微生物的新陈代谢

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1、第五章微生物的新陈代谢（5个学时）教学目的：通过本章的课堂教学，使学生了解微生物代谢类型的特点及多样性。（第二节分解代谢和合成代谢的联系和第四节微生物的代谢调节与发酵生产不做要求。）教学内容：微生物的能量代谢、自养微生物的生物氧化和产能化能、微生物独特代谢途径举例教学提示：重点发酵、生物固氮、肽聚糖的生物合成第五章微生物的新陈代谢新陈代谢（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。第五章微生物的新陈代谢分解代谢又称异

2、化作用，是指复杂的有机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，一般以[H]来表示)的作用；合成代谢又称同化作用，它与分解代谢正好相反，是指在合成酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和[H]形式的还原力一起，共同合成复杂的生物大分子的过程。两者间的关系为：第一节微生物的能量代谢由于一切生命活动都是耗能反应，因此，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，是要追踪生物体如何把外界环境中多种形式的最初能源（primaryene

3、rgysources）转换成对一切生命活动都能利用的通用能源(universalenergysources)-ATP的。第一节微生物的能量代谢对微生物而言，它们可利用的能源不外乎是有机物、日光辐射能和还原态无机物三大类，因此，研究其能量代谢机制，实质上就是追踪这三大类最初能源是如何一步步地转化并释放出ATP的具体生化反应过程，即：第一节微生物的能量代谢一、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。生物氧化与有机物的非生物氧化即燃烧有着若干相同点和不同点

4、，相同点是两者的总效应都是通过底物的氧化反应而释放其中的化学潜能，不同点很多，见表5-1。第一节微生物的能量代谢一、化能异养微生物的生物氧化和产能概括地说，生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢和失去电子3种；生物氧化的过程可分为脱氢(或电子)、递氢(或电子)和受氢(或电子)3个阶段；生物氧化的功能有产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物3种；生物氧化的类型则包括了呼吸、无氧呼吸和发酵3种。第一节微生物的能量代谢（一）底物脱氢的4条途径这里以葡萄糖作为生物氧化的典型底物，它在生物氧化的脱氢阶段中，可通过4条代谢途径完成其脱氢

5、反应，并伴随还原力[H]和能量的产生。若在兼用代谢途径(见第二节)的协助下，这4条代谢途径还有小分子中间代谢物的产生。第一节微生物的能量代谢（一）底物脱氢的4条途径1．EMP途径(Embden-Meyerhof-Parnaspathway)又称糖酵解途径(gIycolysis)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。它以1分子葡萄糖为底物，约经10步反应而产生2分子丙酮酸、2分子NADH+H+和2分子ATP的过程。第一节微生物的能量代谢（一）底物脱氢的4条途径1．EM

6、P途径(Embden-Meyerhof-Parnaspathway)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（氧化磷酸化），而在无氧条件下，则可把丙酮酸还原成乳酸（乳酸发酵），或把丙酮酸的脱羧产物-乙醛还原成乙醇（酒精发酵）（底物水平的磷酸化）。第一节微生物的能量代谢（一）底物脱氢的4条途径1．EMP途径意义EMP途径是多种微生物所具有的代谢途径，其产能效率虽低，但生理功能极其重要：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(丙酮酸)、HMP

7、途径（1,6-二磷酸-果糖和三磷酸甘油醛）和ED途径（6-磷酸-葡萄糖）等；③为生物合成提供多种中间代谢物；④通过逆向反应可进行多糖合成。若从EMP途径与人类生产实践的关系来看，则它与乙醇、乳酸、甘油、丙酮和丁醇等的发酵生产关系密切。第一节微生物的能量代谢（一）底物脱氢的4条途径2．HMP途径(hexosemonophosphatepathway)又称己糖-磷酸途径、己糖-磷酸支路、戊糖磷酸途径（pentosephosphatepathway）、磷酸葡萄糖途径（phosphogluconatepathway）或WD途径（Warburg-

8、Dickenspathway）。其特点是葡萄糖不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，并能产生大量NADH+H+形式的还原力以及多种重要中间代谢产物。第一节微生物的能量代谢（一）底物脱氢的4条途径1．HM