【文章內(nèi)容簡介】 illus plantarum 概念 菌種 途徑 特點 ②異型乳酸發(fā)酵： 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 概念 菌種 途徑 特點 CO2 ③雙歧發(fā)酵： ★ 同型乳酸發(fā)酵與異型乳酸發(fā)酵的比較Lac t ob ac ill u s b r e vis2 A TP1 乳酸1 乙酸1 C O2HM P異型Le u c on ost oc m e se n t e r oid e s1 A TP1 乳酸1 乙醇1 CO2HM P異型Lac t ob ac ill u s d e b r u c k ii2 A TP2 乳酸EMP同型菌種代表產(chǎn) 能 / 葡萄糖產(chǎn)物途徑類型（三）混合酸發(fā)酵 ?概念 ： 埃希氏菌、沙門氏菌、志賀氏菌屬的一些菌通過 EMP途徑將葡萄糖轉(zhuǎn)變成琥珀酸、乳酸、甲酸、乙醇、乙酸、 H2和CO2等多種代謝產(chǎn)物，由于代謝產(chǎn)物中含有多種有機酸，故將其稱為混合酸發(fā)酵。 ?發(fā)酵途徑： 葡萄糖 琥泊酸 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸 乳酸 丙酮酸 乙醛 乙酰 CoA 甲酸 乙醇 乙酰磷酸 CO2 H2 乙酸 丙酮酸甲酸裂解酶 乳酸脫氫酶 甲酸 氫裂解酶 磷酸轉(zhuǎn)乙酰酶 乙酸激酶 PEP羧化酶 乙醛脫氫酶 +2H pH﹤ （四） 2,3丁二醇發(fā)酵 葡萄糖 乳酸 丙酮酸 乙醛 乙酰 CoA 甲酸 乙醇 ?乙酰乳酸 二乙酰 3羥基丁酮 2,3丁二醇 CO2 H2 ?乙酰乳酸合成酶 ?乙酰乳酸脫羧酶 2,3丁二醇脫氫酶 概念： 腸桿菌、沙雷氏菌、和歐文氏菌屬中的一些細菌具有 ?乙酰乳酸合成酶 系而進行丁二醇發(fā)酵。 發(fā)酵途徑： EMP 鑒別腸道細菌的 鑒別原理 縮合 脫羧 2丙酮酸 乙酰乳酸 乙酰甲基甲醇 堿性條件 2,3丁二醇 二乙酰 （與培養(yǎng)基中精氨酸的胍基結(jié)合） 紅色化合物 CO2 鑒別腸道細菌的產(chǎn)酸產(chǎn)氣、甲基紅（ ）試驗 ?產(chǎn)酸產(chǎn)氣試驗： Escherichia與 Shigella在利用葡萄糖進行發(fā)酵時，前者具有甲酸氫解酶，可在產(chǎn)酸的同時產(chǎn)氣，后者則因無此酶，不具有產(chǎn)氣的能力。 ?甲基紅試驗 ： 大腸桿菌與產(chǎn)氣氣桿菌在利用葡萄糖進行發(fā)酵時，前者可產(chǎn)生大量的混合酸，后者則產(chǎn)生大量的中性化合物丁二醇，因此在發(fā)酵液中加入甲基紅試劑時，前者呈紅色，后者呈黃色。 大腸桿菌：產(chǎn)酸較多，使 pH﹤ 產(chǎn)氣桿菌： pH﹥ IMViC試驗 ： = 吲哚（ I）、甲基紅（ M）、 （ Vi）檸檬酸鹽利用（ C）共四項試驗。用以將大腸桿菌與其形狀十分相近的腸桿菌屬的細菌鑒別開來。 吲哚試驗 甲基紅試驗 檸檬酸鹽利用 大腸桿菌 + + 產(chǎn)氣桿菌 + + 第三節(jié) 微生物獨特合成代謝舉例 ? 主要內(nèi)容： – 一、生物固氮（略） – 二、肽聚糖生物合成 ?微生物特有的結(jié)構(gòu)大分子： –細菌：肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、各種莢膜成分等 –真菌：葡聚糖、甘露聚糖、纖維素、幾丁質(zhì)等 ?肽聚糖：絕大多數(shù)原核微生物細胞壁所含有的獨特成分；在細菌的生命活動中有重要功能，尤其是許多重要抗生素如青霉素、頭孢霉素、萬古霉素、環(huán)絲氨酸（惡唑霉素）和桿菌肽等呈現(xiàn)其選擇毒力（ selective toxicity）的物質(zhì)基礎(chǔ)。是在抗生素治療上有特別意義的物質(zhì)。 ?