微生物的新陈代谢第五章

微生物的新陈代谢思维导图，带您学习微生物的能量代谢、分解代谢和合成代谢的联系、微生物独特合成代谢途经举例等。

第五章 微生物的新陈代谢

• ●新陈代谢:是指发生在活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。 ●分解代谢:在分解代谢酶系的催化下，将复杂的有机分子分解为简单小分子、能量(ATP)及还原]的过程。 ●合成代谢:在合成酶系的催化下，由简单的小分子、ATP和还原力[H]一起合成复杂的生物的大分子的过程。
• 微生物的能量代谢
  • 化能异养微生物的生物氧化和产能
    • 底物脱氢的4条途径
      • EMP 途径(糖酵解途径、己糖二磷酸途径)
      • HMP 途径(成糖磷酸途径、磷酸葡萄糖酸途径、 wD 途径)
      • ED 途径(2-酬-3。脱氧-6磷酸葡萄糖酸途径
      • TCA 循环(三羧酸循环、柠檬酸循环)
    • 递氢与受氢
      • 葡萄糖经四条途径脱下的氢,通过呼吸链(电子传递链)等方式传递,最终与氧、无机物或有机物等氢受体结合并释放出其中的能量。
      • 分类
        • 呼吸（好氧呼吸）
          • 递氢和受氢都必须在有氧条件下完成的一种高效产能生物氧化作用。
          • 特点
            • 底物脱下的氢([H])经完整的呼吸链传递
            • 外源分子氧受氢
            • 产生水并释放出 ATP 形式的能量
        • 无氧呼吸(厌氧呼吸)
          • 在无氧条件下进行的、呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物(少数为有机氧化物)的生物氧化。产能效率较低。
          • 特点
            • 底物脱下的氢经部分呼吸链传递
            • 最终由氧化态的无机物或有机物受氢
            • 氧化磷酸化产能
          • 分类
            • 硝酸盐呼吸（反硝化作用、异化性硝酸盐还原作用）
              • 异化性硝酸盐还原作用：无氧条件下,某些兼性厌氧微生物利用硝酸盐作为呼吸链的最终受体,并把它还原为亚硝酸根、一氧化氮、一氧化二氮直至氮气的过程。
              • 同化性硝酸盐还原作用：在有氧和无氧条件下所进行的利用硝酸盐作为氮源营养物
            • 硫酸盐呼吸
              • 严格厌氧菌一一硫酸盐还原细菌(反硫化细菌)在厌氧条件下获取能量的方式。底物脱氢后,经呼吸链传递,最终由末端氢受体硫酸盐受氢,在递氢过程中与氧化磷酸化偶联产生 ATP ,最终的还原产物是硫化氢
            • 硫呼吸
              • 兼性或专性厌氧菌(氧化乙酸脱硫单胞菌)以无机硫作为呼吸链的最终氢受体并产生硫化氢的生物氧化作用。
            • 铁呼吸
              • 某些兼性厌氧或专性厌氧的化能异养细菌、化能自养细菌和某些真菌所进行的呼吸链末端氢受体是三价铁的无氧呼吸。
            • 碳酸盐呼吸
              • 碳酸盐呼吸以二氧化碳或重碳酸盐作为呼吸链
                • 产甲烷菌产生产生甲烷
                • 产乙酸细菌产生乙酸
            • 延胡索酸呼吸
              • 一些兼性厌氧菌所进行的还原延胡索酸(最终氢受体)为琥珀酸的厌氧呼吸。
        • 发酵
          • 在无氧等外源氢受体的条件下,底物脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交某一内源性中间代谢物接受,以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
          • 分类
            • 由 EMP 连径中丙酮酸出发的发酵
              • 酵母菌同型酒精发酵
            • 通过HP途径的发酵一一异型乳酸发酵
              • 凡葡菌糖经发酵后除主要产生乳酸外,还产生乙醇、乙酸和二氧化碳等多种产物的发酵.
