【正文】 膜外 膜內(nèi) ATP 1978 Nobel 獎 B 、氧化磷酸化 氧化磷酸化 ———— 營養(yǎng)物質(zhì)在生物氧化過程中形成的 NAD(P)H和 FADH2， 通過電子傳遞鏈將氫和電子傳遞給氧或其他氧化型物質(zhì)，同時偶聯(lián)著 ATP的形成，這種產(chǎn)生 ATP的方式，即 氧化磷酸化。 它是一種定向有序的、氧化還原電勢按照有低到高順序排列的氫和電子的傳遞系統(tǒng)。 TCA循環(huán) 葡萄糖經(jīng)不同脫氫途徑后的產(chǎn)能效率的特點和差別 （二）遞氫和受氫 有氧呼吸（ respiration） 又稱好氧呼吸，是一種最普遍又最重要的生物氧化或產(chǎn)能方式，其特點是底物常規(guī)方式脫氫后，脫下的氫經(jīng)完整的 呼吸鏈 又稱 電子傳遞鏈 傳遞，最終被外源分子氧接受，產(chǎn)生了水并釋放出 ATP形式的能量。它既起著聯(lián)系糖、蛋白質(zhì)、與脂肪代謝的橋梁作用，又為很多重要物質(zhì)的合成代謝提供各種碳架的原料。 ? 1分子葡萄糖經(jīng)磷酸己糖酮解酶途徑生成 1分子乳酸、 ATP。 PK途徑： 5－ P－木酮糖 磷酸戊糖解酮酶 乙酰磷酸 3磷酸甘油醛 乙酸 乳酸 2葡萄糖 HK途徑： 5－ P－木酮糖 乙酰磷酸 4磷酸赤鮮糖 在磷酸己糖酮解酶途徑中，由磷酸解酮酶催化的反應有兩步：① 1分子 6磷酸果糖 由 磷酸己糖酮解酶 催化裂解 為 4磷酸赤鮮糖 和 乙酰磷酸 ；② 另 1分子 6磷酸果糖 則與 4磷酸赤鮮糖反應生成 2分子 磷酸戊糖 ，而其中 1分子 5磷酸核糖 在磷酸戊糖酮解酶 催化下分解成 3磷酸甘油醛 和乙酰磷酸 。 4 磷酸解酮酶途徑 ? 磷酸戊糖酮解酶途徑的關鍵反應為 5磷酸木酮糖裂解成乙酰磷酸和 3磷酸甘油醛，關鍵酶是磷酸戊糖酮解酶，乙酰磷酸通過進一步反應生成乙酸 ， 3磷酸甘油醛經(jīng)丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸。PK途徑又有磷酸戊糖酮解酶途徑和磷酸己糖酮解酶途徑之分。其結(jié)果和EMP途徑一樣，都自每分子葡萄糖產(chǎn)生兩分子丙酮酸； 但 2個丙酮酸的來歷不同 （ 3）特征反應為： KDPG裂解為丙酮酸和 3－ P－甘油酸 （ 4）特征酶是： 2酮 3脫氧 6磷酸葡萄糖酸醛縮酶 （ 5）反應步驟簡單，產(chǎn)能效率低產(chǎn)生能量的水平只有的 EMP途 徑 一半 (1分子 ATP)； （ 6）由此產(chǎn)生的乙醇發(fā)酵為 細菌酒精 ED 途徑特點： 4 磷酸解酮酶途徑 這條途徑是由 Warburg、 Dickens、Horecher等人發(fā)現(xiàn)的，又稱 WD途徑 ，又因特征酶是 磷酸解酮酶 ，所以又稱磷酸解酮酶途逕 。 ED途徑過程： 葡萄糖 → → → KDPG 甘油醛 3磷酸 丙酮酸 → 丙酮酸 EMP KDPG 醛縮酶 （ 1）僅在細菌中（假單胞菌屬）被發(fā)現(xiàn)； （ 2）葡萄糖經(jīng)轉(zhuǎn)化成 2酮 3脫氧 6磷酸葡萄糖酸后，經(jīng)脫氧酮酸醛縮酶催化，裂解成丙酮酸和 3P甘油醛。 ED途徑結(jié)果 ： 一分子葡萄糖經(jīng) ED途徑最后生成 2分子丙酮酸 、 1分子 ATP， 1分子 NADPH、 1分 NADH。單獨具有 HMP途徑的微生物少見。如 5磷酸核（酮）糖、 4磷酸赤鮮糖等。 一般認為 HMP途徑不是產(chǎn)能途徑，而是為生物合成提供 大量還原力（ NADPH）和中間代謝產(chǎn)物。 HMP途徑與 EMP途徑有著密切的關系， HMP途徑中的 3磷酸 甘油醛可以進入 EMP途徑， — 磷酸戊糖支路。在有氧條件下， NADH2即經(jīng)呼吸鏈氧化，同時由電子傳遞鏈磷酸化生成 ATP； 丙酮酸則進入三羧酸循環(huán)被徹底氧化成 CO2和水，并生成大量的 ATP。 NADH2被重氧化的方式，因不同微生物和條件而異。 