第-六-章-微生物的代謝省公開(kāi)課金獎(jiǎng)全國(guó)賽課一等獎(jiǎng)微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第六

章

微生物代謝山東教育學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)系微生物學(xué)課程組1/127第六

章

微生物代謝教學(xué)目標(biāo)與要求：要求掌握微生物代謝特點(diǎn)、微生物發(fā)酵和呼吸概念及其主要類型；掌握微生物生命活動(dòng)過(guò)程中物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換機(jī)理,進(jìn)而了解微生物呼吸與發(fā)酵實(shí)質(zhì)；重點(diǎn)掌握化能異養(yǎng)微生物產(chǎn)能方式；了解細(xì)菌光合作用和化能自養(yǎng)微生物產(chǎn)能方式；了解微生物對(duì)有機(jī)物分解代謝、了解生物固氮作用和生物代謝活動(dòng)在人類生活及生產(chǎn)中應(yīng)用,了解微生物代謝調(diào)整。微生物生命活動(dòng)過(guò)程中物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換機(jī)理和微生物特有合成代謝路徑是本章難點(diǎn)。2/127各種類型微生物細(xì)胞，經(jīng)過(guò)單純擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散（易化擴(kuò)散）、主動(dòng)運(yùn)輸和基團(tuán)轉(zhuǎn)位等方式，將各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)由外界環(huán)境攝入微生物細(xì)胞中。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入微生物細(xì)胞后，要面臨著一系列化學(xué)改變。微生物細(xì)胞將要面臨這一系列化學(xué)改變即為：微生物代謝。

3/127代謝(metabolism)是細(xì)胞內(nèi)發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)總稱。分解代謝酶系復(fù)雜分子（有機(jī)物）簡(jiǎn)單分子+ATP

+[H]合成代謝酶系代謝分解代謝(catabolism)合成代謝(anabolism)4/127第六章微生物代謝

分解代謝物質(zhì)代謝合成代謝微生物代謝產(chǎn)能代謝能量代謝耗能代謝

5/127大分子物質(zhì)降解淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、果膠質(zhì)等胞外酶作用葡萄糖、氨基酸、脂肪酸等分解代謝（catabolism）分解代謝指細(xì)胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)，并在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生能量。6/127合成代謝（anabolism）合成代謝指細(xì)胞利用小分子物質(zhì)合成復(fù)雜大分子過(guò)程，并在這個(gè)過(guò)程中消耗能量。合成代謝所利用小分子物質(zhì)起源于分解代謝過(guò)程中產(chǎn)生中間產(chǎn)物或環(huán)境中小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在代謝過(guò)程中，微生物經(jīng)過(guò)分解作用（光合作用）產(chǎn)生化學(xué)能。這些能量用于：1合成代謝2微生物運(yùn)動(dòng)和運(yùn)輸3熱和光不論是分解代謝還是合成代謝，代謝路徑都是由一系列連續(xù)酶反應(yīng)組成，前一部反應(yīng)產(chǎn)物是后續(xù)反應(yīng)底物。7/127第一節(jié)微生物對(duì)有機(jī)物分解代謝

有機(jī)化合物是異養(yǎng)微生物供氫體。許多有機(jī)化合物包含大分子多糖、蛋白質(zhì)、核酸、類脂以及碳?xì)浠衔铩⒎枷阕寤衔锏?，都可被不一樣類型異養(yǎng)微生物所分解利用。但大分子化合物不能透過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜，它們必須被微生物所產(chǎn)生胞外酶水解成為組成它們小分子單體后，才能被微生物吸收利用。8/127一、含碳有機(jī)物（多糖）分解代謝這類有機(jī)物包含：淀粉、纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木素和芳香族化合物等。（一）淀粉分解代謝植物淀粉包含直鏈和支鏈，是葡萄糖多聚物。直鏈淀粉是由許多葡萄糖單體以α-1.4葡萄糖苷鍵所聚合大分子；支鏈淀粉是由α-1.6糖苷鍵形成側(cè)鏈。（在普通淀粉中，直鏈淀粉含量約為80%，支鏈淀粉為20%）。淀粉能被各種微生物分解，微生物分解淀粉酶類很多，作用方式各異，作用后產(chǎn)物也不一樣。主要淀粉酶有以下幾類：9/1271.α-淀粉酶（液化型淀粉酶）：它能夠從直鏈淀粉內(nèi)部任意切割α-1.4糖苷鍵，最終產(chǎn)物是麥芽糖和少許葡萄糖，二者百分比約為6：1。α-淀粉酶不能水解α-1.6糖苷鍵，以及靠近α-1.6糖苷鍵α-1.4糖苷鍵，但可越過(guò)此鍵，在分支點(diǎn)較遠(yuǎn)位直鏈內(nèi)部水解α-1.4糖苷鍵，所以淀粉水解產(chǎn)物是麥芽糖、含有6個(gè)葡萄糖單位寡糖和帶有α-1.6糖苷鍵小分子糊精（寡糖）。因?yàn)棣?淀粉酶可在淀粉內(nèi)部任意切割，所以使淀粉粘滯度很快降低，表現(xiàn)為液化，故稱為液化酶。一些細(xì)菌（枯草）、放線菌、霉菌均能產(chǎn)生α-淀粉酶。另外，發(fā)芽種子、動(dòng)物胰臟、唾液中都含有此酶。10/1272．糖化型淀粉酶：這是一類酶總稱。其共同特點(diǎn)是能夠?qū)⒌矸鬯獬甥溠刻腔蚱咸烟?。這類酶最少有三種：①β-淀粉酶（淀粉-1.4-麥芽糖苷酶）：它是從直鏈淀粉外端（非還原端）開(kāi)始作用于α-1.4糖苷鍵，每次水解出一個(gè)麥芽糖分子，可將直鏈淀粉徹底水解成麥芽糖。因?yàn)楸沪?淀粉酶所打斷鍵發(fā)生改變，結(jié)果是形成β-麥芽糖即麥芽糖還原碳是β-構(gòu)型。β-淀粉酶也不能水解α-1.6糖苷鍵，而且也不能越過(guò)此鍵起作用。所以，當(dāng)碰到支鏈淀粉分支點(diǎn)上α-1.6鍵時(shí)，就停頓作用，于是就留下分子較大極限糊精。故β-淀粉酶水解產(chǎn)物是麥芽糖和大分子極限糊精。

11/127②淀粉-1.4-葡萄糖苷酶：

此酶也是從淀粉分子非還原末端開(kāi)始，依次以葡萄糖為單位逐步作用于淀粉分子中α-1.4糖苷鍵，生成葡萄糖，此酶也不能水解α-1.6糖苷鍵，但可越過(guò)此鍵，在分支直鏈內(nèi)部繼續(xù)水解α-1.4糖苷鍵，所以，此酶作用于直鏈淀粉后作用產(chǎn)物幾乎全部是葡萄糖，作用于支鏈淀粉水解產(chǎn)物有葡萄糖與帶有α-1.6糖苷鍵寡糖。此酶也分解麥芽糖。根霉與曲霉普遍能合成與分泌此酶。12/127③淀粉-1.6-葡萄糖苷酶

（異淀粉酶又稱極限糊精酶）：

此酶專門(mén)分解淀粉分子α-1.6糖苷鍵，生成葡萄糖，它能水解α-淀粉酶和β-淀粉酶作用淀粉后產(chǎn)物極限糊精。黑曲霉和米曲霉能產(chǎn)生和分泌此酶。淀粉在上述四類酶共同作用下能完全水解為葡萄糖。

微生物淀粉酶可用于釀酒、紡織工業(yè)織物脫漿、以及代替酸水解法生產(chǎn)葡萄糖等。各種類型淀粉酶可用工業(yè)方法利用微生物來(lái)生產(chǎn)。

13/127（二）纖維素與半纖維素分解代謝纖維素是植物細(xì)胞壁主要成份，是世界上最豐富碳水化合物，它也是由葡萄糖經(jīng)過(guò)糖苷鍵連接而成大分子化合物，它與淀粉不一樣是，葡萄糖經(jīng)過(guò)β-1.4-糖苷鍵連接起來(lái)，而且分子量更大，更不溶于水，均不能直接被人和動(dòng)物消化，但它能夠被許多真菌如大型真菌和小型真菌中木霉、青霉、曲霉、根霉等以及放線菌與細(xì)菌中一些種分解與利用。細(xì)菌中常見(jiàn)纖維素分解菌有粘細(xì)菌、梭狀芽孢桿菌、瘤胃細(xì)菌等。14/127能利用纖維素生長(zhǎng)微生物含有纖維素酶。

