【正文】 ，它利用ATP釋放的能量將這些電子泵入鉬鐵蛋白。 固二氮酶 固二氮酶 還原酶 固氮生化過(guò)程 固氮生化過(guò)程 還原劑 固二氮酶 固二氮還原酶 固氮的生化途徑 ? 1） Fd或者 Fld向氧化型的固二氮酶還原酶的 Fe提供 1個(gè) e，變?yōu)檫€原型； ? 2）還原型的固二氮酶還原酶與 ATPMg結(jié)合，改變構(gòu)象； ? 3）固二氮酶在 Mo位點(diǎn)上與分子氮結(jié)合，并與固二氮酶還原酶 ATPMg結(jié)合，形成完整的固氮酶； ? 4）電子轉(zhuǎn)移，形成氧化型固二氮酶還原酶，同時(shí)形成 ADP和 Pi； ? 5）連續(xù) 6次，固二氮酶放出 2個(gè) NH3。 N2分子經(jīng)固氮酶的催化而還原成 NH3后，就可與相應(yīng)的酮酸結(jié)合，形成各種氨基酸。 固氮菌的產(chǎn)氫反應(yīng) 除了催化 N2轉(zhuǎn)變?yōu)?NH3外，還具有催化 2H＋ ＋ 2e H2反應(yīng)的氫化酶作用。 ? 缺 N2環(huán)境下，可將 H＋ 全部還原 H2釋放； ? 有 N2環(huán)境下， 75％的還原力去還原 N2， 25％以 H2釋放 （三）好氧菌固氮酶避害機(jī)制 好氧性自生固氮菌的抗氧保護(hù)機(jī)制 （ 1）呼吸保護(hù) 固氮菌科的菌種能以極強(qiáng)的呼吸作用迅速將周圍環(huán)境中的氧消耗掉，使細(xì)胞周圍微環(huán)境處于低氧狀態(tài)，保護(hù)固氮酶。 （ 2）構(gòu)象保護(hù) 在高氧分壓條件下， Azotobacter vinelandii（維涅蘭德固氮菌）和 （褐球固氮菌）等的固氮酶能形成一個(gè)無(wú)固氮活性但能防止氧害的特殊構(gòu)象。 藍(lán)細(xì)菌固氮酶的抗氧保護(hù)機(jī)制 藍(lán)細(xì)菌光照下會(huì)因光合作用放出的氧而使細(xì)胞內(nèi)氧濃度急劇增高 ， ⑴ 分化出特殊的還原性異形胞：缺乏產(chǎn)氧光合系統(tǒng) Ⅱ ，脫氫酶和氫化酶的活性高 ， 維持很強(qiáng)的還原態(tài)； SOD活性高 ， 解除氧的毒害；呼吸強(qiáng)度高 ， 可消耗過(guò)多的氧 。 （ 圖 ） ⑵ 非異形胞藍(lán)細(xì)菌固氮酶的保護(hù) : 能通過(guò)將固氮作用與光合作用進(jìn)行時(shí)間上的分隔來(lái)達(dá)到；通過(guò)束狀群體中央處于厭氧環(huán)境下的細(xì)胞失去能產(chǎn)氧的光合系統(tǒng) II，以便于進(jìn)行固氮反應(yīng)；通過(guò)提高過(guò)氧化物酶和 SOD的活性來(lái)除去有毒過(guò)氧化合物 。 豆科植物根瘤菌的抗氧保護(hù)機(jī)制 只有當(dāng)嚴(yán)格控制在微好氧條件下時(shí) ， 才能固氮； 根瘤菌還能在根毛皮層細(xì)胞內(nèi)迅速分裂繁殖 ， 隨后分化為膨大而形狀各異 、 不能繁殖 、但有很強(qiáng)固氮活性的類菌體 。 許多類菌體被包在一層類菌體周膜中 ， 膜的內(nèi)外有能與 O2結(jié)合的豆血紅蛋白 。 共生固氮體系 —— 根瘤菌和豆科植物的共生固氮體系 ? 該體系所固定的氮占全部生物固氮的 60％； ? 根瘤菌與豆科植物之間有專一性； ? 在根瘤中，根瘤菌發(fā)育為特殊的分化形式－ 類菌體 （ bacteroid），這種分化形式只有在根瘤細(xì)胞里形成，并且充滿 根瘤細(xì)胞 ； ? 根瘤中有豆血紅蛋白，自由氧濃度低，卻能保證生長(zhǎng)所需的氧氣輸送。 三、肽聚糖的合成 （ 一 ） 合成特點(diǎn)： ① 合成機(jī)制復(fù)雜 ， 步驟多 （ 20步 ） ， 且合成部位幾經(jīng)轉(zhuǎn)移； ② 合成過(guò)程中須有能夠轉(zhuǎn)運(yùn)與控制肽聚糖結(jié)構(gòu)元件的載體的參與： 尿嘧啶二磷酸 （ UDP） 和聚戊二烯磷酸酯 （ 細(xì)菌萜醇 ） 。 （二） 合成過(guò)程：依發(fā)生部位分成三個(gè)階段： ?細(xì)胞質(zhì)階段：合成派克（ Park）核苷酸； ?細(xì)胞膜階段：合成肽聚糖單體； ?細(xì)胞膜外階段：交聯(lián)作用形成肽聚糖。 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 細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的合成 — 單糖的合成 “ Park”核苷酸的合成 G M P P 類脂 M P P 類脂 UDP UDP G ② UMP ① UDP M P 類脂 Pi ⑤ P P 類脂 桿菌肽 ④ 萬(wàn)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 細(xì)菌萜醇 細(xì)胞膜上進(jìn)行的肽聚糖單體的合成 類脂載體 — 細(xì)菌萜醇 ?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(xì)胞外多糖和脂多糖的生物合成 。 如：細(xì)菌的磷壁酸 、脂多糖 ， 真菌的纖維素 ， 真菌的幾丁質(zhì)和甘露聚糖等 。 