微生物代谢1.pptx

第二节第二节 微生物的能量代谢微生物的能量代谢 微生物细胞所进行的化学反应总称为代微生物细胞所进行的化学反应总称为代谢，与其它生物一样，可分为物质代谢和能谢，与其它生物一样，可分为物质代谢和能量代谢。量代谢。能量代谢包括：产能代谢、耗能代谢能量代谢包括：产能代谢、耗能代谢 物质代谢包括：分解代谢、合成代谢物质代谢包括：分解代谢、合成代谢复杂分子复杂分子（有机物）（有机物）分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢简单小分子简单小分子ATPH 分解代谢与产能代谢紧密相连；分解代谢与产能代谢紧密相连；合成代合成代谢与耗能代谢紧密相连。谢与耗能代谢紧密相连。微生物的代谢离不开酶，无论是分解代微生物的代谢离不开酶，无论是分解代谢还是合成代谢都必须在酶的催化作用下才谢还是合成代谢都必须在酶的催化作用下才能进行。能进行。一切生命活动都是耗能反应，因此，能量代谢是一一切生命活动都是耗能反应，因此，能量代谢是一切生物代谢的核心问题。切生物代谢的核心问题。能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中的多种形式的最初能源转换成对一切生命活动都能的多种形式的最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源使用的通用能源-ATP，这就是产能代谢。，这就是产能代谢。最初最初能源能源有机物有机物还原态无机物还原态无机物日光日光化能异养微生物化能异养微生物化能自养微生物化能自养微生物光能营养微生物光能营养微生物通用能源通用能源（ATP）一、一、微生物的产能代谢微生物的产能代谢 除除 ATP 外，能推动生物合成的其它高能化合物有：外，能推动生物合成的其它高能化合物有：n高能化合物能活化的生物合成作用高能化合物能活化的生物合成作用nGTP（三磷酸鸟嘌呤核苷（三磷酸鸟嘌呤核苷PPP）蛋白质蛋白质nUTP（三磷酸尿嘧啶核苷（三磷酸尿嘧啶核苷PPP）肽聚糖肽聚糖 nCTP（三磷酸胞嘧啶核苷（三磷酸胞嘧啶核苷PPP）磷脂磷脂ndTPP(三磷酸胸腺嘧啶脱氧核苷三磷酸胸腺嘧啶脱氧核苷PPP)细胞壁脂多糖细胞壁脂多糖nACSCOA(酰基硫酰基硫COA)脂肪酸脂肪酸nACCOA(酰基酰基COA)脂肪酸脂肪酸1.ATP的结构的结构底物水平磷酸化底物水平磷酸化电子传递水平磷酸化电子传递水平磷酸化光合磷酸化光合磷酸化2.2.细胞合成细胞合成ATPATP的途径的途径底物水平磷酸化底物水平磷酸化底物氧化生成高能磷酸键化合物的过程中，在相应酶的作底物氧化生成高能磷酸键化合物的过程中，在相应酶的作用下高能磷酸基转移到用下高能磷酸基转移到ADP上生成上生成ATP。不需氧，不经过呼吸链。不需氧，不经过呼吸链。电子传递水平磷酸化电子传递水平磷酸化物质氧化放出的电子在呼吸链中传递时，放出能量，物质氧化放出的电子在呼吸链中传递时，放出能量，生成生成ATP特点：特点：物质氧化产生的质子和电子，通过一系列电子传物质氧化产生的质子和电子，通过一系列电子传递体，传给最终电子受体，此过程中产生递体，传给最终电子受体，此过程中产生ATP.呼吸链的实质是电子传递链，各电子传递体依次呼吸链的实质是电子传递链，各电子传递体依次排列构成电子传递链，链上各个氧化反应与磷酸排列构成电子传递链，链上各个氧化反应与磷酸化偶联，氧化还原电位逐步增加。化偶联，氧化还原电位逐步增加。真核生物呼吸链位于线粒体内膜，原核生物位于真核生物呼吸链位于线粒体内膜，原核生物位于细胞质膜上。细胞质膜上。