微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第1頁(yè)代謝概論代謝（metabolism）：細(xì)胞內(nèi)發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)總稱(chēng)代謝分解代謝(catabolism)合成代謝(anabolism)復(fù)雜分子（有機(jī)物）分解代謝合成代謝簡(jiǎn)單小分子ATP[H]代謝結(jié)果：生長(zhǎng)和繁殖微生物代謝特點(diǎn)：旺盛；多樣化；嚴(yán)格調(diào)整微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第2頁(yè)一、概述

有氧呼吸生物氧化：

無(wú)氧呼吸產(chǎn)能過(guò)程發(fā)酵1、化能異養(yǎng)微生物生物氧化與產(chǎn)能第一節(jié)微生物能量代謝

——將最初能源轉(zhuǎn)換成通用ATP過(guò)程微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第3頁(yè)自養(yǎng)微生物利用無(wú)機(jī)物異養(yǎng)微生物利用有機(jī)物生物氧化能量微生物直接利用儲(chǔ)存在高能化合物（如ATP）中以熱形式被釋放到環(huán)境中微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第4頁(yè)（一）有氧呼吸微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第5頁(yè)（1）糖酵解：葡萄糖→丙酮酸葡萄糖或糖原葡萄糖單位經(jīng)過(guò)糖酵解路徑分解為丙酮酸，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為糖無(wú)氧分解。因?yàn)榇诉^(guò)程與酵母菌使糖生醇發(fā)酵過(guò)程基礎(chǔ)相同，故又稱(chēng)糖酵解。反應(yīng)在胞液中進(jìn)行，不需要氧氣。1有機(jī)物脫氫微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第6頁(yè)①己糖激酶或葡萄糖激酶②磷酸己糖異構(gòu)酶③磷酸果糖激酶④醛縮酶⑤磷酸丙糖異構(gòu)酶⑥3-磷酸甘油醛脫氫酶⑦磷酸甘油酸激酶⑧磷酸甘油酸變位酶⑨烯醇化酶⑩丙酮酸激酶;縮寫(xiě)符號(hào)：G葡萄糖,G6P6-磷酸葡萄糖,F-1,6-BP1,6-二磷酸果糖,G3P（GAP）3-磷酸甘油醛,DHAP磷酸二羥丙酮,G-1,3-BP1,3-二磷酸甘油酸,3PG3-磷酸甘油酸,2PG2-磷酸甘油酸PEP磷酸烯醇式丙酮酸微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第7頁(yè)TCA循環(huán)生理意義：（1）為細(xì)胞提供能量。（2）三羧酸循環(huán)是微生物細(xì)胞內(nèi)各種能源物質(zhì)徹底氧化共同代謝路徑。（3)三羧酸循環(huán)是物質(zhì)轉(zhuǎn)化樞紐。

（2）TCA循環(huán)檸檬酸循環(huán)或Krebs循環(huán)

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第8頁(yè)（3）TCA補(bǔ)充路徑

I乙醛酸循環(huán)（TCA循環(huán)支路）

（異檸檬酸裂合酶）（乙酰--CoA合成酶）（蘋(píng)果酸合成酶）乙酰-CoA異檸檬酸琥珀酸+乙醛酸乙酸蘋(píng)果酸Ii丙酮酸、PEP等化合物固定CO2方法Iii厭氧、兼性厭氧微生物取得TCA中間產(chǎn)物方式p159微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第9頁(yè)2遞氫和受氫呼吸鏈或電子傳遞鏈定義：由一系列氧化還原勢(shì)不一樣氫傳遞體組成一組鏈狀傳遞次序。在氫或電子傳遞過(guò)程中，經(jīng)過(guò)與氧化磷酸化反應(yīng)發(fā)生偶聯(lián)，就可產(chǎn)生ATP形式能量。部位：原核生物發(fā)生在細(xì)胞膜上，真核生物發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上組員：電子傳遞是從NAD到O2，電子傳遞鏈中電子傳遞體主要包含F(xiàn)MN、CoQ、細(xì)胞色素b、c1、c、a、a３和一些鐵硫旦白。這些電子傳遞體傳遞電子次序，按照它們氧化還原電勢(shì)大小排列.微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第10頁(yè)電子傳遞鏈1）電子傳遞鏈載體:NADH脫氫酶黃素蛋白輔酶Q（CoQ）鐵-硫蛋白及細(xì)胞色素類(lèi)蛋白在線粒體內(nèi)膜中以4個(gè)載體復(fù)合物形式從低氧化還原勢(shì)化合物到高氧化還原勢(shì)分子氧或其它無(wú)機(jī)、有機(jī)氧化物逐層排列。

2遞氫和受氫微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第11頁(yè)原核微生物電子傳遞鏈特點(diǎn)：最終電子受體多樣：O2、NO3-、NO2-、NO-、SO42-、S2-、CO32-等；電子供體：H2、S、Fe2+、NH4+、NO2-、G、其它有機(jī)質(zhì)等；含各種類(lèi)型細(xì)胞色素：

a、a1、a2、a4、b、b1、c、c1、c4、c5、d、o等；末端氧化酶：

cyta1、a2、a3、d、o，H2O2酶、過(guò)氧化物酶；呼吸鏈組分多變存在分支呼吸鏈：細(xì)菌電子傳遞鏈更短并P／O比更低，在電子傳遞鏈幾個(gè)位置進(jìn)入鏈和經(jīng)過(guò)幾個(gè)位置末端氧化酶而離開(kāi)鏈。

