第一节 微生物的能量代谢 有机物（化能异养菌） 最初能源 日 光（光能自养菌） 通用能源 无机物（化能自养菌） 能量代谢是新陈代谢中的核心问题。 中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成对一切生 命活动都能使用的能源——ATP
第一节 微生物的能量代谢 有机物（化能异养菌） 最初能源 日 光（光能自养菌） 通用能源 无机物（化能自养菌） 能量代谢是新陈代谢中的核心问题。 中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成对一切生 命活动都能使用的能源——ATP
生物氧化作用：细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）能量的 化学反应。氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高 能键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。 生物氧化的方式： ①和氧的直接化合： C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O ②失去电子： Fe2+ → Fe3+ + e - ③化合物脱氢或氢的传递: CH3 -CH2 -OH CH3 -CHO NAD NADH2 一、化能异养微生物的生物氧化和产能
生物氧化作用：细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）能量的 化学反应。氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高 能键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。 生物氧化的方式： ①和氧的直接化合： C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O ②失去电子： Fe2+ → Fe3+ + e - ③化合物脱氢或氢的传递: CH3 -CH2 -OH CH3 -CHO NAD NADH2 一、化能异养微生物的生物氧化和产能
生物氧化的过程 一般包括三个阶段： 1. 底物脱氢(或脱电子)作用（该底物称作电子供体或供氢体） 2. 氢(或电子)的传递（需中间传递体，如NAD、FAD等） 3. 最后氢受体接受氢(或电子)（最终电子受体或最终氢受体） 1、 EMP途径 2、HMP 3、ED 4、TCA （一）底物脱氢的4条途径
生物氧化的过程 一般包括三个阶段： 1. 底物脱氢(或脱电子)作用（该底物称作电子供体或供氢体） 2. 氢(或电子)的传递（需中间传递体，如NAD、FAD等） 3. 最后氢受体接受氢(或电子)（最终电子受体或最终氢受体） 1、 EMP途径 2、HMP 3、ED 4、TCA （一）底物脱氢的4条途径
底物脱氢的途径
底物脱氢的途径
在无氧条件下酶将葡萄糖降解成 丙酮酸，并释放能量的过程，称为糖 酵解（glycolysis）。 葡萄糖分子经转化成1,6-二磷酸 果糖后，在醛缩酶的催化下，裂解成 两个三碳化合物分子，即磷酸二羟丙 酮和3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛被 进一步氧化生成2分子丙酮酸。 1分子葡萄糖可降解成2分子3-磷 酸甘油醛，并消耗2分子ATP。2分子 3-磷酸甘油醛被氧化生成2分子丙酮 酸，2分子NADH2和4分子ATP。 1. EMP途径
在无氧条件下酶将葡萄糖降解成 丙酮酸，并释放能量的过程，称为糖 酵解（glycolysis）。 葡萄糖分子经转化成1,6-二磷酸 果糖后，在醛缩酶的催化下，裂解成 两个三碳化合物分子，即磷酸二羟丙 酮和3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛被 进一步氧化生成2分子丙酮酸。 1分子葡萄糖可降解成2分子3-磷 酸甘油醛，并消耗2分子ATP。2分子 3-磷酸甘油醛被氧化生成2分子丙酮 酸，2分子NADH2和4分子ATP。 1. EMP途径
1. 葡萄糖磷酸化→1.6二磷酸果糖(耗能) 2. 1.6二磷酸果糖→2分子3-磷酸甘油醛 3. 3-磷酸甘油醛→丙酮酸 反应步骤：10步 耗能阶段 产能阶段 2NADH+H+ 2丙酮酸 4ATP 2ATP C 6 2C3 2ATP 总反应式： C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O 反应简式： EMP途径关键步骤：
1. 葡萄糖磷酸化→1.6二磷酸果糖(耗能) 2. 1.6二磷酸果糖→2分子3-磷酸甘油醛 3. 3-磷酸甘油醛→丙酮酸 反应步骤：10步 耗能阶段 产能阶段 2NADH+H+ 2丙酮酸 4ATP 2ATP C 6 2C3 2ATP 总反应式： C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O 反应简式： EMP途径关键步骤：
2. HMP途径 HMP是一条葡萄糖不经EMP 途径和TCA循环途径而得到彻底氧 化，并能产生大量NADPH+H+形 式的还原力和多种中间代谢产物的 代谢途径。 1. 葡萄糖经过几步氧化反应产生 核酮糖-5-磷酸和CO2； 2. 核酮糖-5-磷酸发生同分异构化 HMP途径降解葡萄糖的三个阶段
2. HMP途径 HMP是一条葡萄糖不经EMP 途径和TCA循环途径而得到彻底氧 化，并能产生大量NADPH+H+形 式的还原力和多种中间代谢产物的 代谢途径。 1. 葡萄糖经过几步氧化反应产生 核酮糖-5-磷酸和CO2； 2. 核酮糖-5-磷酸发生同分异构化 HMP途径降解葡萄糖的三个阶段
或表异构化而分别产生核糖-5-磷酸和木酮糖-5-磷酸； 3.上述各种戊糖磷酸在无氧参与的情况下发生碳架重排， 产生己糖磷酸和丙糖磷酸。 反应简式： 6C6 ATP 12NADPH+H+ 36ATP 35ATP 6CO2 6C5 5C6 经呼吸链 经一系列复杂反应后 重新合成己糖 总反应式： 6 葡萄糖-6-磷酸+ 12NADP+ + 6H2O 5 葡萄糖-6-磷酸+ 12NADPH + 12H+ + 6CO2 + Pi
或表异构化而分别产生核糖-5-磷酸和木酮糖-5-磷酸； 3.上述各种戊糖磷酸在无氧参与的情况下发生碳架重排， 产生己糖磷酸和丙糖磷酸。 反应简式： 6C6 ATP 12NADPH+H+ 36ATP 35ATP 6CO2 6C5 5C6 经呼吸链 经一系列复杂反应后 重新合成己糖 总反应式： 6 葡萄糖-6-磷酸+ 12NADP+ + 6H2O 5 葡萄糖-6-磷酸+ 12NADPH + 12H+ + 6CO2 + Pi
1. 葡萄糖→6-磷酸葡萄糖酸 2. 6-磷酸葡萄糖酸→5-磷酸核酮糖→ 5-磷酸木酮糖 ↓ 5-磷酸核糖→参与核酸生成 3. 5-磷酸核酮糖→6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛(进入EMP) HMP途径关键步骤
1. 葡萄糖→6-磷酸葡萄糖酸 2. 6-磷酸葡萄糖酸→5-磷酸核酮糖→ 5-磷酸木酮糖 ↓ 5-磷酸核糖→参与核酸生成 3. 5-磷酸核酮糖→6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛(进入EMP) HMP途径关键步骤
➢为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸，途径中的赤藓 糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸、碱基及多糖合成； ➢产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成 提供还原力，另方面可通过呼吸链产生大量的能量； ➢与EMP途径在果糖-1,6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可 以调剂戊糖供需关系； ➢途径中存在3~7碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用利 用的碳源谱更为更为广泛； ➢通过该途径可产生许多种重要的发酵产物； HMP途径的重要意义
➢为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸，途径中的赤藓 糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸、碱基及多糖合成； ➢产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成 提供还原力，另方面可通过呼吸链产生大量的能量； ➢与EMP途径在果糖-1,6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可 以调剂戊糖供需关系； ➢途径中存在3~7碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用利 用的碳源谱更为更为广泛； ➢通过该途径可产生许多种重要的发酵产物； HMP途径的重要意义