![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
微生物代谢专题知识讲座.pptx
《微生物代谢专题知识讲座.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《微生物代谢专题知识讲座.pptx(92页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,微生物代谢专题知识讲座,微生物代谢专题知识讲座,第1页,代谢概论,代谢(,metabolism,):,细胞内发生各种化学反应总称,代谢,分解代谢,(catabolism),合成代谢,(anabolism),复杂分子,(有机物),分解代谢,合成代谢,简单小分子,ATP,H,代谢结果:生长和繁殖,微生物代谢特点:旺盛;多样化;严格调整,微生物代谢专题知识讲座,第2页,一、概述,有氧呼吸,生物氧化:,无氧呼吸 产能过程,发酵,1,、化能异养微生物生物氧化与产能,第一节 微生物能量代谢,将最初能源转换成通用ATP过程,微生物代谢专题知识讲座,第3页,自养微生物利用,无机物,异养微生物利用,有机物,生物,氧化,能量,微生物直接利用,储存在高能化合物(如,ATP,)中,以热形式被释放到环境中,微生物代谢专题知识讲座,第4页,(一)有氧呼吸,微生物代谢专题知识讲座,第5页,(,1,),糖酵解:葡萄糖丙酮酸,葡萄糖或糖原葡萄糖单位经过糖酵解路径分解为丙酮酸,这个过程称为糖无氧分解。因为此过程与酵母菌使糖生醇发酵过程基础相同,故又称糖酵解。反应在胞液中进行,不需要氧气。,1,有机物脱氢,微生物代谢专题知识讲座,第6页,己糖激酶或葡萄糖激酶 磷酸己糖异构酶,磷酸果糖激酶,醛缩酶磷酸丙糖异构酶,3-,磷酸甘油醛脱氢酶 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸变位酶 烯醇化酶 丙酮酸激酶,;,缩写符号:,G,葡萄糖,G6P 6-,磷酸葡萄糖,F-1,6-BP 1,6-,二磷酸果糖,G3P,(,GAP,),3-,磷酸甘油醛,DHAP,磷酸二羟丙酮,G-1,3-BP 1,3-,二磷酸甘油酸,3PG 3-,磷酸甘油酸,2PG 2-,磷酸甘油酸,PEP,磷酸烯醇式丙酮酸,微生物代谢专题知识讲座,第7页,TCA,循环生理意义:,(,1,)为细胞提供能量。,(,2,)三羧酸循环是微生物细胞内各种能源物质彻底氧化共同代谢路径。,(,3),三羧酸循环是物质转化枢纽。,(,2,),TCA,循环柠檬酸循环或,Krebs,循环,微生物代谢专题知识讲座,第8页,(,3,),TCA,补充路径,I,乙醛酸循环(,TCA,循环支路),(异柠檬酸裂合酶),(乙酰-CoA合成酶),(,苹果酸合成酶),乙酰,-CoA,异柠檬酸,琥珀酸,+,乙醛酸,乙酸,苹果酸,Ii,丙酮酸、PEP等化合物固定CO,2,方法,Iii 厌氧、兼性厌氧微生物取得TCA 中间产物方式,p159,微生物代谢专题知识讲座,第9页,2,递氢和受氢,呼吸链或电子传递链,定义,:,由一系列氧化还原势不一样氢传递体组成一组链状传递次序。在氢或电子传递过程中,经过与氧化磷酸化反应发生偶联,就可产生,ATP,形式能量。,部位,:,原核生物发生在细胞膜上,真核生物发生在线粒体内膜上,组员,:,电子传递是从,NAD,到,O,2,,电子传递链中电子传递体主要包含,FMN,、,CoQ,、细胞色素,b,、,c,1,、,c,、,a,、,a,和一些铁硫旦白。这些电子传递体传递电子次序,按照它们氧化还原电势大小排列.,微生物代谢专题知识讲座,第10页,电子传递链,1,),电子传递链,载体,:,NADH,脱氢酶,黄素蛋白,辅酶,Q,(,CoQ,),铁,-,硫蛋白及细胞色素类蛋白,在线粒体内膜中以,4,个载体复合物形式从低氧化还原势化合物到高氧化还原势分子氧或其它无机、有机氧化物逐层排列。,2,递氢和受氢,微生物代谢专题知识讲座,第11页,原核微生物,电子传递链,特点:,最终电子受体多样:,O,2,、,NO,3,-,、,NO,2,-,、,NO,-,、,SO,4,2-,、,S,2-,、,CO,3,2-,等;,电子供体:,H,2,、,S,、,Fe,2+,、,NH,4,+,、,NO,2,-,、,G,、其它有机质等;,含各种类型细胞色素:,a,、,a1,、,a2,、,a4,、,b,、,b1,、,c,、,c1,、,c4,、,c5,、,d,、,o,等;,末端氧化酶:,cyt a1,、,a2,、,a3,、,d,、,o,,,H,2,O,2,酶、过氧化物酶;呼吸链组分多变,存在分支呼吸链:,细菌电子传递链更短并,P,O,比更低,在电子传递链几个位置进入链和经过几个位置末端氧化酶而离开链。