第六章微生物的代.pptx

第六章微生物的代最初能源最初能源有机物有机物日光日光还原态无机物还原态无机物通用能源通用能源ATPATP化能异养型化能异养型光能营养型光能营养型化能自养型化能自养型ATP得结构得结构引自沈萍,2003 一、化能异养微生物得生物氧化和产能1、生物氧化得定义生物氧化得定义发生在活细胞内得一系列产能性氧化反应得总称。发生在活细胞内得一系列产能性氧化反应得总称。燃烧燃烧生物体外得氧化生物体外得氧化引自周德庆,2003 2、生物氧化得形式生物氧化得形式:加氧、脱氢或失去电子加氧、脱氢或失去电子;3、生物氧化得过程生物氧化得过程:脱氢、递氢、受氢脱氢、递氢、受氢 4、生生物物氧氧化化得得结结果果:产产ATP、还还原原力力H和和小小分分子子代谢产物代谢产物(一一)底物脱氢得四条途径底物脱氢得四条途径底物脱氢得四条途径底物脱氢得四条途径1、EMP途径途径(糖酵解途径或己糖二磷酸途径)己糖激酶 （1）磷酸己糖异构酶（2）磷酸果糖激酶（3）醛缩酶（4）磷酸丙糖异构酶（5）3-磷酸甘油醛脱氢酶（6）磷酸甘油酸激酶（7）磷酸甘油变位酶（8）稀醇化酶（9）丙酮酸激酶（10）引自周德庆,20031)就是大多数生物所共有得基本代谢途径就是大多数生物所共有得基本代谢途径;2)有氧和无氧条件下都能进行有氧和无氧条件下都能进行;有氧条件下有氧条件下,该途径与该途径与TCA途径连接途径连接;无无氧氧条条件件下下,丙丙酮酮酸酸被被还还原原,形形成成乳乳酸酸等等发发酵酵产产物物;3)该该途途径径就就是是糖糖代代谢谢和和脂脂类类代代谢谢得得连连接接点点(如如磷磷酸酸二二羟丙酮可还原成甘油羟丙酮可还原成甘油,进入脂类代谢进入脂类代谢;特点特点2、HMP途径 (己糖一磷酸途径、戊糖磷酸途径)引自周德庆,20039大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流1)就就是是一一条条葡葡萄萄糖糖不不经经EMP途途径径和和TCA循循环环而而彻彻底底氧氧化化产产能能、产还原力产还原力H和许多中间代谢产物得途径和许多中间代谢产物得途径;2)进进行行一一次次周周转转需需要要六六分分子子得得葡葡萄萄糖糖同同时时参参与与,但但实实际际只只消消耗耗一一分子得葡萄糖分子得葡萄糖;3)能产生大量得还原力能产生大量得还原力H(12个个NADPH2);就是合成脂肪酸、固醇等物质所需就是合成脂肪酸、固醇等物质所需;也可通过呼吸链产生大量能量也可通过呼吸链产生大量能量;4)反应中有反应中有C3-C7各种糖各种糖,使微生物可利用得碳源范围广使微生物可利用得碳源范围广;5)能能产产生生多多种种重重要要得得中中间间代代谢谢产产物物(如如核核苷苷酸酸、多多种种氨氨基基酸酸、辅辅酶和乳酸等酶和乳酸等)。特点特点3、ED途径 (2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸途径)2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸引自周德庆,2003少少数数细细菌菌(如如假假单单胞胞菌菌、根根瘤瘤菌菌和和土土壤壤杆杆菌菌等等)因因缺缺少少某某些些完完整整EMP途径得一种替代途径途径得一种替代途径,为微生物所特有为微生物所特有;反应步骤简单反应步骤简单,通过四步反应可快速获得通过四步反应可快速获得2分子得丙酮酸分子得丙酮酸;产能效率低产能效率低,1分子得葡萄糖仅产分子得葡萄糖仅产1个个ATP;可可与与EMP、HMP和和TCA循循环环等等各各种种代代谢谢途途径径相相连连接接,以以满满足足微生物对能量、还原力和不同中间代谢产物得需要微生物对能量、还原力和不同中间代谢产物得需要;反应中有一个特征性酶反应中有一个特征性酶KDPG醛缩酶醛缩酶;特点特点4、TCA循环循环 (三羧酸循环、三羧酸循环、Krebs循环或柠檬酸循环循环或柠檬酸循环)1.丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体2.柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶3.顺乌头酸酶顺乌头酸酶4.顺乌头酸酶顺乌头酸酶5.异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶6.-酮戊二酸脱氢酮戊二酸脱氢酶酶7.琥珀酰琥珀酰CO A8.琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶9.延胡索酸酶延胡索酸酶10.苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶引自周德庆,2003TCA循环由循环由10步酶促反应组成步酶促反应组成;产能效率极高产能效率极高,就是细胞产生就是细胞产生ATP得主要场所得主要场所;在微生物代谢中占有在微生物代谢中占有枢纽枢纽得地位得地位;提供生物合成所用碳架得重要来源提供生物合成所用碳架得重要来源;与与微微生生物物大大量量发发酵酵产产物物得得生生产产密密切切相相关关(如如柠柠檬檬酸酸、苹苹果酸、谷氨酸等果酸、谷氨酸等);特点特点TCA循环在微生物分解代谢和合成代谢中的枢纽地位循环在微生物分解代谢和合成代谢中的枢纽地位引自周德庆,2003四种脱氢途径得比较四种脱氢途径得比较EMP途径途径:许多微生物都利用该途径对糖类进行分解代谢。许多微生物都利用该途径对糖类进行分解代谢。1分子葡分子葡萄糖经萄糖经10步反应产生步反应产生2分子丙酮酸、分子丙酮酸、2分子分子H和和2个个ATP;该途径定位在微生物细胞质中该途径定位在微生物细胞质中,有氧和无氧都能进行有氧和无氧都能进行;HMP途径途径:可与可与EMP途径或途径或ED途径同时存在途径同时存在,也能在有氧和无氧条件也能在有氧和无氧条件下发生。许多微生物通过该途径产能下发生。许多微生物通过该途径产能,但她得主要作用就但她得主要作用就是用于生物合成。是用于生物合成。ED途径途径:少数细菌以该途径代替少数细菌以该途径代替EMP途径。途径。1分子葡萄糖经分子葡萄糖经4步反步反应产生应产生2分子丙酮酸、分子丙酮酸、2分子分子H和和1个个ATP;TCA循环循环:有氧条件下有氧条件下,丙酮酸经丙酮酸经TCA循环进一步代谢产能或用于合循环进一步代谢产能或用于合成。成。(二二)递氢递氢 电子传递链电子传递链电子传递链电子传递链就就是是指指位位于于膜膜(原原核核生生物物在在细细胞胞质质内内膜膜,真真核核微微生生物物在在线线粒粒体体内内膜膜)上上,由由一一系系列列氧氧化化还还原原势势呈呈梯梯度度差差得得,链链状状排排列列得得电电子子传传递体组成递体组成;一个化合物得氧化还原势就是其对电子亲和力得量度一个化合物得氧化还原势就是其对电子亲和力得量度;原原核核生生物物和和真真核核生生物物得得电电子子传传递递链链组组成成不不同同,但但二二者者得得功功能能相相似似;电子传递链得主要组分及传递顺序电子传递链得主要组分及传递顺序:NAD(P)FPFeSCOQCyt、bCyt、cCyt、aCyt、a3(三三)受氢受氢经多种途径脱氢和递氢后经多种途径脱氢和递氢后,最终与氢受体结合并释放其中得能量。