E.coli（缺氧）CoQcyt.b556cyt.ocyt.b558cyt.d（抗氰化物）細(xì)胞色素0分支對(duì)氧親和性低，是一個(gè)質(zhì)子泵，在氧供給充分條件下工作；細(xì)胞色素d分支對(duì)氧有很高親和性，所以在氧供給不足情況下起作用。

電子傳遞多樣：CoQcyt.也可不經(jīng)過(guò)此路徑。

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第12頁(yè)3）氧化磷酸化產(chǎn)能機(jī)制

——化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)、構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)、化學(xué)滲透假說(shuō)化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)---英國(guó)生物化學(xué)家Peter．Mitchell于1961年提出。該假說(shuō)認(rèn)為電子傳遞鏈組成造成質(zhì)子從線粒體基質(zhì)向外移動(dòng)，電子向內(nèi)傳遞。質(zhì)子傳遞可能是因?yàn)檩d體環(huán)或特定質(zhì)子泵作用，驅(qū)動(dòng)泵能量來(lái)自電子傳遞。來(lái)自被氧化底物上一對(duì)電子沿傳遞鏈轉(zhuǎn)移時(shí)所產(chǎn)生跨膜電化學(xué)梯度（即質(zhì)子動(dòng)勢(shì)Protonmotiveforce,PMF)是ATP合成原動(dòng)力。當(dāng)質(zhì)子動(dòng)勢(shì)驅(qū)動(dòng)被轉(zhuǎn)移至膜間空鍵質(zhì)子返回線粒體基質(zhì)中時(shí)，所釋放能量推進(jìn)ADP磷酸化生成ATP。質(zhì)子推進(jìn)力（Δp）取決于跨膜質(zhì)子濃度（ΔpH）和內(nèi)膜兩側(cè)電位差（Δψ）。

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第13頁(yè)3）氧化磷酸化產(chǎn)能機(jī)制

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第14頁(yè)氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化原理舉例呼吸鏈抑制劑解偶聯(lián)劑氧化磷酸化抑制劑阻斷呼吸鏈－－魚(yú)藤酮抗霉素ACO[H+]喪失，質(zhì)子從別處回流－正常二硝基苯酚解偶聯(lián)蛋白－－寡霉素質(zhì)子不能回流，[H+]增高，抑制質(zhì)子泵微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第15頁(yè)（二）無(wú)氧呼吸（厭氧呼吸）產(chǎn)物電子受體微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第16頁(yè)

特點(diǎn)：

a常規(guī)路徑脫下氫，經(jīng)個(gè)別呼吸鏈傳遞；

b氫受體：氧化態(tài)無(wú)機(jī)物（個(gè)別：延胡索酸）

c產(chǎn)能效率低。硝酸鹽呼吸（反硝化作用）即硝酸鹽還原作用特點(diǎn)：

a有其完整呼吸系統(tǒng)；

b只有在無(wú)氧條件下，才能誘導(dǎo)出反硝化作用所需硝酸鹽還原酶A亞硝酸還原酶等

c兼性厭氧

細(xì)菌：銅綠假單胞、地衣芽孢桿菌等。（二）無(wú)氧呼吸（厭氧呼吸）微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第17頁(yè)硝酸鹽作用同化性硝酸鹽作用：

NO3-

NH3-NR-NH2

異化性硝酸鹽作用：無(wú)氧條件下，利用NO3-為最終氫受體

NO3-NO2NON2ON2

反硝化意義：1）使土壤中氮（硝酸鹽NO3-）還原成氮?dú)舛?，降低土壤肥力?）反硝化作用在氮素循環(huán)中起主要作用。

亞硝酸還原酶氧化氮還原酶氧化亞氮還原酶硝酸鹽還原酶微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第18頁(yè)

硫酸鹽呼吸（硫酸鹽還原）

——厭氧時(shí)，SO42-

、SO32-、S2O32-等為末端電子受體呼吸過(guò)程。特點(diǎn)：

a、嚴(yán)格厭氧；

b、大多為古細(xì)菌

c、極大多專(zhuān)性化能異氧型，少數(shù)混合型；

d、最終產(chǎn)物為H2S；

SO42-

SO32-SO2SH2Se、利用有機(jī)質(zhì)（有機(jī)酸、脂肪酸、醇類(lèi)）作為氫供體或電子供體；

f、環(huán)境：富含SO42-厭氧環(huán)境（土壤、海水、污水等）

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第19頁(yè)硫呼吸（硫還原）

——以元素S作為唯一末端電子受體。電子供體：乙酸、小肽、葡萄糖等

SH2S微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第20頁(yè)碳酸鹽呼吸（碳酸鹽還原）

——以CO2、HCO3-

為末端電子受體

產(chǎn)甲烷菌

—利用H2作電子供體（能源）、CO2為受體，產(chǎn)物CH4；產(chǎn)乙酸細(xì)菌

—H2/CO2進(jìn)行無(wú)氧呼吸，產(chǎn)物為乙酸。微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第21頁(yè)其它類(lèi)型無(wú)氧呼吸

