【正文】 上章教學(xué)回顧? 第四章 微生物的營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)基– 167。41微生物的 6類營(yíng)養(yǎng)要素– 167。42微生物的營(yíng)養(yǎng)類型– 167。43營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式– 167。44培養(yǎng)基碳源氮源能源無機(jī)鹽生長(zhǎng)因子水光能自養(yǎng)光能異養(yǎng)化能自養(yǎng)化能異養(yǎng) 單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)送基團(tuán)移位選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法培養(yǎng)基的種類第 五章 微生物的新陳代謝? 一、教學(xué)目的與要求– 了解和掌握 微生物的能量代謝和合成代謝，理解代謝調(diào)節(jié)機(jī)制? 二、 教學(xué)內(nèi)容：– 微生物的能量代謝 (★ )– 分解代謝和合成代謝的聯(lián)系– 微生物獨(dú)特合成代謝途徑舉例 (★ )– 微生物的代謝調(diào)節(jié)與發(fā)酵生產(chǎn) (☆ )第 五章 微生物的新陳代謝新陳代謝（代謝）物質(zhì)代謝能量代謝分解代謝 （異化作用）合成代謝 （同化作用）產(chǎn)能代謝耗能代謝復(fù)雜分子（有機(jī)物）分解代謝酶系合成代謝酶系 簡(jiǎn)單分子＋ ATP [H]＋第一節(jié) 微生物的能量代謝? 目的：最初能源 ?通用能源 ？最初能源有機(jī)物日 光還原態(tài)無機(jī)物 化能自養(yǎng)菌光能營(yíng)養(yǎng)菌化能異養(yǎng)菌通用能源(ATP)生物能量轉(zhuǎn)移的中心一、化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能? 生物氧化：– 概念：252。發(fā)生在活細(xì)胞內(nèi)的一系列 產(chǎn)能性氧化反應(yīng) 的總稱。– 形式252。某物質(zhì)與氧結(jié)合、脫氫和失去電子– 過程：252。脫氫 (或電子 )、 遞氫 (或電子 )和受氫 (或電子 )– 功能：252。產(chǎn) ATP、產(chǎn)還原力 [H]和產(chǎn)小分子中間代謝物– 類型：252。呼吸、無氧呼吸和發(fā)酵? ATP生成的具體方式：– 底物（基質(zhì)）水平磷酸化：252。厭氧和兼氧微生物在基質(zhì)氧化過程中，產(chǎn)生一種 高含能的中間體 ，這一 中間體 將高能鍵交給 ADP，使 ADP磷酸化生成ATP。– 電子水平磷酸化 ：252。在電子傳遞過程中產(chǎn)生高能傳遞給 ADP生成 ATP的過程。包括 氧化磷酸化 和 光合磷酸化 。產(chǎn)能性生物氧化反應(yīng)– ADP是能量的載體；– ATP生物能量轉(zhuǎn)移的中心和能量庫，是短期的貯能物質(zhì)。生物氧化的形式① 和氧的直接化合： C6H12O6 + 6O2 → 6CO 2 + 6H2O③ 失去電子： Fe2+ → Fe 3+ + e ② 化合物脫氫 　　 CH3CH2OH CH3CHONAD NADH2TPP（焦磷酸硫胺素） :由 VB1轉(zhuǎn)化 FMN（黃素單核苷酸） :由 VB2轉(zhuǎn)化 FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸） :由 VB2轉(zhuǎn)化 NAD（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸） :由 Vpp轉(zhuǎn)化 NADP（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸） :由 Vpp轉(zhuǎn)化 一 )底物脫氫的 4條途徑? EMP途徑、 HMP途徑、 ED途徑、 TCA循環(huán) EMP途徑? 