微生物的代谢精美.pptx
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1、第六章第六章微生物的代微生物的代谢Microbial Metabolism新新陈代代谢(Metabolism)一般泛指生物与周一般泛指生物与周围环境境进行物行物质交交换和能和能量交量交换的的过程。程。新陈代谢新陈代谢合成代谢合成代谢(同化)(同化)分解代谢分解代谢 (异化)(异化)生物小分子合成生物大分子生物小分子合成生物大分子耗能耗能产能产能能量代谢能量代谢生物大分子分解为生物小分子生物大分子分解为生物小分子 物质代谢物质代谢第第 一一 节节微生物的能量代谢微生物的能量代谢Microbial energetic metabolism 最初能源最初能源有机物(化能异养菌)有机物(化能异养菌)无
2、机物(化能自养菌)无机物(化能自养菌)日日 光(光能自养菌)光(光能自养菌)通用能源通用能源ATP ATP 化能异养菌的生物氧化和产能化能异养菌的生物氧化和产能生物氧化生物氧化(biological oxidation)发生在活生在活细胞内的一切胞内的一切产能性氧化反能性氧化反应的的总和。和。根据氧化根据氧化还原反原反应电子受体不同分子受体不同分为:有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸发酵酵1、发酵酵电子供体、最子供体、最终电子受体子受体均均为有机化合物有机化合物。氧化不氧化不彻底底,产能能较少。少。产能方式是能方式是底物磷酸化底物磷酸化,与氧气是否存在无关与氧气是否存在无关。生物体内葡萄糖被降解
3、的主要途径生物体内葡萄糖被降解的主要途径EMP途径途径HMP途径途径ED途径途径磷酸解磷酸解酮酶途径途径EMP途径途径特点特点生成生成ATP和和NADH+H+连接其它代接其它代谢途径。途径。TCA、HMP等等产生中生中间代代谢产物物具有具有EMP途径的微生物途径的微生物真菌、多数真菌、多数细菌菌1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADPNAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 HMP途径途径55
4、特点特点提供生物合成所需原料,尤其是提供磷酸戊糖;提供生物合成所需原料,尤其是提供磷酸戊糖;产生大量的生大量的NADPH2l参与脂肪酸、固醇等参与脂肪酸、固醇等细胞物胞物质的合成;的合成;l可通可通过呼吸呼吸链产生大量的能量生大量的能量扩大碳源利用范大碳源利用范围;为固定二氧化碳提供受体;固定二氧化碳提供受体;产生生许多多发酵酵产物,如核苷酸、氨基酸、物,如核苷酸、氨基酸、辅酶、乳酸等、乳酸等具有具有HMP途径的微生物途径的微生物大多数好氧和兼性大多数好氧和兼性厌氧微生物都有,并且与氧微生物都有,并且与EMP途径同在。途径同在。ED途径(途径(Entner-Doudoroff pathway)
5、具有具有ED途径的微生物:途径的微生物:G、少数、少数EMP途径不完整途径不完整细菌菌Glu丙酮酸丙酮酸3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛G-6-P葡萄糖酸葡萄糖酸-6-PKDPGATPADP NADP+NADPH+H+H2O丙酮酸丙酮酸EMP途途径径特点特点特征反特征反应是是KDPG裂解裂解为丙丙酮酸和酸和3-磷酸甘油磷酸甘油醛特征特征酶是是KDPG醛缩酶两分子丙两分子丙酮酸来酸来历不同不同l一分子由一分子由KDPG 直接裂解直接裂解产生;生;l另一分子由磷酸甘油另一分子由磷酸甘油醛经EMP途径途径转化而来化而来1摩摩尔葡萄糖葡萄糖经ED途径途径仅产生生1摩摩尔ATP好氧好氧时与与TCA循循环相相连,
