耗能反應(yīng)，因此，能量代謝是一切生物代謝的核心問題。 能量代謝的中心任務(wù)，是生物體如何把外界環(huán)境中的多種形式的最初能源轉(zhuǎn)

18、換成對(duì)一切生命活動(dòng)都能使用的通用能源-ATP。這就是產(chǎn)能代謝?；墚愷B(yǎng)微生物化能自養(yǎng)微生物光能營(yíng)養(yǎng)微生物第28頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三異養(yǎng)和自氧微生物都通過生物氧化來進(jìn)行產(chǎn)能代謝，只是它們利用的底物不同。（？）異養(yǎng)微生物的生物氧化發(fā)酵呼吸有氧呼吸厭氧呼吸生物氧化反應(yīng)第29頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三化能異養(yǎng)型微生物的代謝產(chǎn)能方式產(chǎn)能方式有氧呼吸無氧呼吸發(fā)酵環(huán)境條件有氧無氧無氧終電子受體來源環(huán)境，外源性環(huán)境，外源性胞內(nèi)，內(nèi)源性性質(zhì)分子氧化合物（通常為無機(jī)物）代謝中間產(chǎn)物能進(jìn)行該代謝產(chǎn)能方式的微生物專性好氧微生物兼性好氧微生物微嗜氧微

19、生物專性厭氧微生物兼性好氧微生物兼性好氧微生物耐氧厭氧微生物專性厭氧微生物第30頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三 微生物能量代謝之產(chǎn)能代謝呼吸作用思考:行呼吸作用的微生物的營(yíng)養(yǎng)類型是哪一種?（一）微生物產(chǎn)能代謝的本質(zhì)生物氧化：生物體內(nèi)的物質(zhì)經(jīng)過一系列連續(xù)的氧化還原反應(yīng)分解并釋放能量的過程。（產(chǎn)生的能量的用途？） AH2A輔酶輔酶H2受氫體受氫體H2脫氫酶氧化酶生物氧化基本過程第31頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三（二）高能鍵化合物高能鍵化合物的共性： 高能鍵的形成和斷開可逆，溝通了微生物兩個(gè)代謝類型光能光能營(yíng)養(yǎng)型微生物化能營(yíng)養(yǎng)型微生物化學(xué)能耗

20、能代謝合成代謝 和 分解代謝ATPADP第32頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三（三）微生物的主要產(chǎn)能方式發(fā) 酵呼 吸無機(jī)物氧化光能轉(zhuǎn)換（光合磷酸化）產(chǎn)能方式共同點(diǎn)：氧化還原反應(yīng)區(qū)別點(diǎn)：電子最終受體 氧化基質(zhì)第33頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三(四) 呼吸: 微生物以O(shè)2或其它無機(jī)物為電子最終受體進(jìn)行有機(jī)物氧化的過程。 (1) 特點(diǎn)：b. 電子載體傳遞電子伴隨ATP大量形成。（氧化磷酸化、電子傳遞水平磷酸化) a. 電子載體傳遞電子。各呼吸類型的特點(diǎn).第34頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三 (2) 類型 （據(jù)電子最終

21、受體分） B. 厭氧呼吸：酶系較簡(jiǎn)單，產(chǎn)物無機(jī)化程度較低。其中分子內(nèi)無氧呼吸氧化最不徹底，產(chǎn)能最少。最終電子受體：無機(jī)物；底物：有機(jī)物。 NO3 SO4 CO3 硝酸還原、硫酸鹽還原、碳酸鹽還原A. 有氧呼吸：最終電子受體：分子氧；底物：有機(jī)物。分子內(nèi)無氧呼吸:以基質(zhì)分解不徹底的中間產(chǎn)物為受氫體的生物氧化。 （這一特點(diǎn)與哪種生物氧化相同？）分子外無氧呼吸:以無機(jī)氧化物為最終受氫體的生物氧化。 思考:有氧呼吸、分子內(nèi)無氧呼吸、分子外無氧呼吸、發(fā)酵所產(chǎn)生的能量大小有什么特點(diǎn)？第35頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三有氧呼吸糖酵解作用有氧無氧葡萄糖丙酮酸發(fā)酵三羧酸循環(huán)各種發(fā)酵

22、產(chǎn)物被徹底氧化生成CO2和水，釋放大量能量。第36頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三 厭氧呼吸的產(chǎn)能較有氧呼吸少，但比發(fā)酵多，它使微生物在沒有氧的情況下仍然可以通過電子傳遞和氧化磷酸化來產(chǎn)生ATP，因此對(duì)很多微生物是非常重要的。 除氧以外的多種物質(zhì)可被各種微生物用作最終電子受體，充分體現(xiàn)了微生物代謝類型的多樣性。厭氧呼吸特點(diǎn)第37頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三“鬼火”是如何產(chǎn)生的? 在無氧條件下，某些微生物在沒有氧、氮或硫作為呼吸作用的最終電子受體時(shí)，可以磷酸鹽代替，其結(jié)果是生成磷化氫（PH3），一種易燃?xì)怏w。當(dāng)有機(jī)物腐敗變質(zhì)時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生這