,E.coli,(缺氧),CoQ cyt.b556 cyt.o,cyt.b558 cyt.d,(抗氰化物),细胞色素,0,分支对氧亲和性低,是一个质子泵,在氧供给充分条件下工作;细胞色素,d,分支对氧有很高亲和性,所以在氧供给不足情况下起作用。,电子传递多样:,CoQ cyt.,也可不经过此路径。,微生物代谢专题知识讲座,第12页,3,)氧化磷酸化产能机制,化学偶联假说、构象偶联假说、,化学渗透假说,化学渗透学说,-,英国生物化学家,Peter,Mitchell,于,1961,年提出。,该假说认为电子传递链组成造成质子从线粒体基质向外移动,电子向内传递。质子传递可能是因为载体环或特定质子泵作用,驱动泵能量来自电子传递。来自被氧化底物上一对电子沿传递链转移时所产生跨膜电化学梯度(即质子动势,Proton motiveforce,PMF),是,ATP,合成原动力。当质子动势驱动被转移至膜间空键质子返回线粒体基质中时,所释放能量推进,ADP,磷酸化生成,ATP,。,质子推进力(,p,)取决于跨膜质子浓度(,pH,)和内膜两侧电位差(,)。,微生物代谢专题知识讲座,第13页,3,)氧化磷酸化产能机制,微生物代谢专题知识讲座,第14页,氧化磷酸化抑制剂,氧化,磷酸化,原理,举例,呼吸链,抑制剂,解偶联剂,氧化磷酸化抑制剂,阻断呼吸链,鱼藤酮,抗霉素,A,CO,H,+,丧失,,质子从别处回流,正常,二硝基苯酚,解偶联蛋白,寡霉素,质子不能回流,,H,+,增高,抑制质子泵,微生物代谢专题知识讲座,第15页,(二)无氧呼吸(厌氧呼吸),产物,电子受体,微生物代谢专题知识讲座,第16页,特点:,a,常规路径脱下氢,经个别呼吸链传递;,b,氢受体:氧化态无机物(个别:延胡索酸),c,产能效率低。,硝酸盐呼吸(反硝化作用),即硝酸盐还原作用,特点:,a,有其完整呼吸系统;,b,只有在无氧条件下,才能诱导出反硝化作,用所需硝酸盐还原酶,A,亚硝酸还原酶等,c,兼性厌氧,细菌:铜绿假单胞、地衣芽孢杆菌等。,(二)无氧呼吸(厌氧呼吸),微生物代谢专题知识讲座,第17页,硝酸盐作用,同化性硝酸盐作用:,NO,3,-,NH,3,-N R-NH,2,异化性硝酸盐作用:,无氧条件下,利用,NO,3,-,为最终氢受体,NO,3,-,NO,2,NO N,2,O N,2,反硝化意义:,1,)使土壤中氮(硝酸盐,NO3-,)还原成氮气而消失,降低土壤肥力;,2,)反硝化作用在氮素循环中起主要作用,。,亚硝酸还原酶,氧化氮还原酶,氧化亚氮还原酶,硝酸盐还原酶,微生物代谢专题知识讲座,第18页,硫酸盐呼吸(硫酸盐还原),厌氧时,,SO,4,2-,、,SO,3,2-,、,S,2,O,3,2-,等,为末端电,子受体呼吸过程,。,特点:,a,、严格厌氧;,b,、大多为古细菌,c,、极大多专性化能异氧型,少数混合型;,d,、最终产物为,H,2,S,;,SO,4,2-,SO,3,2-,SO,2,S H,2,S,e,、利用,有机质,(有机酸、脂肪酸、醇类)作,为氢供体或电子供体;,f,、环境:,富含,SO,4,2-,厌氧环境(土壤、海水、污水等),微生物代谢专题知识讲座,第19页,硫呼吸(硫还原),以元素,S,作为唯一末端电子受体。,电子供体:乙酸、小肽、葡萄糖等,S H,2,S,微生物代谢专题知识讲座,第20页,碳酸盐呼吸(碳酸盐还原),以,CO,2,、,HCO,3,-,为末端电子受体,产甲烷菌,利用,H2,作电子供体(能源)、,CO2,为 受体,,产物,CH4,;,产乙酸细菌,H2/CO2,进行无氧呼吸,产物为,乙酸。,微生物代谢专题知识讲座,第21页,其它类型无氧呼吸,以,Fe,3+,、,Mn,2+,许多有机氧化物等作为末,端电子受体无氧呼吸。,延胡索酸,琥珀酸,+1 ATP,。,被砷、硒化合物污染土壤中,厌氧条件下生长一些还原硫细菌。,利用,Desulfotomaculum auripigmentum,还原,AsO4,3-,生产三硫化二砷(雌黄),作用:生物矿化和微生物清污,微生物代谢专题知识讲座,第22页,1、,定义,广义:,利用微生物生产有用代谢一个生产方式。,狭义:,厌氧条件下,以本身内部一些,中间代谢,产物,作为最终氢(电子)受体产能过程,特点:,1,)经过底物水平磷酸化产,ATP,;,2,)葡萄糖氧化不彻底,大个别,能量存在于发酵产物中;,3,)产能率低;,4,)产各种发酵产物。