概念– 又稱 糖酵解途徑 或 已糖二磷酸途徑 。是絕大 多數(shù)微生物共有的一條 基本代謝途徑 。對(duì)專性厭氧 (無氧呼吸 )的微生物， EMP途徑是 唯一的途徑 。? 特點(diǎn)– 葡萄糖 所含 C原子只有 部分氧化， 產(chǎn)能較少– 1分子葡萄糖約經(jīng) 10步反應(yīng) 轉(zhuǎn)變成 2分子丙酮酸、 2分子 ATP和 2分子的 NADH+H+，能量利用率 26% ， 74%為熱能。底物水平磷酸化底物水平磷酸化ATPATP丙酮酸耗能過程 （C6——C 3）關(guān)鍵步驟產(chǎn)能過程（C3——C 3）EMP途徑的總反應(yīng)式總反應(yīng)式：葡萄糖 +2NAD+2ADP+2Pi →2 丙酮酸 +2NADH2+2ATP+2H2O CoA ↓ 丙酮酸脫氫酶 乙酰 CoA， 進(jìn)入 TCA生理功能　 ① 供應(yīng) ATP形式的能量和 NADH2形式的還原力　 ② 是連接其他幾個(gè)重要代謝途徑的 橋梁　 ③ 為生物合成提供多種 中間代謝物　 ④ 通過 逆向反應(yīng) 可進(jìn)行多糖合成　 ⑤ 與乙醇、乳酸、甘油和丁醇等的 發(fā)酵生產(chǎn)關(guān)系密切 HMP途徑? 概念– 又稱 已糖一磷酸途徑 (支路 )、 戊糖磷酸途徑 、 磷酸葡萄糖酸途徑 或 WD 途徑 。? 特點(diǎn)– 6分子葡萄糖以 6磷酸葡萄糖 的形式參與 不經(jīng) EMP途徑和 TCA循環(huán)途徑 而得到 徹底氧化 ，并能產(chǎn)生大量的NADH+H+形式的還原力和多種重要 中間代謝產(chǎn)物 (如核苷酸、氨基酸、輔酶和乳酸 (異型乳酸發(fā)酵 )等 )。– 有 HMP途徑的微生物中往往同時(shí)存在 EMP途徑， 單獨(dú)具有 HMP途徑的微生物少見 。凡 葡萄糖 經(jīng)發(fā)酵后除產(chǎn)生 乳酸 外，還產(chǎn)生乙醇、乙醛和 CO2等 多種產(chǎn)物 的發(fā)酵。 HMP途徑? HMP途徑降解葡萄糖的三個(gè)階段– 1.葡萄糖 經(jīng)過幾步氧化反應(yīng)產(chǎn)生 核酮糖 5磷酸 和 CO2– 2.核酮糖 5磷酸 發(fā)生 同分異構(gòu)化 或 表型異構(gòu)化 而分別產(chǎn)生 核糖 5磷酸 和 木酮糖 5磷酸– 戊糖磷酸 在無氧參與的情況下發(fā)生碳架重排，產(chǎn)生 己糖磷酸 和 丙糖磷酸6磷酸果糖 3磷酸甘油醛EMP途徑HMP途徑的總反應(yīng)式? 6葡萄糖 6磷酸 +12NADP++6H2OHMP途徑在微生物生命活動(dòng)中意義重大：① 供應(yīng)合成原料? 5葡萄糖 6磷酸　 +12NADPH+12H++12CO2+Pi③ 作為固定 CO2的中介② 產(chǎn)大量還原力④ 擴(kuò)大碳源利用范圍⑤ 連接 EMP途徑可提供許多重要的 發(fā)酵產(chǎn)物 。? 概念– 又稱 2酮 3脫氧 6磷酸葡糖酸 (KDPG)裂解途徑 。是存在于某些 缺乏完整 EMP途徑 的微生物中的一種替代途徑，為微生物所特有。? 特點(diǎn)– 1分子葡萄糖只經(jīng)過 4步 即可快速獲得由 EMP途徑須10步 反應(yīng)才能形成的 2分子丙酮酸 ，但只產(chǎn) 1分子的ATP。 