23、種情況。 若埋葬尸體的墳?zāi)狗饪诓粐?yán)時(shí)，這種氣體就很易逸出。農(nóng)村的墓地通常位于山坡上，埋葬著大量尸體。在夜晚，氣體燃燒會(huì)發(fā)出綠幽幽的光。長(zhǎng)期以來人們無法正確地解釋這種現(xiàn)象，將其稱之為“鬼火”。第38頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三C、無機(jī)物氧化： （好氧的化能自養(yǎng)型）H2、NH3、HNO2、H2S（氫細(xì)菌、硝化細(xì)菌和硫細(xì)菌）H2+1/2O2 H2O底物：無機(jī)物；最終受氫體：氧氣 電子傳遞水平磷酸化或底物水平磷酸化第39頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三D、光能轉(zhuǎn)換：（光合磷酸化）(光能自養(yǎng)微生物) 特點(diǎn)：光合生物、光合色素（藍(lán)細(xì)菌：葉綠素，放氧光

24、合作用；細(xì)菌：菌綠素，不放氧光合作用）光合磷酸化：光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過程。主要類群:綠色細(xì)菌、紫色細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌第40頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三產(chǎn)能方式 底物 電子受體 ATP產(chǎn)生方式 微生物營(yíng)養(yǎng)型發(fā) 酵 有機(jī)物 中間產(chǎn)物 底物水平磷酸化 化能異養(yǎng)型呼 吸 有機(jī)物 O2或無機(jī)物 電子傳遞或基質(zhì)水平 化能異養(yǎng)型無機(jī)物氧化 無機(jī)物 O2 電子傳遞或基質(zhì)水平 化能自養(yǎng)型 光能轉(zhuǎn)換 無機(jī)物 光合磷酸化 光能自養(yǎng)異養(yǎng)不同產(chǎn)能方式特征的比較第41頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三微生物的呼吸類型比較呼吸類型生活環(huán)境生物氧化方式實(shí)例好氧性微生物有氧有氧呼

25、吸很多常見的細(xì)菌、放線菌、真菌厭氧性微生物缺氧無氧呼吸或發(fā)酵梭狀芽孢桿菌、產(chǎn)甲烷桿菌，乳酸菌等兼性厭氧微生物有氧缺氧均可有氧時(shí)，進(jìn)行有氧呼吸；缺氧時(shí)，進(jìn)行發(fā)酵或無氧呼吸酵母菌，硝酸鹽還原細(xì)菌等第42頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三四 微生物能量代謝之耗能代謝 1 細(xì)胞物質(zhì)的合成CO2的固定生物固氮二碳化合物的同化糖類的合成氨基酸的合成 2 其它的耗能代謝運(yùn)動(dòng)運(yùn)輸發(fā)光第43頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三1 微生物代謝過程中的自我調(diào)節(jié)微生物代謝調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)：精確、可塑性強(qiáng)，細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)能力超過高等生物。成因：細(xì)胞體積小，所處環(huán)境多變。舉

26、例：大腸桿菌細(xì)胞中存在2500種蛋白質(zhì)，其中上千種是催化正常新陳代謝的酶。每個(gè)細(xì)菌細(xì)胞的體積只能容納10萬(wàn)個(gè)蛋白質(zhì)分子，所以每種酶平均分配不到100個(gè)分子。如何解決合成與使用效率的經(jīng)濟(jì)關(guān)系？解決方式：組成酶（constitutive enzyme）經(jīng)常以高濃度存在，其它酶都是誘導(dǎo)酶（inducible enzyme），在底物或其類似物存在時(shí)才合成，誘導(dǎo)酶的總量占細(xì)胞總蛋白含量的10%。五、微生物的代謝調(diào)控第44頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三（1）控制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞如：只有當(dāng)速效碳源或氮源耗盡時(shí)，微生物才合成遲效碳源或氮源的運(yùn)輸系統(tǒng)與分解該物質(zhì)的酶系統(tǒng)。（

27、實(shí)際應(yīng)用？）第45頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三（2）通過酶的定位控制酶與底物的接觸1）真核微生物酶定位在相應(yīng)細(xì)胞器上；細(xì)胞器各行使某種特異的功能； 2）原核微生物在細(xì)胞內(nèi)劃分區(qū)域集中某類酶行使功能： 與呼吸產(chǎn)能代謝有關(guān)的酶位于膜上； 蛋白質(zhì)合成酶和移位酶位于核糖體上； 同核苷酸吸收有關(guān)的酶在G-菌的周質(zhì)區(qū)。第46頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三（3） 控制代謝物流向：( 通過酶促反應(yīng)速度來調(diào)節(jié)) 1)可逆反應(yīng)途徑由同種酶催化，可由不同輔基或輔酶控制代謝物流向： 2)通過調(diào)節(jié)酶的活性或酶的合成量。關(guān)鍵酶: 某一代謝途徑中的第一個(gè)酶或分支點(diǎn)后

