第2講第4章(及第5章)微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基和第5章微生物新陳代謝(上)課件

第二講微生物的生長第四章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基第一節(jié)微生物的6類營養(yǎng)要素C源、N源、H2O、生長因子、能源、無機鹽一碳源：營養(yǎng)——指生物體從外部環(huán)境攝取其生命活動所需要的能量和物質(zhì)，以滿足其生長、繁殖需要的一種生理功能。有機碳源：糖、烴、核酸和復雜蛋白，實驗室常用：葡萄糖、牛肉膏無機碳源：CO2、NaHCO31標題添加點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容總體概述點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容標題添加點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容2二氮源：含有分子N在內(nèi)的所有化合物都能成為微生物的N源。速效氮源：可直接利用的NH4+，如(NH4)2SO4遲效氮源：N2、蛋白類生理酸性氮源、生理堿性氮源、生理中性氮源三能源：獲得能源的方式化能物質(zhì)光能化能異樣微生物：碳源化能自樣微生物：不同碳源光能自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物3維生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等，用量較少。五無機鹽：微量的礦質(zhì)元素，需量10-3~10-4mol/L。PSKCaMgFe水：微生物適于在水活度aw＝0.6～0.9的范圍內(nèi)生長。生長因子：是調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需，但不能用簡單的碳、氮源合成的有機物。4第二節(jié)微生物的營養(yǎng)類型一光能無機營養(yǎng)型（光能自養(yǎng)）：藍細菌、硫細菌、藻類二光能有機營養(yǎng)型（光能異養(yǎng)）：紅螺菌目

四化能有機營養(yǎng)型（化能異養(yǎng)）：多數(shù)微生物三化能無機營養(yǎng)型（化能自養(yǎng)）：硝化細菌、硫化細菌、鐵細菌5第三節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式微生物通過細胞膜的滲透和選擇吸收作用從外界吸取營養(yǎng)。一單純擴散：動力是濃度差，無載體蛋白參加。親水性分子，O2、CO2、乙醇和某些氨基酸分子二促進擴散：借助細胞膜上底物特異性載體蛋白，不耗能，動力為濃度差。例如：E.coli對甘油的吸收6三主動運送：需提供能量ATP或質(zhì)子動勢，并通過細胞膜上載體蛋白的構(gòu)象變化，使膜外低濃度的溶質(zhì)運入膜內(nèi)。無機離子、有機離子、糖類四基團移位：需特異性載體蛋白參與，又需耗能，特點是溶質(zhì)在運送前后會發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化。E.coli磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（PTS）7葡萄糖分子的轉(zhuǎn)運過程8第四節(jié)培養(yǎng)基以六大營養(yǎng)要素為基礎(chǔ)進行比例調(diào)節(jié)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)最終確定培養(yǎng)基成分。一營養(yǎng)調(diào)節(jié)依據(jù)微生物細胞的組成是營養(yǎng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)C>N>P、S>K、Mg>生長因子C/N：培養(yǎng)基中C元素與N元素的摩爾比例，5:1、4:1、10:19二培養(yǎng)基理化特性調(diào)節(jié)培養(yǎng)基理化特性指：pH值、滲透壓、水活度和氧化還原電勢等細菌：7.0～8.0，放線菌：7.5～8.0，真菌：5.0～6.01.pH值的調(diào)節(jié)滅菌或者微生物的自身代謝都會引起培養(yǎng)基pH值的變化，可以通過培養(yǎng)基內(nèi)在成分進行調(diào)節(jié)，這種方法稱為pH的內(nèi)源調(diào)節(jié)。10pH的內(nèi)源調(diào)節(jié)方法a磷酸緩沖作用：K2HPO4/KH2PO4bCaCO3備用堿調(diào)節(jié)2.滲透壓和水活度與細胞滲透壓相等的溶液最適微生物生長水活度αw＝0.60～0.9983.氧化還原勢(Eh)量度氧化還原系統(tǒng)中還原劑釋放電子或氧化劑接受電子的能力。11三培養(yǎng)基的種類1.按培養(yǎng)基成分分類天然培養(yǎng)基：玉米漿、花生粉、豆?jié){粉等組合培養(yǎng)基：成分精確，含高純化學試劑半組合培養(yǎng)基：化學試劑＋天然成分2.按物理狀態(tài)分類液體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基：濾膜半固體培養(yǎng)基123.按功能分選擇性培養(yǎng)基：用于微生物篩選，例如在察式培養(yǎng)基中加入抗生素抑制細菌生長，富集霉菌。鑒別性培養(yǎng)基：與代謝物產(chǎn)生顯色反應。例如EMB培養(yǎng)基，E.coli菌落呈綠色具有金屬光澤。13第五章微生物的新陳代謝(上)新陳代謝(metabolism)——是分解代謝(catabolism)與合成代謝(anabolism)的總和，其本質(zhì)是指細胞內(nèi)外進行的一系列有序的生物化學反應。復雜分子簡單分子＋ATP＋[H]有機物分解代謝合成代謝(Reducingpower)14第一節(jié)微生物的能量代謝能量代謝的本質(zhì)——將最初能源轉(zhuǎn)換成生命可利用的通用能源ATP。15化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能生物氧化——指發(fā)生在活細胞內(nèi)的一系列產(chǎn)能性氧化反應的總稱。Biologicaloxidationistheprocessinwhichsubstances(carbohydrate,Lipid,AAs)areoxidizedinlivingorganism.16生物氧化的功能：產(chǎn)ATP、產(chǎn)[H]、產(chǎn)小分子中間代謝物生物氧化的形式：DehydrogenationOxygenationElectronlost與氧結(jié)合脫氫失去電子17（一）底物脫氫的4條途徑以葡萄糖為底物的生物氧化，脫氫通過EMP、HMP、ED、TCA四條途徑。18GlycolysisTheanaerobiccatabolicpathwaybywhichamoleculeofglucoseisbrokendownintotwomoleculesoflactate.

