第五章微生物的新陈代谢2 第一节微生物对有机物的分解 第二节微生物的能量代谢 第三节分解代谢和合成代谢的联系 第四节微生物独特合成代谢途径举例 第五节微生物的代谢调节与发酵生产
第五章 微生物的新陈代谢 2 第一节 微生物对有机物的分解 第二节 微生物的能量代谢 第三节 分解代谢和合成代谢的联系 第四节 微生物独特合成代谢途径举例 第五节 微生物的代谢调节与发酵生产
第二节微生物的能量代谢 能量代谢是微生物代谢的核心 能量代谢的的中心任务,是将外界环境中多种形式的初级能源转化 为适用于一切生命活动的通用能源ATP。最初能源--通用能源原 微生物可利用的初级能源为有机物、日光及还原态无机物3大类 能量代谢的实质就是将这3大类初级能源逐步转化为ATP的过程 化能异养菌 有机物→→→→→ 光能营养菌 最初能源{日光→→→→→→→→一>·通用能源(ATP) 还原态无机数白养菌 化能异养微生物的生物氧化和产能二、自养微生物产ATP和产还原力
第二节 微生物的能量代谢 • 能量代谢是微生物代谢的核心。 • 能量代谢的的中心任务，是将外界环境中多种形式的初级能源转化 为适用于一切生命活动的通用能源ATP。最初能源－－通用能源 • 微生物可利用的初级能源为有机物、日光及还原态无机物3大类。 • 能量代谢的实质就是将这3大类初级能源逐步转化为ATP的过程 （ATP的形成与利用）。 一、化能异养微生物的生物氧化和产能 二、自养微生物产ATP和产还原力
化能异养微生物的生物氧化和产能 ●生物氧化( biological oxidation):就是发生在活细胞内 系列产能性氧化反应的总称 ●有机物生物氧化和燃烧的比较 表5-1有机物·生物氧化与燃烧的比较 比较项目 燃烧 生物氧化 302 CHn0b(电子流)20 CsHI206-+6H2O 反应方式 碳 430 . O2 6CO2 步骤 一步式快速反应 多步式梯级反应 条件 激烈 温和 催化剂 无 酶(酶在细胞内有一定位置 产能形式 热、光 大部分为ATP 能量利用率 低 本表以葡萄糖作为有机物的代表
一、化能异养微生物的生物氧化和产能 ⚫ 生物氧化（biological oxidation）：就是发生在活细胞内 一系列产能性氧化反应的总称。 ⚫ 有机物生物氧化和燃烧的比较：
生物氧化的形式:与氧结合、脱氢、失去电子 生物氧化的过程:脱氢、递氢、受氢 生物氧化的功能:产能、产还原力、产中间代谢物 生物氧化的类型:呼吸、无氧呼吸、发酵 产还原力:主要指还原型烟酰胺腺嘌呤核苷酸类物质,即 NADPH2或NADH2,这两种物质在转氢酶作用下可以互换 化能异养微生物:能源、氢供体、基本碳源都是有机物 大部分细菌和全部真核微生物
生物氧化的形式：与氧结合、脱氢、失去电子 生物氧化的过程：脱氢、递氢、受氢 生物氧化的功能：产能、产还原力、产中间代谢物 生物氧化的类型：呼吸、无氧呼吸、发酵 产还原力：主要指还原型烟酰胺腺嘌呤核苷酸类物质，即 NADPH2或NADH2，这两种物质在转氢酶作用下可以互换。 化能异养微生物：能源、氢供体、基本碳源都是有机物 大部分细菌和全部真核微生物
(-)底物脱氢(4条途径) 产生还原力、能量、小分孑中间代谢物(以葡萄糖为例) 脱氢 递氢 受氢 C6H12O6 ED EMPHMP 途途径途径 I HI 02(域或有机、无机氧化物) [HI ADP ATP H2O(或有机、无机还原物) TCA [H] 循环 H田 cO 图5-1底物脱氢的4条途径及其与递氢、受氢的联系
（一）底物脱氢（4条途径） 产生还原力、能量、小分子中间代谢物 （以葡萄糖为例）
1、EMP途径( Embden- Meyerhof-Parnas pathway) 又称糖酵解途径、己糖二磷酸途径 (1)概述:大多数生物的主流代谢途径。它以1分子葡萄糖为 底物,经过10步反应而产生2分子丙酮酸、2分子NADH+H 和2分子ATP的过程。2阶段、3种产物和10个反应。EMP途 径的简图和总反应式 耗能阶段 产能阶段 2NADH+H →2C3→ 2丙開酸 ZATP 4ATP→DAm 图5-2EMP途径的简图 C为葡萄糖,C3为甘油醛-3-磷酸打方框者为终产物 EMP途径的总反应式为: C6H1206+2NAD*+ 2ADP 2Pi--2CH3 COCOOH+ 2NADH+ 2H*+ 2ATP+ 2H20
