大學(xué)微生物復(fù)習(xí)-第4章微生物的營養(yǎng)和代謝1課件

第四章微生物的營養(yǎng)和代謝1第一節(jié)微生物的營養(yǎng)營養(yǎng)物質(zhì)時微生物新陳代謝和一切生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，失去這個基礎(chǔ)，生命也就停止微生物營養(yǎng)的功能A.參與微生物細胞的組成B.提供微生物機體進行各種生理活動所需的能量C.形成微生物代謝產(chǎn)物的來源

2一、微生物細胞的化學(xué)組與成營養(yǎng)物質(zhì)（一）微生物細胞的化學(xué)組成元素大量元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫其他元素：鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鈷、鋅、鉬等存在方式有機物（蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素，）無機鹽水3有機酸：乳酸，檸檬酸，延胡索酸，低級脂肪酸，高級脂肪酸，氨基酸醇類：乙醇、甲醇脂類：脂肪，磷脂

5烴類：天然氣，石油，石油餾分，石蠟油CO2：CO2碳酸鹽：NaHCO3,CaCO3,其他：芳香族化合物，氰化物，蛋白質(zhì)，肽，核酸62.微生物的氮源（1）作用：構(gòu)成微生物細胞組成或代謝中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)。（2）主要種類：無機氮源：銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽等有機氮源：蛋白胨、酵母膏、玉米漿、魚粉、黃豆餅、花生餅等氣態(tài)氮源：N27微生物的能源分類

化能異養(yǎng)微生物：有機物（同碳源）化學(xué)物質(zhì)：化能自養(yǎng)微生物：還原態(tài)無機物能源（不同碳源）—NH4+,NO2-,S,H2S,H2,Fe2+光能：光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物94.微生物的生長因子指那些為微生物生長所必需，但本身不能合成，而需要量又很少的有機物質(zhì)。狹義：維生素廣義：維生素、氨基酸、堿基、脂肪酸等(1).生長因子自養(yǎng)型微生物(2).生長因子異養(yǎng)型微生物(3).生長因子過量合成微生物(4).營養(yǎng)缺陷型微生物10某些微生物生長所需的生長因子11無機鹽及其生理功能136.水(1)水的功能A.是微生物細胞的重要組成部分，使原生質(zhì)保持溶膠狀態(tài)，保證帶正常進行B.是物質(zhì)代謝的原料C.起到物質(zhì)溶劑和運輸介質(zhì)的作用D.有效控制細胞內(nèi)的溫度變化14(2)水的可利用性用水活度表示水活度αw(wateractivity)=P/Po

P:溶液的蒸汽壓

Po:純水的蒸汽壓在常溫常壓下，純水的aw為1.0015幾種微生物生長的最適aw值微生物

aw一般細菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80嗜鹽細菌0.76嗜鹽真菌0.65嗜高滲酵母菌0.6017二、微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的方式簡單擴散物質(zhì)運輸?shù)膭恿?膜內(nèi)外的濃度差特點：A.不消耗能量B.不發(fā)生化學(xué)變化C.非特異性。被運輸?shù)奈镔|(zhì)：小分子量和脂溶性物，如水，氣體、甘油等。18借助膜上的載體蛋白，具有酶促反應(yīng)的特性。物質(zhì)運輸?shù)膭恿?膜內(nèi)外的濃度差特點：A.需要特異性的載體蛋白B.不消耗能量C.可加快運輸速度，但不能逆濃度運輸194.基團轉(zhuǎn)位葡萄糖通過基團轉(zhuǎn)位運輸過程的化學(xué)反應(yīng)1）PEP+HPr酶I磷酸~HPr+丙酮酸