——以Fe3+、Mn2+許多有機(jī)氧化物等作為末端電子受體無(wú)氧呼吸。延胡索酸琥珀酸+1ATP。被砷、硒化合物污染土壤中，厭氧條件下生長(zhǎng)一些還原硫細(xì)菌。利用Desulfotomaculumauripigmentum還原AsO43-生產(chǎn)三硫化二砷（雌黃）作用：生物礦化和微生物清污微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第22頁(yè)

1、定義

廣義：利用微生物生產(chǎn)有用代謝一個(gè)生產(chǎn)方式。

狹義：厭氧條件下，以本身內(nèi)部一些中間代謝產(chǎn)物作為最終氫（電子）受體產(chǎn)能過(guò)程

特點(diǎn)：

1）經(jīng)過(guò)底物水平磷酸化產(chǎn)ATP；

2）葡萄糖氧化不徹底，大個(gè)別能量存在于發(fā)酵產(chǎn)物中；

3）產(chǎn)能率低；

4）產(chǎn)各種發(fā)酵產(chǎn)物。（三）發(fā)酵（fermentantion）微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第23頁(yè)微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第24頁(yè)①酵母型酒精發(fā)酵②同型乳酸發(fā)酵③丙酸發(fā)酵④混合酸發(fā)酵⑤2,3—丁二醇發(fā)酵⑥丁醇發(fā)酵丙酮酸發(fā)酵微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第25頁(yè)1.以EMP路徑進(jìn)行發(fā)酵（1）酵母型乙醇發(fā)酵同型酒精發(fā)酵1G2丙酮酸2乙醛+2CO22乙醇+2ATP

條件：pH3.5~4.5,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）i、加入NaHSO4NaHSO4+乙醛磺化羥乙醛（難溶）ii、弱堿性（pH7.5）2乙醛1乙酸+1乙醇（歧化反應(yīng)）磷酸二羥丙酮作為氫受體，經(jīng)水解去磷酸生成甘——甘油發(fā)酵（EMP）---亞硫酸氫鈉必須控制亞適量（3%）

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第26頁(yè)b、細(xì)菌型乙醇發(fā)酵

(發(fā)酵單胞菌和嗜糖假單胞菌)p146

同型酒精發(fā)酵

1G2丙酮酸

代謝速率高，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率高，發(fā)酵周期短等。缺點(diǎn)是生長(zhǎng)pH較高，較易染雜菌，而且對(duì)乙醇耐受力較酵母菌低.

（ED）乙醇+1ATP

異型酒精發(fā)酵(腸膜明串珠菌、短桿乳桿菌）

1G乙酰磷酸乙醛乙醇

乙酰--CoA無(wú)丙酮酸脫羧酶而有乙醛脫氫酶（PK）Or異型乳酸發(fā)酵微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第27頁(yè)

異型酒精發(fā)酵(乳酸菌、腸道菌和一些嗜熱細(xì)菌）

1G2丙酮酸（丙酮酸甲酸解酶）乙醛乙醇甲酸

+乙酰--CoA無(wú)丙酮酸脫羧酶而有乙醛脫氫酶（EMP）Or混合酸和丁二醇發(fā)酵微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第28頁(yè)2）乳酸發(fā)酵異型乳酸發(fā)酵（heterolacticfermentation）凡葡萄糖發(fā)酵后產(chǎn)生乳酸、乙醇（或乙酸）和CO2等各種產(chǎn)物發(fā)酵稱(chēng)異型乳酸發(fā)酵；相正確如只產(chǎn)生2分子乳酸發(fā)酵，則稱(chēng)同型乳酸發(fā)酵（homolacticfermentation）。

同型乳酸發(fā)酵（德氏乳桿菌、植物乳桿菌等）

——EMP路徑（丙酮酸乳酸）

異型乳酸發(fā)酵（HMP/PK路徑）腸膜明串株菌（PK）產(chǎn)能：1ATP

雙歧雙歧桿菌（HK）產(chǎn)能：2G5ATP即1G2.5ATP

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第29頁(yè)葡萄糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2(1,3-二-磷酸甘油酸）2乳酸2丙酮酸①同型乳酸發(fā)酵：EMP2NAD+2NADH4ATP4ADP2ATP2ADPLactococcuslactisLactobacillusplantarum微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第30頁(yè)②異型乳酸發(fā)酵：PK葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛乳酸乙酰磷酸NAD+NADHNAD+NADHATPADP乙醇乙醛乙酰CoA2ADP2ATP-2H-CO2微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第31頁(yè)③雙歧發(fā)酵：HK

G6-磷酸-果糖4-磷酸-赤蘚糖+乙酰磷酸特征性酶磷酸己糖酮解酶3--磷酸甘油醛+乙酰磷酸5-磷酸-木酮糖，5-磷酸-核糖乙酸戊糖酮解酶6-磷酸-果糖乳酸

乙酸1G乳酸+1.5乙酸+2.5ATP

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第32頁(yè)3)混合酸、丁二醇發(fā)酵a混合酸發(fā)酵：

——腸道菌（E.coli、沙氏菌、志賀氏菌等）1G丙酮酸乳酸乳酸脫氫酶

乙酰-CoA+甲酸丙酮酸甲酸解酶草酰乙酸丙酸PEP羧化酶磷酸轉(zhuǎn)乙?；敢胰┟摎涿敢宜峒っ敢掖济摎涿敢宜嵋掖糆.coli與志賀氏菌區(qū)分：葡萄糖發(fā)酵試驗(yàn)：E.coli、產(chǎn)氣腸桿菌甲酸CO2+H2