纖維素酶也是一群作用于纖維素酶總稱，又有纖維素酶復(fù)合物之稱。包含C1酶、CX酶（CX1酶、CX2酶兩種）和纖維二糖酶（即β-葡萄糖苷酶）等類型。C1酶主要是作用于天然纖維素，使之轉(zhuǎn)變成水合非結(jié)晶纖維素；

CX1酶是一個(gè)內(nèi)斷型纖維素酶，它從水合非結(jié)晶纖維素分子內(nèi)部作用于β-1.4-糖苷鍵，生成纖維糊精與纖維二糖；CX2酶則是一個(gè)外斷型纖維素酶，它從水合非結(jié)晶纖維素分子非還原性末端作用于β-1.4-糖苷鍵，逐步一個(gè)個(gè)地切斷β-1.4-糖苷鍵生成葡萄糖；

纖維二糖酶則是作用于纖維二糖，生成葡萄糖。15/127（三）果膠質(zhì)分解代謝果膠質(zhì)是組成高等植物細(xì)胞間質(zhì)主要物質(zhì)。它主要是由D-半乳糖醛酸經(jīng)過(guò)α-1.4糖苷鍵連接起來(lái)直鏈高分子化合物，其分子中大部分羧基形成了甲基酯；不含甲基酯果膠質(zhì)稱為果膠酸。天然果膠質(zhì)是一個(gè)水不溶性物質(zhì)，通常被稱為原果膠。在原果膠酶作用下，被轉(zhuǎn)化成水可溶性果膠；再深入被果膠甲酯水解酶催化去掉甲酯基團(tuán)，生結(jié)果膠酸，最終被果膠酸酶水解，切斷α-1.4糖苷鍵，生成半乳糖醛酸。半乳糖醛酸最終進(jìn)入糖代謝路徑被分解放出能量，可見(jiàn)分解果膠酶也是一個(gè)多酶復(fù)合物。16/127（四）幾丁質(zhì)分解代謝幾丁質(zhì)是一個(gè)由N-乙酰葡萄糖胺經(jīng)過(guò)β-1.4-糖苷鍵連接起來(lái)，又不易分解含氮多糖類物質(zhì)。它是真菌細(xì)胞壁和昆蟲(chóng)體壁組成成份，普通生物都不能分解利用，只有一些細(xì)菌（如溶幾丁質(zhì)芽孢桿菌）和放線菌（鏈霉菌屬、諾卡氏菌屬中種類）能分解利用它，進(jìn)行生長(zhǎng)。這些微生物能合成與分泌幾丁質(zhì)酶，使其水解成幾丁二糖，再經(jīng)過(guò)幾丁二糖酶深入水解成N-乙酰葡萄糖胺。17/127二、蛋白質(zhì)和氨基酸分解代謝蛋白質(zhì)及其不一樣程度降解產(chǎn)物通常是作為微生物氮源物質(zhì)或作為生長(zhǎng)因子，但在一些條件下，這些物質(zhì)也可作為一些機(jī)體能源物質(zhì)。含氮有機(jī)物經(jīng)過(guò)微生物分解產(chǎn)生氨過(guò)程稱為氨化作用。氨化作用在提供植物營(yíng)養(yǎng)上有主要作用。氨基酸脫氨以后，轉(zhuǎn)變成不含氮有機(jī)物，然后，深入被氧化放出能量。18/127（一）蛋白質(zhì)分解代謝

蛋白質(zhì)

肽

肽酶蛋白酶氨基酸

對(duì)應(yīng)AA酶

氧化脫氨

還原脫氨

水解脫氨

直接脫氨

土壤中含有蛋白質(zhì)物質(zhì)，主要靠蛋白質(zhì)分解菌分解，生成簡(jiǎn)單含氮化合物，再供植物與微生物利用。在食品工業(yè)中，傳統(tǒng)醬制品，如醬油、豆豉、腐乳等制作也都是利用了微生物對(duì)蛋白質(zhì)分解作用。19/127（二）氨基酸分解代謝

微生物對(duì)氨基酸分解主要是脫氨作用和脫羧作用。

1．脫氨作用：脫氨作用因微生物種類不一樣、分解條件不一樣以及氨基酸不一樣，會(huì)有不一樣分解方式與產(chǎn)物。通常情況下，脫氨作用可分為氧化脫氨、還原脫氨、直接脫氨、水解脫氨和氧化-還原偶聯(lián)脫氨（Stickland史提克蘭得反應(yīng)）等脫氨方式。20/127（1）氧化脫氨

這種脫氨方式只有在有氧條件下才能進(jìn)行，專性厭氧菌沒(méi)有這種脫氨作用。所謂氧化脫氨，是指在酶催化下，氨基酸在氧化脫氨同時(shí)釋放游離氨過(guò)程。微生物催化氧化脫氨酶有兩類：一是以FAN或FMN為輔基氨基酸氧化酶；另一類是氨基酸脫氫酶，以NAD或NADP作為氫載體，轉(zhuǎn)給分子氧。其反應(yīng)通式：2RCHNH2COOH＋O2-→2RCOCOOH＋2NH3

如：CH3CHNH2COOH＋1/2O2------→CH3COCOOH＋NH3丙氨酸脫氫酶α-酮酸普通不積累，而繼續(xù)被微生物轉(zhuǎn)化成羥酸或醇;所脫下氨含有高度還原勢(shì)，伴伴隨氨基酸脫氨反應(yīng)，發(fā)生電子傳遞磷酸化，生成ATP，可供微生物生長(zhǎng)所需能量，另首先也可為微生物生長(zhǎng)提供氮源。21/127（2）還原脫氨

還原脫氨作用是指在無(wú)氧條件下進(jìn)行，生成飽和脂肪酸過(guò)程。能夠進(jìn)行該過(guò)程微生物是專性厭氧菌和兼性厭氧菌。其通式為：

RCHNH2COOH＋2H2---→RCH2COOH＋NH3

在腐敗蛋白質(zhì)中常分離到飽和脂肪酸便是由對(duì)應(yīng)氨基酸生成。如梭狀芽孢桿菌可使甘氨酸還原成乙酸；使丙氨酸還原為丙酸；使天冬氨酸還原脫氨為琥珀酸。

COOHCH2CHNH2COOH＋2H2--→HOOCCH2CH2COOH＋NH322/127（3）直接脫氨

氨基酸直接脫氨，在脫氨同時(shí)，其α、β鍵減飽和，結(jié)果生成不飽和脂肪酸，其通式為：

R-CH2-CHNH2-COOH---→R-CH=CH-COOH＋NH3如天冬氨酸在天冬氨酸裂解酶催化下直接脫氨生成反丁烯二酸（延胡索酸）

COOHCH2CHNH2COOH----→HOOCCH=CHCOOH23/127（4）水解脫氨

氨基酸經(jīng)水解脫氨生成羥酸。其通式為：

RCHNH2COOH＋H2O---→RCHOHCOOH＋NH3CH3CHNH2COOH（丙氨酸）＋H2O----→CH3CHOHCOOH（乳酸）＋NH3有氨基酸在水解脫氨同時(shí)又脫羧，結(jié)果生成少一碳原子醇類。如：丙氨酸CH3CHNH2COOH＋H2O---→CH3CH2OH＋CO2

＋NH3通式：RCHNH2COOH＋H2O--→RCH2OH＋CO2

＋NH324/127（4）水解脫氨不一樣氨基酸經(jīng)水解可生成不一樣產(chǎn)物，同種水解后也可形成不一樣產(chǎn)物。在食品工業(yè)中，有許多水解脫氨實(shí)例。如糞鏈球菌使精氨酸水解脫氨生成瓜氨酸；大腸桿菌、變形桿菌、枯草桿菌和酵母菌等水解半胱氨酸生成丙酮酸、NH3和H2S；大腸桿菌和變形桿菌等水解色氨酸生成吲哚、丙酮酸和NH3，當(dāng)加入對(duì)二甲基氨基苯甲醛試劑時(shí)，試劑與吲哚反應(yīng)生成紅色玫瑰吲哚，利用此反應(yīng)可進(jìn)行菌種判定。25/127（5）氧化-還原偶聯(lián)脫氮（Stickland反應(yīng)）

