第七章 微生物的代谢 第一节微生物的能量代谢 第二节微生物特有的合成代谢途径 第三节微生物次级代谢与次级代谢产物 第四节微生物代谢与生产实践
第七章 微生物的代谢 第一节 微生物的能量代谢 第二节 微生物特有的合成代谢途径 第三节 微生物次级代谢与次级代谢产物 第四节 微生物代谢与生产实践
代谢概论 代谢(metabolism) 细胞内发生的各种化学反应的总称 分解代谢(catabolism) 代谢 合成代谢(anabolism) 分解代谢 复杂分子 简单小分子 ATP H (有机物) 合成代谢
代谢概论 代谢（metabolism）： 细胞内发生的各种化学反应的总称 代谢 分解代谢(catabolism) 合成代谢(anabolism) 复杂分子 （有机物） 分解代谢 合成代谢 简单小分子 ATP [H]
第一节微生物的产能代谢 将最初能源转换成通用的ATP过程 概述 1、化能异养微生物的生物氧化与产能 过程：脱氢（或电子）→递氢（或电子）→受氢（或电子） 功能：产能(ATP)、还原力、小分子代谢产物等。 葡萄糖降解代谢途径 生物氧化： 发酵作用 产能过程 呼吸作用（有氧或无氧呼吸）
一、概述 葡萄糖降解代谢途径 生物氧化： 发酵作用 产能过程 呼吸作用（有氧或无氧呼吸） 1、化能异养微生物的生物氧化与产能 过程：脱氢（或电子）→ 递氢（或电子） → 受氢（或电子） 功能：产能（ATP）、还原力、小分子代谢产物等。 第一节 微生物的产能代谢 ——将最初能源转换成通用的ATP过程
生物氧化的形式：某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种 生物氧化的功能为： 产能(ATP)、产还原力[H]和产小分子中间代谢物 微生物直接利用 生物 氧化 能量 储存在高能化合物（如ATP)中 以热的形式被释放到环境中 自养微生物利用无机物 异养微生物利用有机物
生物氧化的形式：某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种 生物氧化的功能为： 产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物 自养微生物利用无机物 异养微生物利用有机物 生物 氧化 能量 微生物直接利用 储存在高能化合物（如ATP）中 以热的形式被释放到环境中
2、化能自养微生物的生物氧化与产能 通常是化能自养型细菌，一般是好氧菌。 利用卡尔文循环固定C0,作为它们的碳源。其产能的途径 主要也是借助于无机电子供体（能源物质）的氧化，从无机 物脱下的氢（电子）直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生 ATP。 代谢特点 1)无机底物脱下的氢（电子)从相应位置 直接进入呼吸链 2)存在多种呼吸链 3)产能效率低； 4)生长缓慢，产细胞率低
2、化能自养微生物的生物氧化与产能 通常是化能自养型细菌，一般是好氧菌。 利用卡尔文循环固定C02作为它们的碳源。其产能的途径 主要也是借助于无机电子供体(能源物质)的氧化，从无机 物脱下的氢(电子)直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生 ATP。 代谢特点 1）无机底物脱下的氢（电子）从相应位置 直接进入呼吸链 2）存在多种呼吸链 3）产能效率低； 4）生长缓慢，产细胞率低
3、光能自养或异氧微生物的产能代谢 指具有捕捉光能并将它用于合成ATP和产生NADH或 NADPHI的微生物。 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HS,H或有机物作还原C0的 氢供体以生成NADH和NADPH。后者由H,O分子光解产物 H'和电子形成还原力(NADPH+H)
3、光能自养或异氧微生物的产能代谢 指具有捕捉光能并将它用于合成ATP和产生NADH或 NADPH的微生物。 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H2 S，H2或有机物作还原C02的 氢供体以生成NADH和NADPH。后者由H2 O分子光解产物 H’和电子形成还原力(NADPH+H’)
二、葡萄糖降解代谢途径(EMP、HMP、ED、PK途径等。) 1)EMP途径（糖酵解途径、三磷酸己糖途径） 葡萄糖10步反应 丙酮酸 有氧：EMP途径与TCA途径连接； 无氧：还原一些代谢产物， (专性厌氧微生物)产能的唯一途径。 产能（底物磷酸化产能： 8 1,3一P-甘油醛→3一P-甘油酸+ATP; PEP→丙酮酸+ATP