最终与氢受体结合并释放其中得能量。根据受氢体性质得不同根据受氢体性质得不同,可把生物氧化分为呼吸、无氧呼吸和发可把生物氧化分为呼吸、无氧呼吸和发酵酵;1、呼吸呼吸(有氧呼吸有氧呼吸)就是一种最普遍和最重要得生物氧化或产能方式就是一种最普遍和最重要得生物氧化或产能方式;其特点就是底物按常规方式脱氢后其特点就是底物按常规方式脱氢后,经完整得呼吸链传递经完整得呼吸链传递,最最终被外源分子氧接受终被外源分子氧接受,释放能量释放能量;递氢和受氢必须在有氧条件下进行递氢和受氢必须在有氧条件下进行,就是一种高效产能方式就是一种高效产能方式;高能水平高能水平（低氧化还原势）（低氧化还原势）低能水平低能水平（高氧化还原势）（高氧化还原势）典典型型得得呼呼吸吸链链引自周德庆,2003u 现在普遍接受得观点就是现在普遍接受得观点就是1978年诺贝尔奖获得者英国学者年诺贝尔奖获得者英国学者P、Mitchell 于于1961年提出得化学渗透学说年提出得化学渗透学说(P110);u该学说认为生物得通用能源该学说认为生物得通用能源-ATP 就是由跨膜得质子梯度差就是由跨膜得质子梯度差(质子动势质子动势)而产生得而产生得;产生产生ATPATP得机制？得机制？引自周德庆,2003头部头部颈部颈部基部基部ATP酶和酶和ATP得合成得合成引自周德庆,2003 就是一类在无氧条件下进行得、产能效率较低得特殊呼吸就是一类在无氧条件下进行得、产能效率较低得特殊呼吸;其特点就是底物按常规途径脱氢后其特点就是底物按常规途径脱氢后,经部分呼吸链递氢经部分呼吸链递氢,最终由最终由氧化态得无机物氧化态得无机物(少数为有机氧化物少数为有机氧化物)受氢受氢,并完成产能反应并完成产能反应;2、无氧呼吸无氧呼吸(厌氧呼吸厌氧呼吸)比较各类无机盐呼吸的特点比较各类无机盐呼吸的特点 根据呼吸链末端氢受体得不同根据呼吸链末端氢受体得不同,可把无氧呼吸分成多种类型可把无氧呼吸分成多种类型 无机盐呼吸无机盐呼吸 硝酸盐呼吸硝酸盐呼吸 硫酸盐呼吸硫酸盐呼吸 硫呼吸硫呼吸 铁呼吸铁呼吸 碳酸盐呼吸碳酸盐呼吸 有机物呼吸有机物呼吸 延胡索酸呼吸延胡索酸呼吸 甘氨酸呼吸甘氨酸呼吸 氧化三甲胺呼吸氧化三甲胺呼吸3、发酵发酵v指在无氧得条件下指在无氧得条件下,底物脱氢后所产生得还原力底物脱氢后所产生得还原力H,不经过呼吸不经过呼吸链传递链传递,而直接交给某一内源性中间代谢产物接受而直接交给某一内源性中间代谢产物接受,以实现底物以实现底物水平磷酸化产能得一类生物氧化反应水平磷酸化产能得一类生物氧化反应;v能进行发酵得微生物就是专性厌氧菌或兼性厌氧菌能进行发酵得微生物就是专性厌氧菌或兼性厌氧菌;v其产能都就是通过底物水平磷酸化反应其产能都就是通过底物水平磷酸化反应,产能效率低产能效率低;v能形成高能磷酸键得产物能形成高能磷酸键得产物:1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸乙酰磷酸乙酰磷酸琥珀酰琥珀酰-CoA发酵类型发酵类型1、通过通过EMP途径进行得发酵途径进行得发酵同型酒精、乳酸发酵同型酒精、乳酸发酵凡葡萄糖经发酵后只产生一种代谢产物得发酵凡葡萄糖经发酵后只产生一种代谢产物得发酵;2、通过通过HMP途径进行得发酵途径进行