在一些梭菌和酵母菌中存在由兩種氨基酸參加脫氨反應(yīng)，其中一個(gè)是進(jìn)行氧化脫氫，脫下氫去還原另一個(gè)氨基酸，使其發(fā)生還原脫氨，二者偶聯(lián)進(jìn)行氧化還原脫氮。其反應(yīng)通式以下：R′CHNH2COOH＋R″CHNH2COOH＋H2O---→R′COCOOH＋R″CH2COOH＋2NH3

并不是任何兩種氨基酸之間都能進(jìn)行這種反應(yīng),有些氨基酸只能作供氫體,另一些氨基酸也只能作受氫體。如丙氨酸與甘氨酸之間反應(yīng)。

26/1271．脫氨作用氨基酸脫氨后產(chǎn)物是有機(jī)酸，因不一樣微生物和不一樣環(huán)境條件進(jìn)入不一樣代謝路徑，而生成不一樣產(chǎn)物。如丙酮酸在有氧條件下進(jìn)入TCA循環(huán)被氧化成CO2和H2O同時(shí)取得能量；在無(wú)氧條件下，則進(jìn)行發(fā)酵作用，生成飽和脂肪酸或醇類。酮酸也能夠作為氨基受體重新生成氨基酸。27/1272．脫羧作用

氨基酸脫羧作用常見(jiàn)于許多腐敗細(xì)菌和真菌中。不一樣氨基酸由相對(duì)應(yīng)氨基酸脫羧酶催化脫羧，此種脫羧酶專一性很高，它通常以磷酸吡哆醛作為輔基，且大多數(shù)是誘導(dǎo)酶。氨基酸脫羧反應(yīng)通式：

RCHNH2COOH------------→RCH2NH2＋CO2

氨基酸脫羧酶28/1272．脫羧作用一元氨基酸脫羧，產(chǎn)物是一元胺；二元氨基酸脫羧，產(chǎn)物是二元胺。二元胺類物質(zhì)也叫尸胺，對(duì)人體有毒性。如食品中肉類制品，當(dāng)其中蛋白質(zhì)腐敗時(shí)就生成二元胺類物質(zhì)。如賴氨酸脫羧后生成尸胺，其反應(yīng)為：H2N(CH2)4CHNH2COOH---→H2N(CH2)4CH2NH2

氨基酸脫羧作用在大腸桿菌、糞鏈球菌、腐敗梭狀芽孢桿菌以及曲霉中都已發(fā)覺(jué)，但在葡萄球菌和假單胞菌中還未見(jiàn)到。29/127第二節(jié)微生物能量代謝能量代謝是新陳代謝關(guān)鍵問(wèn)題最初能源有機(jī)物化能異養(yǎng)菌日光光能營(yíng)養(yǎng)菌無(wú)機(jī)物化能自養(yǎng)菌通用能源（ATP）

與其它生物一樣微生物能量代謝活動(dòng)中所包括主要是ATP形式化學(xué)能

.30/127微生物代謝顯著特點(diǎn)：（1）代謝旺盛；（2）代謝極為多樣化；（3）代謝嚴(yán)格調(diào)整和靈活性。

光能型微生物產(chǎn)能：光合磷酸作用產(chǎn)能植物型（藍(lán)細(xì)菌）：放氧性光合作用光合細(xì)菌：非放氧性光合作用

化能異養(yǎng)型微生物產(chǎn)能：氧化磷酸化作用發(fā)酵型產(chǎn)能：（最終電子受體為有機(jī)物）呼吸型產(chǎn)能：有氧呼吸和無(wú)氧呼吸

化能自養(yǎng)微生物產(chǎn)能：經(jīng)過(guò)氧化無(wú)機(jī)氧化物(電子呼吸鏈產(chǎn)能)。

31/127微生物代謝所需能量，絕大多數(shù)是經(jīng)過(guò)生物氧化作用而取得。生物氧化形式包含某物質(zhì)與氧結(jié)合、脫氫和失去電子3種所謂生物氧化就是發(fā)生在活細(xì)胞內(nèi)一系列產(chǎn)能性氧化反應(yīng)。生物氧化過(guò)程有脫氫（或電子）、遞氫（或電子）、和受氫（或電子）3個(gè)階段。

產(chǎn)能（ATP）生物氧化功效：產(chǎn)還原力[H]

產(chǎn)小分子中間代謝物32/127

有氧呼吸生物氧化類型：無(wú)氧呼吸發(fā)酵在產(chǎn)能代謝中，微生物能以各種有機(jī)和無(wú)機(jī)氧化物作為生物氧化基質(zhì)。而其中以葡萄糖最為主要。它是異養(yǎng)微生物主要碳源和能源，可直接進(jìn)入糖代謝路徑被降解成小分子物質(zhì)---丙酮酸（降解路徑有四條）.

異養(yǎng)微生物利用有機(jī)物，自養(yǎng)微生物則利用無(wú)機(jī)物，經(jīng)過(guò)生物氧化來(lái)進(jìn)行產(chǎn)能代謝。33/127一、化能異養(yǎng)微生物生物氧化和產(chǎn)能微生物取得能量基質(zhì)主要是糖類，經(jīng)過(guò)糖氧化或酵解釋放能量，并以高能磷酸鍵形式（ADP、ATP）儲(chǔ)存能量。微生物生物氧化類型分為呼吸與發(fā)酵。在生物氧化過(guò)程中，微生物營(yíng)養(yǎng)物（如葡萄糖）經(jīng)脫氫酶作用所脫下氫，需經(jīng)過(guò)一系列中間遞氫體（如輔酶I、輔酶II、黃素蛋白等）傳遞轉(zhuǎn)運(yùn)，最終將氫交給受氫體。以無(wú)機(jī)物為受氫體生物氧化過(guò)程，稱為呼吸，其中以分子氧為受氫體稱有氧呼吸；而以無(wú)機(jī)化合物（如硝酸鹽、硫酸鹽）為受氫體稱無(wú)(厭)氧呼吸。生物氧化中以各種有機(jī)物為受氫體稱為發(fā)酵。34/127一、化能異養(yǎng)微生物生物氧化和產(chǎn)能（一）底物脫氫路徑

葡萄糖降解成小分子物質(zhì)有四條路徑1、EMP路徑2、ED路徑3、HMP路徑4、PK路徑Ｏ２TCA循環(huán)無(wú)Ｏ２無(wú)氧呼吸發(fā)酵35/127一、化能異養(yǎng)微生物生物氧化和產(chǎn)能底物脫氫路徑及其與遞氫、受氫聯(lián)絡(luò)36/1271、EMP路徑（糖酵解）

葡萄糖降解四種路徑總反應(yīng)式：Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋２ＮＡＤ＋２Ｐｉ＋２ＡＤＰ→２ＣＨ３ＣＯＣＯＯＨ＋２ＮＡＤＨ２＋２ＡＴＰ37/1271：葡萄糖經(jīng)轉(zhuǎn)化為1，6—二磷酸果糖后，在醛縮酶催化下，裂解成兩個(gè)3C化合物，由此再轉(zhuǎn)化成2分子丙酮酸。這條路徑是生物界所共有。2:一、三和十步反應(yīng)不可逆;3:不消耗氧4:對(duì)專性厭氧（無(wú)氧呼吸）微生物來(lái)說(shuō)EMP途經(jīng)是產(chǎn)能唯一路徑

EMP路徑特點(diǎn)5：兩個(gè)ATP是經(jīng)過(guò)基質(zhì)（底物）水平磷酸化方式產(chǎn)生(1,3--二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸和磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸時(shí))，所謂基質(zhì)水平磷酸化是指基質(zhì)在氧化過(guò)程中產(chǎn)生一些含有比ATP水解時(shí)，放出更多自由能高能化合物中間體，這種高能物質(zhì)能夠直接將鍵能交給ADP使之磷酸化，生成ATP。6：相關(guān)酶系在細(xì)胞質(zhì)中38/127EMP路徑生理功效：1、為微生物生理活動(dòng)提供ATP、NADH2、中間產(chǎn)物為菌體合成提供碳架3、在一定條件下，可沿EMP路徑逆轉(zhuǎn)合成多糖反應(yīng)中所生成NADH2不能積存，必須被重氧化為NAD后，才能繼續(xù)不停地推進(jìn)全部反應(yīng)。NADH2被重氧化方式，因不一樣微生物和條件而異。在無(wú)氧條件下，NADH2受氫體能夠是丙酮酸本身（乳酸菌乳酸發(fā)酵）；能夠是丙酮酸降解產(chǎn)物，如乙醛（酵母菌酒精發(fā)酵）；也能夠是無(wú)機(jī)NO3－（脫氮小球菌無(wú)氧呼吸）等。在有氧條件下，NADH2即經(jīng)呼吸鏈氧化，同時(shí)由電子傳遞鏈磷酸化生成ATP；丙酮酸則進(jìn)入三羧酸循環(huán)被徹底氧化成CO2和水，并生成大量ATP。39/1272、HMP路徑--磷酸戊糖路徑（旁路）為循環(huán)路徑40/1276-磷酸-葡萄糖5-磷酸-木酮糖5-磷酸-核糖5-磷酸-木酮糖6-磷酸-景天庚酮糖6-磷酸-果糖6-磷酸-葡萄糖3-磷酸-甘油醛4-磷酸-赤蘚糖6-磷酸-果糖3-磷酸-甘油醛oOHOHCH2OHOHHOoOHCH2OPOHHOCOOH

