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1、第二章 微生物的基礎(chǔ)代謝能量代謝原理能量代謝原理 微生物的分解代謝微生物的分解代謝 微生物的合成代謝微生物的合成代謝 主講內(nèi)容主講內(nèi)容基本概念基本概念自養(yǎng)菌自養(yǎng)菌異養(yǎng)菌異養(yǎng)菌化能自養(yǎng)菌：化能自養(yǎng)菌：無(wú)機(jī)物為能源無(wú)機(jī)物為能源光能自養(yǎng)菌光能自養(yǎng)菌有機(jī)物為能源有機(jī)物為能源微生物代謝類(lèi)型微生物代謝類(lèi)型2.1 能量代謝原理能量代謝原理1、能量代謝的熱力學(xué)熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律 第二定律：自然界的熵的總量是增加的第二定律：自然界的熵的總量是增加的第三定律：絕對(duì)零度下所有物質(zhì)的熵為第三定律：絕對(duì)零度下所有物質(zhì)的熵為0 2、能量的產(chǎn)生與偶合3、能量的偶合化學(xué)偶合化學(xué)偶合 假說(shuō)

2、假說(shuō) 化學(xué)滲透化學(xué)滲透 偶聯(lián)假說(shuō)偶聯(lián)假說(shuō) 構(gòu)型偶合假說(shuō)構(gòu)型偶合假說(shuō) 4、用于細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)化 2.2 微生物的分解代謝微生物的分解代謝細(xì)胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)，并細(xì)胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)，并在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生能量。在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生能量。流程圖如下：流程圖如下： 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 多糖多糖 脂類(lèi)脂類(lèi) 氨基酸氨基酸 單糖單糖 甘油甘油 脂肪酸脂肪酸丙酮酸、丙酮酸、PEP、乙酰輔酶、乙酰輔酶A等等有有 氧氧CO2 ，H20，能量（三羧酸循環(huán)，能量（三羧酸循環(huán)無(wú)無(wú) 氧氧乙醇、丙酮、丁醇、乙酸、乳酸等乙醇、丙酮、丁醇、乙酸、乳酸等1、葡萄糖的分解代謝EMP途途 徑徑 HMS途徑途徑EDED途徑途

3、徑假單胞菌假單胞菌 固氮菌固氮菌根瘤菌根瘤菌糞腸球菌糞腸球菌 PK途徑磷酸解酮酶各途經(jīng)的相互關(guān)系各途經(jīng)的相互關(guān)系中中 TCATCA循循 環(huán)環(huán) a-a-酮戊二酸脫氫酶系，酮戊二酸脫氫酶系，受其產(chǎn)物受其產(chǎn)物NADHNADH、琥珀琥珀酰CoA的抑制乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)糖代謝：糖代謝： 多糖多糖寡糖寡糖單糖單糖有氧、無(wú)氧呼吸有氧、無(wú)氧呼吸 葡萄糖分解途徑葡萄糖分解途徑糖酵解（糖酵解（EMPEMP）、己糖磷酸（）、己糖磷酸（HMPHMP）、多多羅夫（）、多多羅夫（EDED）、磷酸酮糖（）、磷酸酮糖（PKPK）糖酵解（糖酵解（EMPEMP）生成能量最多生成能量最多2ATP+2NADH2ATP+2NADH不

4、產(chǎn)生嘌呤、不產(chǎn)生嘌呤、嘧啶合成前提嘧啶合成前提物。物。己糖磷酸（己糖磷酸（HMSHMS）生成生成6NADPH6NADPH提供合成核酸、提供合成核酸、吡啶核苷酸所需要吡啶核苷酸所需要的戊糖，合成芳香的戊糖，合成芳香氨基酸和維生素的氨基酸和維生素的前提物。前提物。多多羅夫（多多羅夫（EDED）獨(dú)立途徑，直接生成丙酮酸。獨(dú)立途徑，直接生成丙酮酸。生成能量少生成能量少磷酸酮糖（磷酸酮糖（PKPK）HMSHMS分支，生成能量少。分支，生成能量少。乳酸發(fā)酵細(xì)菌中。乳酸發(fā)酵細(xì)菌中。分分解解代代謝謝2、多糖和單糖的利用、多糖和單糖的利用3、厭氧代謝過(guò)程、厭氧代謝過(guò)程 發(fā)酵發(fā)酵 在生物氧化或能量代謝中，發(fā)酵僅是