细菌呼吸链的可能途径细菌呼吸链的可能途径 生物代谢时，每一步氧化作用，被氧化物都要脱去两个生物代谢时，每一步氧化作用，被氧化物都要脱去两个氢原子，氢原子，NAD NAD 和和 FADFAD是脱氢和氧化作用的载体。是脱氢和氧化作用的载体。光合磷酸化光合磷酸化依赖细菌叶绿素的光合作用（环式光合磷酸化产生依赖细菌叶绿素的光合作用（环式光合磷酸化产生ATP）如着色菌属如着色菌属（Chromatium）细菌和绿菌属细菌和绿菌属（Chlorobium）由于它们含由于它们含有不同于叶绿素的菌绿素，有不同于叶绿素的菌绿素，因此这些光合细菌只有光反因此这些光合细菌只有光反应系统应系统。在光合作用时不。在光合作用时不放出氧气，是不产氧光合作放出氧气，是不产氧光合作用用，产生一个产生一个ATP。依赖叶绿素的光合作用依赖叶绿素的光合作用（非环式光合磷酸化产生（非环式光合磷酸化产生ATPATP）蓝细菌具有和高等蓝细菌具有和高等植物一样的叶绿素分子，植物一样的叶绿素分子，具有光反应系统具有光反应系统和光和光反应系统反应系统,进行的是进行的是放氧性的光合作用，放氧性的光合作用，在在该该磷酸化中除产生磷酸化中除产生ATPATP外还产生外还产生NADPHNADPH2 2 。(3)(3)依赖细菌视紫红质的光合作用依赖细菌视紫红质的光合作用 （借质子动力产生（借质子动力产生ATPATP）盐盐细细菌菌能能耐耐盐盐，在在有有氧氧条条件件下下行行有有氧氧呼呼吸吸，但但当当含含氧氧量量很很低低，在在有有光光照照的的情情况况下下，也也能能转转化化光光能能为为ATPATP，主主要要是是因因为为它它们们的的细细胞胞膜膜是是含含有有细细菌菌视视紫紫红红质质。在在光光的的作作用用下下，细细菌菌视视紫紫红红质质将将质质子子不不断断地地排排出出细细胞胞外外，借借助助质质子子动动力力而而形成形成ATPATP。这是一种比较原始的产生。这是一种比较原始的产生ATPATP的方式。的方式。二、微生物的生物氧化作用二、微生物的生物氧化作用n n 异养型微生物以有机物的氧化反应获异养型微生物以有机物的氧化反应获得能量，自养型微生物从光或无机物的得能量，自养型微生物从光或无机物的氧化反应中得到能量。根据最终电子受氧化反应中得到能量。根据最终电子受体性质的不同，氧化作用分为体性质的不同，氧化作用分为n n 发酵、有氧呼吸和无氧呼吸发酵、有氧呼吸和无氧呼吸1.发酵作用发酵作用q底物氧化时脱下的氢和电子经某些辅酶或酶的辅底物氧化时脱下的氢和电子经某些辅酶或酶的辅基（基（NADNAD、NADPNADP、FADFAD）传递给底物未完全氧化的）传递给底物未完全氧化的中间产物，同时释放能量并产生各种代谢产物。中间产物，同时释放能量并产生各种代谢产物。qATPATP产生途径：底物水平磷酸化产生途径：底物水平磷酸化q电子受体：底物氧化的中间产物，不需分子氧的电子受体：底物氧化的中间产物，不需分子氧的参与。参与。q特点：底物氧化不彻底，产能水平低。特点：底物氧化不彻底，产能水平低。q 发酵是厌氧型细菌获得能量的主要方发酵是厌氧型细菌获得能量的主要方式。有些兼性厌氧菌在无氧条件下也能式。有些兼性厌氧菌在无氧条件下也能进行发酵，但有氧存在时会发生呼吸作进行发酵，但有氧存在时会发生呼吸作用，抑制发酵，称巴斯德效应。用，抑制发酵，称巴斯德效应。q 包括包括乙醇发酵、乳酸发酵、丁酸发酵乙醇发酵、乳酸发酵、丁酸发酵和丙酮丁醇发酵和丙酮丁醇发酵等。等。