（甲酸氫解酶、H+）志賀氏菌無(wú)此酶，故發(fā)酵G不產(chǎn)氣。CO2+H2

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第33頁(yè)b丁二醇發(fā)酵（2，3--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）（OH-、O2）中性丁二醇精氨酸胍基其中兩個(gè)主要判定反應(yīng)：

1、V．P．試驗(yàn)2、甲基紅（M.R）反應(yīng)產(chǎn)氣腸桿菌：V.P.試驗(yàn)（+），甲基紅（-）

E.coli：V.P.試驗(yàn)（-），甲基紅（+）V.P.試驗(yàn)原理：微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第34頁(yè)4）丙酮-丁醇發(fā)酵

——嚴(yán)格厭氧菌進(jìn)行唯一能大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其百分比3：6：1）

——丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutyricum)2丙酮酸2乙酰-CoA乙酰-乙酰CoA丙酮

+CO2（CoA轉(zhuǎn)移酶）丁醇縮合微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第35頁(yè)

5）氨基酸發(fā)酵產(chǎn)能（stickland反應(yīng)）發(fā)酵菌體：生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、雙酶梭菌等。特點(diǎn)：氨基酸氧化與另一些氨基酸還原相偶聯(lián)；產(chǎn)能效率低（1ATP）氫供體（氧化）氨基酸：

Ala、Leu、Ile、Val、His、Ser、Phe、Tyr、

Try等。氫受體（還原）氨基酸：

Gly、Pro、Arg、Met、Leo、羥脯氨酸等。

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第36頁(yè)氧化

丙氨酸丙酮酸-NH3NAD+NADH乙酰-CoANAD+NADH乙酸+ATP甘氨酸乙酸甘氨酸-NH3還原微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第37頁(yè)二、化能自養(yǎng)微生物生物氧化與產(chǎn)能

通常是化能自養(yǎng)型細(xì)菌，普通是好氧菌。利用卡爾文循環(huán)固定C02作為它們碳源。其產(chǎn)能路徑主要也是借助于無(wú)機(jī)電子供體(能源物質(zhì))氧化，從無(wú)機(jī)物脫下氫(電子)直接進(jìn)入呼吸鏈經(jīng)過(guò)氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第38頁(yè)代謝特點(diǎn)

1）無(wú)機(jī)底物脫下氫（電子）從對(duì)應(yīng)位置直接進(jìn)入呼吸鏈

2）存在各種呼吸鏈

3）產(chǎn)能效率低；

4）生長(zhǎng)遲緩，產(chǎn)細(xì)胞率低。微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第39頁(yè)1氫細(xì)菌（氧化氫細(xì)菌）

能利用氫作為能源細(xì)菌組成生理類(lèi)群稱(chēng)氫細(xì)菌或氫氧化細(xì)菌(hydrogenoxidizingbacteria)。兼性化能自養(yǎng)菌主要有假單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)、副球菌屬、芽孢桿菌屬、黃桿菌屬(Flavobacterium)、水螺菌屬(Aquaspirillum)、分支桿菌屬(Mycobacterium)和諾卡氏菌屬(Nocardia)等。

產(chǎn)能：2H2+O2—2H2O

合成代謝反應(yīng)：

2H2+CO2—[CH2O]+H2O。

依據(jù)它們氧化無(wú)機(jī)化合物不一樣微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第40頁(yè)2硝化細(xì)菌

能氧化氮化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌

桿狀、橢圓形、球形、螺旋形或裂片狀，且它們可能有極生或周生鞭毛。

好氧、沒(méi)有芽孢革蘭氏陰性有機(jī)體，在細(xì)胞質(zhì)中有非常發(fā)達(dá)內(nèi)膜復(fù)合體。

將氨氧化成硝酸鹽過(guò)程稱(chēng)為硝化作用。

a、亞硝化細(xì)菌

NH3+O2+2H+NH2OH+H2OA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-也稱(chēng)氨氧化細(xì)菌(產(chǎn)生1分子ATP)微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第41頁(yè)3硫細(xì)菌（硫氧化細(xì)菌）

——利用H2S、S02、S2O32-等無(wú)機(jī)硫化物進(jìn)行自養(yǎng)生長(zhǎng),主要指化能自氧型硫細(xì)菌大多數(shù)硫桿菌，脫下H+（e-）經(jīng)cyt.c部位進(jìn)入呼吸鏈；而脫氮硫桿菌從FP或cyt.b水平進(jìn)入。

嗜酸型硫細(xì)菌能氧化元素硫和還原性硫化物外，還能將亞鐵離子(Fe2＋)氧化成鐵離子(Fe3＋)。微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第42頁(yè)產(chǎn)能路徑第一階段，H2S、S0和S2O32－等硫化物被氧化為SO32－第二階段，形成SO32－深入氧化為SO42－和產(chǎn)能。1、由細(xì)胞色素－亞硫酸氧化酶將SO32－直接氧化成為SO42－，并經(jīng)過(guò)電子傳遞磷酸化產(chǎn)能，普遍存在于硫桿菌中。2、磷酸腺苷硫酸(adenosinephosphosulfate，APS)路徑。在這條路徑中，亞硫酸與腺苷單磷酸反應(yīng)放出2個(gè)電子生成一個(gè)高能分子APS，放出電子經(jīng)細(xì)胞電子傳遞鏈氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。由腺苷酸激酶催化，每氧化1分子SO32－產(chǎn)生1．5分子ATP。微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第43頁(yè)4鐵細(xì)菌和細(xì)菌瀝濾