得发酵异型乳酸发酵异型乳酸发酵凡葡萄糖经发酵后产生两种以上代谢产物得发酵凡葡萄糖经发酵后产生两种以上代谢产物得发酵;3、通过通过ED途径进行得发酵途径进行得发酵细菌酒精发酵细菌酒精发酵(P106)4、由氨基酸发酵产能由氨基酸发酵产能Stickland反应反应少数厌氧梭菌以一种氨基酸作氢供体少数厌氧梭菌以一种氨基酸作氢供体,而以另一种氨基酸而以另一种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能得独特发酵类型。此反应得作氢受体而实现生物氧化产能得独特发酵类型。此反应得产能效率极低产能效率极低,每分子氨基酸仅产一个每分子氨基酸仅产一个ATP;Stickland反应机制反应机制引自周德庆,2003氧化磷酸化氧化磷酸化 在呼吸链得递氢和受氢过程中与磷酸化反应相偶联在呼吸链得递氢和受氢过程中与磷酸化反应相偶联产生产生ATP;底物水平得磷酸化底物水平得磷酸化 通过形成含高能磷酸键得底物产能通过形成含高能磷酸键得底物产能;光合磷酸化光合磷酸化 通过光能产生通过光能产生ATP得磷酸化反应得磷酸化反应;ATP得产生途径二、化能自养微生物得二、化能自养微生物得生物氧化和产能生物氧化和产能特点特点:生物氧化也包括脱氢、递氢和受氢三个阶段生物氧化也包括脱氢、递氢和受氢三个阶段;就是通过氧化某些还原性得无机底物就是通过氧化某些还原性得无机底物(NH4+、NO2-、H2S、S、H2、Fe2+等等)获得能量获得能量;绝大多数就是好氧菌绝大多数就是好氧菌;无机底物得氧化直接与呼吸链发生联系无机底物得氧化直接与呼吸链发生联系;呼吸链得组分多样化呼吸链得组分多样化;产能效率低产能效率低;NAD FP COQ Cyt.c.c1 Cyt.a1.aa3 O2 Cyt.bH2NO2-S2O3-Fe2+ATPATPATPNH4+S2-SO32-无机底物脱氢后电子进入呼吸链得部位无机底物脱氢后电子进入呼吸链得部位生物氧化过程生物氧化过程硝化细菌为例硝化细菌为例 NO2-NO3-NADH2 FP Cyt.b Cyt.c Cyt.a1 Cyt.aa3 -ATP -ATP -ATP +ATP 1/2O2 H2O 2H+2e-2H+2e-NH3+O2 H2O NO2-为什么化能自养微生物得产能效率、为什么化能自养微生物得产能效率、生长速率和细胞产率都很低？生长速率和细胞产率都很低？硝化细菌和反硝化细菌得比较硝化细菌和反硝化细菌得比较硝化细菌硝化细菌反硝化细菌反硝化细菌化能自养微生物化能自养微生物化能异养微生物化能异养微生物好氧微生物好氧微生物兼性厌氧微生物兼性厌氧微生物有氧条件有氧条件下利用氨或亚硝酸盐下利用氨或亚硝酸盐作主要生存能源作主要生存能源,形成亚硝酸或形成亚硝酸或硝酸硝酸无氧条件无氧条件下利用硝酸盐作氢受体下利用硝酸盐作氢受体,将其还原成将其还原成 NO N2在自然界得物质合成过程中起在自然界得物质合成过程中起重要作用重要作用在自然界得氮素循环中发挥作用在自然界得氮素循环中发挥作用无机物呼吸反应及其产能无机物呼吸反应及其产能三、光能营养型生物得生物氧化和产能三、光能营养型生物得生物氧化和产能通过光能进行营养得生物通过光能进行营养得生物光能营养型生物光能营养型生物产氧产氧不产氧不产氧真核生物：藻类、绿色植物真核生物：藻类、绿色植物原核生物：蓝细菌原核生物：蓝细菌真细菌：光合细菌真细菌：光合细菌 循环光合磷酸化循环光合磷酸化古生菌：嗜盐菌古生菌：嗜盐菌 