C=O

H-C-OHH-C-OHDCH2OP

CH2OHoOHOHCH2OPOHHOATPADPNAD(P)+NADH+H+NAD(P)+NADH+H+葡萄糖6-磷酸-葡糖酸6-磷酸-葡萄糖5-磷酸-核酮糖

C=O

H-C-OHH-C-OHH-C-OP

HCH2OH

H-C-OHH-

C=OH-C-OHH-C-OHCH2OP5-磷酸-核酮糖

C=OHO-C-HH-C-OHH-C-OP

HCH2OH5-磷酸-木酮糖5-磷酸-核糖HMP途徑41/127從6-磷酸-葡萄糖開(kāi)始，即在單磷酸已糖基礎(chǔ)上開(kāi)始降解故稱為單磷酸已糖路徑。HMP路徑與EMP路徑有著親密關(guān)系，HMP路徑中3-磷酸-甘油醛能夠進(jìn)入EMP路徑，—磷酸戊糖支路。HMP路徑一個(gè)循環(huán)最終止果是一分子葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)變成一分子甘油醛-3-磷酸、3個(gè)CO2、6個(gè)NADPH。普通認(rèn)為HMP路徑不是產(chǎn)能路徑，而是為生物合成提供大量還原力（NADPH）和中間代謝產(chǎn)物。HMP路徑42/127生理功效：HMP路徑主要是提供生物合成所需要大量還原力（NADPH＋H+）和各種不一樣長(zhǎng)度碳架原料。如5-磷酸核（酮）糖、4-磷酸赤鮮糖等。該路徑還與光能和化能自養(yǎng)微生物合成代謝親密聯(lián)絡(luò)，路徑中5-磷酸核酮糖能夠轉(zhuǎn)化為固定CO2時(shí)CO2受體---1,5-二磷酸核酮糖.特點(diǎn)是：有HMP路徑微生物細(xì)胞中往往同時(shí)存在EMP路徑。單獨(dú)含有HMP路徑微生物少見(jiàn)。

43/127ED路徑又稱2－酮－3脫氧－6－磷酸裂解（KDPG)路徑ED路徑是在研究嗜糖假單孢菌時(shí)發(fā)覺(jué)。ED路徑結(jié)果：一分子葡萄糖經(jīng)ED路徑最終生成2分子丙酮酸、1分子ATP，1分子NADPH、1分NADH。ED路徑在革蘭氏陰性菌中分布較廣ED路徑可不依賴于EMP與HMP而單獨(dú)存在ED路徑不如EMP路徑經(jīng)濟(jì)。ED路徑過(guò)程：葡萄糖→

→

→KDPG甘油醛-3-磷酸丙酮酸→丙酮酸EMPKDPG醛縮酶44/12745/127（1）僅在細(xì)菌中（假單胞菌屬）被發(fā)覺(jué)；（2）葡萄糖經(jīng)轉(zhuǎn)化成2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸后，經(jīng)脫氧酮酸醛縮酶催化，裂解成丙酮酸和3-P甘油醛。后者再經(jīng)過(guò)EMP路徑后半部分轉(zhuǎn)化成丙酮酸。其結(jié)果和EMP路徑一樣，都自每分子葡萄糖產(chǎn)生兩分子丙酮酸；但2個(gè)丙酮酸來(lái)歷不一樣（3）特征反應(yīng)為：KDPG裂解為丙酮酸和3－P－甘油酸（4）特征酶是：2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸醛縮酶（5）反應(yīng)步驟簡(jiǎn)單，產(chǎn)能效率低產(chǎn)生能量水平只有EMP途徑二分之一(1分子ATP)；（6）由此產(chǎn)生乙醇發(fā)酵為細(xì)菌酒精ED路徑特點(diǎn)：46/127

4磷酸解酮酶路徑這條路徑是由Warburg、Dickens、Horecher等人發(fā)覺(jué)，又稱WD路徑，又因特征酶是磷酸解酮酶，所以又稱磷酸解酮酶途逕。（有磷酸戊糖酮解酶PK路徑和磷酸己糖酮解酶HK路徑之分）47/127

沒(méi)有EMP、ED、HMP路徑細(xì)菌經(jīng)過(guò)PK路徑分解葡萄糖。PK路徑又有磷酸戊糖酮解酶路徑和磷酸己糖酮解酶路徑之分。腸膜狀明串珠菌利用磷酸戊糖酮解酶路徑分解葡萄糖；而雙歧桿菌是利用磷酸己糖酮解酶路徑分解葡萄糖。

4磷酸解酮酶路徑

磷酸戊糖酮解酶路徑關(guān)鍵反應(yīng)為5-磷酸木酮糖裂解成乙酰磷酸和3-磷酸甘油醛，關(guān)鍵酶是磷酸戊糖酮解酶，乙酰磷酸經(jīng)過(guò)深入反應(yīng)生成乙酸，3-磷酸甘油醛經(jīng)丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸。

1分子葡萄糖經(jīng)磷酸戊糖酮解酶路徑產(chǎn)生乳酸、乙酸、ATP、和NADH各1分子。48/127PK路徑：5－P－木酮糖磷酸戊糖解酮酶乙酰磷酸3-磷酸甘油醛乙酸乳酸2葡萄糖HK路徑：5－P－木酮糖乙酰磷酸4-磷酸赤鮮糖

49/127在磷酸己糖酮解酶路徑中，由磷酸解酮酶催化反應(yīng)有兩步：①1分子6-磷酸果糖由磷酸己糖酮解酶催化裂解為4-磷酸赤鮮糖和乙酰磷酸；②另1分子6-磷酸果糖則與4-磷酸赤鮮糖反應(yīng)生成2分子磷酸戊糖，而其中1分子5-磷酸核糖在磷酸戊糖酮解酶催化下分解成3-磷酸甘油醛和乙酰磷酸。1分子葡萄糖經(jīng)磷酸戊糖酮解酶路徑產(chǎn)生乳酸、乙酸、ATP、和NADH各1分子。

1分子葡萄糖經(jīng)磷酸己糖酮解酶路徑生成1分子乳酸、1.5分子乙酸以及2.5分子ATP。

50/1275、丙酮酸代謝----產(chǎn)能方式（1）有氧呼吸（2）無(wú)氧呼吸（3）發(fā)酵51/127（1）有氧呼吸A、TCA循環(huán)

TCA循環(huán)主要功效不但在于產(chǎn)能，而且還是物質(zhì)代謝樞紐。它既起著聯(lián)絡(luò)糖、蛋白質(zhì)、與脂肪代謝橋梁作用，又為很多主要物質(zhì)合成代謝提供各種碳架原料。為人類提供各種有用產(chǎn)物如檸檬酸等。

52/1275、TCA循環(huán)53/12754/127葡萄糖經(jīng)不一樣脫氫路徑后產(chǎn)能效率特點(diǎn)和差異55/127（二）遞氫和受氫56/1271、有氧呼吸（respiration）又稱好氧呼吸，是一個(gè)最普遍又最主要生物氧化或產(chǎn)能方式，其特點(diǎn)是底物常規(guī)方式脫氫后，脫下氫經(jīng)完整呼吸鏈又稱電子傳遞鏈傳遞，最終被外源分子氧接收，產(chǎn)生了水并釋放出ATP形式能量。57/127A、電子傳遞鏈（呼吸鏈）電子傳遞鏈———存在于微生物細(xì)胞質(zhì)膜或線粒體內(nèi)膜上由一系列氫和電子傳遞體組成多酶氧化還原體系。它是一個(gè)定向有序、氧化還原電勢(shì)按照有低到高次序排列氫和電子傳遞系統(tǒng)。58/127電子傳遞鏈59/127氧化磷酸化機(jī)制：中心思想：電子傳遞造成膜內(nèi)外出現(xiàn)質(zhì)子濃度差，從而將能量隱藏在質(zhì)子勢(shì)中，推進(jìn)質(zhì)子由膜外進(jìn)入膜內(nèi)，經(jīng)過(guò)F1－F0ATP酶偶聯(lián)，產(chǎn)生ATP。化學(xué)滲透假說(shuō)60/127ATP酶膜外膜內(nèi)ATP1978Nobel獎(jiǎng)61/127