,(三),发酵(fermentantion),微生物代谢专题知识讲座,第23页,微生物代谢专题知识讲座,第24页,酵母型酒精发酵,同型乳酸发酵,丙酸发酵,混合酸发酵,2,3丁二醇发酵,丁醇发酵,丙酮酸发酵,微生物代谢专题知识讲座,第25页,1.,以,EMP,路径进行发酵,(,1,),酵母型乙醇发酵,同型酒精发酵,1 G 2丙酮酸,2 乙醛,+2CO2,2,乙醇,+2 ATP,条件:pH 3.54.5,厌氧,菌种:酿酒酵母、少数细菌(胃八叠球菌、解淀粉欧文氏菌等),i、加入NaHSO4,NaHSO4+乙醛 磺化羟乙醛(难溶),ii、弱碱性(pH 7.5),2 乙醛 1 乙酸+1 乙醇 (歧化反应),磷酸二羟丙酮作为氢受体,经水解去磷酸生成甘,甘油发酵,(,EMP,),-,亚硫酸氢钠必须控制亚适量(,3%,),微生物代谢专题知识讲座,第26页,b,、细菌型乙醇发酵,(,发酵单胞菌和嗜糖假单胞菌,)p146,同型酒精发酵,1 G 2,丙酮酸,代谢速率高,产物转化率高,发酵周期短等。缺点是生长,pH,较高,较易染杂菌,而且对乙醇耐受力较酵母菌低,.,(,ED,),乙醇,+,1ATP,异型酒精发酵,(,肠膜明串珠菌、短杆乳杆菌,),1 G 乙酰磷酸,乙醛,乙醇,乙酰,-CoA,无丙酮酸脱羧酶而有乙醛脱氢酶,(,PK,),Or,异型乳酸发酵,微生物代谢专题知识讲座,第27页,异型酒精发酵,(,乳酸菌、肠道菌和一些嗜热细菌,),1 G 2 丙酮酸,(丙酮酸甲酸解酶),乙醛,乙醇,甲酸,+,乙酰,-CoA,无丙酮酸脱羧酶而有乙醛脱氢酶,(,EMP,),Or,混合酸和丁二醇发酵,微生物代谢专题知识讲座,第28页,2,),乳酸发酵,异型乳酸发酵(,heterolacticfermentation,)凡葡萄糖发酵后产生乳酸、乙醇(或乙酸)和,CO2,等各种产物发酵称异型乳酸发酵;相正确如只产生,2,分子乳酸发酵,则称同型乳酸发酵(,homolacticfermentation,)。,同型乳酸发酵,(德氏乳杆菌、植物乳杆菌等),EMP,路径,(丙酮酸,乳酸,),异型乳酸发酵,(,HMP/PK,路径),肠膜明串株菌,(,PK,),产能:,1ATP,双歧双歧杆菌(,HK,),产能:2G 5 ATP即 1G 2.5ATP,微生物代谢专题知识讲座,第29页,葡萄糖,3-,磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,2(1,3-,二,-,磷酸甘油酸),2,乳酸,2,丙酮酸,同型乳酸发酵:,EMP,2NAD,+,2NADH,4ATP,4ADP,2ATP 2ADP,Lactococcus lactis,Lactobacillus plantarum,微生物代谢专题知识讲座,第30页,异型乳酸发酵:,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,+,NADH,NAD,+,NADH,ATP ADP,乙醇 乙醛 乙酰,CoA,2ADP 2ATP,-2H,-CO,2,微生物代谢专题知识讲座,第31页,双歧发酵:,HK,G 6-,磷酸,-,果糖,4-,磷酸,-,赤藓糖,+,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,1 G,乳酸,+1.5,乙酸,+,2.5 ATP,微生物代谢专题知识讲座,第32页,3),混合酸、丁二醇发酵,a,混合酸发酵:,肠道菌(,E.coli,、沙氏菌、志贺氏菌等),1 G,丙酮酸,乳酸,乳酸脱氢酶,乙酰,-CoA+,甲酸,丙酮酸甲酸解酶,草酰乙酸,丙酸,PEP,羧化酶,磷酸转乙酰基酶,乙醛脱氢酶,乙酸激酶,乙醇脱氢酶,乙酸,乙醇,E.coli,与志贺氏菌区分:,葡萄糖发酵试验:,E.coli、产气肠杆菌,甲酸 CO,2,+H,2,(,甲酸氢解酶,、,H,+,),志贺氏菌无此酶,故发酵,G,不产气。,CO,2,+H,2,微生物代谢专题知识讲座,第33页,b,丁二醇发酵(,2,,,3-,丁二醇发酵),肠杆菌、沙雷氏菌、欧文氏菌等,丙酮酸,乙酰乳酸,3-,羟基丁酮,乙二酰,红色物质,(乙酰乳酸脱氢酶),(,OH,-,、,O,2,),中性,丁二醇,精氨酸胍基,其中两个主要判定反应,:,1,、,V,P,试验,2,、甲基红(,M.R,)反应,产气肠杆菌:,V.P.,试验(,+,),甲基红(,-,),E.coli,:,V.P.,试验(,-,),甲基红(,+,),V.P.,试验原理:,微生物代谢专题知识讲座,第34页,4,)丙酮,-,丁醇发酵,严格厌氧菌进行 唯一能大规模生产发酵产品。