2）磷酸~HPr+葡萄糖酶II6-磷酸葡萄糖+HPr21特點：需復(fù)雜的運輸酶系參與；同主動運輸，但底物在運輸過程發(fā)生化學(xué)變化。主要用于糖及脂肪酸、核苷、堿基等物質(zhì)的運輸。22三、微生物的營養(yǎng)類型細菌的營養(yǎng)方式以能量來源分光能型:以光為能源;化能型:以物質(zhì)氧化釋放的能量為能源;以可利用的供氫體無機營養(yǎng)型:以無機物為供氫體;有機營養(yǎng)型:以有機物為供氫體。231.化能有機營養(yǎng)型微生物碳源——有機物(用于合成細胞物質(zhì))能源，供氫體——有機物(用于分解產(chǎn)能)可分為：寄生型微生物——寄生于活的生物體（衣原體）腐生型微生物——以死亡的生物有機體為營養(yǎng)原料（如大腸桿菌）自然界中絕大部分的微生物為化能有機營養(yǎng)型微生物252.化能無機營養(yǎng)型微生物碳源——CO2能源，供氫體——無機物（氫、氨、硫）例：2NH3+2O22HNO2+4H++能量CO2+4H+(CH2O)+H2O微生物：硝化細菌,硫化細菌,氫細菌及鐵細菌26微生物的營養(yǎng)類型1劃分依據(jù)營養(yǎng)類型特點碳源自養(yǎng)型（Autotrophs）以為唯一活主要碳源異養(yǎng)型（Heteritrophs）以有機物為碳源能源光能營養(yǎng)型（Phototrophs）以光為能源化能營養(yǎng)型（Chemotrophs）以有機物氧化釋放的化學(xué)能為能源電子供體無機營養(yǎng)型（Lithotrophs）以還原性無機物為電子供體有機營養(yǎng)型（Organotrophs）以有機物為電子供體29微生物的營養(yǎng)類型2營養(yǎng)類型電子供體碳源能源例樣光能無機自養(yǎng)型H2,H2S,S,H2OCO2光能色細菌，藍細菌，藻類光能有機異養(yǎng)型有機物有機物光能紅螺細菌化能無機自養(yǎng)型H2,H2S,Fe2+，

NH3或NO2-CO2化學(xué)能（無機物氧化）氫細菌，硫桿菌，硝化細菌，大多數(shù)產(chǎn)甲烷菌化能有機異養(yǎng)型有機物有機物化學(xué)能（有機物氧化）大多數(shù)微生物，原生動物30四、培養(yǎng)基（一）、配制培養(yǎng)基的原則1.選擇適宜的營養(yǎng)物質(zhì)2.營養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適（C/N）3.控制pH條件4.控制氧化還原電位5.滅菌處理6.節(jié)約311.適宜營養(yǎng)物質(zhì)的選擇322.營養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適（C/N）碳氮比（C/N）：培養(yǎng)基中碳元素/氮元素物質(zhì)的量比值或還原糖與粗蛋白之比。谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)：C/N=4時菌體大量繁殖，Glu積累少；C/N=3時菌體繁殖受抑，Glu大量積累。333.控制pH條件細菌:pH7.0~8.0放線菌：pH7~8.5酵母菌:pH3.8~6.0霉菌：pH4.0~6.034維持培養(yǎng)基pH的方法使用磷酸緩沖劑：

K2HPO4/Na2HPO4:KH2PO4/NaH2PO4采用“備用堿”

CaCO3

、CaHCO3采用液氨或鹽酸調(diào)節(jié)354.控制氧化還原電位好氧微生物：＞+0.1V，一般+0.3~+0.4V厭養(yǎng)微生物：+0.1以下兼性微生物：+0.1以上好氧呼吸；+0.1以下進行發(fā)酵