不同的微生物进行乙醇发酵的途径和产物不同，不同的微生物进行乙醇发酵的途径和产物不同，主要有酵母菌的乙醇发酵和细菌的乙醇发酵主要有酵母菌的乙醇发酵和细菌的乙醇发酵(1)(1)乙醇发酵乙醇发酵酵母菌的乙醇发酵酵母菌的乙醇发酵细菌的乙醇发酵细菌的乙醇发酵葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖2ATP2CO2EM2丙酮酸丙酮酸2乙醛乙醛（CH3CHO）2乙醇乙醇 ATPED2酮酮3脱氧葡萄糖酸脱氧葡萄糖酸3-P甘油醛甘油醛丙酮酸丙酮酸 2乙醇乙醇 CO2222ATP上述乙醇发酵都靠基质水平磷酸化产生上述乙醇发酵都靠基质水平磷酸化产生上述乙醇发酵都靠基质水平磷酸化产生上述乙醇发酵都靠基质水平磷酸化产生ATPATP，但酵母产能多，细菌产能少，但酵母产能多，细菌产能少，但酵母产能多，细菌产能少，但酵母产能多，细菌产能少 乳乳酸酸发发酵酵与与牛牛奶奶变变酸酸、制制作作泡泡菜菜和和制制作作青青贮贮饲饲料料有有关关，进进行行乳乳酸酸发发酵酵的的微微生生物物主主要要是是细细菌菌，分分正正型型乳乳酸酸发发酵和异型乳酸发酵二种酵和异型乳酸发酵二种。(2)乳酸发酵乳酸发酵 正型乳酸发酵：正型乳酸发酵：指发酵产物只有单一的乳酸指发酵产物只有单一的乳酸葡萄糖葡萄糖2ATPEM丙酮酸丙酮酸2乳酸乳酸2C6H12O62乳酸乳酸+2ATP正型正型德氏乳杆菌德氏乳杆菌异型乳酸发酵异型乳酸发酵异型乳酸发酵异型乳酸发酵:指发酵产物除乳酸外，还有指发酵产物除乳酸外，还有其它的化合物其它的化合物 丁酸梭状芽孢杆菌丁酸梭状芽孢杆菌（Clostridium butyricum）可以可以发酵葡萄糖得到丁酸。发酵葡萄糖得到丁酸。丙酮丁醇梭菌（丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）可发酵葡萄糖产生丙酮、丁醇。可发酵葡萄糖产生丙酮、丁醇。(3)(3)丁酸发酵与丙酮丁醇发酵丁酸发酵与丙酮丁醇发酵 产产生生ATP的的另另一一种种方方式式是是呼呼吸吸作作用用，大大多多数数微微生生物物以以此此方方式式产产生生能能量量。呼呼吸吸作作用用按按照照最最终终电电子子受受体体的的差差别别又又分为分为有氧呼吸有氧呼吸和和无氧呼吸。无氧呼吸。2.呼吸作用呼吸作用q 细细菌菌的的有有氧氧呼呼吸吸与与真真核核生生物物的的有有氧氧呼呼吸吸基基本本相相同同，区区别别是是，细细菌菌的的呼呼吸吸链链位位于于细细胞胞膜膜上上，因因此此细细菌菌的的呼呼吸吸是是在在细细胞胞膜膜上上进进行行的的，而真核生物是在线粒体中进行的。而真核生物是在线粒体中进行的。有氧呼吸有氧呼吸q 微生物氧化底物时脱下的氢和电子经呼吸微生物氧化底物时脱下的氢和电子经呼吸传递链，最终交给氧，并生成水和能量的过传递链，最终交给氧，并生成水和能量的过程。程。q大多数微生物的产能方式大多数微生物的产能方式,如需氧菌和兼性如需氧菌和兼性厌氧菌。厌氧菌。有有机机物物被被微微生生物物彻彻底底氧氧化化分分解解最最后后生生成成H2O，CO2并产生大量的并产生大量的ATP。C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+38/32ATPv ATPATP产生途径产生途径：电子传递水平磷酸化：电子传递水平磷酸化v 电子受体：分子态氧电子受体：分子态氧(O2)v 特点：底物彻底氧化，产能水平高。特点：底物彻底氧化，产能水平高。微生物氧化底物时脱下的氢和电子经呼微生物氧化底物时脱下的氢和电子经呼吸传递链，最终交给无机物的过程。吸传递链，最终交给无机物的过程。进行无氧呼吸的微生物主要是厌氧菌和进行无氧呼吸的微生物主要是厌氧菌和兼性厌氧菌，他们的活动可造成反硝化作兼性厌氧菌，他们的活动可造成反硝化作用、脱硫作用和甲烷发酵作用等。用、脱硫作用和甲烷发酵作用等。