【正文】 （1）乙醛酸循環(huán) 當(dāng)乙酸被作為底物時(shí)，草酸乙酸將會(huì)通過乙醛酸途徑再生。這條途徑由三羧酸循環(huán)中的反應(yīng)和另外的兩種酶組成：異檸檬酸裂解酶（催化異檸檬酸裂解成流由酸和乙醛酸）和蘋果酸含成酶（將乙醛酸和乙酸輔酶A轉(zhuǎn)化為蘋果酸）。乙醛酸循環(huán)的生物合成途徑如圖5－22所示。異檸檬酸被裂解成城由酸和乙醛酸，使流浪酸可以進(jìn)人生物合成途徑，因?yàn)橐胰┧峥梢院鸵铱彷o酶A結(jié)合生成蘋果酸。蘋果酸又可以被轉(zhuǎn)化為草酸乙酸以維持三核酸循環(huán)的進(jìn)行。琉璃酸可以直接用于葉琳的合成，或者氧化為草酷乙酸后作為四碳氨基酸的碳骨架，或者用于合成葡萄糖（經(jīng)由草酸乙酸和磷酸烯醇式丙酮酸）。乙醛酸循環(huán)比較普遍地存在于好氧微生物中。細(xì)菌中的醋酸桿菌、固氮菌。大腸桿菌，以及真菌中的酵母菌、黑曲霉和青霉菌等，都已證明有乙醛酸循環(huán)，它們可以利用乙酸作為唯一碳源和能源生長(zhǎng)。 （2）甘油酸途徑 當(dāng)微生物以甘氨酸、乙醇酸和草酸作為底物時(shí)，則通過甘油酸途徑補(bǔ)充三羧酸循環(huán)中的中間產(chǎn)物。二碳化合物，如甘氨酸、乙醇酸等，都要先轉(zhuǎn)化為乙醒酸，然后兩分子的乙醛酸縮會(huì)成羥基丙酸半醛，隨后在還原酶的作用下生成甘油酸。甘油酸經(jīng)氧化后進(jìn)入EMP途徑，生成磷酸烯酸式丙酮酸和丙酮酸。它們可接受 COZ，生成四碳二嫂酸，進(jìn)入三坡酸循環(huán)。由乙醛酸生成甘油酸的途徑，稱為甘油酸途徑（圖5－23）。許多微生物都在這條途徑，可以利用乙醇酸、草酸和甘氨酸等二碳化合物作為唯一碳源生長(zhǎng)。 4．糖類的合成 微生物在生長(zhǎng)過程中，除了有分解糖類的能量代謝外，不斷地從簡(jiǎn)單化合物合成糖類，以構(gòu)成細(xì)胞生長(zhǎng)所需要的單糖、多糖等。單糖在微生物中很少以游離形式存在，一般以多糖或多聚體的形式，或是以少量的糖磷酸脂和糖核音酸形式存在。單糖和多糖的合成對(duì)自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物的生命活動(dòng)十分重要。 （1）單糖的合成 無論自養(yǎng)微生物還是異養(yǎng)微生物，其合成單糖的途徑一般都是通過EMP途徑逆行合成葡糖一6一磷酸，然后再轉(zhuǎn)化為其他的糖。因此單糖合成的中心環(huán)節(jié)是葡萄糖的合成。但自養(yǎng)微生物和異養(yǎng)微生物合成葡萄糖的前體來源不同。 自養(yǎng)微生物通過卡爾文循環(huán)可產(chǎn)生甘油醛一3一磷酸，通過還原的叛酸環(huán)可得到草醉乙酸或乙酸輔酶地異養(yǎng)微生物可利用乙酸為碳源經(jīng)乙醛酸循環(huán)產(chǎn)生草酸乙酸；利用乙醇酸、草酸、甘氨酸為碳源時(shí)通過甘油酸途徑生成甘油醒一3一磷酸；以乳酸為碳源時(shí)，可直接氧化成丙酮酸；將生糖氨基酸脫去氨基后也可作為合成葡萄糖的前體。 生物合成反應(yīng)中所需的己糖可從外界環(huán)境獲得或用非糖前體物來合成。主要的合成途徑見圖5－24。已糖生物合成中的兩個(gè)關(guān)鍵中間物是葡糖一6一磷酸和UDP一葡萄糖。葡糖一6一磷酸作為能量來源是葡萄糖氧化和糖酵解過程的重要中間產(chǎn)物，或者轉(zhuǎn)化為O入或者轉(zhuǎn)化為發(fā)酵產(chǎn)物，葡糖一6一磷酸也可逆向進(jìn)入多糖合成途徑。在這種情況下，它轉(zhuǎn)化為UDP一葡萄糖（LJDPG）。UDPG＃有尿呼喚核青，故稱為核音糠。UDPG是葡萄糖的活化形式，它既可作為其他核音糖合成時(shí)的起始物質(zhì)，也可作為細(xì)胞多糖的葡萄糖前體。如果說在葡萄糖分解代謝中葡糖一6一磷酸是一個(gè)關(guān)鍵中間代謝物的話，UDPG則是葡萄糖合成代謝中的關(guān)鍵中間代謝物。