36控制氧化還原電位的方法提高氧化還原電位：通氣，攪拌降低氧化還原電位：去除氧氣；加入還原劑（硫化物）375.滅菌處理高壓蒸汽滅菌：1.05kg/cm，121.3℃，15~30min。注意：高溫滅菌對營養(yǎng)物質(zhì)的破壞及pH變化38（二）、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用1.按成分不同劃分培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基半合成培養(yǎng)基392.根據(jù)物理狀態(tài)劃分培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基：固化培養(yǎng)基:含瓊脂1.5~2%或其它固形物天然固體培養(yǎng)其:農(nóng)作物材料液體培養(yǎng)基:不含瓊脂半固體培養(yǎng)基：含瓊脂0.2~0.7%403.按使用用途劃分培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基(Completemedium)基礎(chǔ)培養(yǎng)基(Minimummedium)加富培養(yǎng)基(Enrichmentmedium)選擇培養(yǎng)基(Selectivemedium)鑒別培養(yǎng)基(Differentialmedium)41一些鑒別培養(yǎng)基42

第二節(jié)微生物的代謝一、代謝和酶

分解代謝(Catabolism)代謝合成代謝(Anabolism)43

酶的組成與分類

單聚體蛋白酶蛋白寡聚體蛋白:谷酰胺合成酶多聚體蛋白:丙酮酸脫氫酶酶輔基:血紅素輔因子輔酶:NAD,FAD,生物素等激活劑:金屬離子

胞內(nèi)酶酶胞外酶44二、微生物主要產(chǎn)能方式（一）發(fā)酵與底物水平磷酸化發(fā)酵:在無氧條件下進行，并獲得能量的一種主要方式。發(fā)酵是以有機質(zhì)分解過程中的部分中間產(chǎn)物作為質(zhì)子及電子的最終受體被還原，而另一部分有機物則被氧化。工業(yè)發(fā)酵:是指微生物在有氧或無氧條件下通過物質(zhì)的分解與合成兩個代謝過程將某些物質(zhì)轉(zhuǎn)變成某些產(chǎn)物的整個過程45

微生物在厭養(yǎng)條件下的發(fā)酵過程的前部反應(yīng)46酵母菌的乙醇發(fā)酵C6H12O6+2ADP+2H3PO4

2CH3CH2OH+2ATP+2CO2+2H2O

47乳酸細菌的正型乳酸發(fā)酵

C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHOHCOOH+2ATP+2H2O

48（二）呼吸有氧呼吸:有機物為底物的有氧呼吸

以分子氧作為質(zhì)子和電子的最終受體的呼吸作用

C6H12O6+6O26CO2+6H2O+6ATP49（二）丙酮酸代謝和三羧酸（TCA）循環(huán)50（二）丙酮酸代謝和三羧酸（TCA）循環(huán)51（三）NAD和NADP在代謝中的作用電子傳遞鏈的組成部分脫氫和氫化作用的載體52電子傳遞系統(tǒng)53微生物好氧呼吸中的電子傳遞54無機物為底物的有氧呼吸

以還原態(tài)無機物作為氧化基質(zhì)，以氧為電子受體，并利用該物質(zhì)氧化過程中釋放的能量進行生長。這類微生物主要是好氧型的化能自養(yǎng)型微生物。55各無機物氧化實例562無氧呼吸:A.作為最終的電子受體物質(zhì)是NO3-、SO42-或CO2等無機物，或延胡索酸等有機物。B.作為呼吸基質(zhì)的物質(zhì)一般是有機物。C.通過無氧呼吸基質(zhì)可被徹底氧化成CO2，并伴隨有ATP的生成。57(1)以硝酸鹽為電子受體許多細菌在厭氧條件下，可以NO3-作為質(zhì)子和電子的最終受體。

C6H12O6＋6H2O脫氫酶6CO2＋24〔H〕24〔H〕＋NO3-硝酸還原酶2N2↑＋12H2O＋能量58(2)以硫酸鹽為電子受體硫酸鹽還原細菌在厭氧條件下，可以SO42-作為最終電子受體：