28、的第一個(gè)酶。 粗調(diào)：調(diào)節(jié)酶的合成量細(xì)調(diào)：調(diào)節(jié)現(xiàn)有酶分子的活性 3)通過調(diào)節(jié)產(chǎn)能代謝速率。第47頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三2 酶活性的調(diào)節(jié) 通過改變現(xiàn)成的酶分子活性來調(diào)節(jié)新陳代謝的速率的方式。是酶分子水平上的調(diào)節(jié)，屬于精細(xì)的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方式：包括兩個(gè)方面：(1)、酶活性的激活：在代謝途徑中后面的反應(yīng)可被較前面的反應(yīng)產(chǎn)物所促進(jìn)的現(xiàn)象；常見于分解代謝途徑。 (2)酶活性的抑制：包括：競(jìng)爭(zhēng)性抑制和反饋抑制。第48頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三概念：反饋：指反應(yīng)鏈中某些中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物對(duì)該途徑關(guān)鍵酶活性的影響。凡使反應(yīng)速度加快的稱正反饋； 凡

29、使反應(yīng)速度減慢的稱負(fù)反饋（反饋抑制）； 反饋抑制主要表現(xiàn)在某代謝途徑的末端產(chǎn)物過量時(shí)可反過來直接抑制該途徑中第一個(gè)酶的活性。主要表現(xiàn)在氨基酸、核苷酸合成途徑中。特點(diǎn)：作用直接、效果快速、末端產(chǎn)物濃度降低時(shí)又可解除。第49頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三(1).直線式代謝途徑中的反饋抑制：蘇氨酸脫氨酶蘇氨酸-酮丁酸異亮氨酸反饋抑制(2).分支代謝途徑中的反饋抑制：在分支代謝途徑中，反饋抑制的情況較為復(fù)雜，為了避免在一個(gè)分支上的產(chǎn)物過多時(shí)不致同時(shí)影響另一分支上產(chǎn)物的供應(yīng)，微生物發(fā)展出多種調(diào)節(jié)方式。主要有： 同功酶的調(diào)節(jié)， 順序反饋，協(xié)同反饋，積累反饋調(diào)節(jié)等。反饋抑制的類型

30、第50頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三A 合作反饋抑制定義：兩種末端產(chǎn)物同時(shí)存在時(shí)，共同的反饋抑制作用大于二者單獨(dú)作用之和。舉例：在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和GMP （和IMP）的合作反饋抑制，二者共同存在時(shí)，可以完全抑制該酶的活性。而二者單獨(dú)過量時(shí)，分別抑制其活性的70%和10%。第51頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三B 積累反饋抑制定義：每一分支途徑末端產(chǎn)物按一定百分比單獨(dú)抑制共同途徑中前面的酶，所以當(dāng)幾種末端產(chǎn)物共同存在時(shí)它們的抑制作用是積累的，各末端產(chǎn)物之間既無協(xié)同效應(yīng)，亦無拮抗作用。第52頁(yè)，共130頁(yè)，2022年

31、，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三Try 16%CTP 14%氨甲酰磷酸 13%AMP 41%積累反饋抑制E.coli谷氨酰胺合成酶的調(diào)節(jié)第53頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三C 順序反饋抑制 一種終產(chǎn)物的積累,導(dǎo)致前一中間產(chǎn)物的積累，通過后者反饋抑制合成途徑關(guān)鍵酶的活性，使合成終止。舉例：枯草芽孢桿菌芳香族氨基酸合成的調(diào)節(jié)第54頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三D 代謝互鎖 表面完全不相關(guān)的兩條途徑之間的調(diào)節(jié)。這種作用一般在高濃度下才顯示，且為部分抑制。AspAsp- pAsaDAPLys，二氫吡啶二羧酸合成酶HseThr IlePy 異丙基L

32、eu 蘋果酸第55頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三E 同功酶調(diào)節(jié)isoenzyme定義：催化相同的生化反應(yīng)，而酶分子結(jié)構(gòu)有差別的一組酶。意義：在一個(gè)分支代謝途徑中，如果在分支點(diǎn)以前的一個(gè)較早的反應(yīng)是由幾個(gè)同功酶催化時(shí)，則分支代謝的幾個(gè)最終產(chǎn)物往往分別對(duì)這幾個(gè)同功酶發(fā)生抑制作用。某一產(chǎn)物過量?jī)H抑制相應(yīng)酶活，對(duì)其他產(chǎn)物沒影響。舉例：大腸桿菌的天冬氨酸族氨基酸合成的調(diào)節(jié)第56頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三天冬氨酸族 天冬氨酸E,R III IE,R4-磷酸天冬氨酸E天冬氨酸半醛E,R II I E二氫吡啶二羧酸 同型絲氨酸同型絲氨酸磷酸E,R R

33、 O-琥珀酰同型絲氨酸 蘇氨酸 E,R六氫吡啶二羧酸 胱硫醚 2-酮丁酸 R 二氨基庚二酸同型半胱氨酸 R 賴氨酸 甲硫氨酸 異亮氨酸第57頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三 酶活力調(diào)節(jié)的機(jī)制變構(gòu)酶理論： 變構(gòu)酶為一種變構(gòu)蛋白，酶分子空間構(gòu)象的變化 影響酶活。其上具有兩個(gè)以上立體專一性不同的接受部位，一個(gè)是活性中心，另一個(gè)是調(diào)節(jié)中心?；钚晕稽c(diǎn):與底物結(jié)合變構(gòu)位點(diǎn):與抑制劑結(jié)合,構(gòu)象變化,不能與底物結(jié)合 與激活劑結(jié)合, 構(gòu)象變化,促進(jìn)與底物結(jié)合 第58頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三酶合成的調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)酶的合成量進(jìn)而調(diào)節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)機(jī)制，是基因

