微生物的代谢

这是一篇关于微生物的代谢的思维导图，主要内容有微生物的代谢类型、微生物的产能代谢、葡萄糖的发酵作用等。

微生物的代谢

• 微生物的代谢类型
  • 初级代谢：提供能量，前体，结构物质的生命活动所必需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，产物：抗生素，色素，激素，生物碱等
  • 分解代谢（异化作用）：将大分子分解为小分子并产生能量
  • 合成代谢（同化作用）：利用小分子合成大分子并消耗能量
• 微生物的产能代谢
  • 生物氧化（脱氢-递氢-受氢三个阶段）：分解代谢实际上是物质在生物体内经过一系列连续的氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，这个过程也称为生物氧化
  • 异养微生物的生物氧化
    • 发酵： 是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物（葡萄糖，氨基酸，有机酸）
    • 有氧呼吸
    • 无氧呼吸
      • 硝酸盐呼吸
      • 铁呼吸
      • 硫呼吸
      • 碳酸盐呼吸
      • 硫酸盐呼吸
  • 自养微生物的生物氧化
    • 化能自养（硝化细菌，氢细菌，铁细菌）：氧化无机物而获得能量
    • 光能自养：光合磷酸化
    • 子主题
• 葡萄糖的发酵作用
  • 葡萄糖的脱氢反应
    • EMP途径（糖酵解）
    • HMP途径（磷酸戊糖途径）
      • 完全（生成CO2）
      • 不完全（生成丙酮酸）
    • ED途径（微生物特有的4步分解葡萄糖途径,革兰氏阴性菌较多，不依赖EMP,HMP）
    • WD途径（磷酸解酮糖酶途径）
      • 磷酸戊糖（PK）
      • 磷酸己糖(HK)
  • 葡萄糖的发酵类型
    • 酒精发酵:丙酮酸在无氧条件下生成乙醇的过程
    • 乳酸发酵
      • 同型乳酸发酵（EMP）:产物只有乳酸
      • 异型乳酸发酵（WD）：产物除了乳酸还有乙醇，乙酸，CO2等
    • 混合酸发酵（大肠杆菌）：发酵产物含甲酸，乙酸，乳酸，CO2等
• 微生物的代谢调控
  • 特点：精确，可塑性强，细胞水平的代谢调节能力比高等生物强
  • 控制营养物质透过细胞膜进入细胞
  • 通过酶的定位控制酶与底物的接触
  • 控制代谢物流向（通过酶促反应调节）
    • 酶的活性调节（细调）
      • 激活：在代谢途径中，后面的反应可以被叫前面的反应产物所促进的现象常见于分解代谢途径
      • 抑制：竞争性抑制和反馈抑制。反馈是指反应链中某些中间代谢产物或终产物对该途径关键酶活性的影响
        • 直线式代谢途径（单一末端产物抑制第一个酶的活性，氨基酸或核苷酸的合成）
        • 分支代谢途径
          • 同工酶调节（几种终产物都过量时才能抑制该酶的活性）
          • 合作反馈（一种终产物对酶只有微弱的抑制作用，几种终产物都过量时抑制作用最大）
          • 协同反馈抑制（一种终产物过量对酶没有抑制作用，几种终产物都过量时才能抑制）
          • 累加反馈抑制（各末端产物都能抑制，且抑制作用互不干扰，末端产物均过量时抑制作用最大）
          • 顺序反馈抑制（末端产物过量不能直接抑制第一个酶活性，而是抑制分支点的酶活性导致中间产物增多，中间产物又可以抑制第一个酶活性，只有当全部末端产物都过量时才能起到抑制作用）
          • 代谢互锁（表面完全不相干的两个代谢途径之间的调节，只有在高浓度下才能表现出来，且为部分抑制）
          • 优先合成
      • 酶活性的反馈调节：通过代谢产物的浓度来调节代谢产物的合成的调节方式
    • 酶的合成调节（粗调）：调节酶的生成和降解速率
      • 诱导： 是酶促分解底物或产物，有使微生物细胞合成分解代谢途径中有关酶的过程，微生物通过诱导作用而产生的酶称为诱导酶（组成酶含量高，诱导酶少）
        • 同时诱导：诱导物加入后，诱导几种酶的合成
        • 顺序诱导：先合成能分解底物的酶，再合成分解中间产物的酶
      • 阻遏
        • 末端代谢产物阻遏
        • 分解代谢阻遏（葡萄糖效应，二次生长）
      • 调节
        • 操纵子
          • 结构基因
          • 调节基因
          • 操纵元件
          • 启动子
        • 负调节（乳糖操纵子）：转录过程依赖于调节蛋白的存在
        • 正调节（色氨酸操纵子）：转录过程不依赖于调节蛋白的存在
      • 重要术语
        • 诱导物：与调节蛋白结合抑制调节蛋白与操纵元件结合，促进转录合成
        • 辅助阻遏物：与调节蛋白结合，促进调节蛋白与操作元件结合，抑制转录
        • 阻遏物：没有诱导物的条件下可以与操纵元件结合，抑制转录
        • 阻遏物蛋白：只能在有辅阻遏物的条件下才能与操纵元件结合
• 工业中的应用：
  • 目的：大量积累人们所需要的微生物的代谢产物
  • 代谢的人工控制：人为的打破微生物的代谢控制体系，使代谢朝着人们希望的方向发展
  • 人工控制代谢的手段
    • 改变微生物的遗传特性
    • 控制发酵条件
    • 改变膜的通透性
• 诱导酶：依赖底物或底物类似物来合成的酶
• 组成（固有）酶：它们的合成与环境无关，是细胞固有的酶，菌体内含量相对稳定，不依赖底物或底物类似物来合成
• 乳酸
• CO2
• 丙酮酸