glucose→2lacticacid(lackofO2)19（一）葡萄糖分解成丙酮酸1.葡萄糖磷酸化為6-磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate,G-6-P)磷酸化使葡萄糖不能自由逸出細胞；己糖激酶(hexokinase,HK)分四型，肝中為葡萄糖激酶(glucokinase,GK)；反應不可逆。202.6-磷酸葡萄糖異構(gòu)為6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)213.6-磷酸果糖轉(zhuǎn)變成1,6-二磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-BP)是第二個磷酸化反應，反應不可逆。磷酸果糖激酶-1(phosphofructo-kinase-1,PFK-1)是糖酵解的限速酶。224.磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖反應可逆,由醛縮酶(aldolase)催化235.磷酸丙糖同分異構(gòu)化磷酸丙糖異構(gòu)酶（triosephosphateisomerase)G→2分子3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP。246.3-磷酸甘油醛氧化為1,3-二磷酸甘油酸醛基氧化成羧基，并加入一分子磷酸，形成混合酸酐。脫下的氫由NAD+接受。257.1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸此步為底物水平磷酸化反應可逆268.3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸279.2-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)反應引起分子內(nèi)能量重新分布，形成高能磷酸鍵。2810.PEP轉(zhuǎn)變成丙酮酸（pyruvate)第二個底物水平磷酸化，反應不可逆。烯醇式立即自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)橥健?9

（二）丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸(lactate)此為還原反應，NADH+H+來自于第6步3-磷酸甘油醛脫氫。乳酸是糖酵解的終產(chǎn)物。30EMP途徑(糖酵解途徑Glycolysis)：1分子葡萄糖生成2分子丙酮酸2分子ATP2分子NADH＋H+31HMP途徑：磷酸戊糖途徑PentosePhosphatePathway6分子葡萄糖12個還原力[H]35個ATP6個CO2眾多戊糖骨架32一、磷酸戊糖途徑的反應過程在胞漿中進行。特征酶為轉(zhuǎn)酮醇酶、和轉(zhuǎn)醛酶。總反應式：6G-6-P+12NADP++6H2O5G-6-P+12NADPH+12H++6CO2+Pi33己糖激酶6-磷酸葡萄糖脫氫酶6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶磷酸戊糖異構(gòu)酶磷酸戊糖異構(gòu)酶轉(zhuǎn)醛酶Transaldolase轉(zhuǎn)酮酶Transketolase:requiresTPP