34、水平上的調(diào)節(jié)，屬于粗放的調(diào)節(jié)，間接而緩慢。4.2.1 酶合成調(diào)節(jié)的類型4.2.1.1.誘導(dǎo)(induction)：是酶促分解底物或產(chǎn)物誘使微生物細(xì)胞合成分解代謝途徑中有關(guān)酶的過程。微生物通過誘導(dǎo)作用而產(chǎn)生的酶稱為誘導(dǎo)酶（為適應(yīng)外來底物或其結(jié)構(gòu)類似物而臨時(shí)合成的酶類）。 舉例：E.coli在含乳糖的培養(yǎng)基中合成-半乳糖苷酶和半乳糖苷滲透酶等。 誘導(dǎo)物(inducer)：底物或結(jié)構(gòu)類似物，如：異丙基- -D-硫代半乳糖苷（IPTG，isopropylthiogalactoside）。 誘導(dǎo)作用的類型：同時(shí)誘導(dǎo)：誘導(dǎo)物加入后，微生物能同時(shí)誘導(dǎo)出幾種酶的合成，主要存在于短的代謝途徑中。 順序誘導(dǎo)：先合

35、成能分解底物的酶，再合成分解各中間代謝物的酶達(dá)到對(duì)復(fù)雜代謝途徑的分段調(diào)節(jié)。第59頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三按照酶的合成與環(huán)境影響的不同關(guān)系，可以將酶分為兩大類: 組成酶(Structural enzymes) 它們的合成與環(huán)境無關(guān)，隨菌體形成而合成，是細(xì)胞固有的酶，在菌體內(nèi)的含量相對(duì)穩(wěn)定。如糖酵解途徑（EMP）有關(guān)的酶。 誘導(dǎo)酶(Inducible enzyme) 只有在環(huán)境中存在誘導(dǎo)劑（Inducer)時(shí)，它們才開始合成，一旦環(huán)境中沒有了誘導(dǎo)劑，合成就終止 第60頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三阻遏（repression）是阻礙代謝過

36、程中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的一系列酶的合成的現(xiàn)象，從而更徹底地控制和減少末端產(chǎn)物的合成。阻遏作用的類型：末端產(chǎn)物阻遏（end-product repression）：由于終產(chǎn)物的過量積累而導(dǎo)致生物合成途徑中酶合成的阻遏的現(xiàn)象，常常發(fā)生在氨基酸、嘌呤和嘧啶等這些重要結(jié)構(gòu)元件生物合成的時(shí)候。例如過量的精氨酸阻遏了參與合成精氨酸的許多酶的合成。分解代謝物阻遏（catabolite repression）：當(dāng)微生物在含有兩種能夠分解底物的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí)，利用快的那種分解底物會(huì)阻遏利用慢的底物的有關(guān)酶的合成的現(xiàn)象。最早發(fā)現(xiàn)于大腸桿菌生長(zhǎng)在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基時(shí),故又稱葡萄糖效應(yīng)。分解代謝物阻遏導(dǎo)致出現(xiàn)“二次生

37、長(zhǎng)（diauxic growth）”.直接作用者是優(yōu)先利用的碳源的中間代謝物實(shí)質(zhì)是：因代謝反應(yīng)鏈中某些中間代謝物或末端代謝物的過量積累而阻遏代謝中一些酶的合成的現(xiàn)象。第61頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三酶合成調(diào)節(jié)的機(jī)制操縱子學(xué)說概述：(1)操縱子（operon）：是基因表達(dá)和控制的一個(gè)完整單元，其中包括結(jié)構(gòu)基因，調(diào)節(jié)基因，操作子和啟動(dòng)子。結(jié)構(gòu)基因(structural genes)：是決定某一多肽的DNA 模板，可根據(jù)其上的堿基順序轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的mRNA，然后再可通過核糖體轉(zhuǎn)譯出相應(yīng)的酶;（編碼蛋白質(zhì)的DNA序列） 啟動(dòng)子(promoter)：能被依賴于DNA的RNA

38、聚合酶所識(shí)別的堿基順序，是RNA聚合酶的結(jié)合部位和轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)；（在許多情況下還包括促進(jìn)這一過程的調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)。）操縱子（operator）：位于啟動(dòng)基因和結(jié)構(gòu)基因之間的一段堿基順序，是阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)，能通過與阻遏物相結(jié)合來決定結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄是否能進(jìn)行； 調(diào)節(jié)基因（regulator gene）：用于編碼組成型調(diào)節(jié)蛋白的基因，一般遠(yuǎn)離操縱子,但在原核生物中,可以位于操縱子旁邊,編碼調(diào)節(jié)蛋白。第62頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三(2)誘導(dǎo)物（inducer）與輔阻遏物（corepressor） 誘導(dǎo)物是起始酶誘導(dǎo)合成的物質(zhì)，如乳糖等；（與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，抑制其與操縱

