第六章微生物的代谢课件.ppt
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- 第六 微生物 代谢 课件
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1、 微生物的代谢微生物的代谢山东教育学院生物科学与技术系山东教育学院生物科学与技术系微生物学课程组微生物学课程组 微生物的代谢微生物的代谢 分解代谢酶系分解代谢酶系复复 杂杂 分分 子子(有机物)(有机物)简单分子简单分子+ATP +H合成代谢酶系合成代谢酶系代谢代谢分解代谢分解代谢(catabolism)(catabolism)合成代谢合成代谢(anabolism)(anabolism)大分子物质的降解大分子物质的降解淀粉、脂肪、蛋白质、果胶质等淀粉、脂肪、蛋白质、果胶质等葡萄糖、氨基酸、脂肪酸等葡萄糖、氨基酸、脂肪酸等 此酶专门分解淀粉分子的-1.6糖苷键,生成葡萄糖,它能水解-淀粉酶和-淀
2、粉酶作用淀粉后的产物极限糊精。黑曲霉和米曲霉能产生和分泌此酶。能量代谢是新陈代谢的核心问题能量代谢是新陈代谢的核心问题 .异养微生物利用有机物,自养微生物则利用异养微生物利用有机物,自养微生物则利用无机物,通过生物氧化来进行产能代谢。无机物,通过生物氧化来进行产能代谢。微生物获得能量的基质主要是糖类,通过糖的氧微生物获得能量的基质主要是糖类,通过糖的氧化或酵解释放能量,并以高能磷酸键的形式(化或酵解释放能量,并以高能磷酸键的形式(ADPADP、ATPATP)储存能量。)储存能量。微生物生物氧化的类型分为呼吸与发酵。在生物微生物生物氧化的类型分为呼吸与发酵。在生物氧化过程中,微生物的营养物(如葡
3、萄糖)经脱氧化过程中,微生物的营养物(如葡萄糖)经脱氢酶作用所脱下的氢,需经过一系列中间递氢体氢酶作用所脱下的氢,需经过一系列中间递氢体(如辅酶(如辅酶I I、辅酶、辅酶IIII、黄素蛋白等)的传递转运,、黄素蛋白等)的传递转运,最后将氢交给受氢体。以最后将氢交给受氢体。以为受氢体的生物为受氢体的生物氧化过程,称为氧化过程,称为,其中以,其中以为受氢体的为受氢体的称称;而以;而以(如硝酸盐、硫酸(如硝酸盐、硫酸盐)为受氢体的称盐)为受氢体的称。生物氧化中以。生物氧化中以各种各种为受氢体的称为为受氢体的称为。1、EMP途径途径2、ED途径途径 3、HMP途径途径 4、PK途径途径TCA循环循环无
4、无无氧呼吸无氧呼吸发发 酵酵一、化能异养微生物的生物氧化和产能一、化能异养微生物的生物氧化和产能 5 5:生理功能:生理功能:1 1、为微生物的生理活动提供、为微生物的生理活动提供ATPATP、NADHNADH2 2、中间产物为菌体合成提供碳架、中间产物为菌体合成提供碳架 3 3、在一定条件下,可沿、在一定条件下,可沿EMPEMP途径逆转合成多糖途径逆转合成多糖2、HMP途径途径-磷酸戊糖途径(旁路)为循环途径磷酸戊糖途径(旁路)为循环途径 6-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-赤藓糖6-磷酸-
5、果糖3-磷酸-甘油醛oOHOHCH2OHOHHOoOHCH2OPOHHOCOOH C=O H-C-OHH-C-OHD CH2OP CH2OHoOHOHCH2OPOHHO)+C=O H-C-OHH-C-OHH-C-OP HCH2OH H-C-OHH-C=OH-C-OHH-C-OHCH2OP C=OHO-C-HH-C-OHH-C-OP HCH2OHHMP途 径从6-磷酸-葡萄糖开始,即在单磷酸已糖基础上开始降解的故称为单磷酸已糖途径。HMP途径与EMP途径有着密切的关系,HMP途径中的3-磷酸-甘油醛可以进入EMP途径,磷酸戊糖支路。HMP途径的一个循环的最终结果是一分子葡萄糖-6-磷酸转变成一分