合成特點 ：①合成機制復(fù)雜，步驟多，且合成部位幾經(jīng)轉(zhuǎn)移；②合成過程中須要有能夠轉(zhuǎn)運與控制肽聚糖結(jié)構(gòu)元件的載體（ UDP和細菌萜醇）參與。 ?合成過程 ：依發(fā)生部位分成三個階段： –細胞質(zhì)階段：合成派克（ Park）核苷酸 –細胞膜階段：合成肽聚糖單體 –細胞膜外階段：交聯(lián)作用形成肽聚糖 二、微生物結(jié)構(gòu)大分子 ——肽聚糖的合成 第一階段 ： 在細胞質(zhì)中合成 N乙酰胞壁酸五肽 （“ Park”核苷酸） 。 ☆這一階段起始于 N乙酰葡萄糖胺 1磷酸 ，它是由葡萄糖經(jīng)一系列反應(yīng)生成的； ☆自 N乙酰葡萄糖胺 1磷酸開始，以后的 N乙酰葡萄糖胺、 N乙酰胞壁酸，以及胞壁酸五肽，都是與糖載體UDP結(jié)合的； 葡萄糖 葡萄糖 6磷酸 果糖 6磷酸 ATP ADP Gln Glu 葡糖胺 6磷酸 N乙酰葡糖胺 6磷酸 乙酰 CoA CoA N乙酰胞壁酸 UDP 磷酸烯醇式丙酮酸 Pi NADPH NADP N乙酰葡糖胺 1磷酸 N乙酰葡糖胺 UDP UTP PPi 由葡萄糖合成 N乙酰葡糖胺和 N乙酰胞壁酸 “ Park”核苷酸的合成 第二階段： 在細胞膜上由 N乙酰胞壁酸五肽與 N乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖單體 ———雙糖肽亞單位。 ☆這一階段中有一種稱為細菌萜醇 (bactoprenol,Bcp)脂質(zhì)載體參與，這是一種由 11個類異戊烯單位組成的 C35 類異戊烯醇， ———它 通過兩個磷酸基與 N乙酰胞壁酸相連，載著在細胞質(zhì)中形成的胞壁酸到細胞膜上，在那里與 N乙酰葡萄糖胺結(jié)合，并在 LLys上接上五肽 (Gly)5 ,形成雙糖亞單位。 ☆這一階段的詳細步驟 如圖所示 。其中的反應(yīng)④與⑤分別為萬古霉素和桿菌肽所阻斷。 肽聚糖單體的合成 G M P P 類脂 M P P 類脂 UDP UDP G ② UDP ① UDP M P 類脂 Pi ⑤ P P 類脂 桿菌肽 ④ 萬古霉素 5 甘氨酰 tRNA ③ 5 tRNA 插入至膜外肽 聚糖合成處 G M P P 類脂 肽聚糖單體的合成 —— 細菌萜醇 細菌萜醇 （ bactoprenol） ：又稱類脂載體；運載 “ Park”核苷酸進入細胞膜 ， 連接 N乙酰葡糖胺和甘氨酸五肽“ 橋 ” ， 最后將肽聚糖單體送入細胞膜外的細胞壁生長點處 。 結(jié)構(gòu)式： CH3 CH3 CH3 CH3C=CHCH2(CH2C=CHCH2)9CH2C=CHCH2―OH 功能：除肽聚糖合成外還參與微生物多種細胞外多糖和脂多糖的生物合成 ， 如：細菌的磷壁酸 、 脂多糖 ， 細菌和真菌的纖維素 ， 真菌的幾丁質(zhì)和甘露聚糖等 。 第三階段： 已合成的雙糖肽插在細胞膜外的細胞壁生長點中，并交聯(lián)形成肽聚糖。 這一階段分兩步： 第一步：是多糖鏈的伸長 ———雙糖肽先是插入細胞壁生長點上作為引物的肽聚糖骨架（至少含 6~8個肽聚糖單體分子）中，通過轉(zhuǎn)糖基作用（ transglycosylation)使多糖鏈延伸一個雙糖單位； 第二步：通過轉(zhuǎn)肽酶的轉(zhuǎn)肽作用（ transpeptitidation)使相鄰多糖鏈交聯(lián) ————轉(zhuǎn)肽時先是 D丙氨酰 D丙氨酸間的肽鏈斷裂，釋放出一個 D丙氨酰殘基，然后倒數(shù)第二個 D丙氨酸的游離羧基與相鄰甘氨酸五肽的游離氨基間形成肽鍵而實現(xiàn)交聯(lián)。 肽聚糖的生物合成與某些抗生素的作用機制 一些抗生素能抑制細菌細胞壁的合成，但是它們的作用位點和作用機制是不同的。 ① ?內(nèi)酰胺類抗生素（青霉素、頭孢霉素）： 是 D丙氨酰 D丙氨酸的結(jié)構(gòu)類似物，兩者相互競爭轉(zhuǎn)肽酶的活性中心。