无氧呼吸无氧呼吸v ATPATP产生途径产生途径：电子传递水平磷酸化：电子传递水平磷酸化v 电子受体：无机物电子受体：无机物NO3-、SO42-、CO32-等等v 特点：底物彻底氧化，产能水平低。特点：底物彻底氧化，产能水平低。硝酸还原作用硝酸还原作用 硝酸还原细菌在分解有机物时利用基质脱下的硝酸还原细菌在分解有机物时利用基质脱下的H将将硝酸盐还原，在还原的过程中产生硝酸盐还原，在还原的过程中产生ATP，通过电子通过电子传递链产生传递链产生2个个ATP。有些菌可将有些菌可将有些菌可将有些菌可将NONO2 2-进一步将其还原成进一步将其还原成进一步将其还原成进一步将其还原成N N2 2，称为反硝，称为反硝，称为反硝，称为反硝化作用。化作用。化作用。化作用。能进行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸还盐原细菌，能进行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸还盐原细菌，主要生活在土壤和水环境中，如假单胞菌、依氏螺主要生活在土壤和水环境中，如假单胞菌、依氏螺菌、脱氮小球菌等。菌、脱氮小球菌等。碳酸盐还原（甲烷生成）碳酸盐还原（甲烷生成）产甲烷菌在利用甲酸、甲醇、甲胺、乙酸、产甲烷菌在利用甲酸、甲醇、甲胺、乙酸、H2/CO2 生成甲生成甲烷时，可能通过烷时，可能通过跨膜质子运动；跨膜质子运动；电子传递磷酸化电子传递磷酸化;底底物水平磷酸化合成物水平磷酸化合成ATPATP 硫酸还原作用硫酸还原作用 脱脱S弧弧菌菌等等分分解解有有机机物物氧氧化化放放出出的的电电子子可可使使SO42-逐逐步步还还原原为为H2S。这这类类细细菌菌通通常常以以乳乳酸酸作作为为氧氧化化基基质质，但但氧氧化化不不彻彻底，最终积累有机物底，最终积累有机物乙酸，并放出乙酸，并放出H2S。除底物水平磷酸化外，还可能通过电子传递链产生除底物水平磷酸化外，还可能通过电子传递链产生ATP。1、用于生物合成消耗能量、用于生物合成消耗能量2、一些其他生命活动消耗能量：如运动、一些其他生命活动消耗能量：如运动、物质吸收、细胞繁殖等物质吸收、细胞繁殖等3、生物发光消耗能量、生物发光消耗能量4、有些以热的形式散失、有些以热的形式散失三、能量的利用三、能量的利用第三节第三节 微生物的分解代谢微生物的分解代谢 基质在体内经过一系列氧化还原反应，逐步分解基质在体内经过一系列氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，又称生物氧化。并释放能量的过程，又称生物氧化。q 己糖是微生物主要的碳源和能源，己糖的分己糖是微生物主要的碳源和能源，己糖的分解是微生物体内最重要的分解代谢。解是微生物体内最重要的分解代谢。无氧条件无氧条件 己糖部分氧化己糖部分氧化 有机酸或醇有机酸或醇+少量能量少量能量 有氧条件有氧条件糖酵解糖酵解 丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A 三羧酸循环三羧酸循环 CO2+H2O+大量能量大量能量发酵发酵一一己糖的分解己糖的分解1.已糖降解生成丙酮酸的途径已糖降解生成丙酮酸的途径(双磷酸己糖途径双磷酸己糖途径)(1)EMPEMP途径为合成代谢提供了：途径为合成代谢提供了：能量：能量：2 ATP 2 ATP 还原力：还原力：2 NADH2 NADH2 2 小分子碳架化合物：小分子碳架化合物：6 6P P葡萄糖葡萄糖P P一二羟丙酮一二羟丙酮3 3一一P P甘油酸甘油酸 P P烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸(2)PP(2)PP途途径径(磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径,Pentose,Pentose Phosphate Phosphate PathwayPathway；又称；又称HMPHMP途径途径)特点特点 该途径在大多数微生物体内存在。