B、氧化磷酸化氧化磷酸化————營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在生物氧化過(guò)程中形成NAD(P)H和FADH2，經(jīng)過(guò)電子傳遞鏈將氫和電子傳遞給氧或其它氧化型物質(zhì)，同時(shí)偶聯(lián)著ATP形成，這種產(chǎn)生ATP方式，即氧化磷酸化。NAD(P)+呼吸鏈氧化磷酸化產(chǎn)能效率比FAD+呼吸鏈產(chǎn)能效率高；細(xì)菌中存在著各種呼吸鏈，普通好氧菌呼吸鏈氧化磷酸化產(chǎn)能效率高于兼性和厭氧菌。62/127C、底物（基質(zhì)）水平磷酸化———不經(jīng)過(guò)電子傳遞鏈，而在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生物氧化過(guò)程中將高能磷酸鍵直接偶聯(lián)ATP或GTP合成，這種產(chǎn)生ATP等高能分子方式即底物（基質(zhì)）水平磷酸化。63/127有氧呼吸特點(diǎn)基質(zhì)氧化徹底生成CO2和H2O，（少數(shù)氧化不徹底，生成小分子量有機(jī)物，如醋酸發(fā)酵）。

E系完全，分脫氫E和氧化E兩種E系。產(chǎn)能量多，一分子G凈產(chǎn)38個(gè)ATP64/1272、無(wú)氧呼吸（anaerobicrespiration）又稱厭氧呼吸，是指在厭氧條件下，厭氧或兼性厭氧菌,以外源無(wú)機(jī)氧化物（ＮＯ３－、NO2－、SO4２－、S2O32-、

CO2、Fe3+

等）或有機(jī)物(延胡索酸等，罕見(jiàn))作為呼吸鏈末端氫（電子）受體時(shí)，發(fā)生一類產(chǎn)能效率低特殊生物氧化。特點(diǎn)

是底物經(jīng)常規(guī)路徑脫氫后，經(jīng)部分呼吸鏈遞氫，最終由氧化態(tài)無(wú)機(jī)物或有機(jī)物受氫，并完成氧化磷酸化產(chǎn)能反應(yīng)。進(jìn)行厭氧呼吸微生物極大多數(shù)是細(xì)菌，據(jù)受體種類不一樣而有各種類型。65/127硝酸鹽呼吸：以硝酸鹽作為最終電子受體生物氧化過(guò)程。它是指NO3-被一些微生物還原為NO2-，再逐步還原為NO、N2O、N2過(guò)程。因?yàn)橄跛猁}是逐層還原成氣態(tài)產(chǎn)物而逸去異化脫氮過(guò)程，也稱為異化性硝酸鹽還原作用（Dissimilative）

。2、無(wú)氧呼吸（anaerobicrespiration）（1）硝酸鹽呼吸：又稱反硝化作用或稱硝酸鹽還原66/127反硝化作用生態(tài)學(xué)作用：硝酸鹽還原細(xì)菌進(jìn)行厭氧呼吸土壤及水環(huán)境好氧性機(jī)體呼吸作用氧被消耗而造成局部厭氧環(huán)境土壤中植物能利用氮（硝酸鹽NO3-）還原成氮?dú)舛?，從而降低了土壤肥力。松土，排除過(guò)多水分，確保土壤中有良好通氣條件。反硝化作用在氮素循環(huán)中主要作用硝酸鹽是一個(gè)輕易溶解于水物質(zhì)，通常經(jīng)過(guò)水從土壤流入水域中。假如沒(méi)有反硝化作用，硝酸鹽將在水中積累，會(huì)造成水質(zhì)變壞與地球上氮素循環(huán)中止。67/127硝酸鹽呼吸特點(diǎn)：

（1）由反硝化菌群（兼性）所進(jìn)行無(wú)氧呼吸；（2）缺氧或厭氧條件下進(jìn)行反應(yīng)；

（3）在一系列還原酶催化下（完成）進(jìn)行;

（4）由化能異氧菌所進(jìn)行還原反應(yīng)；

（5）以硝酸鹽為呼吸鏈末端[H]和電子受體；

（6）從有機(jī)物氧化中得到能量；

（7）可產(chǎn)生2分子ATP；（8）還原力[NADH2]形成是經(jīng)過(guò)有機(jī)物生物氧化,不需要消耗能量。68/127（2）硫酸鹽呼吸又稱硫酸鹽還原（嚴(yán)格厭氧古細(xì)菌）硫酸鹽呼吸：是一類稱作硫酸鹽還原細(xì)菌嚴(yán)格厭氧菌在無(wú)氧條件下獲取能量方式，其特點(diǎn)是底物脫氫后，經(jīng)呼吸鏈遞氫，最終氫末端受體是硫酸鹽，在遞氫過(guò)程中與氧化磷酸化相偶聯(lián)而取得3ATP。SO42－＋8H4H2O＋S2－（3）硫呼吸又稱硫還原（高溫厭氧古細(xì)菌）硫呼吸：以無(wú)機(jī)硫作為呼吸鏈最終氫受體產(chǎn)生H2S生物氧化作用。2、無(wú)氧呼吸（anaerobicrespiration）69/127（4）碳酸鹽呼吸又稱碳酸鹽還原（專性厭氧------產(chǎn)生甲烷）碳酸鹽呼吸：甲烷細(xì)菌能在氫等物質(zhì)氧化過(guò)程中，把CO2還原成甲烷，這就是碳酸鹽呼吸又稱甲烷生成作用。呼吸鏈末端氫受體是CO2或重碳酸鹽。CO2+4H2

CH4+2H2O+ATP（5）延胡索酸呼吸延胡索酸呼吸：兼性厭氧菌，將延胡索酸還原成琥珀酸，呼吸鏈末端氫受體是延胡索酸，琥珀酸是還原產(chǎn)物。2、無(wú)氧呼吸（anaerobicrespiration）70/1273、發(fā)酵（fermentation）發(fā)酵：在無(wú)氧等外源氫受體條件下，底物脫氫后所產(chǎn)生還原力[H]未經(jīng)呼吸鏈傳遞而直接交給某一內(nèi)源性中間代謝物接收，以實(shí)現(xiàn)底物水平磷酸化產(chǎn)能一類生物氧化反應(yīng)(氫和電子受體是有機(jī)物)。糖酵解是發(fā)酵基礎(chǔ)，主要經(jīng)過(guò)EMP路徑、HMP路徑、ED路徑、磷酸解酮酶路徑四種路徑。71/127

在上述葡萄糖降解四條路徑中，都有還原型氫供體-----NADH＋H＋和NADHPH＋H＋產(chǎn)生。反應(yīng)中所生成還原力不能積存，必須被重氧化后，才能繼續(xù)不停地推進(jìn)全部反應(yīng)。還原力被重氧化方式，因不一樣微生物和條件而異。在有氧條件下，還原力即經(jīng)呼吸鏈氧化，同時(shí)由電子傳遞鏈磷酸化生成ATP；丙酮酸則進(jìn)入三羧酸循環(huán)被徹底氧化成CO2和水，并生成大量ATP。在無(wú)氧條件下，便以葡萄糖分解過(guò)程中形成各種中間產(chǎn)物作為氫（電子）受體，來(lái)接收NADH＋H＋和NADHPH＋H＋氫（電子），于是產(chǎn)生了各種各樣發(fā)酵產(chǎn)物。72/127(1)由EMP路徑中丙酮酸出發(fā)發(fā)酵73/127GEMP

2丙酮酸2乙醛2乙醇丙酮酸脫羧酶C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋2ATP①酵母菌酒精發(fā)酵:發(fā)酵產(chǎn)物為乙醇、CO2,產(chǎn)生2分子ATP酵母菌乙醇發(fā)酵應(yīng)嚴(yán)格控制三個(gè)條件PH小于7.5（普通控制在3.5—4.5）厭氧不含NaHSO374/127②經(jīng)過(guò)ED路徑進(jìn)行乙醇發(fā)酵