(丙酮、丁醇、乙醇混合物,其百分比,3,:,6,:,1,),丙酮丁醇梭菌,(,Clostridium acetobutyricum,),2,丙酮酸,2,乙酰,-CoA,乙酰,-,乙酰,CoA,丙酮,+CO2,(,CoA,转移酶),丁醇,缩合,微生物代谢专题知识讲座,第35页,5,)氨基酸发酵产能(,stickland,反应),发酵菌体:,生孢梭菌,、肉毒梭菌、斯氏梭菌、双,酶梭菌等,。,特点:氨基酸氧化与另一些氨基酸还原相偶联;,产能效率低(,1ATP,),氢,供体,(氧化)氨基酸:,Ala,、,Leu,、,Ile,、,Val,、,His,、,Ser,、,Phe,、,Tyr,、,Try,等。,氢,受体,(还原)氨基酸:,Gly,、,Pro,、,Arg,、,Met,、,Leo,、羟脯氨酸等。,微生物代谢专题知识讲座,第36页,氧化,丙氨酸,丙酮酸,-NH,3,NAD,+,NADH,乙酰,-CoA,NAD,+,NADH,乙酸,+,ATP,甘氨酸,乙酸,甘氨酸,-NH,3,还原,微生物代谢专题知识讲座,第37页,二、化能自养微生物生物氧化与产能,通常是化能自养型细菌,普通是好氧菌。,利用卡尔文循环固定,C0,2,作为它们碳源。其产能路径主要也是借助于无机电子供体,(,能源物质,),氧化,从无机物脱下氢,(,电子,),直接进入呼吸链经过氧化磷酸化产生,ATP,。,微生物代谢专题知识讲座,第38页,代谢特点,1,)无机底物脱下氢(电子)从对应位置,直接进入呼吸链,2,)存在各种呼吸链,3,)产能效率低;,4,)生长迟缓,产细胞率低。,微生物代谢专题知识讲座,第39页,1,氢细菌(氧化氢细菌),能利用氢作为能源细菌组成生理类群称氢细菌或氢氧化细菌,(,hydrogen oxidizing bacteria,),。,兼性化能自养菌,主要有假单胞菌属、产碱杆菌属,(Alcaligenes),、副球菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属,(Flavobacterium),、水螺菌属,(Aquaspirillum),、分支杆菌属,(,Mycobacterium),和诺卡氏菌属,(Nocardia),等。,产能:,2H,2,+O,2,2 H,2,O,合成代谢反应:,2H,2,+CO,2,CH,2,O +H,2,O,。,依据它们氧化无机化合物不一样,微生物代谢专题知识讲座,第40页,2,硝化细菌,能氧化氮化能无机营养型细菌杆状、椭圆形、球形、螺旋形或裂片状,且它们可能有极生或周生鞭毛。好氧、没有芽孢革兰氏阴性有机体,在细胞质中有非常发达内膜复合体。将氨氧化成硝酸盐过程称为硝化作用。,a,、,亚硝化细菌,NH,3,+O,2,+2H+NH,2,OH+H,2,O,A,氨单加氧酶,羟氨氧化酶,HNO,2,+4H,+,+4e,-,b,、硝化细菌,NO,2,-,+H,2,O,亚硝酸氧化酶,NO,3,-,+2H+2e,-,也称,氨氧化细菌,(,产生,1,分子,ATP),微生物代谢专题知识讲座,第41页,3,硫细菌(硫氧化细菌),利用,H,2,S,、,S0,2,、,S,2,O,3,2-,等无机硫化物进行自养生长,主要指化能自氧型硫细菌,大多数硫杆菌,脱下,H,+,(,e,-,)经,cyt.c,部位进入呼吸链;,而脱氮硫杆菌从,FP,或,cyt.b,水平进入。,嗜酸型,硫细菌,能氧化元素硫和还原性硫化物外,还能将亚铁离子,(Fe,2,),氧化成铁离子,(Fe,3,),。,微生物代谢专题知识讲座,第42页,产能路径,第一阶段,,,H,2,S,、,S,0,和,S,2,O,3,2,等硫化物被氧化为,SO,3,2,第二阶段,,形成,SO,3,2,深入氧化为,SO,4,2,和产能。,1,、由细胞色素亚硫酸氧化酶将,SO,3,2,直接氧化成为,SO,4,2,,并经过电子传递磷酸化产能,普遍存在于硫杆菌中。,2,、磷酸腺苷硫酸,(adenosine phosphosulfate,,,APS),路径。在这条路径中,亚硫酸与腺苷单磷酸反应放出,2,个电子生成一个高能分子,APS,,放出电子经细胞电子传递链氧化磷酸化产生,ATP,。由腺苷酸激酶催化,每氧化,1,分子,SO,3,2,产生,1,5,分子,ATP,。,微生物代谢专题知识讲座,第43页,4,铁细菌和细菌沥滤,(1),铁细菌,(,多数为化能自养,少数兼性厌氧,产能低。),定义:能氧化,Fe,2,成为,Fe,3,并产能细菌被称为铁细菌,(,iron bacteria,),或铁氧化细菌,(,iron,oxidizing bacteria,),。