微生物专题知识讲座.pptx

第一节化能异养菌产能代谢代谢（metabolism）是对细胞所进行各种生化反应总称，代谢是全部生理活动化学基础；营养是代谢物质和能量源泉；细胞内各种生化反应相互联络，各种代谢物经过生化反应相互转换，组成了细胞代谢网络；代谢路径（pathway）：生理功效相关若干个次序排列生化反应组成一条代谢路径；代谢路径反应速率（代谢通量）受到严格调控；依据代谢路径反应特点和生理功效特点，细胞内众多代谢路径可概括划分为：分解代谢（catabolism）：以氧化分解反应为特征，将大分子或复杂分子氧化分解为简单小分子，同时释放能量，为合成代谢提供前体物和能量；合成代谢（anabolism）：以还原合成反应为特征，利用小分子前体物，消耗能量，合成大分子或复杂分子；细胞经过分解代谢，将营养物质转化为小分子“碳架”、氨基供体、巯基供体、磷酸等前体物；同时产生能量（ATP）和还原力（NADPH）；也产生代谢废物；细胞经过合成代谢，利用分解代谢提供各种前体物，消耗ATP和NADPH，合成各种细胞组分（大分子、复杂分子和小分子），以及进行各种其它生理活动所需代谢产物；代谢结果表现为细胞营养、生长、发育、繁殖、衰老、凋亡等生命活动特征；生化反应类型和特点氧化还原反应是一类最主要生化反应，反应包括电子得失和能量转化；失去电子为氧化，得到为电子还原；代谢物氧化还原普通与电子载体氧化还原偶联；碳分解代谢（carboncatabolism）：异养菌部分或彻底氧化分解有机碳源，产生ATP、NAD(P)H、小分子碳架或CO2分解代谢路径；主要由以下代谢路径组成，它们组成异养菌中心碳代谢（centralcarbonmetabolism）：糖吸收糖分解代谢路径（糖酵解路径）三羧酸循环溢流代谢路径（发酵）呼吸各种有机碳源都有各自运输系统，但最终都进入中心碳代谢路径进行氧化分解；糖分解代谢路径：指氧化分解葡萄糖代谢路径：糖酵解路径：产能磷酸戊糖路径：不产能糖酵解（glycolysis）路径：将葡萄糖部分氧化分解为丙酮酸，同时底物水平磷酸化产能代谢路径；广泛存在糖酵解路径是EMP，还有存在于少部分微生物中ED路径、磷酸解酮酶路径等；因为EMP路径首先发觉，所以糖酵解路径又特指EMP；糖酵解路径（EMP）分解葡萄糖：葡萄糖+ATP→1-磷酸葡萄糖+ADP（葡萄糖激酶）1-磷酸葡萄糖→6-磷酸葡萄糖（变位酶）6-磷酸葡萄糖→6-磷酸果糖（异构酶）6-磷酸果糖+ATP→1,6-二磷酸果糖+ADP（激酶）1,6-二磷酸果糖→3-磷酸甘油醛＋磷酸二羟丙酮（醛缩酶）磷酸二羟丙酮→3-磷酸甘油醛（异构酶）氧化、释放能量、产ATP：3-磷酸甘油醛+2Pi→1,3-二磷酸甘油酸+2e+2H＋NAD＋＋2e＋2H＋→NADH＋H＋（磷酸甘油脱氢酶）1,3-2p甘油酸+ADP+Pi→3-磷酸甘油酸+ATP（激酶）3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸（变位酶）2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸（烯醇化酶）PEP+ADP+Pi→丙酮酸+ATP（丙酮酸激酶）氧化反应是主要生化反应，化合物在氧化过程中，释放高能电子和能量；释放高能电子还原氧化型电子载体，产生还原态电子载体；释放能量储存在高能化学键（磷酸键）中，形成高能化合物中间体；3-磷酸甘油醛+2Pi→1,3-二磷酸甘油酸+4e+4H＋2NAD＋＋4e＋4H＋→2NADH＋2H＋化合物在氧化分解过程中，形成高能化合物中间体高能键水解，偶联ADP磷酸化形成ATP，这种产生ATP方式叫做底物水平磷酸化；1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸＋～Pi磷酸稀醇式丙酮酸→丙酮酸＋～PiADP＋～Pi→ATP一分子葡萄糖经EMP部分氧化分解，产生两分子丙酮酸，两分子NADH，净产生两分子ATP；Glc+2ADP+2Pi+2NAD+→2Pyr+2ATP+2NADH+2H+EMP氧化分解葡萄糖，底物水平磷酸化产生ATP，为细胞提供能量；产生各种“C3”小分子碳架，提供合成代谢前体物；产生NADH，可深入经过呼吸产生ATP；也能够转化为还原力-NADPH；存在于一些发酵单胞菌、假单胞菌、固氮菌等G-菌，以及极少数G+菌中糖酵解路径；在代谢路径上，ED路径与EMP区分在于：先葡萄糖进行氧化脱水，然后再分解氧化产生丙酮酸；在生理功效上，ED路径与EMP区分在于：一分子葡萄糖经ED路径氧化分解，产两分子丙酮酸、一分子H2O、一分子NADPH和一分子NADH，净产一分子ATP；ED路径兼有产NADPH（还原力）生理功效；ED路径6-磷酸葡萄糖+NADP+→6-P葡萄糖酸+NADPH＋H＋（6-磷酸葡萄糖脱氢酶）6-P葡萄糖酸→2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸＋H2O（6-磷酸葡萄糖酸脱水酶）2-酮-3-脱氧-6-P葡萄糖酸→3-P甘油醛+丙酮酸（2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶）3-