第五章微生物代谢与调控
第五章 微生物代谢与调控
代谢概论 新陈代谢:发生在活细胞中的各种分解代谢 ( catabolism)和合成代谢( anabolism)的总和。 新陈代谢=分解代谢+合成代谢 分解代谢:指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系 的催化,产生简单分子、腺苷三磷酸(ATP)形式的能 量和还原力的作用。 合成代谢:指在合成代谢酶系的催化下,由简单小 分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子 的过程。 分解代谢 复杂分子 简单小分子ATP[H] (有机物)合成代谢
新陈代谢：发生在活细胞中的各种分解代谢 （catabolism）和合成代谢（anabolism）的总和。 新陈代谢 = 分解代谢 + 合成代谢 分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系 的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能 量和还原力的作用。 合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小 分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子 的过程。 1、代谢概论 复杂分子 （有机物） 分解代谢 合成代谢 简单小分子 ATP [H]
按物质转化方式分: 分解代谢:指细胞将大分子物质降解成小分子物质,并在 这个过程中产生能量 合成代谢:是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分 子的过程。在这个过程中要消耗能量。 物质代谢:物质在体内转化的过程 能量代谢:伴随物质转化而发生的能量形式相互转化 按代谢产物在机体中作用不同分: 初级代谢:提供能量、前体、结构物质等生命活动所 必须的代谢物的代谢类型;产物:氨基酸、核苷酸等. °次级代谢:在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代谢类型 产物:抗生素、色素、激素、生物碱等
物质代谢：物质在体内转化的过程. •能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化. 按代谢产物在机体中作用不同分： •初级代谢： 提供能量、前体、结构物质等生命活动所 必须的代谢物的代谢类型；产物：氨基酸、核苷酸等. •次级代谢： 在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代谢类型； 产物：抗生素、色素、激素、生物碱等 按物质转化方式分： 分解代谢：指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在 这个过程中产生能量。 合成代谢：是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分 子的过程。在这个过程中要消耗能量
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。 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使用的通用能源-ATP。 这就是产能代谢。 化能异养微生物 有机物 最初还原态无机物 化能自养微生物 通用能源 能源 (ATP) 光能营养微生物 日光
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。 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使用的通用能源------ATP。 这就是产能代谢。 最初 能源 有机物 还原态无机物 日光 化能异养微生物 化能自养微生物 光能营养微生物 通用能源 （ATP）
2 微生物的能量代谢 生物氧化的概念 生物氧化就是发生在或细胞内的一切产能性氧化反应的总称 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+602→6C02+6H2O ②失去电子:Fe2+→Fe3++e ③化合物脱氢或氢的传递:CH3-CH2OH CHa-CHO NAD NADH2
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 生物氧化的概念 2、微生物的能量代谢 生物氧化就是发生在或细胞内的一切产能性氧化反应的总称
生物氧化的功能 产能(ATP) 产还原力【H】 小分子中间代谢物 NAd NAdh H B Starting material ADP+⊙ATP F CO, H,O End nd-product
生物氧化的功能： 产能(ATP) 产还原力【H】 小分子中间代谢物
生物氧化的过程 一般包括三个环节: 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) 底物脱氢的途径 (1)、EMP途径 2)、HMP (3)、ED (4)、TCA
生物氧化的过程 一般包括三个环节： 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） 底物脱氢的途径 (1)、EMP途径 (2)、HMP (3)、ED (4)、TCA
2.1化能异养微的生物氧化 2.1.1底物脱氢的途径 脱氢 递氢 受氢 C6H1206 EMPIHMP ED途径途径曲曲/202(或有机、无机氧化物) 途径 H IHI [HI ADP ATP H2O(或有机、无机还原物) TCA 德环 IHI co 图6-1底物脱氢的途径及其与递氢、受氢阶段的联系
2.1化能异养微的生物氧化 2.1.1底物脱氢的途径
Glycolysis 葡萄糖的酵解作用|sTPn Glucose 又称: Embden-活化 葡萄糖激活 Meyerhof-Parnas 方式 ADP 途径,简称:EMP Glucose 6-phosphate 途径) 己糖异构酶 学醵糖激醢 果糖二磷酸醛缩酶 Biphosphate Phosphoglycer STEP 2 aldehyde(PGAL) 氧化 NAD+—甘油醛3磷酸脱氢 NAD+ 1,3 DiphosphogIceric ADP 磷酸油酸激酶 ADP 3-Phosphoglyceric acid STEP 3 甘油酸变位酶 ATP ATP 移位 2-Phosphoglyceric acid STEP 4 烯醇酶 磷酸化 Phosphoenolpyruvic acid ADP 丙酮酸酶 ATP ATP ADP Puruvate 2 NADH
葡萄糖的酵解作用 ( 又称：EmbdenMeyerhof-Parnas 途径，简称：EMP 途径) 活化 移位 氧化 磷酸化 葡萄糖激活的 方式 己糖异构酶 磷酸果糖激酶 果糖二磷酸醛缩酶 甘油醛-3-磷酸脱氢 酶 磷酸甘油酸激酶 甘油酸变位酶 烯醇酶 丙酮酸激酶
EMP途径 反应步骤:10步 反应简式:耗能阶段 产能阶段→2NADH+H 2C 2丙酮 酸 2ATP FAT 2ATP 总反应式: C6H1206+2NAD++2ADP+2Pi 2CH, COCOOH+2NADH+2H++2ATP+2HO 特点:基本代谢途径,产能效率低,提供多种中间代谢物 作为合成代谢原料,有氧时与TCA环连接,无氧时丙酮 酸及其进一步代谢产物乙醛被还原成各种发酵产物,与 发酵工业有密切关系