包含亚铁杆菌属,(,Ferrobacillus,),、嘉利翁氏菌属,(,Gallionella,),、纤发菌属,(,Leptothrix,),、泉发菌属,(,Crenothrix,),和球衣菌属,(,Sphaerotilus,),组员。,有些氧化亚铁硫杆菌,(,Thiobacillus frrooxidans,),和硫化叶菌一些组员,除了能氧化元素硫和还原性硫化物外,还能将亚铁离子,(Fe,2,),氧化成铁离子,(Fe,3,),,所以它们既是,硫细菌,,也是,铁细菌,。,大多数铁细菌为专性化能自养,但也有兼性化能自养。,大多数铁细菌还是嗜酸性。,铁细菌细胞产率也相当低,微生物代谢专题知识讲座,第44页,(2),细菌沥滤,利用嗜酸性氧化铁和硫细菌氧化矿物中硫和硫化物能力,让其不停制造和再生酸性浸矿剂,将硫化矿中重金属转化成水溶性重金属硫酸盐而从低品位矿中浸出过程。又称细菌浸出或细菌冶金。,原理:,a,、浸矿剂生成,2S +3O,2,+2H,2,O 2H,2,SO,4,4FeSO,4,+2H,2,SO,4,+O,2,2Fe,2,(,SO,4,),3,+2 H,2,O,b,、低品位铜矿中铜以,CuSO4,形式浸出,CuS+2 Fe,2,(,SO,4,),3,+2H,2,O+O,2,CuSO,4,+4FeSO,4,+2H,2,SO,4,c,、铁屑置换,CuSO,4,中铜,CuSO,4,+Fe FeSO,4,+Cu,适于次生硫化矿和氧化矿浸出,浸出,率达,70%80%,。,微生物代谢专题知识讲座,第45页,三、光能微生物能量代谢,细菌光合作用,真核生物:藻类及其它绿色植物,产氧 原核生物:蓝细菌,光能营养型生物,不产氧(仅原核生物有):光合细菌,1,、光合细菌类群,1,)产氧光合细菌,好氧菌,蓝细菌和原绿植物纲,各种绿色植物、藻类,蓝细菌:专性光能自养。,(H,2,S,环境中,只利用光合系统,I,进行不产氧作用,),。,原绿植物纲,微生物代谢专题知识讲座,第46页,2,)不产氧光合细菌,a,、紫色细菌,只含菌绿素,a,或,b,。,紫硫细菌(着色菌科)(,旧称红硫菌科,),含紫色类胡萝卜素,菌体较大。,S,沉积胞内。,氢供体:,H,2,S,、,H,2,或 有机物。,H,2,S S SO,4,2-,;,少数暗环境以,S,2,O,3,2-,作,为电子供体。,氧化铁紫硫细菌(,Chromatium,属)利用,FeS,或,Fe,2+,氧化产生,Fe(OH)3,沉淀,微生物代谢专题知识讲座,第47页,紫色非硫细菌(红螺菌科):,旧认为不能利用硫化物作为电子供体;现知大多数亦能利用硫化物,但浓度不能高。,b,、绿色细菌(绿硫细菌),含较多菌绿素,c,、,d,或,e,,少许,a,。,电子供体:硫化物 或 元素硫,,S,沉积胞外(类似紫色非硫细菌);暗环境中不进行呼吸代谢,还可同化乙酸、丙酸、乳酸等简单有机物。,微生物代谢专题知识讲座,第48页,2,、细菌光合色素,1,)叶绿素(,chlorophyll,):,680,、,440nm,2,)菌绿素,a,、,b,、,c,、,d,、,e,、,g,。,a,:与叶绿素,a,基础相同;,850nm,处。,b,:最大吸收波长,8401030,。,3,)辅助色素:提升光利用率,类胡萝卜素:,carotenoid,藻胆素,:,phycobilin,篮细菌独有 藻红素(,550nm,)、藻蓝素(,620 640 nm,),;,藻胆蛋白,:与蛋白质共价结合藻胆素。,微生物代谢专题知识讲座,第49页,叶绿素,a,680nm,,,440nm,蓝细菌,光能,化学能,产氧,菌绿素,a,850nm,绿色细菌;,紫色细菌,光能,化学能;,天线,不产氧,b,840nm,,,1030nm,紫色细菌,光能,化学能;,天线,不产氧,c,745-760,绿色细菌,接收光能(天线),不产氧,d,725-745,绿色细菌,接收光能(天线),不产氧,e,715-725,绿色细菌,接收光能(天线),不产氧,g,770-790,阳光细菌,光能,化学能,不产氧,辅助色素,-,胡萝卜素,光合细菌,接收光能(天线),ND,藻红素,550nm,光合细菌,接收光能(天线),ND,藻蓝素,620nm640nm,光合细菌,接收光能(天线),ND,微生物代谢专题知识讲座,第50页,(三)细菌光合作用,1.,依靠菌绿素光合作用,不产氧光合细菌,细菌叶绿素将捕捉光能传输给其反应中心叶绿素,P870,,,P870,吸收光能并被激发,使它还原电势变得很负,被逐出电子经过由,脱镁菌绿素,(,bacteriopheophytin,,,Bph),、,CoQ,、细胞色素,b,和,c,组成电子传递链传递返回到细菌叶绿素,P870,,同时造成了质子跨膜移动,提供能量用于合成,ATP,。