當(dāng)微生物含有可作為能源和碳源的巴糖時(shí)，這些已糖同時(shí)也可作為生物合成代謝的前體。但也有許多微生物可生長(zhǎng)在無已糖的培養(yǎng)基上。在這種情況下，合成細(xì)胞壁及其他含己糖的多聚物所需的已糖必須由糖異生途徑來合成。糖異生途徑是由非碳化合物前體合成新的葡萄糖分子的過程。糖異生作用的起始物質(zhì)是磷酸烯酸式丙酮酸（PEP），糖酵解過程中的一種重要的中間代謝物。PEP可在不同于糖酵解途徑中的酶作用下，逆向合成葡糖一6一磷酸。糖異生過程中所需的PEP主要由草酸乙酸脫淡而得，而草酸乙酸是三核酸循環(huán)中的一個(gè)重要的中間產(chǎn)物。 在大多數(shù)情況下，戊糖是將已糖脫去一個(gè)碳原子而得到的。這個(gè)反應(yīng)可由多種途徑實(shí)現(xiàn)。其中最普遍的是經(jīng)由葡糖一6一磷酸的氧化脫漆途徑，產(chǎn)生CQZ和一個(gè)五碳中間物，核酮糖一5一磷酸。核酮糖一5一磷酸可轉(zhuǎn)化為另外兩種戊糖，其中一種即是核糖一5一磷酸，可直接用于RNA的合成。核糖一5一磷酸可經(jīng)酶還原反應(yīng)生成脫氧核糖用于DNA合成。 （2）多糖的合成 微生物細(xì)胞內(nèi)所含的多糖是一種多聚物，包括同多糠和雜多糖。同多糖是由相同單糖分子聚合而成的糖類，如糖原、纖維素等。雜多糖是由不同單糖分子聚合而成的糖類，如肽聚糖、脂多糖和透明脂酸等。多糖的合成不僅僅是分解反應(yīng)的逆轉(zhuǎn)，而是以一種核耷糖為起始物，接著糖單位逐個(gè)地添加在多糖鏈的末端。促進(jìn)合成的能量是由核著糖中高能糖一磷酸鍵水解中得到。多糖的合成是靠轉(zhuǎn)移酶類的特異性來決定亞單位在多聚鏈上的次序的，并且在合成的起始階段需要一個(gè)引子作為添加單位的受體，另外還需要糖核音酸作為糖基載體，將單糖分子轉(zhuǎn)移到受體分子上，使多糖鏈逐步加長(zhǎng)。 5．氨基酸的合成 在蛋白質(zhì)中通常存在著21種氨基酸。對(duì)于那些不能從環(huán)境中獲得部分或全部現(xiàn)成氨基酸的生物，就必須從另外的來源去合成它們。在氨基酸合成中，主要包含著兩個(gè)方面的問題：各氨基酸碳骨架的合成以及氨基的結(jié)合。合成氨基酸的碳骨架來自糖代謝產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，而氨有以下幾種來源：一是直接從外界環(huán)境獲得；二是通過體內(nèi)含氧化合物的分解得到；三是通過固氮作用合成。四是由硝酸還原作用合成。另外，在合成含硫氨基酸時(shí)，還需要硫的供給。大多數(shù)微生物可從環(huán)境中吸收硫酸鹽作為硫的供體，但由于硫酸鹽中的硫是高度氧化狀態(tài)的，而存在于氨基酸中的硫是還原狀態(tài)的，所以無機(jī)硫要經(jīng)過一系列的還原反應(yīng)才能用于含硫氨基酸的合成。 氨基酸的合成主要有三種方式：一是氨基化作用，二是通過轉(zhuǎn)氨基作用，三是由糖代謝的中間產(chǎn)物為前體合成氨基酸。在由前體轉(zhuǎn)化為氨基酸的過程中，有時(shí)也有轉(zhuǎn)氨基的反應(yīng)。 （1）氨基化作用 氨基化作用指a一酮酸與氨反應(yīng)形成相應(yīng)的氨基酸。氨基化作用是微生物同化氨的主要途徑。能直接吸收氨合成氨基酸的a一酮酸只有a一酮戊二酸和丙酮酸，如谷氨酸的合成就是a一酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化下，以NAD（P）”為輔酶，通過氨基化反應(yīng)合成的。此外，延胡索酸和谷氨酸雖不是a一酮酸，但前者可通過雙鍵打開而連接a一氨基，后者則通過酸胺鍵生成谷氨酸胺，這是一個(gè)需ATP的耗能反應(yīng)。 （2）轉(zhuǎn)氨基作用 轉(zhuǎn)氨基作用是指在轉(zhuǎn)氨酶催化下，使一種氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移給酮酸，形成新的氨基酸的過程。