(1)鐵細(xì)菌（多數(shù)為化能自養(yǎng)，少數(shù)兼性厭氧，產(chǎn)能低。）

定義：能氧化Fe2＋成為Fe3＋并產(chǎn)能細(xì)菌被稱(chēng)為鐵細(xì)菌(ironbacteria)或鐵氧化細(xì)菌(ironoxidizingbacteria)。包含亞鐵桿菌屬(Ferrobacillus)、嘉利翁氏菌屬(Gallionella)、纖發(fā)菌屬(Leptothrix)、泉發(fā)菌屬(Crenothrix)和球衣菌屬(Sphaerotilus)組員。有些氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillusfrrooxidans)和硫化葉菌一些組員，除了能氧化元素硫和還原性硫化物外，還能將亞鐵離子(Fe2＋)氧化成鐵離子(Fe3＋)，所以它們既是硫細(xì)菌，也是鐵細(xì)菌。大多數(shù)鐵細(xì)菌為專(zhuān)性化能自養(yǎng)，但也有兼性化能自養(yǎng)。大多數(shù)鐵細(xì)菌還是嗜酸性。鐵細(xì)菌細(xì)胞產(chǎn)率也相當(dāng)?shù)臀⑸锎x專(zhuān)題知識(shí)講座第44頁(yè)

(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能力，讓其不停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浸出過(guò)程。又稱(chēng)細(xì)菌浸出或細(xì)菌冶金。原理：a、浸礦劑生成

2S+3O2+2H2O—2H2SO44FeSO4+2H2SO4+O2—2Fe2（SO4）3+2H2Ob、低品位銅礦中銅以CuSO4形式浸出

CuS+2Fe2（SO4）3+2H2O+O2—CuSO4

+4FeSO4+2H2SO4

c、鐵屑置換CuSO4中銅

CuSO4+Fe—FeSO4+Cu

——適于次生硫化礦和氧化礦浸出，浸出率達(dá)70%~80%。

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第45頁(yè)三、光能微生物能量代謝細(xì)菌光合作用

真核生物：藻類(lèi)及其它綠色植物

產(chǎn)氧原核生物：藍(lán)細(xì)菌光能營(yíng)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(lèi)群1）產(chǎn)氧光合細(xì)菌——好氧菌，藍(lán)細(xì)菌和原綠植物綱各種綠色植物、藻類(lèi)藍(lán)細(xì)菌：專(zhuān)性光能自養(yǎng)。

(H2S環(huán)境中，只利用光合系統(tǒng)I進(jìn)行不產(chǎn)氧作用)。原綠植物綱微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第46頁(yè)2）不產(chǎn)氧光合細(xì)菌a、紫色細(xì)菌

——只含菌綠素a或b。紫硫細(xì)菌（著色菌科）（舊稱(chēng)紅硫菌科）含紫色類(lèi)胡蘿卜素，菌體較大。S沉積胞內(nèi)。氫供體：H2S、H2

或有機(jī)物。

H2SSSO42-

；少數(shù)暗環(huán)境以S2O32-作為電子供體。氧化鐵紫硫細(xì)菌（Chromatium屬）利用FeS,或Fe2+氧化產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第47頁(yè)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）含較多菌綠素c、d或e，少許a。電子供體：硫化物或元素硫，S沉積胞外（類(lèi)似紫色非硫細(xì)菌）；暗環(huán)境中不進(jìn)行呼吸代謝，還可同化乙酸、丙酸、乳酸等簡(jiǎn)單有機(jī)物。微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第48頁(yè)2、細(xì)菌光合色素

1）葉綠素（chlorophyll）：680、440nm2）菌綠素——a、b、c、d、e、g。

a：與葉綠素a基礎(chǔ)相同；850nm處。

b：最大吸收波長(zhǎng)840~1030。

3）輔助色素：提升光利用率類(lèi)胡蘿卜素：carotenoid

藻膽素：phycobilin籃細(xì)菌獨(dú)有藻紅素（550nm）、藻藍(lán)素（620~640nm）;藻膽蛋白：與蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合藻膽素。

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第49頁(yè)葉綠素a680nm，440nm藍(lán)細(xì)菌光能——化學(xué)能產(chǎn)氧菌綠素a850nm綠色細(xì)菌；紫色細(xì)菌光能——化學(xué)能；天線不產(chǎn)氧b840nm，1030nm紫色細(xì)菌光能——化學(xué)能；天線不產(chǎn)氧c745-760綠色細(xì)菌接收光能（天線）不產(chǎn)氧d725-745綠色細(xì)菌接收光能（天線）不產(chǎn)氧e715-725綠色細(xì)菌接收光能（天線）不產(chǎn)氧g770-790陽(yáng)光細(xì)菌光能——化學(xué)能不產(chǎn)氧輔助色素β-胡蘿卜素光合細(xì)菌接收光能（天線）ND藻紅素550nm光合細(xì)菌接收光能（天線）ND藻藍(lán)素620nm——640nm光合細(xì)菌接收光能（天線）ND微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第50頁(yè)（三）細(xì)菌光合作用1.依靠菌綠素光合作用不產(chǎn)氧光合細(xì)菌細(xì)菌葉綠素將捕捉光能傳輸給其反應(yīng)中心葉綠素P870，P870吸收光能并被激發(fā)，使它還原電勢(shì)變得很負(fù)，被逐出電子經(jīng)過(guò)由脫鎂菌綠素(bacteriopheophytin，Bph)、CoQ、細(xì)胞色素b和c組成電子傳遞鏈傳遞返回到細(xì)菌葉綠素P870，同時(shí)造成了質(zhì)子跨膜移動(dòng)，提供能量用于合成ATP。特點(diǎn)：