1、EMP途径（Embden-Meyerhof-Parnas pathway）： ⚫ 又称糖酵解途径、己糖二磷酸途径 （1）概述：大多数生物的主流代谢途径。它以1分子葡萄糖为 底物，经过10 步反应而产生2分子丙酮酸、2分子NADH+H+ 和2分子ATP的过程。2阶段、3种产物和10 个反应。EMP途 径的简图和总反应式：
ATP产率 CH,OH (mol/mol葡萄糖) . TP CH,OP 6-磷酸一葡萄糖 OH H OH H IOI 葡萄糖 CH,O (2)EMP途径 6-磷酸-果糖 人、oH 的反应步骤 HO I H ADP H2O① 6-二磷酸一果糖 H2O① cH2O① CH, OH 3-磷酸一甘油醛cHoH E C=O cH2O① NADH+H 磷酸二羟丙酮 CH,OP 卩3-二磷酸一甘油酸HOH ADP o-① ATP. +2 cHO① CH,OH CHOH FHo② CO-P COOH 3-磷酸一甘油酸 2-磷酸一甘油酸 磷酸烯醇丙酮酸 ADP 丙酮酸g=0 COOH 2NADH+2H 净产+2ATP
（2）EMP途径 的反应步骤
(3)EMP途径的终产物的去向 ●NADH+H在有氧条件下可经呼吸链的氧化磷酸化反应 生6ATP,而在无氧条件下,可把丙酮酸还原成乳酸或 把丙酮酸的脱羧产物乙醛还原成乙醇。 (4)EMP途径的意义 ●五点:参阅Pl03
（3）EMP途径的终产物的去向 ⚫ NADH+H+ 在有氧条件下可经呼吸链的氧化磷酸化反应 产生6ATP，而在无氧条件下，可把丙酮酸还原成乳酸或 把丙酮酸的脱羧产物——乙醛还原成乙醇。 （4） EMP途径的意义 ⚫ 五点：参阅P103
2、HMP途径( hexose monophosphate pathway): 己糖一磷酸途径、己糖一磷酸支路、戊糖磷酸途径、磷酸 葡萄糖酸途径、WD途经( Warburg -Dickens pathway) (1)概述:其特点是葡萄糖不经过EMP途径和TCA循环而 得到彻底氧化,并能产生大量NADP+H形式的还原力以 及多种重要中间代谢物。HMP途径的简图和总反应式 经呼吸链36Nm-3Am ATP r口2NADH 6c.经新巨b-EC 6Co 图5-3HMP途径的简图 C6为己糖或已糖磷酸,Cs为核酮糖-5-磷酸,打方框者为本途径中的直接产物; NADPH+H·必须先由转氢酶将其上的氢转到NAD·上并变成NADH+H+后,才能 进入呼吸链产ATP HMP途径的总反应式为: 6葡糖-6-磷酸+12NADP++6H2O—-5葡糖-6-磷酸+12 NADPH+12H+ +6CO2+1
2、HMP途径（hexose monophosphate pathway）： ⚫ 己糖一磷酸途径、己糖一磷酸支路、戊糖磷酸途径、磷酸 葡萄糖酸途径、WD途经（Warburg-Dickens pathway） （1）概述：其特点是葡萄糖不经过EMP途径和TCA循环而 得到彻底氧化，并能产生大量NADP+H+形式的还原力以 及多种重要中间代谢物。 HMP途径的简图和总反应式：
NAD(P)H+H+ NAD(P)H+H+ CH OH CHOP CH,O@ NAD(P) CH,OH NAD(P) H H-T-OH H H-C-OH 0① 葡萄糖 6-磷酸一葡萄糖 6-磷酸-葡糖酸 5-磷酸一核酮糖 (2)反应过程 H C=O H-C-OH (b) HO. H (3)产物去向 C H-C H-C-OH H-C-OH H-C-OH H p104 5一磷酸-木啊糖 5-磷酸核酮糖 5-磷酸核糖 (4)HMP途径的 5-磷酸木酮糖 磷酸一核糖 生物意义 磷酸-木酮糖 磷酸一甘油醛 p104 ()6-磷酸一景天废糖 4-磷酸一赤藓糖 6-磷酸一果糖 一磷酸一果糖 3-磷酸一甘油醛 6-确酸一葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖 图65HMP途径的三阶段(TK为转羟乙醛酶,TA为转二羟丙酮基酶) 6葡糖6磷酸+12NADP++6H2→5葡糖6磷酸+12 NADPH+12H++12C02+P
（2）反应过程： （3）产物去向： p104 （4）HMP途径的 生物意义： p104