第六章微生物的代謝

第六章微生物的代謝第1頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述1.代謝：是生物體內(nèi)所進行的所有生化反應的總和，包括分解代謝和合成代謝。2.分解代謝：指細胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)，并在這個過程中產(chǎn)生能量。3.合成代謝：指細胞利用小分子物質(zhì)合成大分子物質(zhì)、同時吸收能量的反應。第2頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月代謝和氧化還原反應第3頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第4頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月異養(yǎng)微生物分解代謝的三個階段：第一階段：將大分子營養(yǎng)物質(zhì)降解成氨基酸、單糖及脂肪酸等小分子物質(zhì)。第二階段：將第一階段產(chǎn)物進一步降解成更為簡單的乙酰輔酶A、丙酮酸以及能進入三羧酸循環(huán)的某些中間產(chǎn)物，在這個階段會產(chǎn)生一些ATP、NADH及FADH2。在沒有氧氣時，丙酮酸繼續(xù)發(fā)酵。第三階段：是通過三羧酸循環(huán)將第二階段產(chǎn)物完全降解生成CO2，并產(chǎn)生ATP、NADH及FADH2。第二和第三階段產(chǎn)生的NADH和FADH2通過電子傳遞鏈被氧化，可產(chǎn)生大量的ATP。

第5頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)淀粉的分解：淀粉酶將淀粉分解為葡萄糖第二節(jié)微生物對有機物的分解一.不含氮有機物的分解(二)纖維素和半纖維素的分解天然纖維素C1酶

短鏈纖維素Cx酶

纖維寡糖纖維二糖葡萄糖β-葡萄糖糖苷酶

葡萄糖半纖維素可以通過木聚糖酶等復合酶水解成單糖。第7頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物對有機物的分解二.蛋白質(zhì)的分解

凡含氮有機物通過微生物分解產(chǎn)生氨的作用稱為氨化作用。

蛋白質(zhì)被微生物的胞外酶分解為肽，在肽酶的作用下，肽被分解為氨基酸，氨基酸在酶的作用下可被分解成有機酸或醇、氨氣和CO2。第8頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物對有機物的分解三.含硫有機物的分解氨基酸中的甲硫氨酸和光氨酸含硫。它們被微生物分解后產(chǎn)生氨和硫化氫。硫化氫遇醋酸鉛或硫酸亞鐵時產(chǎn)生黑色沉淀。第9頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)微生物的產(chǎn)能代謝微生物的產(chǎn)能代謝是指物質(zhì)在生物體內(nèi)經(jīng)過一些列連續(xù)的氧化還原反應，逐步分解并釋放能量的過程，又稱生物氧化。

釋放的能量可被微生物直接利用，也可通過能量轉(zhuǎn)換貯存在高能化合物如ATP中，以逐步被利用；還有一部分能量以熱的形式釋放到環(huán)境中。第10頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月一.化能異養(yǎng)型微生物的產(chǎn)能代謝（一）發(fā)酵

微生物細胞將有機物氧化釋放的電子直接交給底物本身未完全氧化的某種中間產(chǎn)物，同時釋放能量并產(chǎn)生各種不同代謝產(chǎn)物的過程。第11頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月一.化能異養(yǎng)型微生物的產(chǎn)能代謝1.代謝途徑（1）EMP途徑

EMP途徑不需要氧氣，有氧或無氧都能發(fā)生。EMP途徑包括10步2個階段：第一階段（1-6步）：生成2分子甘油醛-1,3-磷酸。第二階段（7-10步）：合成ATP，并形成2分子的丙酮酸。第12頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月EMP途徑第13頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月EMP途徑中重要的反應是以一分子葡萄糖為底物，約經(jīng)過10步反應而產(chǎn)生2分子丙酮酸和2分子ATP的過程。在其總反應中，可概括成兩個階段（耗能和產(chǎn)能）、三種產(chǎn)物（2NADH+H+、丙酮酸和ATP）和10個反應步驟。第14頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)EMP的替代途徑名稱微生物能量HMP途徑大腸桿菌（Escherichiacoli）枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）ED途徑假單胞菌（Pseudomonas）1ATP磷酸解酮酶途徑明串珠菌（Leuconostocmesenteroides）1-3ATP第16頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)微生物的產(chǎn)能代謝2.發(fā)酵類型