34硫胺素焦磷酸35轉(zhuǎn)醛酶36轉(zhuǎn)酮酶37磷酸戊糖途徑的生理意義

（1）為脂肪酸、膽固醇等生物分子的合成提供NADPH；（2）為DNA、RNA及多種輔酶的合成提供磷酸戊糖；（3）NADPH對維持谷胱甘肽的還原性和維持紅細胞的正常生理功能有重要意義。38三羧酸循環(huán)（TCA：Tricarboxylicacidcycle）AerobicOxidationofGlucose丙酮酸徹底氧化成：

CO2H2ONADH239

葡萄糖在有氧條件下，徹底氧化成水和CO2的反應過程稱為有氧氧化。這是糖氧化的主要方式。40分為三個階段：41（一）丙酮酸的氧化脫羧經(jīng)脫氫、脫羧、?；梢阴oA，這是不可逆反應。在線粒體內(nèi)進行。42丙酮酸脫氫酶復合體二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶※由三種酶組成丙酮酸脫氫酶二氫硫辛酰胺脫氫酶※五種輔助因子：TPP（VB1）、NAD+（Vpp）、硫辛酸、FAD（VB2）、HSCoA（泛酸）43由乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸開始，經(jīng)反復脫氫、脫羧再生成草酰乙酸的循環(huán)反應過程。又稱檸檬酸循環(huán)和Krebs循環(huán)。部位：線粒體基質(zhì)（二）三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle)441.三羧酸循環(huán)的反應過程45464748Citratecycle49三羧酸循環(huán)小結(jié)：50

在TCA中，1分子乙酰CoA經(jīng)2次脫羧，生成2個CO2，這是體內(nèi)CO2的主要來源；4次脫氫，其中3次以NAD+為受氫體，1次以FAD為受氫體；1次底物水平磷酸化。總反應式：乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+HSCoA51三羧酸循環(huán)的特點①在有氧條件下進行，產(chǎn)生的還原H+經(jīng)氧化磷酸化可產(chǎn)生ATP，是產(chǎn)生ATP的主要途徑。②不可逆。③中間產(chǎn)物的回補：主要是丙酮酸羧化成草酰乙酸；其次為丙酮酸還原成蘋果酸,再生成草酰乙酸。52G→2丙酮酸：凈產(chǎn)生6或8個ATP。丙酮酸→乙酰CoA：產(chǎn)生3個ATP。TAC:一分子乙酰CoA經(jīng)TAC產(chǎn)生3（NADH+H+）和1個FADH2，加上底物水平磷酸化生成1個高能磷酸鍵，共產(chǎn)生12個ATP。結(jié)論：1molG徹底氧化成CO2和H2O，可凈生成36或38molATP。53三、有氧氧化的調(diào)節(jié)

除對酵解途徑三個關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)外，還對丙酮酸脫氫酶復合體、檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶復合體四個關(guān)鍵酶存在調(diào)節(jié)。541.丙酮酸脫氫酶復合體變構(gòu)調(diào)節(jié)：共價修飾調(diào)節(jié)：磷酸化失活；胰島素和Ca2+促進其去磷酸化，使其活性增加。552.檸檬酸合酶變構(gòu)激活劑：ADP變構(gòu)抑制劑：NADH、琥珀酰CoA、檸檬酸、ATP3.異檸檬酸脫氫酶變構(gòu)激活劑：ADP、Ca2+變構(gòu)抑制劑：ATP564.–酮戊二酸脫氫酶復合體與丙酮酸脫氫酶復合體相似?？傮w說，氧化磷酸化促進TAC。ATP/ADP↑，抑制TAC，氧化磷酸化↓；ATP/ADP↓，促進TAC，氧化磷酸化↑。575859ED途徑運動發(fā)酵單胞菌嗜糖假單胞菌2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途徑

60葡萄糖不同途徑產(chǎn)能效率總結(jié)61（二）遞氫和受氫根據(jù)氫受體的不同，生物氧化分類：62呼吸Fe·S(鐵硫蛋白)1.有氧呼吸是一種遞氫和受氫都必須在有氧條件下完成的生物氧化作用。632.無