a、光驅(qū)使下，電子自菌綠素上逐出后，經(jīng)過(guò)類(lèi)似呼吸鏈循環(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(lái)自H2S等無(wú)機(jī)物；

c、不產(chǎn)氧（O2）。微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第51頁(yè)光驅(qū)使下，電子自菌綠素上逐出后，經(jīng)過(guò)類(lèi)似呼吸鏈循環(huán)，又回到菌綠素產(chǎn)ATP和還原力分別進(jìn)行.紫色細(xì)菌循環(huán)光合磷酸化過(guò)程

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第52頁(yè)外源電子供體——H2S等無(wú)機(jī)物氧化放出電子，最終傳至失電子光合色素時(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)，光合作用釋放電子僅用于NAD+還原NADH，但電子傳遞不形成環(huán)式回路。綠硫細(xì)菌和綠色細(xì)菌，非循環(huán)光合磷酸化微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第53頁(yè)2.依靠葉綠素光合作用

特點(diǎn)：

a、電子傳遞非循環(huán)式；

b、在有氧條件下進(jìn)行；

c、存在兩個(gè)光合系統(tǒng)

d、ATP、還原力、O2同時(shí)產(chǎn)生

當(dāng)光反應(yīng)中心I葉綠素P700吸收光量子能量后釋放電子，經(jīng)過(guò)黃素蛋白和鐵氧還蛋白(Fd)傳遞給NAD+（NADP’）生成NADH（NADPH）+H’(還原力)，而不是返回氧化型P700。光合系統(tǒng)II將電子提供給氧化型P700，并產(chǎn)生ATP。

光合系統(tǒng)II天線色素吸收光能并激發(fā)P680放出電子，然后還原脫鎂葉綠素a(脫鎂葉綠素a是2個(gè)氫原子取代中心鎂原子葉綠素a)，經(jīng)過(guò)由質(zhì)體醌(plastoquinone，PQ)、Cyt.b、Cyt.f和質(zhì)體藍(lán)素(plastocyanin，PC)組成電子傳遞鏈到氧化型P700（不返回氧化型P680），而氧化型P680從水氧化成02過(guò)程中得到電子。在光系統(tǒng)Ⅱ中，電子由PQ經(jīng)Cyt.b傳遞給Cyt.f時(shí)與ADP磷酸化偶聯(lián)產(chǎn)生ATP。微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第54頁(yè)藍(lán)細(xì)菌等產(chǎn)氧光合作用——非循環(huán)光合磷酸化過(guò)程微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第55頁(yè)（四）特殊細(xì)菌光合作用無(wú)葉綠素或菌綠素參加獨(dú)特光合作用，是迄今為止最簡(jiǎn)單光合磷酸化反應(yīng)。

——極端嗜鹽古細(xì)菌

菌視紫紅質(zhì)：

以“視黃醛”（紫色）為輔基。與葉綠素相同，具質(zhì)子泵作用。與膜脂共同組成紫膜；埋于紅色細(xì)胞膜（類(lèi)胡蘿卜素）內(nèi)。

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第56頁(yè)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合成原動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)ATP酶合成ATP。微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第57頁(yè)四、自養(yǎng)微生物對(duì)CO2固定

各種自養(yǎng)微生物在生物氧化后所取得能量主要用于CO2固定。在微生物中，至今已了解CO2固定路徑有三條*，即Calvin循環(huán)、厭氧乙酰輔酶A路徑和還原性三羧酸循環(huán)路徑化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌：通常是化能自養(yǎng)型細(xì)菌，普通是好氧菌。產(chǎn)能路徑主要是借助于無(wú)機(jī)電子供體(能源物質(zhì))氧化，從無(wú)機(jī)物脫下-氫(電子)直接進(jìn)入呼吸鏈經(jīng)過(guò)氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。最普通電子供體是氫、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作為它們碳源。最主要反應(yīng)：

