微生物的新陈代谢.ppt

【Applicable to lecture training work report】
《微生物的新陈代谢》
第五章 微生物的新陈代谢
新陈代谢的概念
新陈代谢：简称代谢(metabolism)，是活细胞中一切有序化学反菌体生成少，代谢副
产物少，发酵温度高，不必定期供氧等。
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。
具有ED途径的微生物
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)
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的过程。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
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。
循环的结果是乙酰CoA被彻底氧化成CO2和H2O，每氧化1分子的乙酰CoA可产生12分子的ATP，草酰乙酸参与反应而本身并不消耗。
TCA循环途径概貌
TCA循环的特点和意义
TCA途径的特点：
①氧虽不直接参与反应，但必须在有氧的条件下进行（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的枢纽地位，可为微生物的生物合成提供各种碳架原料。
TCA途径对于生产实践的意义：
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）。
葡萄糖经不同途径脱氢后的产能效率
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循环的异柠檬酸至-酮戊二酸反应中，有的微生物产生的是NADPH+H+
**在葡萄糖转变为葡糖-6-磷酸过程中消耗1ATP
***真核生物的呼吸链组分在线粒体膜上，NADH+H+进入线粒体要消耗2ATP
(二) 递氢和受氢
葡萄糖经四条途径脱下的氢，通过呼吸链（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的能量。
根据递氢特点尤其是氢受体性质的不同，可把生物氧化分为：呼吸、无氧呼吸、发酵三种类型。
1. 呼 吸
底物按常规方式脱氢后，经完整的呼吸链(又称电子传递链)递氢，最终由分子氧接受氢并产生水和释放能量(ATP)的过程。
由于呼吸必须在有氧的条件下进行，因此又称有氧呼吸(aerobic respiration)。是一种最普遍又重要的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的氧；
能量的产生，有底物水平磷酸化，也有电子传递水平磷酸化。
典型的呼吸链
呼吸的过程
葡萄糖经过糖酵解（EMP途径）作用形成的丙酮酸，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。
2. 无氧呼吸
某些厌氧菌和兼性厌氧菌在无氧条件下进行的、呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。产能效率较低。
特点：
1) 底物按常规脱下的氢经部分呼吸链传递；
2) 最终由氧化态的无机物或有机物受氢；
3) 氧化磷酸化产能。
与有氧呼吸的异同：
无氧呼吸和有氧呼吸一样需要细胞色素等电子传递体，在能量分级释放过程中伴随着磷酸化作用，也能产生很多能量，但只有部分能量随电子（或H）传递给氧化物，使得生成的能量不如有氧呼吸产生得多。
无氧呼吸的类型
分类依据：呼吸链末端氢受体的不同
1）硝酸盐呼吸
反硝化细菌（兼性厌氧微生物，如地衣芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、脱氮硫杆菌等）和一些深海的原生动物能以硝酸盐作为最终氢受体，将NO3-还原成NO2-、N2O、N2等的过程。
特点：
---某些兼性厌氧微生物在无氧时，利用硝酸盐作为受氢体的产能方式