39、基因 的結(jié)合促進(jìn)轉(zhuǎn)錄進(jìn)行）； 輔阻遏物是阻遏酶產(chǎn)生的物質(zhì)，如氨基酸和核苷酸等；（調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，促進(jìn)其與操縱基因的結(jié)合抑制轉(zhuǎn)錄進(jìn)行）； 它們都是小分子信號(hào)物質(zhì)，常被總稱為效應(yīng)物（effecor），可與調(diào)節(jié)蛋白相結(jié)合以使后者發(fā)生變構(gòu)作用，并進(jìn)一步提高或降低與操縱基因 的結(jié)合能力。(3)阻遏物（repressor）與和阻遏物蛋白（aporepresseor）二者都是由調(diào)節(jié)基因編碼產(chǎn)生特異性調(diào)節(jié)蛋白(regulatory potein)， ；它倆是一類低分子量變構(gòu)蛋白，有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，一個(gè)與操縱基因結(jié)合，另一位點(diǎn)可與效應(yīng)物結(jié)合；當(dāng)調(diào)節(jié)蛋白與效應(yīng)物結(jié)合后，就發(fā)生變構(gòu)作用，變構(gòu)后與操縱基因的結(jié)合能力可提高

40、或下降。（有活性可與O結(jié)合；無活性不與O結(jié)合） 阻遏物: 能在沒有誘導(dǎo)物時(shí)與操縱基因結(jié)合的調(diào)節(jié)蛋白；阻遏物蛋白:只能再有輔阻遏物存在時(shí)才能與操縱基因結(jié)合。第63頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的大腸桿菌（E.coli）培養(yǎng)基中加入乳糖誘導(dǎo)-半乳糖苷酶的合成 正調(diào)節(jié)：轉(zhuǎn)錄過程依賴于調(diào)節(jié)蛋白的存在。 負(fù)調(diào)節(jié)：轉(zhuǎn)錄過程不依賴于調(diào)節(jié)蛋白的存在。E.coli 乳糖操縱子學(xué)說(負(fù)調(diào)節(jié)）第64頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三六 生物熱的利用第65頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三第三節(jié) 微生物的代謝產(chǎn)物一 分解代謝產(chǎn)物的生

41、化反應(yīng)微生物生化反應(yīng)是指用化學(xué)反應(yīng)來測(cè)定微生物的代謝產(chǎn)物,生化反應(yīng)常用來鑒別一些在形態(tài)和其它方面不易區(qū)別的微生物.因此微生物生化反應(yīng)是微生物分類鑒定中的重要依據(jù)之一.第66頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三1 糖發(fā)酵實(shí)驗(yàn)不同的細(xì)菌具有不同的糖酶以分解相應(yīng)糖類，而且分解各種糖類后的終末產(chǎn)物也不一致，有的產(chǎn)酸，有的還產(chǎn)生氣體，籍此可以作為鑒別細(xì)菌的一種依據(jù)，對(duì)腸道細(xì)菌鑒定尤為常用。第67頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三結(jié)果：在未接種細(xì)菌前，培養(yǎng)管應(yīng)澄清、紫色、小倒立管內(nèi)無氣泡。接種細(xì)菌后觀察結(jié)果時(shí)，應(yīng)先確定細(xì)菌是否生長(zhǎng)，生長(zhǎng)時(shí)則培養(yǎng)基變混濁。若能發(fā)

42、酵培養(yǎng)基中所含的糖而產(chǎn)酸，則該培養(yǎng)基變黃色，記錄結(jié)果以“+”號(hào)表示之。如該菌發(fā)酵糖時(shí)產(chǎn)酸兼產(chǎn)氣，則培養(yǎng)基除變黃色外，其中倒立之小玻璃管有氣泡，此時(shí)以“”號(hào)記錄之。如不發(fā)酵時(shí)，培養(yǎng)基不變色，則用“-”號(hào)記錄之。 第68頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三糖發(fā)酵試驗(yàn)第69頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三2 VP（Voges-Proslauer）試驗(yàn) 某些細(xì)菌能分解葡萄糖，產(chǎn)生丙酮酸，再將丙酮酸脫羧變?yōu)橹行缘囊阴＜谆状肌Ｒ阴＜谆状荚趬A性環(huán)境下，被空氣中的氧氧化為二乙酰，二乙酰與蛋白胨水中的精氨酸所含的胍基起反應(yīng)，生成紅色的化合物，即為VP試驗(yàn)陽(yáng)性。

43、第70頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三方法：將大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌分別接種于2支葡萄糖蛋白胨水。 37孵育48小時(shí)后，分別加入等量李氏（Leifson）試劑，搖勻后不加塞，靜置30分鐘觀察結(jié)果，出現(xiàn)紅色者為陽(yáng)性反應(yīng)。 第71頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三VP試驗(yàn)陰性陽(yáng)性大腸桿菌：產(chǎn)氣桿菌：+第72頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三3 甲基紅試驗(yàn) 許多細(xì)菌如大腸桿菌等，分解葡萄糖產(chǎn)生丙酮酸，丙酮酸再被分解，產(chǎn)生甲酸、乙酸、乳酸等。這樣使培養(yǎng)基的pH降至4.5以下，這時(shí)加入甲基紅試劑便呈紅色。第73頁(yè)，共130頁(yè)，2022