2CH3CHOHCOOH＋SO42-2CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋H2S只有脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)等少數(shù)幾種菌能以有機物(乳酸、丙酮酸等)或分子氫作為硫酸還原的供氫體。59(3)以CO2為電子受體大多數(shù)產(chǎn)甲烷細菌在厭氧條件下可以CO2作為最終電子受體，將CO2還原成甲烷。4H2＋CO2CH4＋2H2O

(4)以延胡索酸為電子受體雷氏變形菌和甲酸乙酸梭菌能以延胡索酸作為受氫體還原生成琥珀酸。

HOOCCH＝CHCOOH＋H2HOOCCH2CH＋2COOH60(四）光合作用和光合磷酸化

1.紫硫細菌的光能轉(zhuǎn)換（1）過程61(2)特點:只能以環(huán)式電子傳遞方式進行。通過電子傳遞生成的跨膜質(zhì)子濃度差產(chǎn)生ATP。光合作用一般不能產(chǎn)生還原力（還原NAD+為NADH）。622.綠硫細菌的光能轉(zhuǎn)化（1）過程63(2)特點：以環(huán)式及非環(huán)式電子傳遞方式進行。環(huán)式電子傳遞時能生成ATP。進行非環(huán)式電子傳遞時以還原態(tài)硫化物為電子供體能還原NAD(P)+為NAD(P)H。643.藍細菌的光能轉(zhuǎn)化(1)過程65(2)特點：有PSI和PSII兩個光合系統(tǒng)。以環(huán)式及非環(huán)式電子傳遞方式進行。環(huán)式電子傳遞時能生成ATP。進行非環(huán)式電子傳遞時以水為電子供體能還原NAD(P)+為NAD(P)H，并產(chǎn)生氧氣。66原核生物細胞與葉綠體的比較67微生物與氧的關(guān)系(隱藏)需氧性微生物只有在有氧條件下才能生長，進行有氧呼吸微生物：多數(shù)霉菌，放線菌厭氧性微生物生長不需要分子氧?；蜻M行無氧呼吸，或進行發(fā)酵生活微生物：硫酸鹽還原菌，產(chǎn)甲烷菌兼性厭氧微生物在有氧和無氧條件下都能生長，但在不同條件下呼吸代謝的方式不同微生物：酵母菌，大腸桿菌68三、化能異養(yǎng)代謝中糖的降解（一）己糖降解，形成丙酮酸的途徑1.EMP途徑（Embden-meyerhof-parnaspathway)2.HMP途徑（Hexosemonophospatepathway)3.ED途徑(Enter-doudoroff)4.WD途徑5.葡萄糖直接氧化途徑69EMP途徑70(1）EMP途徑的特點:A.葡萄糖分解是從1，6-二磷酸果糖開始B.特征性酶是1，6-二磷酸果糖醛縮酶C.整個途徑不消耗氧（2）EMP途徑的生理功能:

A.提供ATP和NADH；B.中間產(chǎn)物可生物合成提供碳骨架712.HMP途徑途徑從6-磷酸葡萄糖酸開始分解分2個階段：（1）氧化階段

脫氫、水解、氧化脫羧G6PRu5P+CO2（2）非氧化階段

基團轉(zhuǎn)移、縮合

Ru5P6-磷酸己糖72HMP途徑圖73(1)HMP途徑的特點:A.是從6-磷酸葡萄糖酸脫羧開始B.特征性酶是轉(zhuǎn)酮酶（TK）和轉(zhuǎn)醛酶（TA）C.該途徑一般只產(chǎn)生NADPH(2)HMP途徑的生理功能：A.為生物合成提供多種碳架C.為生物合成提供還原力D.該途徑中的5-磷酸核酮糖對自養(yǎng)型微生物固定CO2有重要意義。743.ED途徑75ED途徑的特點A.特征反應(yīng)為2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解為丙酮酸和3-磷酸甘油醛B.特征性酶是2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸醛縮酶C.1mol葡萄糖經(jīng)途徑只產(chǎn)生1molATP76EMP、HMP、ED途徑的比較途徑EMPHMPED特征性