工业微生物的代谢调控和代谢产物

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1、新陈代谢（metabolism）简称代谢，是推动生物一切生命活动的动力源，通常泛指发生在活细胞中的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢（anabolism）的总和，即：新陈代谢＝分解代谢＋合成代谢微生物的代谢调控分解代谢又称异化作用，是指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化产生简单分子、能量（一般以腺苷三磷酸即ATP形式存在）和还原力（reducingpower，或称还原当量，一般用[H]来表示）的作用。合成代谢又称同化作用，是指在合成酶系的催化下，由简单分子、ATP形式的能量和还原力一起，共同合成复杂的生物大分子的过程。复杂分子（有机物）分解代谢合成代谢

2、简单小分子ATP[H]一切生物，在其新陈代谢的本质上具有高度的统一性和明显的多样性。根据代谢过程中产生的代谢产物对生物体的作用不同，可分为：初级代谢次级代谢初级代谢：把营养物质转变成细胞的结构物质，或对机体具生理活性的物质，或为机体生长提供能量的物质的一类代谢类型。初级代谢对生命活动是必须的，它存在于一切生物体内。①供机体进行生物合成的各种小分子前体物、单体和多聚体物质，例如丙酮酸、各种氨基酸、核苷酸等。②在能量代谢和代谢调节中起作用的各种物质，例如ATP。初级代谢的产物称为初级代谢产物，具体包括：次级代谢：微生物在一定的生长时期（一般是稳定生长时期），以初级代谢产物

3、为前体，合成一些对微生物的生命活动没有明确功能的物质的过程。次级代谢并不普遍存在于生物界，也不存在于整个生长时期，即次级代谢并非生命活动所必须的。但次级代谢产物对人类是很重要的，例如抗生素、生长刺激素、色素、生物碱等。一切生命活动都是耗能反应，能量代谢就成了新陈代谢中的核心问题。研究能量代谢的根本目的，是追踪生物体如何把外界环境中的多种形式的最初能源（primaryenergysources）转换成对一切生命活动都能利用的通用能源（universalenergysource）------ATP。微生物的能量代谢最初能源有机物还原态无机物日光化能异养微生物化能自养微生物

4、光能营养微生物通用能源（ATP）生物氧化的形式脱氢失去电子某物质与氧结合生物氧化的过程递氢（或电子）受氢（或电子）脱氢（或电子）化能异养微生物的生物氧化和产能生物氧化（biologicaloxidation）：就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。生物氧化的类型无氧呼吸发酵呼吸生物氧化的功能产还原力［H］产小分子中间代谢物产能（ATP）底物脱氢的四条途径HMP途径ED途径TCA循环link1以葡萄糖作为生物氧化的典型底物，它在脱氢阶段主要可通过4条途径完成其脱氢反应，并伴随还原力[H]和能量的产生。EMP途径1.EMP途径（Embdem-Meyerhof-P

5、arnasPathway）EMP途径又称糖酵解途径（glycolysis）或己糖二磷酸途径（hexosediphosphatepathway），是绝大多数生物所共有的一条主流代谢途径。EMP途径的总反应式为：C6H12O6＋2NAD+＋2ADP＋2Pi→2CH3COCOOH＋2NADH＋2H+＋2ATP＋2H2O在其终产物中，2NADH＋H+在有氧条件下，可经呼吸链的氧化磷酸化反应产生6ATP；在无氧条件下，则可还原丙酮酸产生乳酸或还原丙酮酸的脱羧产物——乙醛还原成乙醇。1、EMP途径（糖酵解）EMP途径是多种微生物所具有的代谢途径，其产能效率虽低，但其生理功能极其重

6、要：①供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原力；②是连接其他几个重要代谢途径的桥梁，包括三羧酸循环（TCA）、HMP途径和ED途径等；③微生物合成提供多种中间代谢物；④通过逆向反应进行多糖合成。从微生物发酵生产的角度来看，EMP途径与乙醇、乳酸、甘油、丙酮和丁醇等的发酵生产关系密切。2.HMP途径（hexosemonophosphatepathway）HMP途径即已糖—磷酸途径、己糖—磷酸支路（shunt）、戊糖磷酸途径（pentosephosphatepathway）、磷酸葡萄糖酸途径（phosphogluconatepathway）或WD途径（Warburg-

7、Dickenspathway）。HMP途径的总反应式为：6葡糖-6-磷酸＋12NADP+＋6H2O→5葡糖-6-磷酸＋12NADPH＋12H+＋12CO2＋Pi2、HMP途径HMP途径在微生物生命活动中有着极其重要的意义，具体表现在：①供应合成原料：为核酸、核苷酸、NAD(P)+、FAD(FMN)和CoA等的生物合成提供戊糖-磷酸；途径中的赤藓糖-4-磷酸是合成芳香族、杂环族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸）的原料；②产还原力：产生大量的NADPH2形式的还原力，不仅可供脂肪酸、固醇等生物合成之需，还可供通过呼吸链产生大量能量之需；③作为固定