44、年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三分別接種大腸桿菌及產(chǎn)氣桿菌于兩支葡萄糖蛋白胨水中，置37孵育 1824小時(shí)，滴加甲基紅試劑數(shù)滴，立即觀察結(jié)果。甲基紅為指示劑，變色范圍為pH4.4（紅色）6.2（黃色）。若細(xì)菌分解葡萄糖產(chǎn)酸量少，或產(chǎn)生的酸進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為其它物質(zhì)（如醇、醛、酮、氣體和水等），則培養(yǎng)基的酸堿度仍在pH6.2以上，故加入甲基紅指示劑呈黃色。紅色為陽(yáng)性反應(yīng)，黃色為陰性反應(yīng)。第74頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三甲基紅試驗(yàn)陽(yáng)性陰性對(duì)照大腸桿菌：+產(chǎn)氣桿菌：第75頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三4 檸檬酸鹽利用試驗(yàn) 在檸檬酸鹽培養(yǎng)基中，檸

45、檬酸鈉為碳的唯一來源，磷酸二氫銨為氨的唯一來源。有的細(xì)菌如產(chǎn)氣桿菌等，可利用檸檬酸鹽作為碳源，能在此培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，并分解枸椽酸鹽而最后產(chǎn)生碳酸，使培養(yǎng)基變堿性，這樣培養(yǎng)基中的澳麝香草酚藍(lán)指標(biāo)由綠色變深藍(lán)色，即為檸檬酸鹽利用試驗(yàn)陽(yáng)性。若細(xì)菌不能利用枸椽酸鹽為碳源，在此培養(yǎng)基上就不生長(zhǎng)，培養(yǎng)基則不變色，則為檸檬酸鹽利用試驗(yàn)陰性。第76頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三方法：分別接種大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌于2支檸檬酸鹽培養(yǎng)基；37孵育24-48小時(shí)，觀察結(jié)果，若有菌苔出現(xiàn)，培養(yǎng)基變?yōu)樯钏{(lán)色則為陽(yáng)性。 第77頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三檸檬酸利用試驗(yàn)大

46、腸桿菌：產(chǎn)氣桿菌：+第78頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三5 靛基質(zhì)（吲哚）產(chǎn)生試驗(yàn) 有些細(xì)菌能分解培養(yǎng)基中蛋白胨內(nèi)的色氨酸形成靛基質(zhì)（又稱吲哚），靛基質(zhì)為無色，不能直接觀察，當(dāng)加靛基質(zhì)試劑（歐氏柯氏試劑）時(shí)，試劑中的對(duì)二甲基氨基苯甲醛與靛基質(zhì)結(jié)合而成紅色的玫瑰靛基質(zhì)，則可為肉眼識(shí)別。第79頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三方法：取大腸桿菌蛋白胨水培養(yǎng)物及傷寒桿菌蛋白胨水培養(yǎng)物各一管，沿管壁徐徐加入靛基質(zhì)試劑（約0.3ml），如在試劑與培養(yǎng)物接觸面之間有玫瑰紅色出現(xiàn)者為陽(yáng)性。大腸桿菌靛基質(zhì)試驗(yàn)陽(yáng)性，而傷寒桿菌為陰性。第80頁(yè)，共130頁(yè)，202

47、2年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三陽(yáng)性吲哚試驗(yàn)大腸桿菌：+產(chǎn)氣桿菌：第81頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三6 硫化氫產(chǎn)生試驗(yàn) 某些細(xì)菌能分解培養(yǎng)基中胱氨酸等含硫氨基酸，生成硫化氫，硫化氫遇鉛鹽（或鐵鹽如硫酸亞鐵）則形成黑褐色硫化鉛或硫化亞鐵的沉淀物。黑色沉淀愈多，表示生成的硫化氫量亦愈多。第82頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三方法：分別穿刺接種大腸桿菌、變形桿菌至兩管醋酸鉛培養(yǎng)基中，37孵育24小時(shí)后觀察，穿刺線部位呈黑褐色者為陽(yáng)性，不變色者為陰性。第83頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三H2S試驗(yàn)第84頁(yè)，共130

48、頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三7 尿素酶試驗(yàn) 細(xì)菌分解尿素產(chǎn)生兩分子氨，使培養(yǎng)基 pH 升高，指示劑酚紅顯示出紅色，即證明細(xì)菌有尿素酶。 方法：用接種環(huán)將待檢菌培養(yǎng)物接種于尿素瓊脂斜面，不要穿刺到底，下部留作對(duì)照。 置 37 培養(yǎng)，于 1-6h 檢查（有些菌分解尿素很快），有時(shí)需培養(yǎng) 24h 到 6d （有些菌則緩慢作用于尿素）。 陽(yáng)性反應(yīng)，則瓊脂斜面由粉紅到紫紅色。第85頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三尿素酶試驗(yàn)對(duì)照陽(yáng)性陰性第86頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三第87頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三

49、二 合成代謝產(chǎn)物類型 1、細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)（ 蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、核酸）2 初級(jí)代謝產(chǎn)物：微生物通過代謝活動(dòng)產(chǎn)生的、自身生長(zhǎng)和繁殖所必需的物質(zhì)。 初級(jí)代謝（初級(jí)代謝產(chǎn)物） 與微生物的產(chǎn)能代謝和耗能代謝的有關(guān)的代謝類型。 例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素。初級(jí)代謝物的應(yīng)用？第88頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三3 次生代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物：微生物生長(zhǎng)到一定階段才產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、對(duì)微生物無明顯生理功能或并非是微生物生長(zhǎng)和繁殖所必需的物質(zhì)。例：抗生素、毒素、激素、色素、微生素。次級(jí)代謝（次生代謝產(chǎn)物）：避免初級(jí)代謝過程中某種中間產(chǎn)物積累造成的毒害的而產(chǎn)生的一