6、子甘油醛-3-磷酸、3个CO2、6个NADPH。一般认为HMP途径不是产能途径,而是为生物合成提供大量还原力(NADPH)和中间代谢产物。HMP途径 3 ED途径又称又称2 2酮酮3 3脱氧脱氧6 6磷酸裂解(磷酸裂解(KDPG)KDPG)途径途径ED途径是在研究嗜糖假单孢菌时发现的。ED途径过程:葡萄糖 KDPG 甘油醛-3-磷酸丙酮酸丙酮酸 4 磷酸解酮酶途径磷酸解酮酶途径 磷酸戊糖酮解酶途径的关键反应为磷酸戊糖酮解酶途径的关键反应为5-5-磷酸木酮糖裂磷酸木酮糖裂解成乙酰磷酸和解成乙酰磷酸和3-3-磷酸甘油醛,关键酶是磷酸戊糖酮磷酸甘油醛,关键酶是磷酸戊糖酮解酶,乙酰磷酸通过进一步反应生
7、成乙酸,解酶,乙酰磷酸通过进一步反应生成乙酸,3-3-磷酸甘磷酸甘油醛经丙酮酸转化为乳酸。油醛经丙酮酸转化为乳酸。5P木酮糖木酮糖磷酸戊糖解酮酶磷酸戊糖解酮酶乙酰磷酸乙酰磷酸3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛乙酸乙酸乳酸乳酸2葡萄糖葡萄糖5P木酮糖木酮糖乙酰磷酸乙酰磷酸4-磷酸赤鲜糖磷酸赤鲜糖 在磷酸己糖酮解酶途径中,由磷酸解酮酶催化在磷酸己糖酮解酶途径中,由磷酸解酮酶催化的反应有两步:的反应有两步:1 1分子分子6-6-磷酸果糖磷酸果糖由由磷酸己糖磷酸己糖酮解酶酮解酶催化裂解催化裂解为为4-4-磷酸赤鲜糖磷酸赤鲜糖和和乙酰磷酸乙酰磷酸;另另1 1分子分子6-6-磷酸果糖磷酸果糖则与则与4-4-磷酸赤鲜
8、糖反应生磷酸赤鲜糖反应生成成2 2分子分子磷酸戊糖磷酸戊糖,而其中,而其中1 1分子分子5-5-磷酸核糖磷酸核糖在在磷酸戊糖酮解酶磷酸戊糖酮解酶催化下分解成催化下分解成3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和乙酰磷酸乙酰磷酸。1分子葡萄糖经磷酸戊糖酮解酶途径产生乳酸、分子葡萄糖经磷酸戊糖酮解酶途径产生乳酸、乙酸、乙酸、ATPATP、和、和NADHNADH各各1 1分子。分子。5、丙酮酸的代谢、丙酮酸的代谢-产能方式产能方式(1)有氧呼吸)有氧呼吸(3)发)发 酵酵A、TCA循环循环 TCATCA循环的重要功能不仅在于产能,而且还是循环的重要功能不仅在于产能,而且还是物质代谢的枢纽。它既起着联系糖、蛋白
9、质、物质代谢的枢纽。它既起着联系糖、蛋白质、与脂肪代谢的桥梁作用,又为很多重要物质的与脂肪代谢的桥梁作用,又为很多重要物质的合成代谢提供各种碳架的原料。为人类提供各合成代谢提供各种碳架的原料。为人类提供各种有用的产物如柠檬酸等。种有用的产物如柠檬酸等。5、TCA循环循环1、有氧呼吸(、有氧呼吸(respiration)又称好氧呼吸,是一种最普遍又最重又称好氧呼吸,是一种最普遍又最重要的生物氧化或产能方式,其特点是要的生物氧化或产能方式,其特点是底物常规方式脱氢后,脱下的氢经完底物常规方式脱氢后,脱下的氢经完整的整的又称又称传递,最传递,最终被外源分子氧接受,产生了水并释终被外源分子氧接受,产生
