第五章 微生物的代谢与发酵.ppt

Chap 5 微生物的新陈代谢;主要内容： ●微生物独特的能量代谢 ●微生物独特的合成途径 ●发酵与代谢调节;§1.微生物能量代谢 一、化能异养微生物的生物氧化和产能;●生物氧化的主要途径和类型 途径：脱氢、递氢和受氢 类型(受氢体不同）： ----(好氧）呼吸 ----无氧呼吸 ----发酵;（一）底物脱氢的主要途径;?生物共有的三个主流产能途径 （EMP、HMP、TCA） 1、糖酵解途径（EMP）;2、磷酸戊糖途径（HMP）;3、三羧酸循环（TCA） 丙酮酸?3CO2+4（NADH+H+）+FADH2 +ATP;4、ED途径（糖酵解替代途径） ●微生物独特产能途径;●; ●总反应式： C6H12O6+Pi+NADP++NAD+→ 2CH3COCOOH+ATP+NADPH+H++NADH+H+ 特点： 1）KDPG裂解关键反应 2）特征酶：KDPG醛缩酶 3）2丙酮酸分别来自KDPG裂解和3-磷甘油醛的转化 4）产能较低（1molATP+NADPH+NADH/1molGlucose）;●生物学意义 1）EMP途径的替代途径 2)协调EMP、HMP、TCA途径 3）进行细菌酒精发酵;●酒精发酵途径: 酵母菌:葡萄糖→1,6-二磷酸果糖→3-磷酸甘油 醛、磷酸二羟丙酮→ →丙酮酸→乙醛 →2乙醇 细菌：葡萄糖→ 6-磷酸葡糖酸→KDPG →丙酮酸(3-磷 酸甘油醛→丙酮酸)→乙醛→2乙醇; ;建议读物：;;·;1、呼吸 ●好氧M产能方式 ●呼吸链 最终受氢体（O2） 原核生物P/O较低 ;2、无氧呼吸 又称厌氧呼吸，一类呼吸链末端受氢体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。 主要微生物类群： ----反硝化细菌 ----反硫化细菌 ----甲烷细菌 ----某些兼性厌氧菌;●无机氧化物为受氢体;●有机氧化物为受氢体;?NO3;●硝酸盐异化还原特点 ---某些兼性厌氧微生物在无氧时，利用硝酸盐 为受氢体的产能方式，产能较低； ---还原形成的亚硝酸盐通常会进一步还原为N2 ； ---对卫生、环保、农业（肥力）的影响与利用 ;●反硝化作用： 微生物在厌氧呼吸中把硝酸盐或亚硝酸 还原为气态氮(氮气)的过程。 （注意：不同于硝酸盐异化还原） ●硝酸盐同化还原 硝酸盐为微生物吸收还原为氨态氮的过程。 ;Dentrification ;●硫酸盐呼吸：在无氧条件下，某些厌氧或兼性厌氧微生物无氧呼吸时利用硫酸盐为受氢体还原为H2S的过程。;;总结： ●无氧呼吸是厌氧和兼性厌氧微生物的一种产能反应， 不同于好氧呼吸，底物脱下的氢经呼吸链传递 给无机氧化物或有机氧化物；产能较少。 ●硝酸盐异化还原由兼性微生物进行的无氧呼吸， 为硝酸盐还原为亚硝酸或氮气的过程。 ● 反硝化作用：厌氧呼吸中硝酸盐还原为氮气的过程。 ●自然界中进行无氧呼吸的主要方式还包括硫酸 盐呼吸、硫呼吸、碳酸盐呼吸、铁呼吸等。;3、发酵（fermentation） ●定义 广义：利用微生物生产有用代谢产物的一类生产方式。 狭义：在无氧条件下，底物脱下氢未经呼吸链而直接交给某一内源性中间代谢物，以实现底物水平磷酸化的生物氧化反应。;●发酵示意图; 产能反应（底物水平磷酸化）;（1）由EMP途径中丙酮酸出发的发酵 （乙醇发酵、乳酸（同型）发酵、丙酸发酵）; ? 混合酸发酵（甲酸、乙酸、乙醇、CO2、H2）;? 2,3丁二醇发酵;?丁酸发酵(丁酸；丙酮、丁醇；异丙醇等）;?V.P.试验：某些微生物利用丙酮酸产生乙酰甲基甲醇，在碱性条件下脱氢形成二乙酰，与胍基化合物产生红色反应，可用于某些细菌的鉴定。;（2）通过HMP途径的发酵 ◆异型乳酸发酵 （产物：乳酸、乙醇、 CO2等） A.异型乳酸发酵经典途径 （磷酸转酮酶途径） 葡萄糖为原料:;核糖为原料: 产物为乳酸,乙酸,H20,ATP;B.异型乳酸发酵 双歧杆菌途径(主要部分);;;（3）通过ED途径的发酵（细菌酒精发酵） （4）氨基酸发酵产能（Stickland反应) ●丙氨酸氧化与甘氨酸还原的偶联;总结： ●发酵为厌氧或兼性厌氧微生物在无氧下的底物水平磷 酸化的产能反应； ●主要途径包括经EMP、HMP、ED途径和 Stickland 反应的发酵；如