CO2還原成[CH20]水平簡(jiǎn)單有機(jī)物，深入合成復(fù)雜細(xì)胞成份

——大量耗能、耗還原力過(guò)程。微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第58頁(yè)1．Calvin循環(huán)（Calvincycle）也稱(chēng)Calvin-Bussham循環(huán)、核酮糖二磷酸路徑或還原性戊糖循環(huán)。這一循環(huán)是光能自養(yǎng)生物和化能自養(yǎng)生物固定CO2主要路徑。磷酸核酮糖激酶和核酮糖羧化酶是本路徑特有酶。利用Calvin循環(huán)進(jìn)行CO2暗固定生物除了綠色植物、藍(lán)細(xì)菌和絕大多數(shù)光合細(xì)菌外，還包含全部好氧性化能自養(yǎng)菌（1）羧化反應(yīng)3個(gè)核酮糖-1，5-二磷酸（Ru-1，5-P）經(jīng)過(guò)核酮糖二磷酸羧化酶將3個(gè)CO2固定，并轉(zhuǎn)變成6個(gè)3-磷酸甘油酸分子（2）還原反應(yīng)緊接在羧化反應(yīng)后，馬上發(fā)生3-磷酸甘油酸上羥基還原成醛基反應(yīng)。這種轉(zhuǎn)化是經(jīng)過(guò)逆向EMP路徑進(jìn)行微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第59頁(yè)（3）CO2受體再生在循環(huán)中除凈產(chǎn)1個(gè)甘油醛-3-磷酸可深入經(jīng)過(guò)EMP路徑逆轉(zhuǎn)而形成葡萄糖分子外，其余5個(gè)分子經(jīng)過(guò)復(fù)雜反應(yīng)并消耗3個(gè)ATP后，最終再生出3個(gè)核酮糖-1，5-二磷酸分子，方便重新接收CO2分子。6CO2

+12NAD（P）H2

+18ATP→C6H12O6

+12NAD（P）+18ADP+18Pi微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第60頁(yè)2．還原性TCA循環(huán)路徑經(jīng)過(guò)還原性TCA循環(huán)（reductivetricarboxylicacidcycle）而固定CO2路徑只是在少數(shù)光合細(xì)菌比如Chlorobiumthiosulfatophilum（嗜硫代硫酸鹽綠菌）中才能找到。在這一路徑中，CO2經(jīng)過(guò)琥珀酰-COA還原性羧化作用而被固定，逆向TCA循環(huán)，每次固定3CO2，產(chǎn)物為丙酮酸微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第61頁(yè)3．厭氧乙酰-輔酶A路徑（anaerobicacetyl-CoApathway）又稱(chēng)活乙酸路徑（activatedaceticacidPathway）。這是多年來(lái)在一些能利用氫嚴(yán)格厭氧菌包含產(chǎn)甲烷菌、硫酸鹽還原菌和產(chǎn)乙酸菌中發(fā)覺(jué)新自養(yǎng)CO2還原路徑。它們不存在Calvin循環(huán)，因由乙酰-輔酶A路徑來(lái)?yè)?dān)任CO2還原功效。試驗(yàn)是用Methanobacteriumthermoautotrophicum（熱自養(yǎng)甲烷桿菌）并結(jié)協(xié)議位素方法來(lái)進(jìn)行。每次固定2CO2，產(chǎn)物為乙酸微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第62頁(yè)三、固氮作用微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第63頁(yè)1、固氮微生物種類(lèi)

一些特殊類(lèi)群原核生物能夠?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分子氮還原成氨過(guò)程稱(chēng)為固氮作用。

自生固氮菌：獨(dú)立固氮（氧化亞鐵硫桿菌等）共生固氮菌：與它種生物共生才能固氮形成根瘤及其它形式聯(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微生物。與存活無(wú)關(guān)。根際—芽孢桿菌屬。AzotobacterRhizobium微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第64頁(yè)2、固氮機(jī)制1）固氮反應(yīng)條件

aATP供給：

1molN2—18~24ATPb還原力[H]及其載體氫供體：H2、丙酮酸、甲酸等。電子載體：鐵氧還蛋白（Fd）或黃素氧還蛋白（Fld）。

c固氮酶

組分I：真正“固氮酶”，又稱(chēng)鉬鐵蛋白（MF）、

鉬鐵氧還蛋白（MoFd）微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第65頁(yè)組分II：固氮酶還原酶，不含鉬，又稱(chēng)鐵蛋白、固氮鐵氧還蛋白（AzoFd）特征：對(duì)氧極為敏感；需有Mg2+存在；專(zhuān)一性：除N2外，可還原其它一些化合物

C2H2—C2H4；

2H+—H2

；

N2O—N2；HCN—CH4+NH3

（乙炔反應(yīng)：可用來(lái)測(cè)知酶活）還原N2：NH3存在時(shí)會(huì)抑制固氮作用。微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第66頁(yè)

N2+2e+6H++（18~24）ATP—2NH3+H2+（18~24）ADP+18~24Pi

a、固氮酶形成

e—組分II—組分II（e）—Mg—ATP

組分I+N2—I—N2

b、固氮階段

N2*—2NH3+H2

即75%還原力用來(lái)還原N2，25%還原力以H2形式浪費(fèi)2）固氮生化過(guò)程

Fd，F(xiàn)ld+固氮酶（1：1復(fù)合物）微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第67頁(yè)固氮作用調(diào)整1.嚴(yán)格厭氧2.氨關(guān)閉過(guò)量氨經(jīng)過(guò)使固氮酶發(fā)生共價(jià)修飾而造成酶失活。當(dāng)氨再次限量時(shí)，被共價(jià)修飾酶又回復(fù)到活性狀態(tài)，固氮又恢復(fù)進(jìn)行。產(chǎn)物阻遏。見(jiàn)后。微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第68頁(yè)3、好氧性固氮菌防氧機(jī)制