紫膜光合作用紫膜光合作用非循环光合磷酸化非循环光合磷酸化存在于光合细菌中得原始光合作用机制存在于光合细菌中得原始光合作用机制;在光能驱动下在光能驱动下,电子从菌绿素分子逐出电子从菌绿素分子逐出,通过循环式得电子传递通过循环式得电子传递途径产生途径产生ATP;在厌氧条件下进行在厌氧条件下进行,不产氧不产氧;产产ATP和还原力和还原力H分别进行分别进行;还原力还原力H来自来自H2S等无机氢供体等无机氢供体,在逆电子流、耗能得情况下产在逆电子流、耗能得情况下产生生;具体反应途径具体反应途径:P122循环光合磷酸化 循环光合磷酸化得途径引自周德庆,2003ATP循环光合磷酸化途径引自周德庆,2003非循环光合磷酸化非循环光合磷酸化就是各种绿色植物、藻类和蓝细菌所共有得产能方式就是各种绿色植物、藻类和蓝细菌所共有得产能方式;电子得传递途径就是非循环式得电子得传递途径就是非循环式得;在有氧条件下进行在有氧条件下进行,能产生氧气能产生氧气;有两个光合系统有两个光合系统;PSI:含叶绿素含叶绿素a,吸收光波为吸收光波为P700,有利于红光吸收有利于红光吸收;PS:含叶绿素含叶绿素b,吸收光波为吸收光波为P680,有利于蓝光吸收有利于蓝光吸收;反应中可同时产反应中可同时产ATP、还原力、还原力H和氧气和氧气;产生具体反应途径产生具体反应途径:P124蓝蓝细细菌菌得得产产氧氧光光合合作作用用引自周德庆,2003比较项目比较项目非循环光合磷酸化非循环光合磷酸化循环光合磷酸化循环光合磷酸化生物体生物体植物、藻类、蓝细菌植物、藻类、蓝细菌光合细菌光合细菌叶绿素类型叶绿素类型叶绿素叶绿素a等等细菌叶绿素细菌叶绿素a等等PSI 有有有有PSII有有无无氧得产生氧得产生有有无无还原力还原力H来自水得光解来自水得光解来自来自H2S等无机氢供体等无机氢供体两种光合作用比较两种光合作用比较嗜盐菌紫膜得光合作用嗜盐菌紫膜得光合作用嗜盐菌特有得无叶绿素或菌绿素参与得独特光合作用嗜盐菌特有得无叶绿素或菌绿素参与得独特光合作用;嗜盐菌得细胞膜制备物可分离出红色和紫色两个组分嗜盐菌得细胞膜制备物可分离出红色和紫色两个组分;红膜红膜:在有氧条件下可进行氧化磷酸化产能在有氧条件下可进行氧化磷酸化产能;主要成分为类胡萝卜素、细胞色素和黄素蛋白等主要成分为类胡萝卜素、细胞色素和黄素蛋白等;紫膜紫膜:在缺氧条件下在缺氧条件下,能利用光能得介导获得能量能利用光能得介导获得能量;主要成分为细菌视紫红质和类脂主要成分为细菌视紫红质和类脂;细菌视紫红质得功能与叶绿素相似细菌视紫红质得功能与叶绿素相似,能吸收光能能吸收光能,并在光并在光量子得驱动下起着质子泵得作用量子得驱动下起着质子泵得作用;第二节 分解代谢和合成代谢间得联系能量代谢能量代谢分解代谢分解代谢 合成代谢合成代谢消耗能量消耗能量简单小分子简单小分子 复杂分子复杂分子物质代谢物质代谢复杂大分子复杂大分子 简单小分子简单小分子 释放能量释放能量分解代谢和合成代谢得关系分解代谢和合成代谢得关系引自周德庆,2003分解代谢与合成代谢得联系紧密分解代谢与合成代谢得联系紧密,互不可分互不可分;在长期得进化中在长期得进化中,生物体通过两用代谢途径和代谢回补顺序使生生物体通过两用代谢途径和代谢回补顺序使生物体有条不紊地正常运转物体有条不紊地正常运转;联结分解代谢和合成代谢得重要中间代谢产物联结分解代谢和合成代谢得重要中间代谢产物 有有12种种(P126);一、两用代谢途径一、两用代谢途径 