1、第五章 微生物的營(yíng)養(yǎng)與代謝（生理）第一節(jié) 微生物的酶微生物復(fù)雜的代謝反應(yīng)必須具備酶，微生物細(xì)胞通過(guò)酶的種類和數(shù)量的調(diào)節(jié)來(lái)控制生物過(guò)程。微生物種類繁多，酶的種類也多。一、酶的催化特性酶是一種具有催化活性的物質(zhì)，各類生物均可在體內(nèi)合成，具有催化反應(yīng)，傳遞電子、原子或化學(xué)基因的功能。酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，生物體內(nèi)絕大多數(shù)生物化學(xué)反應(yīng)均由酶催化完成。酶的催化特性主要有以下方面： 1催化作用專一。一種酶只催化一種或一類反應(yīng)，且反應(yīng)前后其性質(zhì)和數(shù)量不變。如乙醇脫氫酶催化乙醇脫氫彈為醛。2催化過(guò)程溫和。只需在常溫、常壓和近中性水溶液中完成。 *有些病毒惑染宿主細(xì)胞后，在細(xì)胞內(nèi)揚(yáng)形成的在光學(xué)顯微鏡下可見的小體

2、稱包涵體。化學(xué)性質(zhì)是蛋折質(zhì)，其內(nèi)可含到數(shù)個(gè)病毒粒子或不含?？袢《镜陌w稱為內(nèi)基氏小體。 3催化效率高。比無(wú)機(jī)催化劑高1031010倍，原因是它能降低反應(yīng)的能閾（*反應(yīng)時(shí)能量水平），所需活化能（能閾）與反應(yīng)物實(shí)際具有的能量差）降低。4對(duì)環(huán)境條件敏感。高溫、強(qiáng)酸（堿）、重金屬等均可導(dǎo)致酶失活。二、酶的組成與結(jié)構(gòu) 1組成：酶的組成有兩類，只含蛋白質(zhì)的叫單成分酶；全酶由蛋白質(zhì)和非蛋白物質(zhì)組成的輔因子共同組成。即全酶=酶蛋白+輔因子（輔基或輔酶）酶蛋白的功能是加速生化反應(yīng)，輔因子的功能是傳遞電子、原子或化學(xué)基因，其中的金屬離子還起激活劑的作用。輔酶與酶蛋白結(jié)合較輔基松散不緊密，它們與不同酶蛋白結(jié)合可

3、催化不同的底物。下面介紹幾種常見的輔基或輔酶（有機(jī)物或金屬離子）：鐵葉啉：是過(guò)氧化氫酶，細(xì)胞色素氧化酶等的輔基，靠鐵離子的變價(jià)（壓2+Fe3+e）來(lái)傳遞電子，催化氧化還原反應(yīng)。輔酶A（CoASH）：它通過(guò)巰基（SH）的受酰和脫酰參與轉(zhuǎn)?；磻?yīng)。 NAD NADHCH3COCOOH CH3COSCOA 丙酮酸COASH CO2 乙酰COA NAD（輔酶）和NADP（輔酶）：煙酰胺腺嘌呤=核苷酚（磷酚）。兩者是多種脫氫酶的輔酶，在反應(yīng)中起傳遞氫的作用。 NADH+H+NAD+2H 另外FAD（黃素膜嘌呤=核苷酸）和輔酶Q（COQ）也起傳遞氫或電子電子的作用。生物素（維生素H）、四氫葉酸（輔酶F）、

4、mg2+等金屬離子也是常見的輔因子（參見書7779）。 2結(jié)構(gòu)酶蛋白由20種氨基酸組成。氨基酸按一定順序排列，由肽鍵（-CONH-）連接成多肽鏈，多肽鏈間丙由氫鍵（C=OHN）等相連接形成立體結(jié)構(gòu)。復(fù)雜的酶蛋白可形成四級(jí)結(jié)構(gòu)。（一至四級(jí)結(jié)構(gòu)參見書80）。三、酶的分類 1按催化的反應(yīng)類型：分6類，即水解酶類、氧化還原酶類、異構(gòu)酶類、轉(zhuǎn)移酶類：裂解酶類、合成酶類。2按酶在細(xì)胞的不同部位：分為胞外酶、胞內(nèi)酶、表面酶。3按酶作用底物不同：可分為淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶等。上述四種酶均屬水解酶類，也是胞外酶。其它的酶多為胞內(nèi)酶。四、酶促反應(yīng)的機(jī)制酶蛋白的多肽鏈可以盤曲成一定的空間構(gòu)型，從而形成特