50、類有利于生存的代謝類型。第89頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物的不同初級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物生長(zhǎng)繁殖是否必需產(chǎn)生階段菌種特異性分布位置種類是否始終產(chǎn)生生長(zhǎng)到一定階段后產(chǎn)生無有細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等激素、毒素、色素、抗生素第90頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三熱原質(zhì)(pyrogen)：或稱致熱原。是細(xì)菌合成的一種注入人體或動(dòng)物體內(nèi)能引起發(fā)熱反應(yīng)物質(zhì)。產(chǎn)生熱原質(zhì)的細(xì)菌大多是革蘭陰性菌，熱原質(zhì)即其細(xì)胞壁的脂多糖。毒素與侵襲性酶：細(xì)菌產(chǎn)生外毒素和內(nèi)毒素兩類毒素。外毒素(exotoxin)是多

51、數(shù)革蘭陽(yáng)性菌和少數(shù)革蘭陰性菌在生長(zhǎng)繁殖過程中釋放到菌體外的蛋白質(zhì)；內(nèi)毒素(endotoxin)是革蘭陰性菌的脂多糖。4 合成代謝產(chǎn)物第91頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三色素：細(xì)菌的色素有兩類水溶性色素，能彌散到培養(yǎng)基或周圍組織。脂溶性色素，不溶于水，只存在與菌體，是菌落顯色而培養(yǎng)基顏色不變?？股兀耗承┪⑸锎x過程中產(chǎn)生的一類能抑制或殺死某些其他微生物或腫瘤細(xì)胞的物質(zhì)。細(xì)菌素：某些細(xì)菌能產(chǎn)生一種僅作用于有近緣關(guān)系的細(xì)菌的抗菌物質(zhì)，稱細(xì)菌素。細(xì)菌素為蛋白類物質(zhì)，抗菌范圍很窄，無治療意義，但可用于細(xì)菌分型和流行病學(xué)調(diào)查。細(xì)菌素以生產(chǎn)菌而命名。大腸桿菌產(chǎn)生的細(xì)菌素稱大腸

52、菌素，綠膿桿菌產(chǎn)生的稱綠膿菌素，霍亂弧菌產(chǎn)生的稱弧菌素。 維生素：細(xì)菌能合成某些維生素除供自身需要外，還能分泌只周圍環(huán)境中。第92頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三微生物細(xì)胞中的酶組成酶 細(xì)胞中始終存在的酶誘導(dǎo)酶 環(huán)境中某種物質(zhì)誘導(dǎo)下產(chǎn)生的酶。（誘導(dǎo)物：該酶的底物）1、酶合成的調(diào)節(jié)：大腸桿菌對(duì)葡萄糖和乳糖的利用差異。 三 微生物代謝的調(diào)節(jié)：基因處于打開狀態(tài)?；蛴袟l件的表達(dá)。第93頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三乳糖代謝基因分別編碼-半乳糖苷酶、滲透酶、轉(zhuǎn)乙?；傅?4頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三乳糖代謝基因第95

53、頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三2、酶活性的調(diào)節(jié) 通過改變已有酶的催化活性來調(diào)節(jié)代謝的速率。 代謝產(chǎn)物和酶結(jié)合，致使酶的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。但這種變化是可逆的，當(dāng)代謝產(chǎn)物和酶脫離后，酶結(jié)構(gòu)就會(huì)復(fù)原，又恢復(fù)原有活性。意義：微生物細(xì)胞內(nèi)一般不會(huì)積累大量的代謝產(chǎn)物。產(chǎn)物抑制（或激活）。第96頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三酶合成的調(diào)節(jié)和酶活性的調(diào)節(jié)的比較酶合成的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)對(duì)象調(diào)節(jié)機(jī)制特點(diǎn)意義誘導(dǎo)酶的合成酶的活性對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控以反饋的方式調(diào)節(jié)反應(yīng)過程較慢快速、精細(xì)避免物質(zhì)和能量的浪費(fèi)避免代謝產(chǎn)物的積累第97頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日

54、，15點(diǎn)2分，星期三(一)、生物合成途徑的代謝調(diào)控； 1、終產(chǎn)物阻遏（end product repression) 終產(chǎn)物阻遏該途徑所有酶的合成。 2、反饋（feedback)或變構(gòu)抑制(allosteric inhibition)： 終產(chǎn)物對(duì)該合成途徑第一酶合成的抑制A B C DE1E2E3Gene1Gene2Gene3終產(chǎn)物反饋抑制mRNA合成被阻遏DNAmRNA總結(jié)第98頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三1、酶的誘導(dǎo)（enzyme induction): 底物或其結(jié)構(gòu)類似物活化與降解有關(guān)的酶。 乳糖操縱子學(xué)說。 2、分解代謝產(chǎn)物阻遏（catabolite re