凡在分解代谢和合成代谢中均具有功能得代谢途径凡在分解代谢和合成代谢中均具有功能得代谢途径;但合成途径并非分解途径得完全逆转但合成途径并非分解途径得完全逆转;分解代谢和合成代谢一般在不同得区域内分别进行分解代谢和合成代谢一般在不同得区域内分别进行;分解代谢和合成代谢得特点分解代谢和合成代谢得特点 指能补充两用代谢途径中因合成代谢而消耗得中间代谢物得那指能补充两用代谢途径中因合成代谢而消耗得中间代谢物得那些反应些反应;不同得微生物或同种微生物在不同得碳源下有不同得代谢回补不同得微生物或同种微生物在不同得碳源下有不同得代谢回补顺序顺序;与与EMP和和TCA循环有关得代谢回补顺序约有循环有关得代谢回补顺序约有10条条,都围绕着都围绕着PEP和和OA这两种关键性得中间代谢产物来进行这两种关键性得中间代谢产物来进行;微生物特有得代谢回补顺序微生物特有得代谢回补顺序 乙醛酸循环乙醛酸循环 她就是她就是TCA循环得一条回补途径循环得一条回补途径;此循环中有两个关键酶此循环中有两个关键酶:异柠檬酸裂合酶和苹果酸合成酶异柠檬酸裂合酶和苹果酸合成酶 具有乙醛酸循环得微生物普遍就是好氧微生物具有乙醛酸循环得微生物普遍就是好氧微生物;醋杆菌属、固氮菌属、产气肠杆菌、酵母属、青霉属和黑曲霉等醋杆菌属、固氮菌属、产气肠杆菌、酵母属、青霉属和黑曲霉等;二、代谢回补顺序二、代谢回补顺序乙醛酸乙醛酸异柠檬酸裂合酶异柠檬酸裂合酶苹果酸合成酶苹果酸合成酶乙醛酸循环示意图乙醛酸循环示意图引自周德庆,2003第三节 微生物独特合成代谢途径一、自氧微生物得一、自氧微生物得COCO2 2固定固定(一一)Calvin循环循环就是自养型生物固定就是自养型生物固定CO2得主要途径得主要途径;本途径含有两种特有得酶本途径含有两种特有得酶:核酮糖二磷酸羧化酶核酮糖二磷酸羧化酶;磷酸核酮糖激酶磷酸核酮糖激酶;(二二)厌氧乙酰厌氧乙酰-CoA途径途径这种非循环式得这种非循环式得CO2固定机制主要存在于一些化能自养菌固定机制主要存在于一些化能自养菌中中,如产乙酸菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌等如产乙酸菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌等;整个反应得关键酶就是整个反应得关键酶就是CO脱氢酶脱氢酶;(三三)逆向逆向TCA循环循环一些绿色硫细菌固定一些绿色硫细菌固定CO2得方式得方式特殊酶为柠檬酸裂合酶特殊酶为柠檬酸裂合酶(四四)羟基丙酸途径羟基丙酸途径少数绿色硫细菌以少数绿色硫细菌以H2或或H2S作电子供体进行自养生活时所作电子供体进行自养生活时所特有得一种特有得一种CO2得固定机制得固定机制;其关键步骤就是羟基丙酸得产生其关键步骤就是羟基丙酸得产生;此类细菌无此类细菌无Calvin循环和逆向循环和逆向TCA循环途径循环途径;指大气中得分子氮通过微生物固氮酶得催化还原成氨得过程指大气中得分子氮通过微生物固氮酶得催化还原成氨得过程;生物界中只有原核生物得部分菌才具有固氮能力生物界中只有原核生物得部分菌才具有固氮能力;生物固氮就是地球上仅次于光合作用得生物化学反应生物固氮就是地球上仅次于光合作用得生物化学反应;荷兰学者荷兰学者Beijerinck 最早分离出共生固氮微生物最早分离出共生固氮微生物Rhizobium(根瘤菌根瘤菌属属);(一一)固氮微生物得种类固氮微生物得种类自生固氮菌自生固氮菌(free-living nitrogen-fixer)共生固氮菌共生固氮菌(free-living