（細(xì)菌乙醇發(fā)酵）參加微生物：運(yùn)動(dòng)發(fā)酵假單胞菌發(fā)酵路徑：ED路徑

反應(yīng)式：C6H12O62C2H5OH+2CO2+ATP乙醇發(fā)酵特點(diǎn)：發(fā)酵基質(zhì)氧化不徹底，發(fā)酵結(jié)果仍有有機(jī)物；酶體系不完全，只有脫氫E，沒(méi)有氧化酶。產(chǎn)生能量少，酵母乙醇發(fā)酵凈產(chǎn)2ATP，細(xì)菌1ATP。也就是丙酮酸直接接收糖酵解過(guò)程中脫下H使之還原成乙醇過(guò)程。75/127③乳酸發(fā)酵指乳酸菌將G分解產(chǎn)生丙酮酸逐步還原成乳酸過(guò)程。兩種類型：同型乳酸發(fā)酵

異型乳酸發(fā)酵細(xì)菌積累乳酸過(guò)程是經(jīng)典乳酸發(fā)酵。我們熟悉牛奶變酸，生產(chǎn)酸奶，腌漬酸菜，泡菜，青貯飼料都是乳酸發(fā)酵。進(jìn)行乳酸發(fā)酵都是細(xì)菌：如短乳桿菌，乳鏈球菌等。76/127⑴同型乳酸發(fā)酵：發(fā)酵產(chǎn)物只有乳酸,產(chǎn)生2分子ATP在糖發(fā)酵中，產(chǎn)物只有乳酸發(fā)酵稱為同型乳酸發(fā)酵，青貯飼料中乳鏈球菌發(fā)酵即為這類型。GPEPC3H6O3過(guò)

程：反應(yīng)式：C6H12O6+2ADP+Pi

2C3H6O3+2ATP關(guān)鍵酶：乳酸脫氫酶77/127（2）異型乳酸發(fā)酵（經(jīng)過(guò)HMP路徑或PK

）發(fā)酵產(chǎn)物除乳酸外還有乙醇與CO2。青貯飼料中短乳桿菌發(fā)酵即為異型乳酸發(fā)酵。異型乳酸發(fā)酵結(jié)果：1分子G生成乳酸，乙醇，CO2各1分子。北方腌漬酸菜，南方泡菜是常見(jiàn)乳酸發(fā)酵。乳酸發(fā)酵細(xì)菌不破壞植物細(xì)胞，只利用植物分泌物生長(zhǎng)繁殖。腌漬酸菜應(yīng)做好以下幾點(diǎn)必須控制不被雜菌感染；要?jiǎng)?chuàng)造適合乳酸發(fā)酸厭氧環(huán)境條件；要加適量鹽，3—5%NaCl濃度為好；缸要刷凈，并不要帶進(jìn)油污；PH值3—4為宜。78/127④混合酸發(fā)酵和丁二醇發(fā)酵埃希氏菌屬（大腸桿菌）、沙門(mén)氏菌屬、志賀氏菌屬等腸菌科一些細(xì)菌發(fā)酵葡萄糖生成乳酸、甲酸、乙酸、琥珀酸、乙醇、CO2和H2等產(chǎn)物。因產(chǎn)物中有各種有機(jī)酸，故稱混合酸發(fā)酵。

腸桿菌屬（產(chǎn)氣桿菌）在發(fā)酵葡萄糖時(shí)，只有一小部分按混合酸發(fā)酵類型進(jìn)行外，大部分丙酮酸先經(jīng)過(guò)兩個(gè)分子縮合成為乙酰乳酸，再脫羧成為3-羥基丁酮，然后再還原為2，3-丁二醇。79/127不一樣微生物發(fā)酵產(chǎn)物不一樣，也是細(xì)菌分類判定主要依據(jù)。大腸桿菌：丙酮酸裂解生成乙酰CoA與甲酸，甲酸在酸性條件可深入裂解生成H2和CO2產(chǎn)酸產(chǎn)氣志賀氏菌：丙酮酸裂解生成乙酰CoA與甲酸，但不能使甲酸裂解產(chǎn)生H2和CO2產(chǎn)酸不產(chǎn)氣80/127因?yàn)榘ＯＪ暇竽c桿菌和腸桿菌屬產(chǎn)氣桿菌在厭氧條件下細(xì)胞有甲酸氫解酶，它在酸性條件下催化甲酸裂解成CO2和H2，所以大腸桿菌和產(chǎn)氣桿菌發(fā)酵葡萄糖時(shí)產(chǎn)酸、產(chǎn)氣，而志賀氏菌沒(méi)有甲酸氫解酶，故發(fā)酵葡萄糖時(shí)只產(chǎn)酸、不產(chǎn)氣。產(chǎn)酸產(chǎn)氣試驗(yàn):這么我們經(jīng)過(guò)產(chǎn)酸產(chǎn)氣試驗(yàn)即能夠?qū)⒁恍┎划a(chǎn)酸以及即使產(chǎn)酸但不產(chǎn)氣細(xì)菌（大腸桿菌和產(chǎn)氣桿菌與志賀氏菌）區(qū)分開(kāi)來(lái)。（溴百里香酚藍(lán)PH6.0—7.8顯黃-藍(lán)色,德拉姆氏小導(dǎo)管搜集氣體）。81/127甲基紅試驗(yàn)(M.R):

產(chǎn)氣桿菌在發(fā)酵葡萄糖時(shí)，只有一小部分按混合酸發(fā)酵類型進(jìn)行外，大部分丙酮酸先經(jīng)過(guò)兩個(gè)分子縮合成為乙酰乳酸，再脫羧成為3-羥基丁酮，然后再還原為2，3-丁二醇。丁二醇是中性，而大腸桿菌產(chǎn)物中有各種有機(jī)酸，發(fā)酵液中PH很低（∠4.5）,甲基紅試驗(yàn)(M.R)結(jié)果為大腸桿菌陽(yáng)性（＋）,產(chǎn)氣桿菌甲基紅試驗(yàn)(M.R)結(jié)果為陰性（－）。82/127V.P試驗(yàn):

丁二醇發(fā)酵中間產(chǎn)物-----3-羥基丁酮是菌種判定V.P試驗(yàn)物質(zhì)基礎(chǔ)。3-羥基丁酮在堿性條件下被空氣中氧氣氧化成（雙）乙二酰，它能與培養(yǎng)基成份蛋白胨中精氨酸所含胍基反應(yīng)生成紅色化合物。產(chǎn)氣桿菌產(chǎn)生大量3-羥基丁酮，故V.P試驗(yàn)陽(yáng)性（＋）；而大腸桿菌產(chǎn)生極少或不產(chǎn)生3-羥基丁酮，故V.P試驗(yàn)陰性（－）。

83/127

大腸桿菌：產(chǎn)氣桿菌：V.P.試驗(yàn)陽(yáng)性甲基紅(M.R)試驗(yàn)陰性V.P.試驗(yàn)陰性甲基紅(M.R)試驗(yàn)陽(yáng)性84/127在飲水、食品衛(wèi)生學(xué)檢驗(yàn)中對(duì)大腸桿菌和產(chǎn)氣桿菌慣用判別指標(biāo)：大腸桿菌產(chǎn)氣桿菌

V.P試驗(yàn)（－）（＋）

M.R試驗(yàn)（＋）（－）EMB培養(yǎng)基紫黑色干燥濕潤(rùn)灰棕色

含有金屬光澤大菌落

小菌落85/127（3）氨基酸發(fā)酵產(chǎn)能------Stickland反應(yīng)以一個(gè)氨基酸作供氫(電子)體，以另一個(gè)氨基酸作為受氫(電子)體時(shí)氧化-還原脫氨基反應(yīng).它是微生物在厭氧條件下,而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能獨(dú)特發(fā)酵類型。CH3CHNH2COOHCH2NH2COOH+2ADP+PiATP3CH3COOH+3NH3+CO286/127二、化能自養(yǎng)微生物生物氧化與產(chǎn)能還原CO2所需要ATP和[H]是經(jīng)過(guò)氧化無(wú)機(jī)物而取得NH4+、NO2-、H2S、S0、H2、Fe2+等呼吸鏈氧化磷酸化反應(yīng)硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌、氫細(xì)菌等屬于化能自養(yǎng)類型87/127化能自養(yǎng)菌：以CO2為主要或唯一碳源,從還原無(wú)機(jī)化合物生物氧化取得能量和還原力[H]微生物稱為化能自養(yǎng)微生物。