55、pression) ：葡萄糖阻遏大量其他誘導(dǎo)酶的合成。(二)、分解途徑的代謝調(diào)控：第99頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三 （三）微生物代謝的人工控制1、措施 改變微生物遺傳特性。改變細(xì)胞膜的通透性。2、目的：獲得更多的代謝產(chǎn)物。第100頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三第四節(jié) 微生物的發(fā)酵生產(chǎn)一 發(fā)酵（代謝發(fā)酵)和發(fā)酵工程工業(yè)發(fā)酵：利用微生物進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的過程。發(fā)酵工程:采用現(xiàn)代化工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)。利用微生物，在適宜的條件下，將原料經(jīng)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化

56、為人類所需要的產(chǎn)物的過程。第101頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三發(fā)酵已經(jīng)從過去簡(jiǎn)單的生產(chǎn)酒精類飲料、生產(chǎn)醋酸和發(fā)酵面包發(fā)展到今天成為生物工程的一個(gè)極其重要的分支，成為一個(gè)包括了微生物學(xué)、化學(xué)工程、基因工程、細(xì)胞工程、機(jī)械工程和計(jì)算機(jī)軟硬件工程的一個(gè)多學(xué)科工程。 現(xiàn)代發(fā)酵工程不但生產(chǎn)酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長(zhǎng)激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物，生產(chǎn)天然殺蟲劑、細(xì)菌肥料和微生物除草劑等農(nóng)用生產(chǎn)資料，在化學(xué)工業(yè)上生產(chǎn)氨基酸、香料、生物高分子、酶以及維生素和單細(xì)胞蛋白等。 第102頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三二 發(fā)酵

57、的特點(diǎn)：有機(jī)物氧化的基質(zhì) 最終受氫體有機(jī)物氧化有機(jī)物第103頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三發(fā)酵工程所利用的微生物主要是哪些?細(xì)菌、放線菌，酵母菌和霉菌 利用微生物的特點(diǎn)： (1)對(duì)周圍環(huán)境的溫度、壓強(qiáng)、滲透壓、酸堿度等條件有極大的適應(yīng)能力 (2)有極強(qiáng)的消化能力 (3)有極強(qiáng)的繁殖能力 第104頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三三 微生物發(fā)酵技術(shù)的產(chǎn)生 1857年法國(guó)化學(xué)家、微生物家巴斯德提出了著名的發(fā)酵理論：“一切發(fā)酵過程都是微生物作用的結(jié)果?！?巴斯德認(rèn)為，釀酒是發(fā)酵，是微生物在起作用；酒變質(zhì)也是發(fā)酵，是另一類微生物在作祟；隨著科學(xué)技術(shù)的

58、發(fā)展，可以用加熱處理等方法來殺死有害的微生物，防止酒發(fā)生質(zhì)變。 同時(shí)，也可以把發(fā)酵的微生物分離出來，通過人工培養(yǎng)，根據(jù)不同的要求去誘發(fā)各種類型的發(fā)酵，獲得所需的發(fā)酵產(chǎn)品。 第105頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三發(fā)酵工業(yè)經(jīng)歷了哪幾個(gè)階段？原始發(fā)展階段（發(fā)酵技術(shù)原始，頂多是家庭小制作，技術(shù)進(jìn)步緩慢，完全是經(jīng)驗(yàn)式的，并不知道其中的原理 。） 傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)階段（人們才開始了解發(fā)酵現(xiàn)象的本質(zhì) ，采用開放式的發(fā)酵方式，生產(chǎn)過程較為簡(jiǎn)單，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求不高，規(guī)模一般不大 。）現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段（生產(chǎn)技術(shù)要求高；生產(chǎn)規(guī)模大；技術(shù)發(fā)展速度快；菌種的生產(chǎn)能力大幅度提高，新產(chǎn)品、新技術(shù)、新

59、設(shè)備的應(yīng)用達(dá)到前所未有的程度。 ）生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)階段 （利用構(gòu)建的基因工程菌生產(chǎn) ）第106頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三思考討論：抗生素、氨基酸、酶制劑等產(chǎn)品為什么能通過微生物發(fā)酵來生產(chǎn)？這與微生物的生長(zhǎng)和代謝特點(diǎn)有什么關(guān)系？1、某些微生物因爭(zhēng)奪生存環(huán)境或營(yíng)養(yǎng)物，會(huì)產(chǎn)生抗生素將其他種類的微生物殺死。2、微生物會(huì)產(chǎn)生蛋白酶、纖維素酶和淀粉酶，將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水解成可吸收的小分子的多肽或氨基酸、葡萄糖 。3、微生物細(xì)胞會(huì)通過合成或分解代謝生產(chǎn)它必需的一些物質(zhì)，包括氨基酸、核苷酸等。第107頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三五 發(fā)酵的流程空氣空氣凈化處理

60、保藏菌種斜面活化擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐主發(fā)酵碳源、氮源、無機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)滅菌產(chǎn)物分離純化成品第108頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三菌種篩選搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)第109頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三發(fā)酵工程第110頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三發(fā)酵工程第111頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三發(fā)酵工程第112頁(yè)，共130頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)2分，星期三發(fā)酵工程（味精的生產(chǎn)過程）我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)味精使用的菌種主要是經(jīng)過誘變育種得到的營(yíng)養(yǎng)缺陷型的北京谷氨酸棒狀桿菌 第113頁(yè)，共130頁(yè)，20