最重要和最常發(fā)生的發(fā)酵途徑是單純?nèi)樗岚l(fā)酵和酒精發(fā)酵。（1）單純?nèi)樗岚l(fā)酵：乳酸菌（2）乙醇發(fā)酵：酵母菌（3）丁酸丁醇發(fā)酵：破傷風梭菌（4）丙酸發(fā)酵：厭氧菌（5）丁二醇發(fā)酵：肺炎克雷伯氏菌（6）混合酸發(fā)酵：大腸桿菌第21頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)微生物的產(chǎn)能代謝三.呼吸作用

微生物在降解底物的過程中，將釋放出來的電子交給NAD(P）、FAD或FMN等電子載體，再經(jīng)電子傳遞鏈傳給外源電子受體，從而生成水或其它還原型產(chǎn)物并釋放出能量的過程。呼吸作用分為有氧呼吸和無氧呼吸。有氧呼吸：以分子氧作為最終電子受體的呼吸。無氧呼吸：以氧化型化合物作為最終電子受體

的呼吸。第24頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）有氧呼吸——三羧酸循環(huán)第25頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月三羧酸循環(huán)——電子傳遞鏈一系列嵌于細菌細胞膜的載體化合物。通過電子傳遞鏈，每代謝一分子葡萄糖產(chǎn)生38個ATP。第26頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）無氧呼吸第28頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)微生物的產(chǎn)能代謝四.其他代謝途徑1.光能自養(yǎng)

厭氧光合細菌進行循環(huán)光合磷酸化產(chǎn)生能量；藍細菌通過非循環(huán)光合磷酸化產(chǎn)生能量。第29頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)微生物的產(chǎn)能代謝四.其他代謝途徑2.光能異養(yǎng)

利用光能，但是需要有機物作為碳源。這類細菌包括非硫細菌、紫色或綠色細菌。

第30頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)微生物的產(chǎn)能代謝四.其他代謝途徑3.化能自養(yǎng)化能自養(yǎng)型微生物中，其ATP是通過氧化還原態(tài)無機物產(chǎn)生的，其NAD(P)H2是通過消耗ATP將無機氫（H++e）逆呼吸鏈傳遞產(chǎn)生的。第31頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月亞硝酸的氧化

Nitorbacter（硝化桿菌屬）以亞硝酸作為能源，將NO2－氧化為NO3－獲得能量，用同位素18O分析實驗證明，在NO2－氧化為NO3－過程中，氧來自水分子而非空氣。NO2－

+H2O——→H2ONO2－

——→NO3－

+2H++2e第32頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)微生物的耗能代謝

——生物固氮

一.生物固氮某些原核微生物（例如，根瘤菌）將空氣中的氮氣(N2)轉(zhuǎn)化為可供植物利用的氨(NH3)的過程叫生物固氮。二.生物固氮菌1.能獨立生存的自生固氮微生物，包括細菌、放線菌類微生物和藍藻等；2.在植物細胞間生活固氮的聯(lián)合固氮菌：產(chǎn)堿桿菌3.其它植物共生的共生固氮微生物，如根瘤菌。第33頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月生物固氮占：75%大氣氮：約1015噸雷電、車輛尾氣等：占5%工業(yè)固氮約占20%第34頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月三.根瘤菌生物固氮原理（一）根瘤的形成第35頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月類黃酮1.引誘第36頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月2.根毛彎曲第37頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月3.侵入線形成第38頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月4.根瘤菌釋放第39頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月5.類菌體的形成第40頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月6.根瘤形成第41頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.固氮酶的性質(zhì)

含鉬鐵蛋白和鐵蛋白,對氧敏感,