細(xì)胞膜外的合成 （ 一 ） 次生代謝物 指微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期 ， 以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體 ， 合成一些對(duì)微生物的生命活動(dòng)無(wú)明確功能的物質(zhì)的過(guò)程 。 這一過(guò)程的產(chǎn)物 ， 即為次級(jí)代謝物 。 有人把超出生理需求的過(guò)量初級(jí)代謝產(chǎn)物也看作是次級(jí)代謝物 。 四、微生物次生代謝物的合成 次生代謝物分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜 、 代謝途徑獨(dú)特 、 在生長(zhǎng)后期合成 、 產(chǎn)量較低 、 生理功能不很明確 （ 尤其是抗生素 ） 、 其合成一般受質(zhì)粒控制； 形態(tài)構(gòu)造和生活史越復(fù)雜的微生物 （ 如放線菌和絲狀真菌 ） ， 其次生代謝物的種類也就越多； 次生代謝物的種類極多 ， 如抗生素 ， 色素 ， 毒素 ， 生物堿 ， 信息素 ， 動(dòng) 、 植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑以及生物藥物素等； 次生代謝物的化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 分屬多種類型如內(nèi)酯 、 大環(huán)內(nèi)酯 、多烯類 、 多炔類 、 多肽類 、 四環(huán)類和氨基糖類等； 合成途徑復(fù)雜 ， 以各種初生代謝途徑 ， 如糖代謝 、 TCA循環(huán) 、 脂肪代謝 、 氨基酸代謝以及萜烯 、 甾體化合物代謝等為次生代謝途徑的基礎(chǔ) 。 （二）次生代謝的特點(diǎn) （三）微生物次生代謝物合成途徑 糖代謝延伸途徑 由糖類轉(zhuǎn)化 、 聚合產(chǎn)生的多糖類 、 糖苷類和核酸類化合物 ， 進(jìn)一步轉(zhuǎn)化而形成核苷類 、 糖苷類和糖衍生物類抗生素； 莽草酸延伸途徑 由莽草酸分支途徑產(chǎn)生氯霉素等； 氨基酸延伸途徑 由各種氨基酸衍生 、 聚合形成多種含氨基酸的抗生素 ， 如多肽類抗生素 、 β內(nèi)酰胺類抗生素 、D環(huán)絲氨酸和殺腺癌菌素等； 乙酸延伸途徑 分 2條支路： （ 1） 乙酸經(jīng)縮合后形成聚酮酐 ， 進(jìn)而合成大環(huán)內(nèi)酯類 、 四環(huán)素類 、 灰黃霉素類抗生素和黃曲霉毒素； （ 2） 經(jīng)甲羥戊酸合成異戊二烯類 ， 進(jìn)一步合成重要的植物生長(zhǎng)刺激素 —— 赤霉素或真菌毒素 —— 隱杯傘素等 。 第四節(jié) 微生物的代謝調(diào)控與發(fā)酵生產(chǎn) 一 、 微生物代謝過(guò)程中的自我調(diào)節(jié) ?微生物代謝調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)：精確 、 可塑性強(qiáng) ， 細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)能力超過(guò)高等生物 。 ?成因：細(xì)胞體積小 ， 所處環(huán)境多變 。 二、代謝的人工控制及其在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用 ?工業(yè)發(fā)酵的目的：大量積累人們所需要的微生物代謝產(chǎn)物 。 ?代謝的人工控制：人為地打破微生物的代謝控制體系 ， 使代謝朝著人們希望的方向進(jìn)行 。 ? 人工控制代謝的手段： ? 改變微生物遺傳特性 (遺傳學(xué)方法）； ? 控制發(fā)酵條件（生物化學(xué)方法）； ? 改變細(xì)胞膜透性； 賴氨酸發(fā)酵 天冬氨激酶 高絲氨酸脫氫酶 （一）營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株的應(yīng)用 賴氨酸發(fā)酵 肌苷酸發(fā)酵 （二） 抗反饋控制突變株的應(yīng)用 ?抗反饋控制突變株是指對(duì)反饋抑制不敏感或?qū)ψ瓒粲锌剐?， 或兩者兼有之的菌株 。 ?抗反饋控制突變株可以從 終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株 和 營(yíng)養(yǎng)缺陷性回復(fù)突變株中獲得 。 （三）控制細(xì)胞膜滲透性 使胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物迅速滲漏出去 ,解除末端產(chǎn)物的反饋抑制 。 1. 用生理學(xué)手段 ? 直接抑制膜的合成或使膜受缺損 ， 如 : 在 Glu發(fā)酵中把生物素濃度控制在亞適量可大量分泌 Glu， 原因是控制生物素的含量可改變細(xì)胞膜的成分 ， 進(jìn)而改變膜透性； ?當(dāng)培養(yǎng)液中生物素含量較高時(shí)采用適量添加青霉素的方法； 2. 利用膜缺損突變株 ? 油酸缺陷型：應(yīng)用谷氨酸生產(chǎn)菌的油酸缺陷型 ， 培養(yǎng)過(guò)程中 ， 有限制地添加油酸 ， 合成有缺損的膜 ， 使細(xì)胞膜發(fā)生滲漏而提高谷氨酸產(chǎn)量 。 ? 甘油缺陷型：甘油缺陷型菌株的細(xì)胞膜中磷脂含量比野生型菌株低 ， 易造成谷氨酸大量滲漏 。 應(yīng)用甘油缺陷型菌株 ， 就是在生物素或油酸過(guò)量的情況下 ， 也可以獲得大量谷氨酸 。