轉(zhuǎn)氨作用普遍存在于各種微生物體內(nèi)，是氨基酸含成代謝和分解代謝中極為重要的反應(yīng)。通過轉(zhuǎn)氨基作用，微生物可以消耗一些含量過剩的氨基酸，以得到某些含量較少的氨基酸。 （3）前體轉(zhuǎn)化 前體轉(zhuǎn)化指20種氨基酸除了可以通過上述途徑合成氨基酸以外，還可通過糖代謝的中間產(chǎn)物，如甘油醒一3一磷酸、赤癬糖一4一磷酸、草酸乙酸、3一磷酸核糖焦磷酸等，經(jīng)一系列的生化反應(yīng)而合成。根據(jù)前體的不同，可將它們分成六組（圖5一萬）。 6．核苷酸的合成 核音酸是核酸的基本結(jié)構(gòu)單位，它是由堿基、戊糖、磷酸所組成。根據(jù)堿基成分可把核音酸分為源吟核著酸和喀院校青酸。 （l）瞟吟核著酸的生物合成 瞟吟環(huán)幾乎是一個(gè)原子接著一個(gè)原子的合成。它的碳和氮來自氨基酸、O飛和甲酸。它們逐步地添加到核糖磷酸這一起始物質(zhì)上。微生物合成嫖吟核耷酸有兩種方式。一種方式是由各種小分子化合物，全新合成次黃瞟吟核著酸（IMP），然后再轉(zhuǎn)化為其他瞟吟核音酸。次黃瞟吟核耷酸是在核酮糖一5一磷酸的基礎(chǔ)上合成的（圖5－26）。第二種方式是由自由堿基或校普組成相應(yīng)的源吟核耷酸。有的微生物無全新合成膜吟核音酸的能力，就以這種方式合成瞟吟核音酸，這是一種補(bǔ)救途徑，以便更經(jīng)濟(jì)地利用已有成分。 （2）喀院核著酸的合成 微生物合成噴促校青酸也有兩種方式，一種方式是由小分子化合物全新合成尿喀院核耷酸，然后再轉(zhuǎn)化為其他喀陡核青酸；另一種方式是以完整的喀陡或噴噴核耷分子，組成噴喚核著酸（如圖5－27）。 （3）脫氧核著酸的合成 脫氧核耷酸是由核青酸糖基第2位碳上的一一OH還原為H而成，是一個(gè)耗能的過程。在不同微生物中，脫氧過程在不同的水平上進(jìn)行。如在大腸桿菌中，這一過程在核糖核著二磷酸水平上進(jìn)行，而在賴氏乳酸菌中，這一過程在核糖核青三磷酸上進(jìn)行。DNA中的胸腺噸院脫氧核著酸是在形成尿喀晚脫氧核糖核音二磷酸后，脫去磷酸，再經(jīng)甲基化生成的。 二、其他耗能反應(yīng)：運(yùn)動(dòng)、運(yùn)輸、生物發(fā)光 1．運(yùn)動(dòng) 很多細(xì)菌和真核M是可以運(yùn)動(dòng)的，一般是靠鞭毛等。在真核微生物中，鞭毛和纖毛均具有ATP酶，水解ATP產(chǎn)生自由能，成為運(yùn)動(dòng)所需的動(dòng)力。目前尚未在細(xì)菌鞭毛中發(fā)現(xiàn)有ATP酶。細(xì)菌鞭毛轉(zhuǎn)動(dòng)的能量可能來自于細(xì)胞內(nèi)的的質(zhì)子動(dòng)力。 2．運(yùn)輸 目前認(rèn)為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸有四種機(jī)制：擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸和膜泡運(yùn)輸。其中主動(dòng)運(yùn)輸和膜泡運(yùn)輸需要消耗能量。 3．生物發(fā)光 許多活的生物體，包括某些細(xì)菌、真菌和藻類都能夠發(fā)光。盡管它們的發(fā)光機(jī)制不同，但在所有例子中，發(fā)光都包含著能量的轉(zhuǎn)移。先形成一種分子的激活態(tài)，當(dāng)這種激活態(tài)返回到基態(tài)時(shí)即發(fā)出光來。 第三節(jié) 微生物代謝的調(diào)節(jié) 生命活動(dòng)的基礎(chǔ)在于新陳代謝。微生物細(xì)胞內(nèi)各種代謝反應(yīng)錯(cuò)綜復(fù)雜，各個(gè)反應(yīng)過程之間是相互制約，彼此協(xié)調(diào)的，可隨環(huán)境條件的變化而迅速改變代謝反應(yīng)的速度。微生物細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)主要是通過控制酶的作用來實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槿魏未x途徑都是一系列酶促反應(yīng)構(gòu)成的。