ED途徑 ED途徑ED途徑 (關(guān)鍵步驟 )KDPG： 2酮 3脫氧 6磷酸葡糖酸KDPG　醛縮酶特征酶6PG(6磷酸葡萄糖酸)3磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸6PG 脫水酶KDPG? 1)乙酰 CoA生成 TCA循環(huán)1 個(gè)NADH+H+2分子 NADH+H+2分子 ATP TCA循環(huán)3 個(gè) NADH+H+1個(gè) FADH1個(gè) ADP氧化? 2)TCA循環(huán)底物水平磷酸化6C2C4C5C TCA循環(huán)? 3)能量平衡– ① 1mol丙酮酸 經(jīng) TCA產(chǎn)生 4molNADH+H+252。1molNADH+H+經(jīng)電子傳遞氧化成 NAD可產(chǎn)生 3molATP，則共產(chǎn)生 12molATP。– ② 琥珀酸輔酶 A底物水平磷酸化， GTP—GDP 產(chǎn)生1molATP。– ③ 琥珀酸 至 延胡索酸 1molFADH2氧化生成 2molATP.– 故 1mol丙酮酸 經(jīng) 1次 TCA可生成 15molATP– 1mol葡萄糖經(jīng) EMP途徑可產(chǎn)生 2mol丙酮酸 ，裂解為丙酮酸的過程中產(chǎn)生 2NADH+H+和 2ATP，共 8ATP，– 則 1mol葡萄糖經(jīng)完 EMP和 TCA共產(chǎn)生 38molATP。 TCA循環(huán)? 4）特點(diǎn)– 氧 不直接 參與其中反應(yīng)，但必須在有氧條件下運(yùn)轉(zhuǎn)；– 產(chǎn)能效率極高 ，是生物體提供能量的主要形式；– 為糖、脂、蛋白質(zhì)三大 物質(zhì)轉(zhuǎn)化中心樞紐 。252。循環(huán)中的 某些中間產(chǎn)物 是一些重要物質(zhì)生物合成的前體；252。為人類利用生物發(fā)酵生產(chǎn)所需產(chǎn)品提供主要的代謝途徑。如 檸檬酸 、蘋果酸、 Glu、延胡索酸和琥珀酸 發(fā)酵等。二）遞氫和受氫? 經(jīng)上述脫氫途徑生成的 NADH、 NADPH、 FAD等 還原型輔酶 或 輔基 通過呼吸鏈等方式進(jìn)行 遞氫 ，最終與 受氫體（氧、無機(jī)或有機(jī)氧化物）結(jié)合，以釋放其化學(xué)潛能。? 根據(jù) 遞氫特點(diǎn)尤其是受氫過程中 氫受體性質(zhì) 的不同 ，把生物氧化區(qū)分為 呼吸 、 無氧呼吸 和 發(fā)酵 3種類型 。生物氧化呼吸： 最終電子受體是分子氧 O2無氧呼吸 ：最終電子受體是 O2以外的　　　　　 無機(jī)氧化物 ，如 NO SO42等發(fā)酵： 無 外援的最終電子受體呼吸? 概念：– 又稱 好氧呼吸 ，指底物按常規(guī)方式脫氫后，脫下的氫經(jīng)過完整的 呼吸鏈 （ RC）或 電子傳遞鏈 （ ETC） ,最終傳遞給 外源分子氧 ，產(chǎn)生了水并釋放 ATP的生物氧化過程。是 最普遍 和 最重要 的生物氧化方式和 主要的 產(chǎn)能方式。? 途徑：– EMP,TCA循環(huán)? 特點(diǎn)：– 底物的 氧化作用 不與 氧的 還原作用 直接偶聯(lián) ，而是底物氧化釋放的電子先通過 電子傳遞鏈 最后才傳遞到氧。呼吸鏈或電子傳遞鏈? 定義：– 由一系列 氧化還原勢(shì) 呈 梯度差 的 鏈狀排列 的 氫傳遞體組成的一組鏈狀傳遞順序。? 功能：– 傳遞電子 ：把氫或電子從 低 氧化還原勢(shì) 的化合物處逐級(jí)傳遞到 高 氧化還原勢(shì) 的分子氧或其他無機(jī)、有機(jī)氧化物，并使它們還原。