nitrogen-fixer)联合固氮菌联合固氮菌(associative nitrogen-fixer)二、生物固氮二、生物固氮(Biological nitrogen fixation)(二二)固氮得生化机制固氮得生化机制1 1、生物固氮反应得六大要生物固氮反应得六大要素素ATP得供应得供应;还原力还原力H及其传递载体及其传递载体;固氮酶固氮酶;还原底物还原底物 N2;镁离子镁离子;严格得厌氧微环境严格得厌氧微环境;微量凯氏定氮法、同位素法、乙炔还原法微量凯氏定氮法、同位素法、乙炔还原法 2、固氮酶活力得测定固氮酶活力得测定3、固氮得生化途径固氮得生化途径(P136)形成相应的氨基酸形成相应的氨基酸呼吸呼吸无氧呼吸无氧呼吸发酵发酵光合作用光合作用NAD(P)H2ATP Fd(Fld)HN二二NH N三三NH2N-NH2 2NH3 固二固二氮酶氮酶还原还原酶组酶组分分II固二固二氮酶氮酶组分组分 IADP+PiMg2+氧障氧障 固氮酶对氧极端敏感固氮酶对氧极端敏感;组分组分II(铁蛋白铁蛋白):在空气中暴露在空气中暴露45s失活失活;组分组分I(钼铁蛋白钼铁蛋白):半衰期半衰期10min;但大多数固氮菌都就是好氧菌但大多数固氮菌都就是好氧菌;如何解决微生物既需要氧又须如何解决微生物既需要氧又须防止氧对固氮酶损伤得矛盾？防止氧对固氮酶损伤得矛盾？思思 考考?(三三)好氧菌固氮酶避氧害机制好氧菌固氮酶避氧害机制1、好氧性自生固氮菌得抗氧保护机制好氧性自生固氮菌得抗氧保护机制呼吸保护、构象保护呼吸保护、构象保护2、蓝细菌固氮酶得抗氧保护机制蓝细菌固氮酶得抗氧保护机制分化出特殊得还原性异形胞分化出特殊得还原性异形胞;非异形胞得蓝细菌采用固氮作用和光合作用进行时间上得非异形胞得蓝细菌采用固氮作用和光合作用进行时间上得分隔分隔3、豆科植物根瘤菌固氮酶得抗氧保护机制豆科植物根瘤菌固氮酶得抗氧保护机制存在豆血红蛋白存在豆血红蛋白三、肽聚糖得合成整个肽聚糖得合成过程约有整个肽聚糖得合成过程约有20步步(Staphylococcus aureus)(一一)在细胞质中得合成在细胞质中得合成(二二)在细胞膜中得合成在细胞膜中得合成(三三)在细胞膜外得合成在细胞膜外得合成1、由葡萄糖合成由葡萄糖合成 N-乙酰葡萄糖胺和乙酰葡萄糖胺和 N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸 (一一)在细胞质中得合成在细胞质中得合成葡萄糖-6-磷酸葡萄糖ATPADP果糖-6-磷酸GlnGlu葡糖胺-6-磷酸N-乙酰葡糖胺-6-磷酸乙酰CoACoAN-乙酰葡糖胺-1-磷酸UDPGUTPPP PEPPi缩合反应NADPHNADP+还原反应UDPMUDP-N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸-五肽五肽即即“Park”核苷酸核苷酸ATPADP+PiD-GluUDPMATPADP+PiL-LysUDPMATPADP+PiL-AlaUDPMUDPMUDPMATPADP+PiD-AlaD-Ala2、由由 N-乙酰胞壁酸合成乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸核苷酸G(二二)在细胞膜中得合成在细胞膜中得合成肽聚糖单体得合成肽聚糖单体得合成引自周德庆,2003转糖基化作用转糖基化作用转肽作用转肽作用(三三)在细胞膜外得合成在细胞膜外得合成作业作业:1、肽聚糖就是如何合成？