化能自養(yǎng)菌能量代謝特點(diǎn)：①無(wú)機(jī)物底物上脫下氫（電子）直接進(jìn)入呼吸鏈，經(jīng)過(guò)氧化磷酸化產(chǎn)能；②因?yàn)殡娮幽軌驈亩嗵庍M(jìn)入呼吸鏈，所以有各種多樣呼吸鏈；③產(chǎn)能效率通常要比化能異養(yǎng)細(xì)菌低，因?yàn)楫a(chǎn)能效率低，所以化能自養(yǎng)細(xì)菌生長(zhǎng)遲緩，細(xì)胞產(chǎn)率低。88/127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]自養(yǎng)微生物合成代謝：

將CO2先還原成[CH2O]水平簡(jiǎn)單有機(jī)物，然后再深入合成復(fù)雜細(xì)胞成份?；墚愷B(yǎng)微生物：ATP和還原力均來(lái)自對(duì)有機(jī)物生物氧化化能自養(yǎng)微生物：無(wú)機(jī)物氧化過(guò)程中主要經(jīng)過(guò)氧化磷酸化產(chǎn)生ATP假如作為電子供體無(wú)機(jī)物氧化還原電位足夠低，也在氧化磷酸化過(guò)程中產(chǎn)生還原力，但大多數(shù)情況下都需要經(jīng)過(guò)電子逆向傳遞，以消耗ATP為代價(jià)取得還原力。89/12790/1271氫氧化氫是微生物細(xì)胞代謝中常見(jiàn)代謝產(chǎn)物，很多細(xì)菌都能經(jīng)過(guò)對(duì)氫氧化取得生長(zhǎng)所需要能量。氫氧化可經(jīng)過(guò)電子和氫離子在呼吸鏈上傳遞產(chǎn)生ATP和用于細(xì)胞合成代謝所需要還原力。用途:用于生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)所需原料：石油，天然氣，氫91/127

1氫氧化（氫細(xì)菌）能以氫為電子供體，以O(shè)2為電子受體，以CO2為唯一碳源進(jìn)行生長(zhǎng)細(xì)菌被稱為氫細(xì)菌：氫細(xì)菌都是一些呈革蘭氏陰性兼性化能自養(yǎng)菌。在有氫條件下利用氫氧化時(shí)放出能量同化CO2而生長(zhǎng),在無(wú)氫有氧條件下，就利用有機(jī)物為能源生長(zhǎng)。92/127硝化細(xì)菌:

能利用還原無(wú)機(jī)氮化合物進(jìn)行自養(yǎng)生長(zhǎng)細(xì)菌稱為硝化細(xì)菌。它可分為兩個(gè)亞群：亞硝化細(xì)菌和亞硝酸氧化細(xì)菌。亞硝化細(xì)菌使自然界中氨氧化為亞硝酸；亞硝酸再被亞硝酸氧化細(xì)菌深入氧化為硝酸過(guò)程即為硝化作用。2氨氧化（硝化細(xì)菌硝化作用）NH3

亞硝酸（NO2-）等無(wú)機(jī)氮化物能夠被一些化能自養(yǎng)細(xì)菌用作能源亞硝化細(xì)菌：將氨氧化為亞硝酸并取得能量硝化細(xì)菌：將亞硝氧化為硝酸并取得能量93/1272氨氧化（硝化細(xì)菌能量代謝）這兩類細(xì)菌往往伴生在一起，在它們共同作用下將銨鹽氧化成硝酸鹽，防止亞硝酸積累所產(chǎn)生毒害作用。這類細(xì)菌在自然界氮素循環(huán)中也起著主要作用，在自然界中分布非常廣泛。NH3、NO2-氧化還原電勢(shì)均比較高，以氧為電子受體進(jìn)行氧化時(shí)產(chǎn)生能量較少，而且進(jìn)行合成代謝所需要還原力，需消耗ATP進(jìn)行逆向電子呼吸鏈傳遞來(lái)產(chǎn)生，所以這類細(xì)菌生長(zhǎng)慢，平均代時(shí)在10h以上。94/127

（O2）（O2）NH3

----------→NO2-

----------→NO3-亞硝化細(xì)菌亞硝酸氧化細(xì)菌特點(diǎn)：①是由化能自養(yǎng)菌所進(jìn)行生物氧化反應(yīng)；②由硝化細(xì)菌所進(jìn)行有氧呼吸；③在有氧條件下進(jìn)行氧化反應(yīng)；④以分子氧為氫（電子）受體；⑤從無(wú)機(jī)物氧化中得到能量，產(chǎn)能效率低,只有1分子ATP；⑥還原力形成是在耗能情況下經(jīng)過(guò)反向電子傳遞而形成NADH2

。95/127硝化作用與反硝化作用不一樣點(diǎn)：

硝化作用由化能自養(yǎng)菌所進(jìn)行生物氧化作用NH3（O2）NO2-（O2）NO3-由硝化細(xì)菌所進(jìn)行有氧呼吸好氧菌有氧條件下進(jìn)行氧化反應(yīng)以分子氧為H（電子）受體從無(wú)機(jī)物氧化中取得能量產(chǎn)能效率低，只有1分子ATP還原力形成是在耗能情況下經(jīng)過(guò)反向電子傳遞而形成NADH2

反硝化作用由化能異養(yǎng)菌所進(jìn)行還原作用

NO3-NO2-NON2ON2由反硝化菌群所進(jìn)行無(wú)氧呼吸厭氧或兼性厭氧菌無(wú)氧條件下進(jìn)行還原反應(yīng)以NO3-為呼吸鏈末端H（電子）受體從有機(jī)物氧化中得到能量可產(chǎn)生2分子ATP還原力NADH2形成是經(jīng)過(guò)有機(jī)物生物氧化，不需要耗能96/127三、光能微生物能量代謝光能微生物可從陽(yáng)光中獲取能量，經(jīng)過(guò)光合磷酸化產(chǎn)能。即能將光能轉(zhuǎn)變成ATP形式化學(xué)能。

光合作用過(guò)程比較復(fù)雜，已知全部光合作用都包含兩組緊密聯(lián)絡(luò)而又不相同反應(yīng)。其一為光反應(yīng)，即光合色素吸收光能，并將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能能量轉(zhuǎn)換反應(yīng)；另一為暗反應(yīng)，是利用由光能轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生化學(xué)能，是將CO2還原成有機(jī)物質(zhì)生物合成反應(yīng)。

所謂光合磷酸化作用：是指光合細(xì)菌以光為能源，利用CO2（光能自養(yǎng)）或有機(jī)碳化合物（光能異養(yǎng)）作為碳源，經(jīng)過(guò)電子傳遞鏈生成ATP過(guò)程。97/127三、光能營(yíng)養(yǎng)微生物能量代謝自然界光能生物產(chǎn)氧不產(chǎn)氧真核生物：藻類及綠色植物原核生物：藍(lán)細(xì)菌及原綠植物綱真細(xì)菌：光合細(xì)菌古細(xì)菌：嗜鹽菌光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能過(guò)程：當(dāng)葉(菌)綠素分子吸收光量子時(shí)，葉(菌)綠素性質(zhì)上即被激活，造成其釋放電子而被氧化，釋放出電子在電子傳遞系統(tǒng)中傳遞過(guò)程中逐步釋放能量，這就是光合磷酸化基本動(dòng)力。光合磷酸化和氧化磷酸化一樣都是經(jīng)過(guò)電子傳遞系統(tǒng)產(chǎn)生ATP98/127（一）光合細(xì)菌類群

依據(jù)在光合作用過(guò)程中是否產(chǎn)生氧，可把光合細(xì)菌分為兩大類：產(chǎn)氧光合細(xì)菌和不產(chǎn)氧光合細(xì)菌。1、產(chǎn)氧光合細(xì)菌：為好氧菌，以藍(lán)細(xì)菌為經(jīng)典代表。另外還有原綠植物綱微生物；