在许多细菌和真菌中该途径在大多数微生物体内存在。在许多细菌和真菌中HMPHMP途径途径与与EMPEMP途径共同存在，不同菌种中，二者所占比例不同。途径共同存在，不同菌种中，二者所占比例不同。是葡萄糖降解产生五碳糖的重要途径，与核酸合成密切相是葡萄糖降解产生五碳糖的重要途径，与核酸合成密切相关。其它中间产物关。其它中间产物(如赤藓糖、景天糖、如赤藓糖、景天糖、3-P-3-P-甘油醛等甘油醛等)也能也能满足多种代谢需要。满足多种代谢需要。产生较多产生较多NADPH2NADPH2，进入呼吸链，产生能量。，进入呼吸链，产生能量。还原力：还原力：NADPHNADPH2 222 小分子碳架化合物：小分子碳架化合物：5 5P P核糖（合成核酸的前体物）核糖（合成核酸的前体物）4 4P P赤藓糖（合成芳香赤藓糖（合成芳香aaaa前体物）前体物）HMPHMP途径主要为合成代谢提供：途径主要为合成代谢提供：q ED途径为该类细菌的合成代谢提供：途径为该类细菌的合成代谢提供：能量：能量：ATP 还原力：还原力：NADH2，NADPH2 小分子小分子C架：架：a.6P葡萄糖葡萄糖 b.3P甘油酸甘油酸 cP烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸 d丙酮酸丙酮酸q 一般存在于好氧生活的一般存在于好氧生活的G菌中，主要局限于假单胞菌属菌中，主要局限于假单胞菌属的一些细菌，产能不高。的一些细菌，产能不高。(3)己糖磷酸途径己糖磷酸途径(ED途径途径,Entner-Doudoroff pathway)二、丙酮酸的代谢二、丙酮酸的代谢v 丙酮酸的代谢途径丙酮酸的代谢途径 有氧：有氧：TCA循环，循环，Tricarboxylic Acid Cycle 无氧：发酵无氧：发酵(酒精发酵；乳酸发酵；丁酸发酵和丙酮丁醇发酵酒精发酵；乳酸发酵；丁酸发酵和丙酮丁醇发酵)1.1.TCATCA循环循环EMP途径，途径，ED途径生成的丙酮酸进入途径生成的丙酮酸进入TCATCA，进一步氧，进一步氧化分解，产生还原力化分解，产生还原力NADPH2，ATP和合成代谢所需要和合成代谢所需要的小分子的小分子C架。架。微生物分解代谢的主要途径，先由丙酮酸氧化脱羧生成微生物分解代谢的主要途径，先由丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶乙酰辅酶A，再进入，再进入TCATCA。具体过程见图。具体过程见图。TCA循环为合成代循环为合成代谢谢提供：提供：能量能量:GTP ATP还原力还原力:NADH2 NADPH2 FADH2 小分子小分子C架：架：乙酰乙酰COA -酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰COA 烯醇式草酰乙酸烯醇式草酰乙酸TCA的特点的特点 循环中生成一系列二羟基酸和三羟基酸循环中生成一系列二羟基酸和三羟基酸(二羟二羟基酸：柠檬酸、顺乌头酸；三羟基酸：基酸：柠檬酸、顺乌头酸；三羟基酸：-酮戊二酮戊二酸酸、苹果酸、苹果酸)，它们与氨基酸和各种碱基的合成，它们与氨基酸和各种碱基的合成有关。有关。通过三羧酸循环，碳水化合物彻底氧化成通过三羧酸循环，碳水化合物彻底氧化成H2O和和CO2，产生大量能量。，产生大量能量。