肽聚糖就是如何合成？2.哪些化学因子可抑制肽聚糖得合成？抑制位点？哪些化学因子可抑制肽聚糖得合成？抑制位点？3、青霉素得抑菌机制？她对处于生长繁殖旺盛阶段青霉素得抑菌机制？她对处于生长繁殖旺盛阶段得细菌具有明显得抑制作用得细菌具有明显得抑制作用,对于生长停滞状态得对于生长停滞状态得休止细胞有无作用？休止细胞有无作用？四、微生物次生代谢物得合成四、微生物次生代谢物得合成初生代谢产物初生代谢产物某些微生物生长到一定阶段形成得结构简单、产量较某些微生物生长到一定阶段形成得结构简单、产量较大得代谢产物大得代谢产物;次生代谢产物次生代谢产物某些微生物生长到稳定期前后某些微生物生长到稳定期前后,以初生代谢产物为前以初生代谢产物为前体体,通过复杂得次生代谢途径所合成得产量较低、结通过复杂得次生代谢途径所合成得产量较低、结构复杂得代谢产物构复杂得代谢产物;微生物次生代谢物得合成途径微生物次生代谢物得合成途径糖代谢延伸途径糖代谢延伸途径莽草酸延伸途径莽草酸延伸途径氨基酸延伸途径氨基酸延伸途径乙酸延伸途径乙酸延伸途径 抗生素抗生素青霉素、链霉素、金霉素等青霉素、链霉素、金霉素等生长刺激剂生长刺激剂赤霉素、吲哚乙酸、奈乙赤霉素、吲哚乙酸、奈乙 酸等酸等维生素维生素 硫胺素、核黄素、硫胺素、核黄素、B12、吡哆醛等、吡哆醛等色素色素花青素类、红曲素等花青素类、红曲素等毒素毒素白喉毒素、破伤风毒素、肉毒毒素、黄曲霉毒素等白喉毒素、破伤风毒素、肉毒毒素、黄曲霉毒素等生物碱生物碱麦角生物碱麦角生物碱次级代谢产物得种类次级代谢产物得种类 第四节 微生物得代谢调节与发酵生产一、微生物得代谢调节一、微生物得代谢调节微生物细胞代谢得调节就是通过酶得调节来实现得微生物细胞代谢得调节就是通过酶得调节来实现得;微生物细胞内酶得存在方式微生物细胞内酶得存在方式:组成酶组成酶:在细胞内以较高得浓度存在在细胞内以较高得浓度存在;诱导酶诱导酶:底物和诱导物存在时才合成底物和诱导物存在时才合成;微生物细胞代谢调节方式微生物细胞代谢调节方式调节细胞膜对营养物得透性调节细胞膜对营养物得透性;限制酶与底物得接触限制酶与底物得接触;调节代谢流调节代谢流:细调细调调节现成酶分子得催化活力调节现成酶分子得催化活力(反馈抑制反馈抑制);粗调粗调调节酶得合成量调节酶得合成量(诱导和阻遏诱导和阻遏);二、代谢调节在发酵工业中得应用二、代谢调节在发酵工业中得应用调节微生物生命活动得方法调节微生物生命活动得方法生理水平生理水平基因调控水平基因调控水平代谢途径水平代谢途径水平如何积累人们所需要得有用代谢产物？如何积累人们所需要得有用代谢产物？调节微生物得生理状态调节微生物得生理状态营养类型和浓度营养类型和浓度氧得供应氧得供应pH调节调节前体和表面活性剂等前体和表面活性剂等基因水平得调控基因水平得调控酶合成得阻遏酶合成得阻遏酶合成得诱导酶合成得诱导RNA聚合酶聚合酶CRP：cAMP受体蛋白受体蛋白调节基因调节基因RCRP-cAMP操纵基因操纵基因OlacZlacYlacA结构基因结构基因启动基因启动基因P大肠杆菌乳糖操纵子模型大肠杆菌乳糖操纵子模型(负调节负调节)诱导物诱导物(乳糖乳糖)不存在不存在转乙酰基酶转乙酰基酶调节基因调节基因RCRP-cAMP操纵基因操纵基因OlacZlacYlacA结构基因结构基因RNA聚合酶聚合酶CRP:cAMP受体蛋白受体蛋白乳糖诱导物乳糖诱导物 -半乳糖苷酶半乳糖苷酶渗透酶渗透酶启动基因启动基因P诱导物诱导物(乳糖乳糖)存在存在