10、了水并释放出放出ATP形式的能量。形式的能量。存在于微生物细胞质存在于微生物细胞质膜或线粒体内膜上的由一系列氢和电子膜或线粒体内膜上的由一系列氢和电子传递体组成的多酶氧化还原体系。传递体组成的多酶氧化还原体系。它是一种定向有序的、氧化还原电势按它是一种定向有序的、氧化还原电势按照有低到高顺序排列的氢和电子的传递照有低到高顺序排列的氢和电子的传递系统。系统。ATP酶 又称厌氧呼吸,是指在厌氧条件下,厌氧或兼性厌氧又称厌氧呼吸,是指在厌氧条件下,厌氧或兼性厌氧菌菌,以外源无机氧化物(以外源无机氧化物(、NONO2 2、SOSO4 4、COCO2 2、FeFe3+3+等)或有机物等)或有机物(延胡索
11、酸等,罕见延胡索酸等,罕见)作为呼吸链末端的氢(电子)受体时,发生的一类产作为呼吸链末端的氢(电子)受体时,发生的一类产能效率低的特殊的生物氧化。能效率低的特殊的生物氧化。特点特点 是底物经常规途径脱氢后,经部分呼吸是底物经常规途径脱氢后,经部分呼吸链递氢,最终由氧化态的无机物或链递氢,最终由氧化态的无机物或有机物有机物受氢,受氢,并完成氧化磷酸化的产能反应。进行厌氧呼吸并完成氧化磷酸化的产能反应。进行厌氧呼吸的微生物极大多数是细菌,据受体的种类不同的微生物极大多数是细菌,据受体的种类不同而有多种类型。而有多种类型。2、无氧呼吸(、无氧呼吸(anaerobic respiration)特点特点
12、:(1 1)由反硝化菌群(兼性)所进行的无氧呼吸;由反硝化菌群(兼性)所进行的无氧呼吸;(2 2)缺氧或厌氧条件下进行反应;)缺氧或厌氧条件下进行反应;(3 3)在一系列还原酶的催化下(完成)进行)在一系列还原酶的催化下(完成)进行;(4 4)由化能异氧菌所进行的还原反应;)由化能异氧菌所进行的还原反应;(5 5)以硝酸盐为呼吸链末端)以硝酸盐为呼吸链末端HH和电子受体;和电子受体;(6 6)从有机物氧化中得到能量;)从有机物氧化中得到能量;(7 7)可产生)可产生2 2分子分子ATPATP;(8 8)还原力)还原力NADHNADH2 2 的形成是通过有机物的生物氧化的形成是通过有机物的生物氧
13、化,不需要消耗能量。不需要消耗能量。(2 2)硫酸盐呼吸又称硫酸盐还原(严格厌氧的古细菌)硫酸盐呼吸又称硫酸盐还原(严格厌氧的古细菌)(4 4)碳酸盐呼吸又称碳酸盐还原(专性厌氧)碳酸盐呼吸又称碳酸盐还原(专性厌氧-产生甲烷)产生甲烷)2 2、无氧呼吸、无氧呼吸(anaerobic respiration)(fermentation)(1)由由EMP途径中途径中丙酮酸丙酮酸出发的发酵出发的发酵EMP 2丙酮酸 2乙醛 2乙醇C6H12O6 2C2H5OH2CO2 2ATP 发酵产物为乙醇、发酵产物为乙醇、COCO2 2,产生产生2 2分子分子ATPATP 通过ED途径进行的乙醇发酵 (细菌的乙
14、醇发酵)G(2)或或PK 大肠杆菌:大肠杆菌:产酸产气产酸产气志贺氏菌:志贺氏菌:产酸不产气产酸不产气产酸产气实验产酸产气实验:(3)氨基酸的发酵产能)氨基酸的发酵产能-Stickland反应反应 复杂分子复杂分子(有机物)(有机物)分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢简单小分子简单小分子ATPH化能异养微生物:化能异养微生物:1 1 氢的氧化氢的氧化氢的氧化氢的氧化 (能利用还原无机氮化合物进行自养生长的细菌称为硝能利用还原无机氮化合物进行自养生长的细菌称为硝化细菌。它可分为两个亚群:化细菌。它可分为两个亚群:亚硝化细菌亚硝化细菌和和亚硝酸氧化亚硝酸氧化细菌细菌。亚硝化细菌使自然界中的氨氧化为亚
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