              • 双歧杆菌途径：2分子葡萄糖可产3分子乙酸、2分子乳酸和5分子ATP
  • 自养微生物产ATP和产还原力
    • 化能自养微生物
      • 产能效率很低
      • 硝化细菌
        • 硝酸化细菌
        • 亚硝化细菌
    • 光能营养微生物
      • 分类
        • 产氧
          • 真核生物
            • 藻类及其他绿色植物
          • 原核生物
            • 蓝细菌
        • 不产氧
          • 真细菌
            • 光合细菌（厌氧菌）
          • 古生菌
            • 嗜盐菌
      • 循环光合磷酸化（存在于厌氧型光合细菌）
        • 电子传递途径属循环方式:在光能驱动下,电子从菌绿素分子上逐出,通过类似呼吸链的循环,又回到菌绿素,其间建立了质子动势并产生了1个 ATP
        • 产能( ATP )与产还原力[H]分别进行
        • 还原力来自硫化氢等无机氢供体
        • 不产生氧,即不能利用水作为还原二氧化碳时的氢供体
        • 光合磷酸化与固定二氧化碳的 Calvin 循环相联接
      • 非循环光合磷酸化
        • 电子的传递途径屬非循环式的,电子须经 PSII和PSI两个系统接力传递
        • 在有氧条件下进行
        • 有 PSI 和PSII2个光合系统, PSI 含叶绿素 a ,反应中心的吸收光波为“P700”,有利于红光吸收, PSI 含叶绿素 b .反应中心的吸收光波为“P680”,有利于蓝光吸收
        • 反应中可同时产 ATP (来自 PSII , Cyt bf 和 Pc 间产生1个 ATP )、还原力[H](产自PSI )和氧气(产自 PSII,水经光解产生的1/20)
      • 嗜盐菌紫膜的光借导 ATP 合成
        • 只在嗜盐菌中才有的无叶绿素或菌绿素参与的独特光合作用。
• 分解代谢和合成代谢的联系
  • 两用代谢途径
    • 凡在分解代谢和合成代谢中均具有功能的代谢途径j
  • 代谢物回补顺序
    • 能补充两用代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢物的那些反应
  • 乙醛酸循环
    • 它是TCA循环的一条回补途径，可使TCA循环不仅具有高效产能功能，而且还兼有可为许多重要生物合成反应提供有关中间代谢物的功能
    • 在乙醛酸循环中有两个关键酶 异柠檬酸裂合酶和苹果酸合酶
    • 乙醛酸循环的总反成为: 2丙酮酸——>琥珀酸 +2CO2
• 微生物独特合成代谢途径举例
  • 自养微生物的二氧化碳固定
    • Calvin循环：羧化反应、还原反应、CO2受体的再生
    • 厌氧乙酰-CoA途径
    • 逆向TCA循环
  • 生物固氮
    • 固氮微生物
      • 自生固氮菌
      • 共生固氮菌
      • 联合固氮菌
  • 微生物结构大分子——肽聚糖的生物合成
    • 在细胞质中合成
      • 由葡萄糖合成 N -乙酰葡糖胺和 N -乙酰胞壁酸
      • 由 N -乙酰胞壁酸合成“ Par ”核苷酸
    • 在细胞膜中合成
    • 在细胞膜外合成
      • 细胞分裂而促使一种称为自溶素的酶解开细胞壁上的肽聚糖网套，于是，原有的肽聚糖分子成了新合成分子的引物。接着，肽聚糖单体这一“预制件” 与引物分子间先发生转糖基作用，使多糖链在横向上延伸一个双糖单位，然后再通过转肽酶的转肽作用，最终使前后2条多糖链间形成甘氨酸五肽“桥”而发生纵向交联。
      • 青霉素抑制转肽作用机制
        • 青霉素是肽聚糖单体五肽尾末端的 D -丙氨酰- D -丙氨酸的结构类似物，两者可相互竞争转肽酶的活力中心。转肽酶一旦被青霉素结合,前后2个肽聚糖单体间不能形成肽桥,肽聚糖缺乏机械强度,由此产生了原生质体或球状体之类的细胞壁缺损细菌。
      • 青霉素作用机制
        • 青霉素的作用机制是抑制肽聚糖分子中肽桥的生物合成,对于生长繁殖旺盛阶段的细菌具有明显的抑制作用,对处于生长停滞状态的休止细胞,却无抑制作用。
• 微生物的代谢调节与发酵生产