固N(yùn)酶遇氧不可逆失活（組分I，半衰期10’；組分II，45”喪失二分之一活性）

（1）本身固N(yùn)菌

a呼吸保護(hù)固N(yùn)菌科固N(yùn)菌以極強(qiáng)呼吸作用消耗掉環(huán)境中氧。

b構(gòu)象保護(hù)高氧分壓環(huán)境，固氮酶能形成一無(wú)固N(yùn)活性但能預(yù)防氧損傷特殊構(gòu)象。構(gòu)象保護(hù)蛋白質(zhì)——Fe-s蛋白II

氧壓增高，固氮酶與Fe—s蛋白II結(jié)合，構(gòu)象改變，喪失固N(yùn)能力；

氧濃度降低，蛋白自酶上解離微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第69頁(yè)(2)藍(lán)細(xì)菌保護(hù)固N(yùn)酶機(jī)制

a分化出特殊還原性異形胞（——適宜固氮作用細(xì)胞）

I、厚壁，物理屏障；

II、缺乏氧光合系統(tǒng)II，脫氧酶、氫酶活性高；

III、SOD活性很高；

IV、呼吸強(qiáng)度高

b非異形胞藍(lán)細(xì)菌固N(yùn)酶保護(hù)

——缺乏獨(dú)特預(yù)防氧對(duì)固N(yùn)酶損傷機(jī)制。

I、固N(yùn)、光合作用在時(shí)間上分隔開(kāi)——織線藍(lán)菌屬（黑暗：固N(yùn)；光照：光合作用）II、形成束狀群體（束毛藍(lán)菌屬），利于固N(yùn)酶在微氧環(huán)境下固N(yùn)III、提升胞內(nèi)過(guò)氧化酶、SOD活力，解除氧毒（粘球藍(lán)菌屬）微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第70頁(yè)I、豆科植物共生菌——以類(lèi)菌體形式存在于根瘤中類(lèi)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：蛋白個(gè)別由植物基因編碼；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（功效相同豆血紅蛋白）Frankin放線菌：營(yíng)養(yǎng)菌絲末端膨大泡囊類(lèi)似異形胞。

c根瘤菌保護(hù)固N(yùn)酶機(jī)制

微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第71頁(yè)四、肽聚糖合成

1在細(xì)胞質(zhì)中合成——UDP-胞壁酸5肽

aG—G-UDP，M--UDPG——6-P-果糖—6-P-葡糖胺——N-乙酸葡糖胺-1-磷酸—N-乙酰葡糖胺-UDP—N-乙酰胞壁酸-UDP

bM合成“Park”核苷酸（UDP-M-5肽）

UDP作為糖載體

D-Val-D-Val為環(huán)絲氨酸（惡唑霉素）阻斷；微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第72頁(yè)N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸親水性化合物微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第73頁(yè)

——肽聚糖單體亞單位合成

載體：細(xì)菌萜醇（類(lèi)脂載體）——C55類(lèi)異戊二烯醇（含11個(gè)異戊二烯單位）穿膜同時(shí)與G結(jié)合，接上肽橋，另外，類(lèi)脂載體還參加胞外多糖、脂多糖合成（磷壁酸、纖維素、幾丁質(zhì)、甘露聚糖等）萬(wàn)古霉素，桿菌肽所抑制這些反應(yīng)

2細(xì)胞膜中合成微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第74頁(yè)“Park”核苷酸合成肽聚糖單體細(xì)胞膜上細(xì)胞質(zhì)雙糖肽位于細(xì)胞膜外細(xì)胞壁生長(zhǎng)點(diǎn)處環(huán)絲氨酸（惡唑霉素）溶菌酶青霉素微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第75頁(yè)3膜外合成

a、多糖鏈伸長(zhǎng)（橫向連接）：肽糖單體+引物（6~8肽糖單位）—多糖鏈橫向延伸1雙糖單位。b、相鄰多糖鏈相聯(lián)（縱向連接）：2D-Val—M-4肽+D-Val—甲肽尾五甘氨酸肽游離—NH與乙肽尾D-Val（第4個(gè)氨基酸）游離COOH轉(zhuǎn)肽作用：

青霉素所抑制。青霉素為D-Val-D-Val結(jié)構(gòu)類(lèi)似物，競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)糖基（形成-1，4糖苷鍵）微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第76頁(yè)轉(zhuǎn)糖基作用和轉(zhuǎn)肽作用微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第77頁(yè)

第三節(jié)微生物代謝調(diào)整酶合成調(diào)整酶活性調(diào)整不一樣點(diǎn)調(diào)整對(duì)象經(jīng)過(guò)酶量改變控制代謝速率控制酶活性，不包括酶量改變調(diào)整效果相對(duì)遲緩快速、精細(xì)調(diào)整機(jī)制基因水平調(diào)整，調(diào)整控制酶合成代謝調(diào)整，它調(diào)整酶活性相同點(diǎn)細(xì)胞內(nèi)兩種方式同時(shí)存在，親密配合，高效、準(zhǔn)確控制代謝正常進(jìn)行。微生物代謝專(zhuān)題知識(shí)講座第78頁(yè)1、酶合成調(diào)整類(lèi)型（1）誘導(dǎo)凡能促進(jìn)酶生物合成現(xiàn)象，稱(chēng)為誘導(dǎo)。組成酶和誘導(dǎo)酶：組成酶是細(xì)胞固有酶類(lèi)，其合成是在對(duì)應(yīng)基因控制下進(jìn)行，它不因分解底物或其結(jié)構(gòu)類(lèi)似物存在而受影響；