微生物細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)主要有兩種類型，一類是酶活性調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的是已有酶分子的活性，是在酶化學(xué)水平上發(fā)生的；另一類是酶合成的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的是酶分子的合成量，這是在遺傳學(xué)水平上發(fā)生的。在細(xì)胞內(nèi)這兩種方式協(xié)調(diào)進(jìn)行。本節(jié)著重介紹酶活性的調(diào)節(jié)，有關(guān)酶合成的調(diào)節(jié)參見第九章。 一、酶活性調(diào)節(jié) 酶活性調(diào)節(jié)是指酶通過其分子構(gòu)象或分子結(jié)構(gòu)的改變來調(diào)節(jié)其催化反應(yīng)的速率。這種調(diào)節(jié)方式可以使微生物細(xì)胞對(duì)環(huán)境變化作出迅速地反應(yīng)。酶活性調(diào)節(jié)受多種因素影響，底物的性質(zhì)和濃度、環(huán)境因子，以及其他酶的存在都有可能激活或抑制酶的活性。酶活性調(diào)節(jié)的方式主要有兩種：別構(gòu)調(diào)節(jié)和酶分子的修飾調(diào)節(jié)。 1．別構(gòu)調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)代謝的別構(gòu)酶大多數(shù)為寡聚酶，一般由兩個(gè)或兩個(gè)以上的亞基組成。其中一組亞基稱為催化亞基，另一組亞基稱為調(diào)節(jié)亞基。后者與別構(gòu)效應(yīng)物結(jié)合后可引起酶分子的構(gòu)象發(fā)生改變，從而改變酶的活性。別構(gòu)效應(yīng)物主要有底物、產(chǎn)物或代謝途徑的最終產(chǎn)物及小分子核著酸類物質(zhì)等。有的別構(gòu)效應(yīng)物可使酶活性增加稱為別構(gòu)激活劑，所發(fā)生的效應(yīng)稱為別構(gòu)激活，有的別構(gòu)效應(yīng)物可使酶活性下降稱為別構(gòu)抑制劑，所發(fā)生的效應(yīng)稱為別構(gòu)抑制。細(xì)胞可以通過酶的別構(gòu)效應(yīng)使酶活性升高或降低以調(diào)節(jié)其代謝。（綜合P114） 在某些重要的生化反應(yīng)中，反應(yīng)產(chǎn)物的積累往往會(huì)抑制催化這個(gè)反應(yīng)的酶的活性，這是由于反應(yīng)產(chǎn)物與酶的結(jié)合抑制了底物與酶活性中心的結(jié)合。在一個(gè)由多步反應(yīng)組成的代謝途徑中，末端產(chǎn)物通常會(huì)反饋抑制該途徑的第一個(gè)酶，這種酶通常被稱為變構(gòu)酶（allosteric enzpo）。例如，合成異亮氨酸的第一個(gè)酶是蘇氨酸脫氨酶，這種酶被其末端產(chǎn)物異亮氨酸反饋抑制。變構(gòu)酶通常是某一代謝途徑的第一個(gè)酶或是催化某一關(guān)鍵反應(yīng)的酶。細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的酵解和三核酸循環(huán)的調(diào)控也是通過反饋抑制進(jìn)行的。 2．共價(jià)修飾調(diào)節(jié) 共價(jià)修飾調(diào)節(jié)是通過共價(jià)調(diào)節(jié)酶來實(shí)現(xiàn)的。共價(jià)調(diào)節(jié)酶通過其它酶（修飾酶）對(duì)其肽鏈上某些基團(tuán)進(jìn)行可逆的共價(jià)修飾，使之處于活性和非活性的互變狀態(tài)，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)酶的活化或抑制，以控制代謝的速度和方向。 