第五章 微生物的代谢与发酵ppt课件.ppt

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1、Chap5微生物的新陈代谢●能量代谢●分解代谢和合成代谢的联系●微生物独特的合成代谢●代谢调节与发酵●细胞代谢简化图§1.微生物能量代谢一、化能异养微生物的生物氧化和产能（一）生物底物脱氢的主要途径●ED途径（糖酵解替代途径）●ED途径概貌●总反应式：C6H12O6+Pi+NADP++NAD+→2CH3COCOOH+ATP+NADPH+H++NADH+H+特点：1）KDPG裂解关键反应2）特征酶：KDPG醛缩酶3）2丙酮酸分别来自KDPG裂解和3-磷甘油醛的转化4）产能低（1molATP+NADPH+NADH/1molGlucose）●生物学

2、意义1）EMP途径的替代途径2)协调EMP、HMP、TCA途径3）进行细菌酒精发酵●酒精发酵途径:酵母菌:葡萄糖→1,6-二磷酸果糖→3-磷酸甘油醛、磷酸二羟丙酮→→丙酮酸→乙醛→2乙醇细菌：葡萄糖→KDPG→丙酮酸、3-磷酸甘油醛→2丙酮酸→乙醛→2乙醇·（二）生物氧化中递氢和受氢●依据受氢体性质不同，生物氧化分：呼吸、无氧呼吸和发酵三种类型。1、呼吸（respiration）●呼吸链最终受氢体（O2）原核生物P/O=22、无氧呼吸（anaerobicrespiration）又称厌氧呼吸，一类呼吸链末端氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化

3、物）的生物氧化。主要微生物类群：----反硝化细菌----反硫化细菌----甲烷细菌等●无机氧化物为受氢体●有机物为受氢体3、发酵（fermentation）●定义广义：利用微生物生产有用代谢产物的一类生产方式。狭义：在无氧条件干，底物脱干的氢未经呼吸链而直接交给某一内源性中间代谢物，以实现底物水平磷酸化的生物氧化反应。（1）由EMP途径中丙酮酸出发的发酵（6种类型）（2）通过HMP途径的发酵A.异型乳酸发酵经典途径（磷酸转酮酶途径）B.异型乳酸发酵双歧杆菌途径●双歧杆菌途径(主要部分)（3）通过ED途径的发酵（4）氨基酸发酵产能（Stick

4、land反应）●底物水平磷酸化二、自养微生物产ATP和产还原力(一)化能自养微生物●ATP和NADPH的产生E°َ-0.0600.260.280.82●还原性无机物氧化直接与呼吸链相联。其过程比异养菌（经EMP/TCA等）简单。●呼吸链的组分多样化。●产能效率（P/O）比异养菌低。2、化能自养菌氧化产能的特点：（二）光能营养微生物1非循环光合磷酸化-------产氧光合作用特点：1）电子传递非循环2）有氧干进行（光解水产氧）3）PSI和PSII两个光合系统4）反应中同时产生ATP和NADPH5）H+质子来源于水的光解●细菌光合作用器●光合细菌

5、培养物2.循环光合磷酸化1)电子传递循环方式2)产ATP和NAD(P)H分别进行3)不光解水、不产氧4）还原力来自H2S、H2无机或有机物----不产氧光合微生物●光合细菌(红螺菌目)Bacteriathatcontainbacteriochlorophyllandcanuselightasanenergysource.WhengrowingunderilluminationtheorganismareanaerobicAnddonotevolveo2duringphotosynthesis.somearealsocapableofgrowi

6、nginthedarkbyRespiringwithoxygen.3、嗜盐菌紫膜光合磷酸化紫膜：在低氧时，某些嗜盐菌合成含有菌视紫红质蛋白的细胞膜，因颜色呈紫色，故称为紫膜。●紫膜光合磷酸化（质子泵作用）§2分解代谢和合成代谢的关系●两用代谢途径●代谢物回补顺序能补充两用代谢途径中因合成而消耗的中间产物的那些反应。●乙醛酸循环§3微生物独特合成途径一.自养微生物的CO2固定●Calvin循环●厌氧乙酰—COA途径●逆向TCA循环●羟基丙酸途径●Calvin循环（略）6CO2通过Calvin循环产生1果糖6磷酸2）核酮糖二磷酸羧化酶、磷酸核酮糖

7、激酶为特征性酶3）自养菌（生物）固定CO2的主要途径●厌氧乙酰-辅酶A途径●逆向TCA循环二、生物固氮大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程。生物固氮：130×106吨工业固氮：50×106吨（一）固氮微生物1.自生固氮菌（Aztobacteria）2.共生固氮菌（豆科植物）Rhizobium（非豆科植物）3.联合固氮必须生长在植物根际、叶面或动物肠道等处才能进行固氮的微生物。●Frankia二、固氮的生化机制N2+8[H]+18~24ATP→2NH3+18-24ADP+18~24Pi1.条件●ATP●还原力和传递载体：NADP

8、HFd、Fld●还原底物（N2）●Mg+●厌氧微环境●固氮酶2.活力测定—乙炔还原法3固氮的生化途径●氨的去路4.固氮酶的产氢反应（2H+→H2）（三）固氮酶避氧机