2、不產(chǎn)氧光合細(xì)菌：是一個(gè)形態(tài)和系統(tǒng)上多樣化類群。依據(jù)它們所含菌綠素、類胡蘿卜素和光合膜系統(tǒng)類型分為紫色細(xì)菌、綠色細(xì)菌、和陽(yáng)光細(xì)菌；著色細(xì)菌科等4科不產(chǎn)氧光合細(xì)菌。99/127（二）細(xì)菌光合色素1．葉綠素：藍(lán)細(xì)菌依賴于葉綠素進(jìn)行光合作用，藍(lán)細(xì)菌含葉綠素a。葉綠素a有兩個(gè)光反應(yīng)系統(tǒng)，吸收680-700nm處光量子，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。

2．菌綠素：大多數(shù)光合細(xì)菌依賴于菌綠素進(jìn)行光合作用。當(dāng)前已在光合細(xì)菌中發(fā)覺(jué)6種菌綠素，分別為菌綠素a、b、c、d、e和g。菌綠素a結(jié)構(gòu)與葉綠素a基本相同。3．輔助色素：是幫助提升光利用率色素。菌綠素或葉綠素只能吸收太陽(yáng)光譜中一部分光，光合生物依靠輔助色素能夠捕捉更多可利用光。即能夠?qū)⒉蹲降焦饬孔觽鬟f給光反應(yīng)中心將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。光合細(xì)菌中含有類胡蘿卜素和β-胡蘿卜素等；而藻膽素是藍(lán)細(xì)菌獨(dú)特輔助色素。100/127（三）細(xì)菌光合作用光合細(xì)菌主要有依賴于菌綠素和葉綠素光合作用。1、依賴于菌綠素光合作用

不產(chǎn)氧光合細(xì)菌利用H2S、H2、或丁酸、乳酸、琥珀酸等有機(jī)物質(zhì)為還原CO2供氫體，依賴于菌綠素與一個(gè)光反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行不放氧光合作用。因?yàn)樗谴嬖谟趨捬豕夂霞?xì)菌中能利用光能產(chǎn)生ATP磷酸化反應(yīng)，又因?yàn)樗且粋€(gè)在光驅(qū)動(dòng)下經(jīng)過(guò)電子循環(huán)式傳遞而完成磷酸化，故稱循環(huán)光合磷酸化。101/1271.環(huán)式光合磷酸化

④不產(chǎn)生氧③還原力來(lái)自H2S等無(wú)機(jī)物②產(chǎn)能與產(chǎn)還原力分別進(jìn)行①電子傳遞路徑屬循環(huán)方式特點(diǎn)：102/1272、依賴于葉綠素光合作用藍(lán)細(xì)菌光合作用含有綠色植物特征。它們依靠葉綠素a和其中兩個(gè)光反應(yīng)系統(tǒng)（Ⅰ和Ⅱ）進(jìn)行光合作用，它們利用H2O作為氫供體，因?yàn)樗饨庾饔?，結(jié)果有氧氣產(chǎn)生。水分子在Mn2+催化下，分解產(chǎn)生電子、H+和O2，電子使帶正電葉綠素分子中和，將O2放出。

經(jīng)過(guò)光反應(yīng)系統(tǒng)Ⅰ與光反應(yīng)系統(tǒng)Ⅱ共同作用，在電子流不進(jìn)行循環(huán)情況下合成ATP過(guò)程，稱為非環(huán)式光合磷酸化。象這種H2O氧化不是自發(fā)，而是經(jīng)過(guò)光分解作用，稱為水光解。103/1272.非環(huán)式光合磷酸化

④還原力來(lái)自H2O光解③同時(shí)產(chǎn)生還原力、ATP和O2②有PSⅠ和PS

Ⅱ2個(gè)光合系統(tǒng)特點(diǎn)：①有氧條件下進(jìn)行104/127依賴于菌綠素光合作用與依賴于葉綠素（植物型）光合作用有何異同點(diǎn)？相同點(diǎn)：都有光反應(yīng)和暗反應(yīng)(都是經(jīng)過(guò)卡爾文循環(huán)固定CO2)。不一樣點(diǎn)：植物型（葉綠素a細(xì)菌）藍(lán)細(xì)菌細(xì)菌光合作用（菌綠素細(xì)菌）（1）光合作用方式不一樣：依賴于葉綠素光合作用依賴于菌綠素光合作用（2）捕捉光能色素不一樣：輔助色素：葉綠素a；藻青素，藻膽素等；菌綠素a、b、c、d、e、g類胡蘿卜素；（3）光反應(yīng)系統(tǒng)不一樣：有兩個(gè)光反應(yīng)系統(tǒng)只有一個(gè)光反應(yīng)系統(tǒng)；（4）光合磷酸化路徑不一樣非循環(huán)光合磷酸化循環(huán)式光合磷酸化（5）供H體不一樣：水H2、H2S、或有機(jī)物等（6）光合作用產(chǎn)物不一樣：放O2，有還原力[H]形成不放O2（積累S或S化物）反應(yīng)中無(wú)還原力[H]形成（7）還原力形成路徑不一樣：在光反應(yīng)中形成NAD（P）H2,不需耗能經(jīng)過(guò)反向電子傳遞形成NAD（P）H2，需要耗能；105/127第三節(jié)微生物獨(dú)特合成代謝路徑一、生物固氮作用

微生物將氮還原為氨過(guò)程稱為生物固氮含有固氮作用微生物近50個(gè)屬，包含細(xì)菌、放線菌和藍(lán)細(xì)菌

依據(jù)固氮微生物與高等植物以及其它生物關(guān)系，能夠把它們分為三大類自生固氮菌共生固氮菌聯(lián)合固氮菌(一)固氮微生物種類106/127a.自生固氮菌一類不依賴于它種生物共生而能獨(dú)立進(jìn)行固氮生物自生固氮菌好氧：固氮菌屬、氧化亞鐵硫桿菌屬、藍(lán)細(xì)菌等兼性厭氧：克雷伯氏菌屬、紅螺菌屬等厭氧：巴氏梭菌、著色菌屬、銅綠假單菌胞菌屬等107/127b.共生固氮菌必須與它種生物共生在一起才能進(jìn)行固氮生物共生固氮菌非豆科：弗蘭克氏菌屬等滿江紅：滿江紅魚(yú)腥藍(lán)細(xì)菌等根瘤豆科植物：根瘤菌屬等植物地衣：魚(yú)腥藍(lán)細(xì)菌屬等108/127地衣109/127滿江紅魚(yú)星藻110/127c.聯(lián)合固氮菌必須生活在植物根際、葉面或動(dòng)物腸道等處才能進(jìn)行固氮生物聯(lián)合固氮菌根際：生脂固氮螺菌芽孢桿菌屬等葉面：克雷伯氏菌屬、固氮菌屬等動(dòng)物腸道：腸桿菌屬、克雷伯氏菌屬等111/127（二）根瘤菌和根瘤形成根瘤菌存在于土壤中，是有周生鞭毛可運(yùn)動(dòng)G-桿狀菌。根瘤菌與豆科植物共生并固定大氣中氮。根瘤菌與豆科植物共生有一定但不是很嚴(yán)格特專性，比如與蠶豆共生根瘤菌，可與豌豆共生，但不能與大豆共生。依據(jù)宿主,伯杰氏細(xì)菌手冊(cè)中將根瘤菌屬分為六個(gè)種：（1）豌豆根瘤菌

（2）菜豆根瘤菌

（3）三葉草根瘤菌

（4）羽扇豆根瘤菌

（5）大豆根瘤菌

（6）苜蓿根瘤菌112/127根瘤菌和根瘤形成根瘤菌形態(tài)根瘤菌特點(diǎn)感染性專一性有效性113/127根瘤菌形成：根瘤菌與豆科植物形成根瘤而固氮。根瘤形成是從根瘤菌侵入豆科植物根毛開(kāi)始。豆科植物根分泌物可刺激根瘤菌生長(zhǎng)。如其中色氨酸，細(xì)菌在侵入根毛前，將根系分泌色氨酸轉(zhuǎn)變成吲哚乙酸，吲哚乙酸可使一些根毛發(fā)生卷曲，變軟,于是根瘤菌從根毛侵入植物，并不停增殖，在根部細(xì)胞內(nèi)形成侵入線，根瘤菌經(jīng)過(guò)所形成侵入線進(jìn)而抵達(dá)皮層深處，這時(shí)植物皮層細(xì)胞受到根瘤菌所產(chǎn)生細(xì)胞分裂素刺激而加速分裂，從而使皮層加厚形成側(cè)瘤。根瘤中有新分化輸導(dǎo)組織與整個(gè)植物輸導(dǎo)組織相通。114/127根瘤(Nodle)形成植物色氨