6、厌氧氧时进行乙醇行乙醇发酵酵葡萄糖经不同途径降解产物的比较葡萄糖经不同途径降解产物的比较产物产物EMPHMPEDATP211NADH+H+211NADPH+H+61CO23丙酮酸丙酮酸212磷酸解酮酶途径磷酸解酮酶途径PK途径途径丙酮酸丙酮酸3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛G-6-P5-P-5-P-核酮糖核酮糖 5-P-5-P-木酮糖木酮糖 ATPADP 2NADP+2NADPH+H+H2OEMP途径途径GluCO2D-D-核糖核糖 L-L-阿拉伯糖阿拉伯糖 D-D-木糖木糖 乙酰乙酰CoA乙酰磷酸乙酰磷酸磷酸戊糖解酮酶磷酸戊糖解酮酶HMP变异途径变异途径关键酶:关键酶:磷酸戊糖解酮酶磷酸戊糖解酮酶产
7、物:产物:1分子丙酮酸、分子丙酮酸、1分子分子ATP、1分子乙酰分子乙酰CoAHK途径途径4-磷酸磷酸-赤藓糖赤藓糖G-6-PF-6-PATPADPGlu乙酰乙酰CoA乙酰磷酸乙酰磷酸磷酸己糖解酮酶磷酸己糖解酮酶EMP变异途径变异途径关键酶:关键酶:磷酸己糖解酮酶磷酸己糖解酮酶产物:产物:4-磷酸磷酸-赤藓糖、乙酰赤藓糖、乙酰CoA葡萄糖发酵的主要产物葡萄糖发酵的主要产物乳酸乳酸丁二醇丁二醇乙酰乳酸乙酰乳酸Glu丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA乙酸乙酸-羧基丁酸羧基丁酸丁酸丁酸乙酰乙酸乙酰乙酸丁醇丁醇丙酮丙酮异丙醇异丙醇乙醛乙醛乙醇乙醇乳酸乳酸发酵酵同型乳酸同型乳酸发酵酵l通通过EMP途径途径仅产生
8、乳酸的生乳酸的发酵酵异型乳酸异型乳酸发酵酵l通通过PK途径途径产生乳酸、乙醇、乙酸等有机化合物的生乳酸、乙醇、乙酸等有机化合物的发酵酵双岐双岐发酵酵l通通过HK、HMP途径及途径及PK途径有机途径有机结合,合,产生乳酸、生乳酸、乙酸等有机化合物的乙酸等有机化合物的发酵酵类型类型途径途径产物产物产能产能/葡萄糖葡萄糖菌种代表菌种代表同型同型EMP2乳酸乳酸2ATPLactobacillus debruckii(德氏乳杆菌德氏乳杆菌)异型异型PK1乳酸乳酸1乙醇乙醇1CO21ATPLeuconostoc mesenteroides(肠膜明串珠菌)(肠膜明串珠菌)1乳酸乳酸1乙酸乙酸1CO22ATP
9、Lactobacillus brevis(短乳杆菌)(短乳杆菌)双岐双岐HKHMPPK2乳酸乳酸3乙酸乙酸5ATPLactobacillus bifidus(双叉乳酸杆菌)(双叉乳酸杆菌)几种乳酸发酵的比较(以葡萄糖为底物)几种乳酸发酵的比较(以葡萄糖为底物)类型类型途径途径产物产物产能产能/葡萄糖葡萄糖菌种代表菌种代表同型同型EMP2乙醇乙醇2CO22ATPSaccharomyces cerevisiae(酵母酿酒)(酵母酿酒)ED2乙醇乙醇2CO21ATPZymomonas mobilis(运动发酵单胞菌)(运动发酵单胞菌)异型异型PK1乳酸乳酸1乙醇乙醇CO21ATPLeuconosto
10、c mesenteroides(肠膜明串珠菌)(肠膜明串珠菌)酒精发酵酒精发酵2、呼吸、呼吸(respiration)概念概念l微生物在降解底物微生物在降解底物过程中,将程中,将释放的放的电子交子交给电子子载体,通体,通过电子子传递系系统传给外源外源电子受体,从而生成子受体,从而生成水或其他水或其他还原性原性产物,并物,并产能的能的过程。程。呼吸呼吸类型型l有氧呼吸有氧呼吸(aerobic respiration)以游离的氧分子以游离的氧分子为最最终电子受体。子受体。l无氧呼吸无氧呼吸(anaerobic respiration)以无机物(硝酸以无机物(硝酸盐、硫酸、硫酸盐)为最最终电子受体。
