微生物M代谢专业知识讲座.pptx

代谢概论新陈代谢：发生在活细胞中各种分解代谢（catabolism）和合成代谢（anabolism）总和。新陈代谢=分解代谢+合成代谢分解代谢：指复杂有机物分子经过分解代谢酶系催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式能量和还原力作用过程。合成代谢：指在合成代谢酶系催化下，由简单小分子、ATP形式能量和还原力一起合成复杂大分子过程。中间代谢产物按物质转化方式分：分解代谢：指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。合成代谢：是指细胞利用简单小分子物质合成复杂大分子过程。在这个过程中要消耗能量。一、概述能量代谢是新陈代谢中关键问题。中心任务：把外界环境中各种初级能源转换成对一切生命活动都能使用能源——ATP。1、化能异养微生物生物氧化和产能过程：脱氢（或电子）递氢（或电子）受氢（或电子）功效：产能（ATP）、还原力[H]、小分子中间代谢产物等。生物氧化形式：某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种2、化能自养微生物生物氧化与产能通常是化能自养型细菌，普通是好氧菌。利用卡尔文循环固定C02作为它们碳源。其产能路径主要也是借助于无机电子供体(能源物质)氧化，从无机物脱下氢(电子)直接进入呼吸链经过氧化磷酸化产生ATP。代谢特点1）无机底物脱下氢（电子）从对应位置直接进入呼吸链2）存在各种呼吸链3）产能效率低；4）生长迟缓，产细胞率低。3、光能自养或异氧微生物产能代谢指含有捕捉光能并将它用于合成ATP和产生NADH或NADPH微生物。分为不产氧光合微生物和产氧光合微生物。前者利用还原态无机物H2S，H2或有机物作还原C02氢供体以生成NADH和NADPH。后者由H2O分子光解产物H+和电子形成还原力(NADPH+H+)二、葡萄糖降解代谢路径（EMP、HMP、ED、PK路径等。）1）EMP路径（糖酵解路径、己糖二磷酸路径）葡萄糖2丙酮酸有氧：EMP路径与TCA路径连接；无氧：还原一些代谢产物，(专性厌氧微生物)产能唯一路径。产能：（底物磷酸化）产能：（1）1，3—P--甘油醛3—P--甘油酸+ATP；（2）PEP丙酮酸+ATP葡萄糖酵解作用(又称：Embden-Meyerhof-Parnas路径，简称：EMP路径)EMP路径关键步骤磷酸果糖激酶分为两个阶段：1、3个分子6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶等催化下经氧化脱羧生成6个分子NADPH+H+，3个分子CO2和3个分子5-磷酸核酮糖2、5-磷酸核酮糖在转酮酶和转醛酶催化下使部分碳链进行相互转换，经三碳、四碳、七碳和磷酸酯等，最终生成2分子6-磷酸果糖和1分子3-磷酸甘油醛。6-磷酸果糖出路：可被转变重新形成6-磷酸葡糖，回到磷酸戊糖路径。甘油醛-3-磷酸出路：a、经EMP路径，转化成丙酮酸，进入TCA路径b、变成己糖磷酸，回到磷酸戊糖路径。总反应式：66-磷酸葡萄糖+12NADP++6H2O→56-磷酸葡萄糖+6CO2+12NADPH+12H++Pi特点：a、不经EMP路径和TCA循环而得到彻底氧化，无ATP生成；b、产大量NADPH+H+还原力；c、产各种不一样长度主要中间物（5-磷酸核糖、4-磷酸-赤藓糖）；d、单独HMP路径较少，普通与EMP路径同存；e、HMP路径是戊糖代谢主要路径。HMP路径生理学意义3）ED路径——2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解路径1952年Entner-Doudoroff：嗜糖假单胞菌过程：（4步反应）1葡萄糖6-磷酸-葡萄糖6-磷酸-葡糖酸特点:a、步骤简单b、产能效率低：1ATPc、关键中间产物KDPG特征酶：KDPG醛缩酶细菌：铜绿假单胞菌、荧光假单胞菌、根瘤菌、固氮菌、运动发酵单胞菌等。4）PK路径（磷酸酮解酶路径）G6-磷酸-果糖TCA循环主要特点1、定义广义：利用微生物生产有用代谢产物一个生产方式。狭义：厌氧条件下，以本身内部一些中间代谢产物作为最终氢（电子）受体产能过程特点：1）经过底物水平磷酸化产ATP；2）葡萄糖氧化不彻底，大部分能量存在于发酵产物中；3）产能率低；4）产各种发酵产物。发酵定义（1）狭义“发酵”定义在生物化学或生理学上发酵是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量一个方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳。同时取得能量，丙酮酸被还原为乳酸而取得能量等等。（2）广义“发酵”定义工业上所称发酵是泛指利用生物细胞制造一些产品或净化环境过程，它包含厌氧培养生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等生产。产品现有细胞代谢产物，也包含菌体细胞、酶等。发酵类型依据发酵特点和微生物对氧不一样需要，能够将发酵分成若干类型：1，按发酵原料来区分：糖类物