微生物的代谢重点与难点剖析代谢的概念1代谢是细胞.DOC

第七章 微生物的代谢 重点与难点剖析 代谢的概念 1、代谢是细胞内发生的所有化学反应的总称，包括分解代谢和合成代谢，分解代谢产生能量，合成代谢消耗能量。 2、生物氧化：生物体内发生的一切氧化还原反应。在生物氧化过程中释放的能量可被微生物直接利用，也可通过能量转换储存在高能化合物（如ATP）中，以便逐步被利用，还有部分能量以热的形式被释放到环境中。生物氧化的功能为：产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物。 3、异养微生物利用有机物，自养微生物则利用无机物，通过生物氧化来进行产能代谢。 二、异养微生物产能代谢 发酵 生物氧化 有氧呼吸 呼吸 无氧呼吸 1、发酵：有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。 发酵过程中有机化合物只是部分地被氧化，因此，只释放出一小部分的能量。发酵过程的氧化是与有机物的还原相偶联。被还原的有机物来自于初始发酵的分解代谢，即不需要外界提供电子受体。 发酵的种类有很多，可发酵的底物有碳水化合物、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解（glycolysis）。糖酵解是发酵的基础，主要有四种途径：EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。 主要发酵类型 （1）酵母菌乙醇发酵的三种类型 一型发酵： Glucose Pyr Alcohol 二型发酵：当环境中存在NaHSO4，与乙醛结合，而不能受氢，不能形成乙醇。 磷酸二羟丙酮 a-磷酸甘油 甘油 三型发酵：在碱性条件下，乙醛发生歧化反应 产物：乙醇、乙酸和甘油。 （2）乳酸发酵 同型乳酸发酵（EMP途径）： 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 异型乳酸发酵（PK或HK 途径，肠膜状明串珠菌） 葡萄糖 乳酸 + 乙酸或乙醇（HK 途径） 戊糖 乳酸 + 乙酸（PK途径） 两歧双歧途径（ PK+HK 途径，两歧双歧途杆菌） 葡萄糖 乳酸 + 乙酸 （Hk 和PK途径） （3）氨基酸发酵产能（Stickland 反应） 在少数厌氧梭菌如Clostridium sporogenes, 能利用一些氨基酸同时当作碳源、氮源和能源，其机制是通过部分氨基酸的氧化和另一些氨基酸的还原向偶联，这种以一种氨基酸做氢供体和以另一种氨基酸做氢受体而发生的产能的独特发酵类型，称为Stickland 反应。 作为氢供体的氨基酸：Ala; Leu, Ile, Val, Phe, Ser, His, trp 作为氢受体的氨基酸：Gly, Pro, Ori, OH-Pro, Arg, trp. 发酵中能量产生 发酵仅是专性厌氧菌和兼性厌氧菌在无氧条件下的一种生物氧化方式，产能是以底物水平磷酸化形式。 底物水平磷酸化形式：在发酵过程中形成高能磷酸键化合物，将其高能磷酸根交给ADP而生成ATP的过程. 2、呼吸作用：微生物在降解底物过程中，将释放出的电子交给NAD（P）+、FAD或FMN等电子载体，再经电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程，称为呼吸作用。 包括 有氧呼吸（aerobic respiration）：以分子氧作为最终电子受体。 无氧呼吸（anaerobic respiration）：以氧化型化合物作为最终电子受体。 (1) 有氧呼吸：葡萄糖经EMP途径和TAC循环被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。 TCA循环：电子传递系统：由一系列氢和电子传递体组成的多酶氧化还原体系。NADH、FADH以及其他还原性载体上的氢原子，以质子和电子的形式在其上进行定向传递，其组成酶系是定向有序不对称的排列在细菌的细胞质膜上或真核生物的线粒体膜上。 电子传递系统有两种功能：从电子供体接受电子并将电子传递给电子受体；二是合成ATP，并把电子传递过程中释放的部分能量保存起来。 （2）无氧呼吸：无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、CO2等无机物，或延胡索酸（fumarate）等有机物。 无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体，并在能量分级释放过程中伴随有磷酸化作用，也能产生较多的能量用于生命活动。由于部分能量随电子转移传给最终电子受体，所以生成的能量不如有氧呼吸产生的多。 硝酸盐呼吸：以硝酸盐作为最终电子受体的生物学过程，也称为硝酸盐的异化作用。有些菌可将NO2-进一步将其还原成N2，这个过程称为反硝化作用。硝酸盐还原菌的反硝化作用对农业生产及地球物质循环都具有重要意义。