3: 不消耗氧 4: 對專性厭氧（無氧呼吸 ） 微生物來說 EMP途經(jīng)是產(chǎn)能的唯一途徑 ? EMP途徑 特點 5： 兩個 ATP是通過基質(zhì)（底物）水平磷酸化的方式產(chǎn)生(1,3二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成 3磷酸甘油酸 和 磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸 時 )，所謂基質(zhì)水平磷酸化是指基質(zhì)在氧化過程中產(chǎn)生某些含有比 ATP水解時，放出更多自由能的高能化合物中間體，這種高能物質(zhì)可以直接將鍵能交給 ADP使之磷酸化，生成 ATP。這條途徑是生物界所共有。生物氧化中以各種 有機物 為受氫體的稱為 發(fā)酵 。在生物氧化過程中，微生物的營養(yǎng)物（如葡萄糖）經(jīng)脫氫酶作用所脫下的氫，需經(jīng)過一系列中間遞氫體（如輔酶 I、 輔酶 II、 黃素蛋白等）的傳遞轉(zhuǎn)運，最后將氫交給受氫體。 一、化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能 ? 微生物獲得能量的基質(zhì)主要是糖類，通過糖的氧化或酵解釋放能量，并以高能磷酸鍵的形式（ ADP、ATP） 儲存能量。而其中以 葡萄糖 最為重要。 生物氧化的過程 有脫氫（或電子）、遞氫（或電子）、和受氫（或電子） 3個階段。 微生物代謝所需能量，絕大多數(shù)是通過生物氧化作用而獲得的。 第二節(jié) 微生物的能量代謝 能量代謝是新陳代謝的核心問題 最初能源 有機物 化能異養(yǎng)菌 日 光 光能營養(yǎng)菌 無機物 化能自養(yǎng)菌 通用能源（ ATP） 與其他生物一樣微生物的能量代謝活動中所涉及的主要是 ATP形式的化學能 . 微生物代謝的顯著特點： （ 1） 代謝旺盛； （ 2） 代謝極為多樣化； （ 3） 代謝的嚴格調(diào)節(jié)和靈活性 。如食品中的肉類制品，當其中的蛋白質(zhì)腐敗時就生成二元胺類物質(zhì)。氨基酸脫羧反應通式： RCHNH2COOH → RCH 2NH2＋ CO2 氨基酸脫羧酶 2．脫羧作用 ? 一元氨基酸脫羧，產(chǎn)物是一元胺；二元氨基酸脫羧，產(chǎn)物是二元胺。 2．脫羧作用 ? 氨基酸的脫羧作用常見于許多腐敗細菌和真菌中。如丙酮酸在有氧條件下進入 TCA循環(huán)被氧化成 CO2和 H2O同時獲得能量；在無氧條件下，則進行發(fā)酵作用，生成飽和脂肪酸或醇類。如 丙氨酸與甘氨酸之間的反應。 （ 5）氧化 還原偶聯(lián)脫氮（ Stickland反應） ? 在某些梭菌和酵母菌中存在由兩種氨基酸參與的脫氨反應，其中一種是進行氧化脫氫，脫下的氫去還原另一種氨基酸，使其發(fā)生還原脫氨，兩者偶聯(lián)進行氧化還原脫氮。在食品工業(yè)中，有許多水解脫氨的實例。其通式為： ? RCHNH2COOH ＋ H2O → RCHOHCOOH ＋ NH3 ? CH3CHNH2COOH（丙氨酸） ＋ H2O → CH3CHOHCOOH（乳酸） ＋ NH3 ? 有的氨基酸在水解脫氨的同時又脫羧，結(jié)果生成少一碳原子的醇類。如梭狀芽孢桿菌可使甘氨酸還原成乙酸；使丙氨酸還原為丙酸；使天冬氨酸還原脫氨為琥珀酸。能夠進行該過程的微生物是專性厭氧菌和兼性厭氧菌。所脫下的氨具有高度的還原勢，伴隨著氨基酸的脫氨反應，發(fā)生電子傳遞磷酸化，生成 ATP，可供微生物生長所需的能量，另一方面也可為微生物生長提供氮源。微生物催化氧化脫氨的酶有兩類：一是以 FAN或 FMN為輔基的氨基酸氧化酶；另一類是氨基酸脫氫酶，以 NAD或 NADP作為氫的載體，轉(zhuǎn)給分子氧。 （ 1）氧化脫氨 ? 這種脫氨方式只有在有氧的條件下才能進行，專性厭氧菌沒有這種脫氨作用。 ? 1．