v 丙酮酸的无氧代谢途径丙酮酸的无氧代谢途径包括包括 酒精发酵；乳酸发酵；丁酸发酵等酒精发酵；乳酸发酵；丁酸发酵等 淀粉：淀粉：淀粉酶淀粉酶淀粉淀粉麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶淀粉酶淀粉酶三、其他大分子有机物的降解三、其他大分子有机物的降解(2)(2)蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质蛋白酶蛋白酶多肽多肽肽酶肽酶aaaa脱羧脱羧脱氨脱氨 (3)(3)磷磷脂脂的降解的降解(4)(4)油脂的降解油脂的降解第四节第四节 微生物的合成代谢微生物的合成代谢合成代谢就是微生物将简单的无机物或者有合成代谢就是微生物将简单的无机物或者有机物用体内的各种酶促反应合成生物大分子即机物用体内的各种酶促反应合成生物大分子即菌体物质的过程。又称同化作用。菌体物质的过程。又称同化作用。微生物的合成代谢可以概括为三个阶段：微生物的合成代谢可以概括为三个阶段：1产生三要素产生三要素 2.合成前体物合成前体物 3.合成大分子合成大分子 1ATP的产生：的产生：一、三要素的产生一、三要素的产生生物合成三要素生物合成三要素 微生物的分解代谢为合成代谢提供了微生物的分解代谢为合成代谢提供了能量、还原力能量、还原力和小分子碳架化合物和小分子碳架化合物，三者合称生物合成三要素。，三者合称生物合成三要素。底物水平、电子传递水平、底物水平、电子传递水平、光合磷酸化产生光合磷酸化产生2.还原力还原力NADH2或或NADPH2的产生的产生n EMP、TCA途径产生途径产生NADH 生物合成生物合成 还原糖分解中的中间产物，还原糖分解中的中间产物，呼吸链呼吸链ATP 产生发酵产物产生发酵产物 n 由由HMP途径产生的途径产生的NADPH 生物合成生物合成 3.小分子碳架化合物的产生小分子碳架化合物的产生 微生物在分解代谢中为合成代谢提供的作微生物在分解代谢中为合成代谢提供的作C架的小分子架的小分子化合物有以下十二种主要物质：化合物有以下十二种主要物质：小分子化合物小分子化合物来来 源源合成物及作用合成物及作用1P葡萄糖葡萄糖EMP途径途径戊糖戊糖6P葡萄糖葡萄糖多糖、半乳糖的分解多糖、半乳糖的分解核苷酸、核糖核苷酸、核糖5P核糖核糖HMP途径途径核苷酸，脱氧核苷酸核苷酸，脱氧核苷酸4P赤藓糖赤藓糖HMP途径途径环式环式aaP烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸EMP途径途径环式环式aa，氨基糖，运输糖进入细胞，氨基糖，运输糖进入细胞丙酮酸丙酮酸EMP，不完全，不完全HMP，ED途径途径aa3P甘油酸甘油酸EMP途径途径aa琥珀酰琥珀酰COATCA环环aa，卟啉，卟啉烯醇式草酰乙酸烯醇式草酰乙酸TCA环环aa磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮EMP途径途径甘油甘油 脂肪脂肪乙酰乙酰COA丙酮酸降解，脂肪酸分解丙酮酸降解，脂肪酸分解脂肪酸，脂肪酸，aa酮戊二酸酮戊二酸TCA环环aaq 大大分分子子有有机机物物的的合合成成首首先先要要有有前前体体物物，前前体体物物是是微微生生物物利利用用分解代谢中所获得的小分子分解代谢中所获得的小分子C架，架，ATP和和NADPH2 合成的。合成的。