,特点:,a,、光驱使下,电子自,菌绿素,上逐出后,经过类似呼吸链循环,又回到菌绿素;,b,、产,ATP,和还原力,H,分别进行,还原力来自,H,2,S,等无机物;,c,、不产氧(,O,2,)。,微生物代谢专题知识讲座,第51页,光驱使下,电子自,菌绿素,上逐出后,经过类似呼吸链循环,又回到菌绿素产,ATP,和还原力分别进行,.,紫色细菌循环光合磷酸化过程,微生物代谢专题知识讲座,第52页,外源电子供体,H,2,S,等无机物氧化放出,电子,最终传至失电子光合色素时与,ADP,磷酸化偶联,产生,ATP,。,特点:,只有一个光合系统,,光合作用,释放电子仅用于,NAD+,还原,NADH,,但电子传递,不,形成,环式回路,。,绿硫细菌和绿色细菌,非循环光合磷酸化,微生物代谢专题知识讲座,第53页,2.,依靠叶绿素光合作用,特点:,a,、电子传递非循环式;,b,、在有氧条件下进行;,c,、存在两个光合系统,d,、,ATP,、还原力、,O,2,同时产生,当光反应中心,I,叶绿素,P700,吸收光量子能量后释放电子,经过黄素蛋白和铁氧还蛋白,(Fd),传递给,NAD+,(,NADP,)生成,NADH,(,NADPH,),+H(,还原力,),,而不是返回氧化型,P700,。光合系统,II,将电子提供给氧化型,P700,,并产生,ATP,。,光合系统,II,天线色素吸收光能并激发,P680,放出电子,然后还原脱镁叶绿素,a(,脱镁叶绿素,a,是,2,个氢原子取代中心镁原子叶绿素,a,),,经过由质体醌,(plastoquinone,,,PQ),、,Cyt.b,、,Cyt.f,和质体蓝素,(plastocyanin,,,PC),组成电子传递链到氧化型,P700,(不返回氧化型,P680,),而氧化型,P680,从水氧化成,02,过程中得到电子。在光系统,中,电子由,PQ,经,Cyt.b,传递给,Cyt.f,时与,ADP,磷酸化偶联产生,ATP,。,微生物代谢专题知识讲座,第54页,蓝细菌等产氧光合作用,非循环光合磷酸化过程,微生物代谢专题知识讲座,第55页,(四)特殊细菌光合作用,无叶绿素或菌绿素参加独特光合作用,是迄今为止最简单光合磷酸化反应。,极端,嗜盐,古细菌,菌视紫红质:,以“视黄醛”(紫色)为辅基。,与叶绿素相同,具质子泵作用。,与膜脂共同组成紫膜;埋于红色细胞膜(类胡,萝卜素)内。,微生物代谢专题知识讲座,第56页,ATP,合成机理:,视黄醛吸收光,构型改变,质子泵到膜外,膜内外形成质子梯度差和电位梯度差,是,ATP,合成原动力,驱动,ATP,酶合成,ATP,。,微生物代谢专题知识讲座,第57页,四、自养微生物对,CO2,固定,各种自养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,固定路径有三条*,即,Calvin,循环、厌氧乙酰辅酶,A,路径和还原性三羧酸循环路径,化能无机营养型细菌:,通常是化能自养型细菌,普通是好氧菌。,产能路径主要是借助于无机电子供体,(,能源物质,),氧化,从无机物脱下,-,氢,(,电子,),直接进入呼吸链经过氧化磷酸化产生,ATP,。,最普通电子供体是氢、还原型氮化合物、还原型硫化合物和亚铁离子,(Fe2,),。,利用卡尔文循环固定,C02,作为它们碳源。,最主要反应:,CO2,还原成,CH20,水平简单有机物,深入合成复杂细胞成份,大量耗能、耗还原力过程。,微生物代谢专题知识讲座,第58页,1,Calvin,循环(,Calvincycle,)也称,Calvin-Bussham,循环、核酮糖二磷酸路径或还原性戊糖循环。这一循环是光能自养生物和化能自养生物固定,CO2,主要路径。磷酸核酮糖激酶和核酮糖羧化酶是本路径特有酶。利用,Calvin,循环进行,CO2,暗固定生物除了绿色植物、蓝细菌和绝大多数光合细菌外,还包含全部好氧性化能自养菌,(,1,)羧化反应,3,个核酮糖,-1,,,5-,二磷酸(,Ru-1,,,5-P,)经过核酮糖二磷酸羧化酶将,3,个,CO2,固定,并转变成,6,个,3-,磷酸甘油酸分子,(,2,)还原反应 紧接在羧化反应后,马上发生,3-,磷酸甘油酸上羟基还原成醛基反应。这种转化是经过逆向,EMP,路径进行,微生物代谢专题知识讲座,第59页,(,3,),CO2,受体再生 在循环中除净产,1,个甘油醛,-3-,磷酸可深入经过,EMP,路径逆转而形成葡萄糖分子外,其余,5,个分子经过复杂反应并消耗,3,个,ATP,后,最终再生出,3,个核酮糖,-1,,,5-,二磷酸分子,方便重新接收,CO2,分子。