第五章 微生物的代谢与发酵ppt课件.ppt

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1、Chap5微生物的新陈代谢主要内容：●微生物独特的能量代谢●微生物独特的合成途径●发酵与代谢调节§1.微生物能量代谢一、化能异养微生物的生物氧化和产能●生物氧化的主要途径和类型途径：脱氢、递氢和受氢类型(受氢体不同）：----(好氧）呼吸----无氧呼吸----发酵（一）底物脱氢的主要途径生物共有的三个主流产能途径（EMP、HMP、TCA）1、糖酵解途径（EMP）2、磷酸戊糖途径（HMP）3、三羧酸循环（TCA）丙酮酸3CO2+4（NADH+H+）+FADH2+ATP4、ED途径（糖酵解替代途径）●微生物独特产能途径●ED途

2、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）产能较低（1molATP+NADPH+NADH/1molGlucose）●生物学意义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2010年，中国生物乙醇500万吨,成本低于3000元/吨●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

3、酮→→丙酮酸→乙醛→2乙醇细菌：葡萄糖→6-磷酸葡糖酸→KDPG→丙酮酸(3-磷酸甘油醛→丙酮酸)→乙醛→2乙醇●细菌酒精发酵代谢速率高、转化率高、副产物少、发酵温度较高；但pH较高、较易染菌、耐乙醇能力较低。建议读物：·（二）递氢和受氢●依据受氢体性质不同，生物氧化分为：呼吸(有氧呼吸）、无氧呼吸和发酵三种类型。1、呼吸●好氧M产能方式●呼吸链最终受氢体（O2）原核生物P/O较低2、无氧呼吸又称厌氧呼吸，一类呼吸链末端受氢体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。主要微生物类群：----反硝化细菌----反硫化细菌--

4、--甲烷细菌----某些兼性厌氧菌●无机氧化物为受氢体●有机氧化物为受氢体NO3●无氧呼吸[如：硝酸盐(呼吸)异化还原]在无氧条件下，某些兼性厌氧微生物无氧呼吸时利用硝酸盐为受氢体还原为亚硝酸、NO,N2O或氮气的过程。●硝酸盐异化还原特点---某些兼性厌氧微生物在无氧时，利用硝酸盐为受氢体的产能方式，产能较低；---还原形成的亚硝酸盐通常会进一步还原为N2；---对卫生、环保、农业（肥力）的影响与利用●反硝化作用：微生物在厌氧呼吸中把硝酸盐或亚硝酸还原为气态氮(氮气)的过程。（注意：不同于硝酸盐异化还原）●硝酸盐同化还原硝酸

5、盐为微生物吸收还原为氨态氮的过程。DentrificationTheformationofgaseousnitrogenorgaseousnitrogenoxidesfromnitrateornitritebymicroorganisms.●硫酸盐呼吸：在无氧条件下，某些厌氧或兼性厌氧微生物无氧呼吸时利用硫酸盐为受氢体还原为H2S的过程。APS：腺苷酰磷酸总结：●无氧呼吸是厌氧和兼性厌氧微生物的一种产能反应，不同于好氧呼吸，底物脱下的氢经呼吸链传递给无机氧化物或有机氧化物；产能较少。●硝酸盐异化还原由兼性微生物进行的无氧呼吸，为

6、硝酸盐还原为亚硝酸或氮气的过程。●反硝化作用：厌氧呼吸中硝酸盐还原为氮气的过程。●自然界中进行无氧呼吸的主要方式还包括硫酸盐呼吸、硫呼吸、碳酸盐呼吸、铁呼吸等。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：在无氧条件下，底物脱下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。●发酵示意图3-P甘油醛丙酮酸乳酸1,3-二磷甘油酸产能反应（底物水平磷酸化）（1）由EMP途径中丙酮酸出发的发酵（乙醇发酵、乳酸（同型）发酵、丙酸发酵）混合酸发酵（甲酸、乙

7、酸、乙醇、CO2、H2）2,3丁二醇发酵丁酸发酵(丁酸；丙酮、丁醇；异丙醇等）V.P.试验：某些微生物利用丙酮酸产生乙酰甲基甲醇，在碱性条件下脱氢形成二乙酰，与胍基化合物产生红色反应，可用于某些细菌的鉴定。（2）通过HMP途径的发酵◆异型乳酸发酵（产物：乳酸、乙醇、CO2等）A.异型乳酸发酵经典途径（磷酸转酮酶途径）葡萄糖为原料:核糖为原料:产物为乳酸,乙酸,H20,ATPB.异型乳酸发酵双歧杆菌途径(主要部分)关键酶：木酮糖磷酸转酮酶乙酸来源:（3）通过ED途径的发酵（细菌酒精发酵）（4）氨基酸发酵产能（Stickla

8、nd反应)●丙氨酸氧化与甘氨酸还原的偶联（丙酮酸+2甘氨酸3乙酸+ATP）总结：●发酵为厌氧或兼性厌氧微生物在无氧下的底物水平磷酸化的产能反应；●主要途径包括经EMP、HMP、ED途径和Stickland反应的发酵；如经EMP的6条发酵途径、VP反应；HMP的