q 前体物主要有：前体物主要有：氨基酸；氨基糖；核苷酸；单糖；脂肪酸氨基酸；氨基糖；核苷酸；单糖；脂肪酸 二、大分子前体物的合成二、大分子前体物的合成1 1氨基酸的合成氨基酸的合成 由由酮酸经氨基化作用生成酮酸经氨基化作用生成 NH3+-酮戊二酸 谷氨酸 由转氨作用形成由转氨作用形成谷氨酸谷氨酸+丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸+丙氨酸丙氨酸谷氨酸谷氨酸+草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸+天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸脱氢酶谷丙转氨酶谷草转氨酶 由初生由初生aa生成次生生成次生aa 生物固生物固N作用作用核苷酸由戊糖、碱基和磷酸三部分组成。核苷酸由戊糖、碱基和磷酸三部分组成。2核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成 许多单糖是构成微生物细胞多糖的组成成份。对于许多单糖是构成微生物细胞多糖的组成成份。对于异异养型微生物，养型微生物，这些单糖通常由外源性单糖通过互变产生。这些单糖通常由外源性单糖通过互变产生。蓝细菌蓝细菌等自养微生物在以等自养微生物在以CO2作碳源进行生长时，单作碳源进行生长时，单糖由卡尔文循环途径合成（亦称三糖由卡尔文循环途径合成（亦称三C糖途径或二磷酸核糖途径或二磷酸核酮糖途径）。酮糖途径）。3单糖的生物合成单糖的生物合成 单糖单糖(细胞外细胞外)P-单糖单糖(细胞内细胞内)磷酸基团转位CO2 -(CH2O)n 卡尔文循环四、大分子物质的合成四、大分子物质的合成n n蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成n n核酸的生物合成核酸的生物合成n n脂类物质的合成脂类物质的合成（1）磷脂的生物合成）磷脂的生物合成（2）聚羟基丁酸的生物合成）聚羟基丁酸的生物合成n n多糖的合成多糖的合成（1）肽聚糖的生物合成肽聚糖的生物合成（2）磷壁酸的生物合成）磷壁酸的生物合成肽聚糖的生物合成肽聚糖的生物合成肽聚糖的生物合成是一个复杂的过程肽聚糖的生物合成是一个复杂的过程肽聚糖的生物合成是一个复杂的过程肽聚糖的生物合成是一个复杂的过程第五节 次生代谢物和抗生素 次生代谢是微生物在一定的生长期（通常是次生代谢是微生物在一定的生长期（通常是在生长的后期或者稳定期）合成一些对微生在生长的后期或者稳定期）合成一些对微生物本身没有明显作用的物质代谢；或者说是物本身没有明显作用的物质代谢；或者说是通过支路代谢合成各种产物通过支路代谢合成各种产物,称为次生代谢。称为次生代谢。一、次生代谢产物：一、次生代谢产物：q微微生生物物通通过过支支路路代代谢谢合合成成的的产产物物称称次次生生代代谢谢产产物物。按按其其生生物物学学功功能能，分分为为抗抗生生素素、激激素素、毒素、维生素和色素毒素、维生素和色素五大类。五大类。二、抗生素二、抗生素n 抗生素抗生素（antibioticantibiotic）是由微生物产生或合成的）是由微生物产生或合成的一类能抑制或杀死另一类微生物的化学药剂。多数一类能抑制或杀死另一类微生物的化学药剂。多数是由抗生菌产生的次生代谢产物。是由抗生菌产生的次生代谢产物。n 次生代谢产物的特点：次生代谢产物的特点：次生代谢产物对微生物本身没有明确生理功能次生代谢产物对微生物本身没有明确生理功能,不是不是生命活动必需物质，不参与细胞组成。生命活动必需物质，不参与细胞组成。许多次生代谢产物可以为人类所利用，如抗生素、许多次生代谢产物可以为人类所利用，如抗生素、激素、毒素、生物碱、色素等。激素、毒素、生物碱、色素等。