當轉(zhuǎn)肽酶與青霉素結(jié)合后，雙糖肽間的肽橋無法交聯(lián)，這樣的肽聚糖就缺乏應(yīng)有的強度，結(jié)果形成細胞壁缺損的細胞，在不利的滲透壓環(huán)境中極易破裂而死亡。 ②桿菌肽： 能與十一異戊烯焦磷酸絡(luò)合，因此抑制焦磷酸酶的作用，這樣也就阻止了十一異戊烯磷酸糖基載體的再生，從而使細胞壁（肽聚糖）的合成受阻。 接第 4節(jié) 第四節(jié) 微生物的代謝調(diào)控與發(fā)酵生產(chǎn) 本節(jié)提要： 微生物代謝過程中的自我調(diào)節(jié) 酶活性的調(diào)節(jié) 酶合成的調(diào)節(jié) 代謝調(diào)控理論的應(yīng)用 微生物代謝過程中的自我調(diào)節(jié) ☆微生物代謝調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點：精確、可塑性強，細胞水平的代謝調(diào)節(jié)能力超過高等生物。 成因：細胞體積小，所處環(huán)境多變。 舉例：大腸桿菌細胞中存在 2500種蛋白質(zhì)，其中上千種是催化正常新陳代謝的酶。每個細菌細胞的體積只能容納 10萬個蛋白質(zhì)分子，所以每種酶平均分配不到100個分子。如何解決合成與使用效率的經(jīng)濟關(guān)系？ 解決方式：組成酶（ constitutive enzyme）經(jīng)常以高濃度存在，其它酶都是誘導(dǎo)酶（ inducible enzyme），在底物或其類似物存在時才合成，誘導(dǎo)酶的總量占細胞總蛋白含量的 10%。 ☆微生物自我調(diào)節(jié)代謝的方式 : 如：只有當速效碳源或氮源耗盡時，微生物才合成遲效碳源或氮源的運輸系統(tǒng)與分解該物質(zhì)的酶系統(tǒng)。 1）真核微生物酶定位在相應(yīng)細胞器上；細胞器各 自行使某種特異的功能； 2）原核微生物在細胞內(nèi)劃分區(qū)域集中某類酶行使 功能： ?與呼吸產(chǎn)能代謝有關(guān)的酶位于膜上； ?蛋白質(zhì)合成酶和移位酶位于核糖體上； ?同核苷酸吸收有關(guān)的酶在 G菌的周質(zhì)區(qū) 。 3. 控制代謝物流向： ( 通過酶促反應(yīng)速度來調(diào)節(jié) ) 1)可逆反應(yīng)途徑由同種酶催化，可由不同輔基或輔酶控制代謝物流向：如 : 兩種 Glu脫氫酶：以 NADP為輔基 Glu合成 以 NAD為輔基 Glu分解 2)通過調(diào)節(jié)酶的活性或酶的合成量。 關(guān)鍵酶 : 某一代謝途徑中的第一個酶或分支點后的第一個酶。 ①粗調(diào)：調(diào)節(jié)酶的合成量 ②細調(diào)：調(diào)節(jié)現(xiàn)有酶分子的活性 3)通過調(diào)節(jié)產(chǎn)能代謝速率。 ☆ Possible points for Regulation of Various Metabolic Control Mechanisms 一、酶活性的調(diào)節(jié) 通過改變現(xiàn)成的酶分子活性來調(diào)節(jié)新陳代謝的速率的方式 。 是酶分子水平上的調(diào)節(jié) ， 屬于精細的調(diào)節(jié) 。 （ 一 ） 調(diào)節(jié)方式 ：包括兩個方面： 酶活性的激活： 在代謝途徑中后面的反應(yīng)可被較前面的反應(yīng)產(chǎn)物所促進的現(xiàn)象；常見于分解代謝途徑 。 如：粗糙脈孢霉的異檸檬酸脫氫酶的活性受檸檬酸促進 酶活性的抑制 ：包括：競爭性抑制和反饋抑制 。 概念： 反饋 ：指反應(yīng)鏈中某些中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物對該途徑關(guān)鍵酶活性的影響 。 凡使反應(yīng)速度加快的稱 正反饋 ； 凡使反應(yīng)速度減慢的稱 負反饋 （ 反饋抑制 ） ；