江南大学微生物综合

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1、第四章微生物的代谢与调节及其人工控制新陈代谢metabolismThecomplexofphysicalandchemicalprocessesoccurringwithinalivingcellororganismthatarenecessaryforthemaintenanceoflife.Inmetabolismsomesubstancesarebrokendowntoyieldenergyforvitalprocesseswhileothersubstances,necessaryforlife,aresynthesized.合成代谢a

2、nabolism在合成酶系的催化下，由简单的小分子、能量（ATP）和还原力（[H]）一起合成复杂的生物的大分子的过程。分解代谢catabolism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(ATP)、和还原力（[H]）的过程。复杂分子(有机物)分解代谢酶系合成代谢酶系简单分子+ATP+[H]分解代谢的三个阶段将大分子的营养物质降解成氨基酸、单糖、脂肪酸等小分子物质。进一步降解成为简单的乙酰辅酶A、丙酮酸、及能进入TCA循环的中间产物。将第二阶段的产物完全降解生成CO2，并将前面形成的还原力（NADH2）通过呼吸吸链氧化、同时形成大量

3、的ATP。微生物代谢的特点多样性适应性可控性初级代谢和初级代谢产物初级代谢primarymetabolism微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程。初级代谢产物primarymetabolites包括所有与细胞合成有关的物质如：氨基酸、核苷酸、乙醇、有机酸、酶次级代谢和次级代谢产物次级代谢secondarymetabolism微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明显确切功能的物质的过程。次级代谢产物secondarymetabolites抗生素、激素、生物碱、

4、色素、维生素等第一节微生物的代谢一、微生物的能量代谢新陈代谢中的核心问题：能量代谢能量代谢的中心任务：是生物体如何把环境中多种形式的最初能源转换成为对一切生命活动都能使用的通用能源。生物体能量代谢的实质：ATP和酰基辅酶A、酰基磷酸等的生成和利用问题。即ATP的生成和利用的问题。能源的转化（一）生物氧化反应一系列酶在温和条件下按一定次序的催化放能分阶段进行释放的能量部分贮藏在能量载体中生物氧化与普通氧化反应的区别比较项目燃烧生物氧化步骤一步式快速反应多步式梯级反应条件激烈温和催化剂无酶产能形式热、光大部分为ATP能量利用率低高生物氧化反应的三个阶

5、段脱氢：一种失去电子或氢的过程电子供体：被氧化的物质电子受体：接受电子的物质递氢：电子供体氧化脱下的氢交给氢载体，并通过多个载体完成电子从供体到受体的传递不直接交给电子受体受氢：最终电子受体接受载体上电子的过程（二）电子载体自由扩散型NAD+和NADP+，氢原子的载体电极对的还原电势相同，功能不同NAD+/NADH直接参与产能反应NADP+/NADPH主要参与合成反应与细胞膜紧密结合型电子传递系统或电子传递链组成：多酶体系，一系列能够进行氧化和还原的载体分布：不对称排列在膜上，定向有序传递（三）生物能的产生借助于磷酸化反应ADP形成ATP，实现能

6、量存储1.底物水平磷酸化生物氧化过程中生成的含有高能键的化合物在酶的作用下，直接将能量转给ADP（GDP）生成ATP（GTP）存在于呼吸和发酵过程中发酵过程中唯一能量获取方式微生物代谢中的底物水平磷酸化高能化合物的底物水平磷酸化反应偶联形成的高能分子1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸ATP磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸ATP琥珀酰辅酶A→琥珀酸GTP乙酰磷酸→乙酸ATP丙酰磷酸→丙酸ATP丁酰磷酸→丁酸ATP甲酰四氢叶酸→甲酸ATP2.电子传递氧化磷酸化生物氧化中伴随着电子传递发生的磷酸化作用发生在呼吸作用（有氧或无氧）中呼吸时大多数伴随ATP的合成

7、典型的呼吸链：3分子ATP，2分子ATP（黄素蛋白起始）化学渗透学说(chemiosmotichypothesis)呼吸过程中ATP的形成3.光合磷酸化只发生在光合细胞中循环式光合磷酸化：反应产物只有ATP非循环式光合磷酸化：反应的产物是ATP、氧和NADPH循环式光合磷酸化非循环式光合磷酸化（四）微生物能量代谢的多样性能源物质的多样性能源物质在微生物中的代谢途径多样性不同环境条件下微生物产能方式的多样性不同微生物中葡萄糖降解途径的分布微生物EMP（%）HMP（%）ED（%）酿酒酵母8812－产朊假丝酵母66～8119～34－灰色链霉菌973－产

8、黄青霉7723－大肠杆菌7228－铜绿假单胞菌－2971嗜糖假单胞菌－－100枯草芽孢杆菌7426－氧化葡糖杆菌－100－真养产碱菌－－