,6CO2,+12NAD,(,P,),H2,+18ATPC6H12O6,+12NAD,(,P,),+18ADP+18Pi,微生物代谢专题知识讲座,第60页,2,还原性,TCA,循环路径 经过还原性,TCA,循环(,reductivetricarboxylicacidcycle,)而固定,CO2,路径只是在少数光合细菌比如,Chlorobium thiosulfatophilum,(嗜硫代硫酸盐绿菌)中才能找到。在这一路径中,,CO2,经过琥珀酰,-COA,还原性羧化作用而被固定,,逆向,TCA,循环,每次固定,3 CO2,,产物为丙酮酸,微生物代谢专题知识讲座,第61页,3,厌氧乙酰,-,辅酶,A,路径(,anaerobicacetyl-CoApathway,)又称活乙酸路径(,activatedaceticacidPathway,)。这是多年来在一些能利用氢严格厌氧菌包含产甲烷菌、硫酸盐还原菌和产乙酸菌中发觉新自养,CO2,还原路径。它们不存在,Calvin,循环,因由乙酰,-,辅酶,A,路径来担任,CO2,还原功效。试验是用,Methanobacterium thermoautotrophicum,(热自养甲烷杆菌)并结协议位素方法来进行。,每次固定,2 CO2,,产物为乙酸,微生物代谢专题知识讲座,第62页,三、固氮作用,微生物代谢专题知识讲座,第63页,1,、固氮微生物种类,一些特殊类群,原核生物,能够将分子态氮还原为氨,然后再由氨转化为各种细胞物质。微生物利用其固氮酶系催化大气中分子氮还原成氨过程称为,固氮作用,。,自生固氮菌,:独立固氮(氧化亚铁硫杆菌等),共生固氮菌,:与它种生物共生才能固氮,形成根瘤及其它形式,联合固氮菌:必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能固氮微生物。与存活无关。根际,芽孢杆菌属。,Azotobacter,Rhizobium,微生物代谢专题知识讲座,第64页,2,、固氮机制,1,)固氮反应条件,a,ATP,供给:,1 mol N,2,18 24 ATP,b,还原力,H,及其载体,氢供体:,H,2,、丙酮酸、甲酸等。,电子载体:铁氧还蛋白(,Fd,),或黄素氧还蛋白(,Fld,)。,c,固氮酶,组分,I,:真正“固氮酶”,,又称,钼铁蛋白,(,MF,)、,钼铁氧还蛋白,(,MoFd,),微生物代谢专题知识讲座,第65页,组分,II,:,固氮酶还原酶,不含钼,,又称,铁蛋白,、,固氮铁氧还蛋白(,AzoFd,),特征:,对氧极为敏感;,需有,Mg,2+,存在;,专一性:除,N,2,外,可还原其它一些化合物,C,2,H,2,C,2,H,4,;,2H,+,H,2,;,N,2,O N,2,;,HCN CH,4,+NH,3,(,乙炔反应:,可用来测知酶活),还原,N,2,:,NH,3,存在时会抑制固氮作用,。,微生物代谢专题知识讲座,第66页,N,2,+2e+6H,+,+,(,18 24,),ATP 2NH,3,+H,2,+,(,18 24,),ADP+18 24 Pi,a,、固氮酶形成,e ,组分,II,组分,II,(,e,),MgATP,组分,I,+N2 IN2,b,、固氮阶段,N,2,*2NH,3,+H,2,即,75%,还原力用来还原,N,2,,,25%,还原力 以,H2,形式浪费,2,)固氮生化过程,Fd,,,Fld,+,固氮酶,(,1,:,1,复合物),微生物代谢专题知识讲座,第67页,固氮作用调整,1.,严格厌氧,2.,氨关闭,过量氨经过使固氮酶发生共价修饰而造成酶失活。当氨再次限量时,被共价修饰酶又回复到活性状态,固氮又恢复进行。,产物阻遏。见后。,微生物代谢专题知识讲座,第68页,3,、好氧性固氮菌防氧机制,固,N,酶遇氧,不可逆失活,(组分,I,,半衰期,10,;组分,II,,,45”,丧失二分之一活性),(,1,)本身固,N,菌,a,呼吸保护,固,N,菌科固,N,菌以极强呼吸作用消耗掉环境中氧。,b,构象保护,高氧分压环境,固氮酶能形成一无固,N,活性但能预防氧损伤特殊构象。,构象保护蛋白质,Fe-s,蛋白II,氧压增高,,固氮酶与Fes蛋白II结合,构象改变,丧失固N能力;,氧,浓度降,低,,蛋白自酶上解离,微生物代谢专题知识讲座,第69页,(2),蓝细菌保护固,N,酶机制,a,分化出特殊还原性,异形胞,(适宜固氮作用细胞),I,、厚壁,物理屏障;,II,、缺乏氧光合系统,II,,脱氧酶、氢酶活性高;,III,、,SOD,活性很高;,IV,、呼吸强度高,b,非异形胞蓝细菌固N酶保护,缺乏独特预防氧对固N酶损伤机制。