二、葡萄糖降解代谢途径（EMP、HMP、ED、PK途径等。） 1）EMP途径（糖酵解途径、三磷酸己糖途径） 葡萄糖 丙酮酸 有氧：EMP途径与TCA途径连接； 无氧：还原一些代谢产物， (专性厌氧微生物)产能的唯一途径。 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 10 步反应
2)HMP途径（磷酸戊糖途径、旁路途径） 3NADP3NADP阳'+3H 3NADP*3NADPH+3H 6-酸葡萄糖2今6-酸葡萄糖酸上 今5-橘核酮糖 分为两个阶段 3H0 3C02 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 5-磷霰核糖 5-酸木丽糖 脱羧生成6个分子NADPH+H,3 个分子C02和3个分子5-磷酸核 转醇酶 酮糖 3-磷酸甘油醛 天景酮糖-7-酸 转醛醇酶 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 6-磷酸果糖 4-赤藓糖 5-酸木酮糖 相互转换，经三碳、四碳、七 转南 碳和磷酸酯等，最终生成2分 6一酸果糖 3-酸甘油醛 子6-磷酸果糖和1分子3-磷酸 甘油醛。 磷酸果糖← -1、6-二果糖 丙酸
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。 2）HMP 途径（磷酸戊糖途径、旁路途径）
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 糖途径。 甘油醛-3-磷酸出路： a、经EMP途径，转化成丙酮酸，进入TCA途径 b、变成己糖磷酸，回到磷酸戊糖途径。 总反应式： 66-磷酸葡萄糖+12NADP+3HO→56-磷酸葡萄糖+ 6CO,+12NADPH+12H++Pi 特点： a、不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，无ATP生成， b、产大量的NADPH+H还原力； c、产各种不同长度的重要的中间物(5-磷酸核糖、4-磷酸-赤藓糖) d、 单独HMP途径较少，一般与EMP途径同存 e、HMP途径是戊糖代谢的主要途径
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 糖途径。 甘油醛-3-磷酸出路： a、经EMP途径，转化成丙酮酸，进入TCA 途径 b、变成己糖磷酸，回到磷酸戊糖途径。 总反应式： 6 6-磷酸葡萄糖+12NADP++3H2O → 5 6-磷酸葡萄糖 + 6CO2+12NADPH+12H++Pi 特点： a 、不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，无ATP生成， b、产大量的NADPH+H+还原力 ； c、产各种不同长度的重要的中间物（5-磷酸核糖、4-磷酸-赤藓糖 ） d、单独HMP途径较少，一般与EMP途径同存 e、HMP途径是戊糖代谢的主要途径
3)ED途径 2酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径 1952年Entner-Doudoroff:嗜糖假单胞 过程：(4步反应) 1葡萄糖→6-磷酸葡萄糖→6-磷酸-葡糖酸 6磷酸葡萄糖脱水酶 KDPG 特点 KDPG醛缩酶 a、步骤简单 3-磷酸-甘油醛+丙酮酸 b、产能效率低：1ATP C、关键中间产物KDPG,特征酶：KDPG醛缩酶 细菌：铜绿、荧光假单胞菌，根瘤菌，固氮菌，农杆菌，运动发 酵单胞菌等
3）ED途径 ——2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途径 1952年 Entner-Doudoroff ：嗜糖假单胞 过程： （4步反应） 1 葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖 6-磷酸-葡糖酸 KDPG 6-磷酸-葡萄糖-脱水酶 3-磷酸-甘油醛 + 丙酮酸 特点 KDPG醛缩酶 : a、步骤简单 b、产能效率低：1 ATP c、关键中间产物 KDPG，特征酶：KDPG醛缩酶 细菌：铜绿、荧光假单胞菌,根瘤菌,固氮菌,农杆菌,运动发 酵单胞菌等