11、子受体。有氧呼吸有氧呼吸三羧酸循环三羧酸循环草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸a-a-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸辅酶辅酶A A琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A电子子传递系系统部位:真核部位:真核细胞胞发生在生在线粒体内膜上;原核粒体内膜上;原核细胞胞发生在生在质膜上。膜上。无氧呼吸无氧呼吸特点特点l呼吸呼吸链末端的末端的电子受体子受体为外源无机氧化物(少数外源无机氧化物(少数为有有机氧化物如延胡索酸)机氧化物如延胡索酸)l在无氧条件下在无氧条件下进行行l产能效率能效率较低。低。进行无氧呼吸的菌类进行无氧呼吸的菌类l厌氧和兼性厌氧菌厌氧和兼性厌氧菌无氧呼
12、吸的类型(按照最终氢受体不同)无氧呼吸的类型(按照最终氢受体不同)l无机盐呼吸无机盐呼吸l延胡索酸呼吸延胡索酸呼吸第第 二二 节节微生物分解代谢与合成代谢微生物分解代谢与合成代谢Microbial catabolism and anabolism 一、分解代谢与大分子物质的降解一、分解代谢与大分子物质的降解1、多糖的分解多糖的分解淀粉的分解淀粉的分解 由胞外淀粉由胞外淀粉酶分解成葡萄糖(麦芽糖)后被吸收分解成葡萄糖(麦芽糖)后被吸收利用利用淀粉淀粉酶类型、作用位点、型、作用位点、产物、常物、常见生生产菌株菌株 l-淀粉淀粉酶:枯草杆菌:枯草杆菌l-淀粉淀粉酶:巨大芽:巨大芽孢杆菌杆菌 l葡萄糖
13、苷葡萄糖苷酶:曲霉、:曲霉、根霉根霉l葡萄糖淀粉葡萄糖淀粉酶l异淀粉异淀粉酶:产气气杆菌气气杆菌 纤维素素 由复合的由复合的纤维素素酶催化催化产生葡萄糖后被微生物吸生葡萄糖后被微生物吸收利用收利用 纤维素素酶的种的种类lC1酶、Cx酶(Cx1、Cx2酶)、)、-葡萄糖苷葡萄糖苷酶 天然纤维素天然纤维素水合纤维素分子水合纤维素分子纤维二糖纤维二糖葡萄糖葡萄糖C1酶酶Cx1、Cx2酶酶-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 分解纤维素的微生物种类分解纤维素的微生物种类2、含氮有机物的分解、含氮有机物的分解蛋白质蛋白质多肽多肽氨基酸氨基酸蛋白酶蛋白酶肽酶肽酶蛋白蛋白质的分解的分解微生物不同,分解蛋白微生物不同,分解
14、蛋白质的能力不同,的能力不同,产物也不物也不同;同;肽酶胞内胞内酶l氨氨肽酶、羧肽酶氨基酸的分解氨基酸的分解氨基酸的脱氨基酸的脱羧作用作用l常常见于于许多腐多腐败细菌和真菌中菌和真菌中氨基酸的脱氨作用氨基酸的脱氨作用l脱氨方式随微生物种脱氨方式随微生物种类、氨基酸种、氨基酸种类、环境条件不同境条件不同而而变化;化;l微生物不同,分解氨基酸的能力不同,微生物不同,分解氨基酸的能力不同,产物也不同。物也不同。l主要作用方式(主要作用方式(主要微生物主要微生物类群群)氧化脱氨、氧化脱氨、还原脱氨、水解脱氨、分解脱氨原脱氨、水解脱氨、分解脱氨3、脂肪和脂肪酸的分解、脂肪和脂肪酸的分解甘油甘油ATP A
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