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第五章 微生物新陈代谢
微生物的新陈代谢
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新陈代谢概念
新陈代谢：简称代谢(metabolism)，是活细胞中一切有序化学反应总和。包含分解代谢和合成代谢。
分解代谢酶系
复杂分子 产物中2分子丙酮酸分别来自KDPG裂解和3-磷甘油醛转化；
④产能较低（1mol ATP+NADPH+NADH/1mol Glucose）。
ED路径生物意义：
ED路径发酵生产乙醇——细菌酒精发酵，不一样于酵
母菌经过EMP路径形成乙醇机制。
优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成少，代谢副
产物少，发酵温度高，无须定时供氧等。
缺点：生长PH高（细菌PH5，酵母菌PH3），易染杂菌，
对乙醇耐受力低（细菌7％，酵母菌8％～10％）等。
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含有ED路径微生物
革兰氏阴性菌中分布较广
Pseudomonas saccharophila (嗜糖假单胞杆菌)
(铜绿假单胞杆菌)
(荧光假单胞杆菌)
(林氏假单胞菌)
(运动发酵单胞菌)
Alcaligens eutrophus (真氧产碱菌)
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4. TCA循环
即三羧酸循环，又称Krebs循环、柠檬酸循环。
丙酮酸经过一系列循环式反应而彻底氧化脱羧，形成CO2、H2O和NADH2过程。在各种好氧微生物中普遍存在。在真核微生物中在线粒体（基质）内进行；在原核生物中在细胞质中进行。
丙酮酸3CO2+4（NADH+H+）+FADH2 +ATP
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丙酮酸在进入三羧酸循环之先要脱羧生成乙酰CoA，乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸再进入三羧酸循环。
循环结果是乙酰CoA被彻底氧化成CO2和H2O，每氧化1分子乙酰CoA可产生12分子ATP，草酰乙酸参加反应而本身并不消耗。
TCA循环路径概貌
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TCA循环特点和意义
TCA路径特点：
①氧虽不直接参加反应，但必须在有氧条件下进行（NAD+和FAD再生时需氧）；
②每分子丙酮酸可产4分子NADH2、1分子FADH2、1分子GTP，共相当于15 分子ATP，产能效率极高。
③位于一切分解代谢和合成代谢枢纽地位，可为微生物生物合成提供各种碳架原料。
TCA路径对于生产实践意义：
与发酵生产紧密相关（柠檬酸、苹果酸、谷氨酸、延胡索酸、琥珀酸等）。
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葡萄糖经不一样路径脱氢后产能效率
产能形式
EMP
HMP
ED
EMP+TCA
ATP
GTP
2
1
2
2(2ATP)
NADH+H+
2(=6ATP)
1(=3ATP)
2+8*(=30ATP)
NADPH+H+
12(=36ATP)
1(=3ATP)
FADH2
2(=4ATP)
净产ATP
8
35**
7
36~38***
*在TCA循环异柠檬酸至-酮戊二酸反应中，有微生物产生是NADPH+H+
**在葡萄糖转变为葡糖-6-磷酸过程中消耗1ATP
***真核生物呼吸链组分在线粒体膜上，NADH+H+进入线粒体要消耗2ATP
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(二) 递氢和受氢
葡萄糖经四条路径脱下氢，经过呼吸链（电子传递链）等方式传递，最终与氧、无机物或有机物等氢受体结合并释放出其中能量。
依据递氢特点尤其是氢受体性质不一样，可把生物氧化分为：呼吸、无氧呼吸、发酵三种类型。
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1. 呼 吸
底物按常规方式脱氢后，经完整呼吸链(又称电子传递链)递氢，最终由分子氧接收氢并产生水和释放能量(ATP)过程。
因为呼吸必须在有氧条件下进行，所以又称有氧呼吸(aerobic respiration)。是一个最普遍又主要生物氧化或产能方式。
特点:
有电子传递链(呼吸链)；
因氧化彻底，产能多；
最终电子受体是分子态氧；
能量产生，有底物水平磷酸化，也有电子传递水平磷酸化。
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经典呼吸链
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呼吸过程
葡萄糖经过糖酵解（EMP路径）作用形成丙酮酸，丙酮酸进入三羧酸循环(简称TCA循环)，被彻底氧化生成CO2和水，同时释放大量能量。
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2. 无氧呼吸
一些厌氧菌和兼性厌氧菌在无氧条件下进行、呼吸链末端氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）生物氧化。产能效率较低。
特点：
1) 底物按常规脱下氢经部分呼吸链传递；
2) 最终由氧化态无机物或有机物受氢；
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