发现：发现：19281928年，英国年，英国FlemingFleming在研究葡萄球在研究葡萄球菌时，发现含菌平板菌时，发现含菌平板上污染了点青霉之后，上污染了点青霉之后，在点青霉菌落周围的在点青霉菌落周围的葡萄球菌被溶解，出葡萄球菌被溶解，出现透明圈。现透明圈。抗生素产生菌及分类：抗生素产生菌及分类：细菌、真菌、放线菌均有产抗生素的菌种，以放线菌最细菌、真菌、放线菌均有产抗生素的菌种，以放线菌最多多.可可分为分为:-内酰胺类、氨基环醇类、大环内酯类、四环类、内酰胺类、氨基环醇类、大环内酯类、四环类、糖肽类、多烯大环内酯类、聚醚类、核苷类安莎环类、蒽环糖肽类、多烯大环内酯类、聚醚类、核苷类安莎环类、蒽环类抗生素等类抗生素等.抗菌谱：抗菌谱：窄谱、广谱窄谱、广谱应用：应用：已报道的有已报道的有2500-30002500-3000种，真正实用的仅种，真正实用的仅6060多种。多种。n医疗卫生：常见炎症医治：先锋、头孢、青霉医疗卫生：常见炎症医治：先锋、头孢、青霉 肿瘤：放线菌素肿瘤：放线菌素D D、丝裂霉素、丝裂霉素D D 真菌病：制霉菌素、两性霉素真菌病：制霉菌素、两性霉素n植物病害：井岗霉素、庆丰霉素、灭瘟素等植物病害：井岗霉素、庆丰霉素、灭瘟素等 q 抗生素作用机理抗生素作用机理 A抑制细胞壁的形成抑制细胞壁的形成青霉素抑制细菌是因为其结构中的青霉素抑制细菌是因为其结构中的-内酰胺结构与胞壁酸中短肽末端的内酰胺结构与胞壁酸中短肽末端的D丙丙aa结构相似，能占据结构相似，能占据D丙氨酸的位置与转肽酶结合，将酶灭活，丙氨酸的位置与转肽酶结合，将酶灭活，使侧肽链无法连接，因而抑制细胞壁的合成使侧肽链无法连接，因而抑制细胞壁的合成。B.影响细胞膜功能影响细胞膜功能 多多粘粘菌菌素素、短短杆杆菌菌肽肽等等多多肽肽类类抗抗菌菌素素引引起起细细菌菌细细胞胞膜膜损损伤伤，导导致致细细胞胞质外漏，致使菌体死亡。质外漏，致使菌体死亡。制制霉霉菌菌素素、两两性性霉霉素素等等多多烯烯类类抗抗生生素素能能与与真真菌菌细细胞胞膜膜中中的的固固醇醇结结合合，破破坏坏膜膜结结构构，使使细细胞胞质质外外漏漏，真真菌菌菌菌体体死死亡亡，但但对对细细菌菌无无效效(其其壁壁中中无无固固醇醇)。卡卡那那霉霉素素、链链霉霉素素、春春霉霉霉霉素素作作用用于于蛋蛋白白质质合合成成场场所所核核糖糖体体的的30S亚亚基基；氯氯霉霉素素、红红霉霉素素、林林可可霉霉素素等等，则则作作用用于于核核糖糖体体50S亚亚基基，抑抑制制了了核核糖糖体的活性。体的活性。C.干扰蛋白质合成干扰蛋白质合成与与核核酸酸的的碱碱基基结结合合，影影响响DNA复复制制，如如丝丝裂裂霉霉素素、博博莱莱霉霉素素切切断断DNA链，降低其分子量，干扰链，降低其分子量，干扰DNA的复制。的复制。作作用用于于核核酸酸酶酶，导导致致其其活活性性降降低低或或丧丧失失，如如利利福福霉霉素素与与RNA合合成成酶酶结结合，抑制合，抑制RNA合成酶的起始过程。合成酶的起始过程。放线菌素放线菌素D（更生霉素）干扰（更生霉素）干扰RNA聚合酶的转录过程。聚合酶的转录过程。嵌嵌入入DNA分分子子上上，破破坏坏其其立立体体构构型型，影影响响DNA聚聚合合酶酶同同DNA结结合合，从从而抑制而抑制DNA的复制和转录。如亚德里亚霉素。的复制和转录。如亚德里亚霉素。D.阻碍核酸的合成阻碍核酸的合成抗抗生生素素作作用用机机制制复习思考题复习思考题1.微生物的五大营养元素有哪些？各有什么微生物的五大营养元素有哪些？各有什么功能？功能？2.举例说明微生物的五大营养类型。举例说明微生物的五大营养类型。3.举例说明微生物吸收营养物质的方式。举例说明微生物吸收营养物质的方式。4.简述发酵作用和呼吸作用的不同。简述发酵作用和呼吸作用的不同。5.试述丙酮酸代谢的多样性。试述丙酮酸代谢的多样性。