– 產(chǎn)生 ATP：在傳遞過程中，通過與 氧化磷酸化 反應(yīng)發(fā)生偶聯(lián)，就可產(chǎn)生 ATP形式的能量。呼吸鏈或電子傳遞鏈? 部位：– 原核生物在 細(xì)胞膜 上，真核生物在 線粒體 內(nèi)膜上? 成員：– 主要包括 NAD(P)、 FP、 FeS、 CoQ、醌類和細(xì)胞色素 b、 c、 a、 a３ 。這些 電子傳遞體 傳遞電子的順序，按照它們的氧化還原電勢(shì) 由小到大 排列 。– ①① NAD(P)： 脫氫酶 輔酶 ，還原態(tài)為： NAD(P)H+H+。252。NAD（ 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（ NAD+， 輔酶 Ⅰ ）252。NADP（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（ NADP+， 輔酶 Ⅱ ）， – ②② FAD和和 FMN： 黃素蛋白的 輔基252。FAD：黃素 腺苷酸 二核苷酸磷酸 252。FMN：黃素單核苷酸 微生物中重要的呼吸鏈組分? 成員：– ③③ 鐵硫蛋白（鐵硫蛋白（ FeS）） ：252。氧化還原載體 輔基 ，為分子中的含鐵硫的中心部分。存在于呼吸鏈中幾種酶復(fù)合體中，參與膜上的電子傳遞。– ④④ 泛醌（輔酶泛醌（輔酶 Q）） ：252。脂溶性氫載體 。廣泛存在于真核生物 線粒體 內(nèi)膜和革蘭氏陰性細(xì)菌的 細(xì)胞膜 上；革蘭氏陽性細(xì)菌和某些革蘭氏陰性細(xì)菌則含 甲基萘醌 。在呼吸鏈中醌類的含量比其他組分多10~15倍，其作用是收集來自呼吸鏈各種 輔酶和輔基 所輸出的氫和電子，并將它們傳遞給 細(xì)胞色素系統(tǒng) 。– ⑤⑤ 細(xì)胞色素系統(tǒng)細(xì)胞色素系統(tǒng) ： 位于呼吸鏈后端。252。功能：從 泛醌 中接受電子，并將同等數(shù)目的質(zhì)子推到 線粒體膜 或 細(xì)胞膜 外的溶液中。細(xì)胞色素系統(tǒng)?分類：?線粒體的電子傳遞鏈至少含有 5種不同 的細(xì)胞色素，按其吸收光譜和氧還電位的差別分為 ， ， , 。細(xì)胞色素 b， c， a， a3整合在一起存在。 Cytaa3以復(fù)合物形式存在，稱為 細(xì)胞色素氧化酶（含有兩個(gè)必需的 銅原子 ）。由還原型 a3將電子直接傳遞給分子氧。 ?結(jié)構(gòu)組成：?以 血紅素 為輔基，通過其 卟啉分子 中心 鐵原子 的價(jià)電荷的變化而傳遞電子。 酶，能催化 4個(gè)電子還原氧的反應(yīng)，激活分子氧。氧化磷酸化產(chǎn)能機(jī)制? 氧化磷酸化：– 又稱 電子傳遞鏈磷酸化 。指將呼吸鏈在傳遞氫過程中釋放出的能量與 ADP磷酸化相耦聯(lián)產(chǎn)生 ATP的過程。? 產(chǎn)能機(jī)制：– 多數(shù)學(xué)者接受的是 化學(xué)滲透學(xué)說 ，主要觀點(diǎn)：，主要觀點(diǎn)：252。在氧化磷酸化過程中，通過 呼吸鏈酶系 的作用，將底物分子上的質(zhì)子從膜的內(nèi)側(cè)傳遞至外側(cè)，從而造成了質(zhì)子在膜兩側(cè)分布的不均衡，即形成了 質(zhì)子梯度差 （又稱 質(zhì)子動(dòng)勢(shì) 、 pH梯度 等）。這個(gè)梯度差就是產(chǎn)生 ATP的能量來源，因?yàn)樗赏ㄟ^ ATP酶的逆反應(yīng)，把質(zhì)子從膜的外側(cè)再輸回到內(nèi)側(cè)，結(jié)果一方面消除了質(zhì)子梯度差，另一方面就合成了 ATP。– P/O：每消耗 1mol氧原子所產(chǎn)生的 ATPmol數(shù)典型的呼吸鏈