目前已知有多種類型的可逆共價(jià)修飾：磷酸化/脫磷酸化；乙酰化/脫乙?；?；腺苷?；?脫腺苷?；荒蜍挣；ツ蜍挣；患谆ゼ谆?；S－S／SH相互轉(zhuǎn)變；ADP核糖基化／去ADP核糖基化等。 酶促共價(jià)修飾與酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)不同，酶促共價(jià)修飾對(duì)酶活性調(diào)節(jié)是酶分子共價(jià)鍵發(fā)生了改變，即酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。而在變構(gòu)調(diào)節(jié)中，酶分子只是單純的構(gòu)象變化。在酶分子發(fā)生磷酸化等修飾反應(yīng)時(shí)，一般每個(gè)亞基消耗一分子ATP，比新合成一個(gè)酶分子所耗的能量要少得多。因此，這是一種體內(nèi)較經(jīng)濟(jì)的代謝調(diào)節(jié)方式。另外，酶促共價(jià)修飾對(duì)調(diào)節(jié)信號(hào)具放大效應(yīng)，其催化效率比變構(gòu)酶調(diào)節(jié)要高。 二、分支合成途徑調(diào)節(jié) 不分支的生物合成途徑中的第一個(gè)酶受末端產(chǎn)物的抑制，而在有兩種或兩種以上的末端產(chǎn)物的分支代謝途徑中，調(diào)節(jié)方式較為復(fù)雜。其共同特點(diǎn)是每個(gè)分支途徑的末端產(chǎn)物控制分支點(diǎn)后的第一個(gè)酶，同時(shí)每個(gè)末端產(chǎn)物又對(duì)整個(gè)途徑的第一個(gè)酶有部分的抑制作用，分支代謝的反饋調(diào)節(jié)方式有多種。 1．同工酶 同工酶（isoenzmpe）是指能催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但其酶蛋白本身的分子結(jié)構(gòu)組成卻有所不同的一組酶。其特點(diǎn)是：在分支途徑中的第一個(gè)酶有幾種結(jié)構(gòu)不同的一組同工酶，每一種代謝終產(chǎn)物只對(duì)一種同工酶具有反饋抑制作用，只有當(dāng)幾種終產(chǎn)物同時(shí)過量時(shí)，才能完全阻止反應(yīng)的進(jìn)行。這種調(diào)節(jié)方式的典型例子是大腸桿菌天門冬氨酸族氨基酸的合成。有三個(gè)天門冬氨酸激酶催化途徑的第一個(gè)反應(yīng)，分別受賴氨酸、蘇氨酸、甲硫自酸的調(diào)節(jié)。 2．協(xié)同反饋抑制 在分支代謝途徑中，幾種末端產(chǎn)物同時(shí)都過量，才對(duì)途徑中的第一個(gè)酶具有抑制作用。若某一末端產(chǎn)物單獨(dú)過量則對(duì)途徑中的第一個(gè)酶無抑制作用。例如，在多粘芽抱桿菌合成賴氨酸、蛋氨酸和蘇氨酸的途徑中，終產(chǎn)物蘇氨酸和賴氨酸協(xié)同抑制天門冬氨酸激酶。 3．累積反饋抑制 在分支代謝途徑中，任何一種末端產(chǎn)物過量時(shí)都能對(duì)共同途徑中的第一個(gè)酶起抑制作用，而且各種末端產(chǎn)物的抑制作用互不干擾。當(dāng)各種末端產(chǎn)物同時(shí)過量時(shí)，它們的抑制作用是累加以。如果末端產(chǎn)物 H單獨(dú)過量時(shí)，抑制 AB酶活性的 40％，剩余酶活性為 60％，如果末端產(chǎn)物 Z單獨(dú)過量時(shí)抑制 AB酶活性的 30％，當(dāng) HZ同時(shí)過量時(shí)，其抑制活性為： 40％十門一 40％） x30％＝ 58％。累積反饋抑制最早是在大腸桿菌的谷氨酸胺合成酶的調(diào)節(jié)過程中發(fā)現(xiàn)的，該酶受 8個(gè)最終產(chǎn)物的積累反饋抑制。8個(gè)最終產(chǎn)物同時(shí)過量時(shí)，酶活力完全被抑制。