微生物产能代谢

初级代谢与次级代谢、贮能和递能电子、光合作用与光合磷酸化、肽聚糖的合成、发酵、葡糖形成丙酮酸的糖酵解、呼吸产能代谢等。

微生物 产能代谢

• 贮能和递能电子
  • ATP、烟酰胺辅酶NAD和NADP、黄素辅酶FMN和FAD
• 发酵
  • 葡糖形成丙酮酸的糖酵解
    • EMP途径
      • 糖酵解途径，特征酶1,6-二磷酸果糖醛缩酶，1葡萄糖生成2丙酮酸，生成2ATP
    • HMP途径
      • 磷酸戊糖途径，特征酶转酮酶和转醛酶，1个6-磷酸葡萄糖生成1个3-磷酸甘油醛，3CO2，6NADPH2
      • 特点
        • 由6-磷酸葡萄糖酸开始脱羧降解；一般只产生NADPH2；特征酶是转酮酶和转醛酶；酶系定位在细胞质中
      • 生理功能
        • 为生物合成提供多种碳骨架；途径中的5-磷酸核酮糖可转化为1,5-二磷酸核酮糖，可在羧化酶的催化下固定二氧化碳；为生物合成提供还原力
    • ED途径
      • 1葡萄糖➡️2丙酮酸，1ATP，1NADH，1NADPH2
      • 6磷酸葡萄糖➡️6磷酸葡萄糖酸➡️（醛缩酶和脱水酶）丙酮酸+6磷酸甘油醛（经EMP途径变成丙酮酸）
      • 特点
        • 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛是特征性反应；特征酶是KDPG醛缩酶；产物的2分子丙酮酸，一分子由KDPG直接裂解，一分子由3-磷酸甘油醛经EMP途径获得（羰基来自C1和C4）；产能少，只有1ATP
    • WD途径（HK和PK）
      • 磷酸解酮途径，特征酶：磷酸解酮酶
      • PK途径：磷酸戊糖解酮酶 肠膜状明串珠菌，利用葡萄糖异型乳酸发酵产乳酸、乙酸和CO2
      • HK途径：磷酸己糖解酮酶 两歧双歧杆菌，分解葡萄糖产乳酸和乙酸
    • Stickland途径
      • 一种氨基酸作为氢供体，另一种氨基酸作为氢受体，底物水平磷酸化产ATP
  • 发酵
    • 概念
      • 狭义：微生物在有氧或无氧条件下利用营养物质生长繁殖并生产为人类有用产品的过程
      • 广义：一般是指微生物在无氧条件下利用底物代谢时，将有机物生物氧化过程中产生的电子直接转移给未被完全氧化的中间产物，生成代谢产物并释放能量的过程
    • 发酵
      • 酒精发酵
        • 酵母菌乙醇发酵
          • I型发酵
            • 中性或微酸性及缺氧条件下，以乙醛为受体生成乙醇 酿酒酵母
            • 巴斯德效应：发酵乙醇过程中，向发酵液中通入氧气，乙醇停止产生，葡萄糖利用率下降的氧抑制发酵现象
          • II型发酵
            • 环境中存在亚硫酸氢钠时，可与乙醛反应生成磺化羟基乙醇，而磷酸二羟丙酮作为受氢体，生成a-磷酸甘油，进而生成甘油的过程
            • 工业化生产甘油经典途径，但是高浓度亚硫酸氢钠抑制酵母细胞生长代谢
          • III型发酵
            • 弱碱性情况下，乙醛得不到足够的氢而积累，两个乙醛发生歧化反应，一个作为还原剂形成乙酸，一个作为氧化剂形成乙醇，受体是磷酸二羟丙酮，产物为乙醇、乙酸和甘油
        • 细菌乙醇发酵
          • 厌氧发酵单胞菌：ED途径葡萄糖分为丙酮酸，最后得乙醇
          • 肠杆菌：利用EMP途径进行乙醇发酵
      • 乳酸发酵
        • 同型乳酸发酵：乳杆菌属、链球菌属（厌氧、耐氧）在葡萄糖发酵产物中只累积乳酸的发酵，EMP途径产的丙酮酸还原为乳酸