5、指在無(wú)氧條件下，底物脫氫后在生物氧化或能量代謝中，發(fā)酵僅是指在無(wú)氧條件下，底物脫氫后所產(chǎn)生的還原力所產(chǎn)生的還原力H不經(jīng)過(guò)呼吸鏈傳遞而直接交給某一內(nèi)源氧化性中不經(jīng)過(guò)呼吸鏈傳遞而直接交給某一內(nèi)源氧化性中間代謝產(chǎn)物的一類(lèi)低效產(chǎn)能反應(yīng)。間代謝產(chǎn)物的一類(lèi)低效產(chǎn)能反應(yīng)。 梭桿菌、腸道桿菌、乳酸桿菌梭桿菌、腸道桿菌、乳酸桿菌 乙醇的發(fā)酵乙醇的發(fā)酵丙酮、丁醇、乙酸、丁酸發(fā)酵丙酮、丁醇、乙酸、丁酸發(fā)酵丁酸的形成丁酸的形成丙酮、丁醇的形成丙酮、丁醇的形成丙酸和琥珀酸的形成丙酸和琥珀酸的形成丙酸的形成丙酸的形成乳酸細(xì)菌中丁二酮乳酸細(xì)菌中丁二酮與與3-羥基丁酮的形成羥基丁酮的形成4、脂肪酸、脂烴和芳香烴的氧化5、氮的

6、循環(huán)和氨基酸的降解、氮的循環(huán)和氨基酸的降解氨基酸的降解氨基酸的降解6、硫的代謝、硫的代謝7、核苷酸的降解和有機(jī)磷的代謝、核苷酸的降解和有機(jī)磷的代謝8、聚合物的降解、聚合物的降解：纖維素降解的第一個(gè)產(chǎn)物是纖維二糖小結(jié)2.3 微生物的合成代謝微生物的合成代謝1、C1的的同同化化2、分子氮的同化、分子氮的同化3、硝酸鹽的同化、硝酸鹽的同化4、氨的同化、氨的同化3.6、 氨基酸的生物合成5、 組氨酸的元素來(lái)源組氨酸的元素來(lái)源6、經(jīng)氨基酸途徑的含氮化合物的生物合成、經(jīng)氨基酸途徑的含氮化合物的生物合成7、核苷酸的合成、核苷酸的合成8、脂質(zhì)的合成、脂質(zhì)的合成9、聚類(lèi)異戊二烯化合物的合成、聚類(lèi)異戊二烯化合物的

7、合成10、糖磷酸酯和糖核苷酸、多糖的合成、糖磷酸酯和糖核苷酸、多糖的合成11、多糖的合成、多糖的合成合成代謝的主要類(lèi)型合成代謝的主要類(lèi)型C C1 1的同化、的同化、N N的同化、硫酸鹽同化、核苷酸合成、脂質(zhì)合成、的同化、硫酸鹽同化、核苷酸合成、脂質(zhì)合成、 甾類(lèi)化合物、氨基酸合成等甾類(lèi)化合物、氨基酸合成等糖酵解逆反應(yīng)糖酵解逆反應(yīng)固定固定COCO2 2、甲醇、甲醇、甲醛等甲醛等固氮菌固氮菌NH3NH3NO3NO3- -NH3NH3NH3NH3谷氨酸、谷氨酰谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酰胺等胺、天冬氨酰胺等H2SO4H2S核糖核苷酸核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸脂肪酸：細(xì)菌利用厭氧、需氧二脂肪酸：細(xì)菌利用厭氧、需氧二種途徑。種途徑。不飽和脂肪酸：葡萄糖合成，外不飽和脂肪酸：葡萄糖合成，外源去飽和。有沉沒(méi)、固體發(fā)酵。源去飽和。有沉沒(méi)、固體發(fā)酵。磷脂：由脂肪酸合成。磷脂：由脂肪酸合成。膽固醇膽固醇腎上腺素腎上腺素性激素性激素維生素維生素D D合成代謝合成代謝能量和碳源的流動(dòng)能量和碳源的流動(dòng)