,I,、,固N、光合作用在,时间上分隔,开,织线蓝菌属(黑暗:固N;光照:光合作用),II、形成,束状群体,(,束毛蓝菌属),利于固N酶在微氧环境下固N,III、提升胞内过,氧化酶、SOD,活力,解除氧毒(粘球蓝菌属),微生物代谢专题知识讲座,第70页,I,、,豆科植物共 生菌,以,类菌体,形式存在于根瘤中,类菌体周膜:豆血红蛋白,可与氧可逆结合,(高时结合,低时释放),豆血红蛋白,:蛋白个别由植物基因编码;血,红素有根瘤菌基因编码。,II,、,非豆科植物共生菌,含,植物血红蛋白,(功效相同豆血红蛋白),Frankin放线菌:,营养菌丝末端膨大泡囊类似异形胞。,c,根瘤菌,保护固N酶机制,微生物代谢专题知识讲座,第71页,四、肽聚糖合成,1 在细胞质中合成,UDP-胞壁酸5肽,a G G-UDP,,,M-UDP,G 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,b M合成,“,Park”,核苷酸,(,UDP-M-5,肽),UDP,作为糖载体,D-Val-D-Val,为环丝氨酸(恶唑霉素)阻断;,微生物代谢专题知识讲座,第72页,N-,乙酰胞壁酸合成,“,Park”,核苷酸,亲水性化合物,微生物代谢专题知识讲座,第73页,肽聚糖单体,亚单位,合成,载体:细菌萜醇,(类脂载体),C55类异戊二烯醇(含11个异戊二烯单位),穿膜同时与G结合,接上肽桥,,另外,类脂载体还参加胞外多糖、脂多糖合,成(磷壁酸、纤维素、几丁质、甘露聚糖等),万古霉素,杆菌肽所抑制这些反应,2,细胞膜中合成,微生物代谢专题知识讲座,第74页,“Park”,核苷酸,合成,肽聚糖单体,细胞膜上,细胞质,双糖肽位于细胞膜外细胞壁生长点处,环丝氨酸(恶唑霉素),溶菌酶,青霉素,微生物代谢专题知识讲座,第75页,3,膜外合成,a,、,多糖链伸长(,横向,连接):,肽糖单体+引物(68肽糖单位)多,糖链横向延伸1双糖单位。,b、相邻多糖链相联(,纵向,连接):,2D-Val M-4肽+D-Val,甲肽尾五甘氨酸肽游离NH与乙肽尾,D-Val(第4个氨基酸)游离COOH,转肽作用:,青霉素所抑制。青霉素为D-Val-D-Val结构类,似物,竞争转肽酶,转糖基(形成,-1,,,4,糖苷键),微生物代谢专题知识讲座,第76页,转糖基作用和,转肽作用,微生物代谢专题知识讲座,第77页,第三节 微生物代谢调整,酶合成调整,酶活性调整,不一样点,调整,对象,经过酶量改变控制代谢速率,控制酶活性,不包括酶量改变,调整,效果,相对迟缓,快速、精细,调整,机制,基因水平调整,调整控制酶合成,代谢调整,它调整酶活性,相同点,细胞内两种方式同时存在,亲密配合,高效、准确控制代谢正常进行。,微生物代谢专题知识讲座,第78页,1,、酶合成调整类型,(,1,),诱导,凡能促进酶生物合成现象,称为诱导。,组成酶和诱导酶:,组成酶是细胞固有酶类,其合成是在对应基因控制下进行,它不因分解底物或其结构类似物存在而受影响;,诱导酶则是细胞为适应外来底物或其结构类似物而暂时合成一类酶。,微生物代谢专题知识讲座,第79页,诱导物,:,能促进诱导酶产生物质称为诱导物,它能够是该酶底物,也能够是难以代谢底物类似物或是底物前体物质。,微生物代谢专题知识讲座,第80页,(,2,)阻遏,凡能妨碍酶生物合成现象,则称为阻遏。,抑制和阻遏:,微生物代谢专题知识讲座,第81页,1,)末端产物阻遏:,指由某代谢路径末端产物过量累积而引发阻遏。,b.,分支代谢路径(多价阻遏作用):,每种末端产物仅专一地阻遏合成它那条分支路径酶。代谢路径分支点以前“公共酶”仅受全部分支路径末端产物阻遏,此即称多价阻遏作用。也就是说,任何单独一个末端产物存在,都没有影响,只有当全部末端产物都同时存在时,才能发挥出阻遏功效。芳香族氨基酸、天冬氨酸族和丙酮酸族氨基酸生物合成中反馈阻遏就是最经典例子。,a.,直线式反应路径:产物作用于代谢路径中各种酶,使之合成受阻遏。如精氨酸生物合成- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 微生物 代谢 专题 知识讲座
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【快乐****生活】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【快乐****生活】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。
关于本文