        • 异型乳酸发酵：乳杆菌（泡菜）两歧双歧杆菌HMP途径产乙醇和乙酸
      • 混合酸发酵
        • 某些肠杆菌可进行混合酸发酵，产物为琥珀酸、乳酸、乙酸、甲酸、乙醇、CO2和氢气
      • 丁二酸发酵
        • 产气杆菌发酵产丁二酸。 中间产物3-羟基丁酮碱性条件下生成丁二酮，与环境中的精氨酸胍基反应生成红色化合物（V.P反应阳性，大肠杆菌阴性）
      • 丙酮-丁醇发酵
        • 厌氧菌可进行丙酸发酵、丙酮-丁醇发酵
• 呼吸产能代谢
  • 呼吸作用：物质与能量代谢过程中底物降解释放的高位能电子，通过呼吸链传递给外源电子受体O2或氧化型化合物，从而生成H2O或还原型产物并释放能量的过程
  • 呼吸作用与发酵作用根本区别：呼吸作用中，电子载体不是将电子直接传递给部分分解的中间产物，而是与呼吸链的电子传递系统偶联，使电子沿呼吸链传递，并达到电子传递系统末端交给最终电子受体，在电子传递过程中逐步释放出能量并合成ATP
  • 呼吸链与氧化磷酸化
    • 四个组分
    • 氧化磷酸化：电子在沿电子传递过程中所伴随的将ADP磷酸化形成ATP的过程
    • 化学渗透假说：电子在呼吸链传递产生的自由能，在特定部位的质子泵驱动H+从基质跨膜运送到膜间隙，形成基质为负电势，膜间隙为正电势的内膜两侧电化学电势差，形成了电化学梯度即电动势，这种质子动力蕴含的自由能可驱动位于内膜的AYP合成酶将H+从膜间隙通过质子通道运送到基质，同时将能量传递给ADP和Pi生成ATP，降低内膜两侧电化学电势差，实现H+的跨膜循环
• 光合作用与光合磷酸化
  • 光合磷酸化
    • 叶绿素或菌绿素的光反应中心接受光能被激发而放出电子，在循环或非循环的电子传递系统中，一部分能量被用于合成ATP
• 肽聚糖的合成
  • 细胞质中的合成
    • 葡萄糖➡️N-乙酰葡糖胺-UDP➡️N-乙酰胞壁酸-UDP
    • N-乙酰胞壁酸-UDP➡️N-乙酰胞壁酸五肽
  • 细胞膜中的合成
    • N-乙酰胞壁酸五肽➡️肽聚糖单体小分子，抗生素杆菌肽抑制
  • 细胞膜外的合成
    • 转肽反应形成完整的肽聚糖分子，青霉素抑制转肽酶
• 初级代谢与次级代谢
  • 概念
    • 初级代谢
      • 一类主要发生在生长繁殖期的普遍存在于一切生物中的代谢类型
    • 次级代谢
      • 某些生物为了避免在初级代谢过程中某种中间产物累积造成的不利作用或外环境因素胁迫造而产生的一类有利于生存的代谢类型
  • 初级代谢与次级代谢的区别
    • 初级代谢是普遍存在于各类生物中的基本代谢类型，代谢途径和代谢产物类同性强。次级代谢只存在于某些微生物中，不同微生物的次级代谢途径和次级代谢产物不同、同一种微生物在营养和环境因素不同也会产生不同的次级代谢产物
    • 初级代谢产物对机体的生长发育来说是必须的，这些物质的合成受阻会导致机体生长缓慢甚至死亡，次级代谢产物对机体来说不是生存必须的，即使次级代谢某个环节发生障碍也不会导致机体生长停止或死亡
    • 初级代谢始终贯穿于微生物生长发育过程的始终，与机体的生长过程呈平行关系。次级代谢通常在微生物对数生长期末期或稳定期才出现，与机体生长不呈平行关系，明显分为机体生长期和次级代谢产物形成期。
    • 次级代谢产物是从少数几种初级代谢过程中产生的中间体或代谢产物衍生而来，每种类型的次级代谢产物常常是化学结构相似而成分不同的混合物
    • 初级代谢对环境变化不敏感，次级代谢对环境条件变化敏感
    • 催化次级代谢产物合成的某些酶专一性比较弱