脫氨作用： 脫氨作用因微生物的種類不同、分解條件不同以及氨基酸的不同，會有不同的分解方式與產(chǎn)物。在食品工業(yè)中，傳統(tǒng)的醬制品，如醬油、豆豉、腐乳等的制作也都是利用了微生物對蛋白質(zhì)的分解作用。氨基酸脫氨以后，轉(zhuǎn)變成不含氮的有機物，然后，進一步被氧化放出能量。 含氮有機物通過微生物分解產(chǎn)生氨的過程稱為 氨化作用 。這些微生物能合成與分泌幾丁質(zhì)酶，使其水解成幾丁二糖，再通過幾丁二糖酶進一步水解成 N乙酰葡萄糖胺。 （四）幾丁質(zhì)的分解代謝 ? 幾丁質(zhì)是一種由 N乙酰葡萄糖胺通過 β ，又不易分解的含氮多糖類物質(zhì)。在原果膠酶的作用下，被轉(zhuǎn)化成水可溶性的果膠；再進一步被果膠甲酯水解酶催化去掉甲酯基團，生成果膠酸，最后被果膠酸酶水解，切斷 α ，生成半乳糖醛酸。它主要是由 D半乳糖醛酸通過 α 來的直鏈高分子化合物，其分子中大部分羧基形成了甲基酯；不含甲基酯的果膠質(zhì)稱為果膠酸。 ? C1酶主要是作用于天然纖維素，使之轉(zhuǎn)變成水合非結(jié)晶纖維素； ? CX1酶是一種內(nèi)斷型的纖維素酶，它從水合非結(jié)晶纖維素分子內(nèi)部作用于 β ，生成纖維糊精與纖維二糖； CX2酶則是一種外斷型纖維素酶，它從水合非結(jié)晶纖維素分子的非還原性末端作用于 β ，逐步一個個地切斷 β ； 纖維二糖酶則是作用于纖維二糖，生成葡萄糖 。 ? 纖維素酶也是一群作用于纖維素的酶的總稱，又有纖維素酶復合物之稱。細菌中常見的纖維素分解菌有粘細菌、梭狀芽孢桿菌、瘤胃細菌等。各種類型的淀粉酶可用工業(yè)方法利用微生物來生產(chǎn)。 ? 淀粉在上述四類酶的共同作用下能完全水解為葡萄糖。 ③ 淀粉 （異淀粉酶又稱極限糊精酶）： ? 此酶專門分解淀粉分子的 α ，生成葡萄糖，它能水解 α 淀粉酶和 β 淀粉酶作用淀粉后的產(chǎn)物極限糊精。此酶也分解麥芽糖。故 β 淀粉酶的水解產(chǎn)物是麥芽糖和大分子的極限糊精。 ? β 淀粉酶也不能水解 α ，而且也不能越過此鍵起作用。這類酶至少有三種： ? ① β 淀粉酶（淀粉 ）：它是從直鏈淀粉的外端（非還原端）開始作用于 α 鍵，每次水解出一個麥芽糖分子，可將直鏈淀粉徹底水解成麥芽糖。 2．糖化型淀粉酶：這是一類酶的總稱。一些細菌（枯草）、放線菌、霉菌均能產(chǎn)生 α 淀粉酶。 α 淀粉酶不能水解 α ，以及靠近 α α ，但可越過此鍵，在分支點的較遠位直鏈內(nèi)部水解 α 糖苷鍵，因此淀粉水解的產(chǎn)物是麥芽糖、含有 6個葡萄糖單位的寡糖和帶有 α 糊精（寡糖）。 淀粉能被多種微生物分解，微生物分解淀粉的酶類很多，作用方式各異，作用后的產(chǎn)物也不同。直鏈淀粉是由許多葡萄糖單體以 α 所聚合的大分子；支鏈淀粉是由 α 成側(cè)鏈。 一、含碳有機物（多糖）的分解代謝 ? 這類有機物包括：淀粉、纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木素和芳香族化合物等。許多有機化合物包括大分子的多糖、蛋白質(zhì)、核酸、類脂以及碳氫化合物、芳香族化合物等，都可被不同類型的異養(yǎng)微生物所分解利用。 ? 這些能量用于： ? 1 合成代謝 2 微生物的運動和運輸 3 熱和光 ? 無論是分解代謝還是合成代謝，代謝途徑都是由一系列連續(xù)的酶反應構(gòu)成的，前一部反應的產(chǎn)物是后續(xù)反應的底物。 ? 合成代謝所利用的小分子物質(zhì)來源于分解代謝過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或環(huán)境中的小分子營養(yǎng)物質(zhì)。 分解代謝酶系 復 雜 分 子 （有機物） 簡單分子 + ATP + [H] 合成代謝酶系 代謝 分解代謝 (catabolism) 合成代謝 (anabolism) 第六章 微生物