5、定的活性中心，酶的活性中心可與特定底物結(jié)合，發(fā)生催化反應(yīng)生成相應(yīng)產(chǎn)物。反應(yīng)過(guò)程示意圖如下：有關(guān)影響酶活力的因素及酶動(dòng)力學(xué)內(nèi)容課上不講（P8387）五、酶與代謝復(fù)雜分子（有機(jī)物）分解代謝酶素合成代謝酶素簡(jiǎn)單分子 + ATP + H能量 還原力NADH2生物體內(nèi)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)統(tǒng)稱為代謝（即新陳代謝），它是一切生命的基本特征。代謝分為兩大類，即分解代謝（異化作用）和合成代謝（同化作用），從能量解度則包含產(chǎn)能代謝和耗能代謝。兩者相互聯(lián)系促進(jìn)了生物個(gè)體的生長(zhǎng)繁殖，概括為： 次級(jí)代謝產(chǎn)物：次級(jí)代謝是指為避免某些中間代謝產(chǎn)物積累而產(chǎn)生的利于生存的代謝類型。而與生物生存直接有關(guān)的所有代謝都屬初級(jí)代謝類型。次級(jí)

6、代謝產(chǎn)物并不是生命過(guò)程所必需。不同的微生物種類可能形成不同的次級(jí)代謝產(chǎn)物。如：抗生素、生物堿、生長(zhǎng)刺激素（赤霉素、咧哚工酸）、維生素（過(guò)量部分），各種色素和毒素等。第二節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)（Miorobial nutrition）了解微生物的營(yíng)養(yǎng)及其所需營(yíng)養(yǎng)物的種類和數(shù)量，首先要了解它的化學(xué)組成。一、微生物的化學(xué)組成微生物機(jī)體質(zhì)量的7090%為水分，其余為干物質(zhì)，干物質(zhì)中9097為有機(jī)物，其余為無(wú)機(jī)物。 1水分：不同微生物水含量不等，細(xì)菌，酵母菌含水7585%，霉菌8590%，芽孢約40%。 2干物質(zhì)：包括有機(jī)物：蛋白質(zhì)、核酸、糖、脂類 無(wú)機(jī)物：包括、P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl及微量

7、元素。C、H、O、N是所有生物體的有機(jī)元素、因此說(shuō)，微生物與其它生物存在“營(yíng)養(yǎng)上的統(tǒng)一性”。根據(jù)微生物有機(jī)元素組成分析數(shù)據(jù)，細(xì)菌和酵母菌的化學(xué)組成實(shí)驗(yàn)式為C5 H8 O2 N，（而霉菌為C12 H18 O7 N。）在培養(yǎng)微生物時(shí)可參照此比例供給營(yíng)養(yǎng)。二、微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有水、碳源、能源、氮源、無(wú)機(jī)鹽及生長(zhǎng)因子，它們構(gòu)成微生物的六大營(yíng)養(yǎng)要素，分別介紹如下： 1水水是微生物細(xì)胞的重要組成成分（含7090%）。主要生理作用是：生化反應(yīng)的介質(zhì)，使反應(yīng)在溶液中進(jìn)行；有助于營(yíng)養(yǎng)物的溶解和吸收，參與物質(zhì)運(yùn)輸。 23 碳源和能源凡能供給微生物碳素營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)，稱為碳源。碳源的主要作用是構(gòu)成微生物

8、細(xì)胞的碳架，同時(shí)也是絕大多數(shù)微生物（除某些化能養(yǎng)微生物，它們的能源是一些還原態(tài)無(wú)機(jī)物如H2S、Fe2+、No等）的能源物質(zhì)。碳源譜分為有機(jī)碳源和無(wú)機(jī)碳源兩大類，根據(jù)微生物對(duì)這兩類碳源的同化能力不同，微生物分為異養(yǎng)和自養(yǎng)兩類：異養(yǎng)微生物（有機(jī)營(yíng)養(yǎng)微生物）：指必須利用有機(jī)碳源的微生物。有腐生性和寄生性之分，前者占大多數(shù)。自養(yǎng)微生物（無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)微生物）：指凡只利用無(wú)機(jī)碳源的微生物。這類微生物具有完備的酶系統(tǒng)，能利用CO2和CO作為唯一碳源，合成有機(jī)物，不需要外界供給其現(xiàn)成的有機(jī)碳化物。根據(jù)它們利用能源的不同，又分為光能型和化能型。 4氮源氮是組成細(xì)胞蛋白質(zhì)、核酸等的重要成分。凡能供給微生物含氮物質(zhì)的營(yíng)

9、養(yǎng)物，統(tǒng)稱氮源。氮源譜包括三類：分子態(tài)氮（N2），可利用N2的微生物就是固氮微生物，如非共生的固氮菌、共生的根瘤菌及固氮藍(lán)細(xì)菌等。無(wú)機(jī)氮化物（NH3、NH、NO），可自行合成自身所需氨基酸的生物，稱為氨基酸自養(yǎng)型生物。如所有綠色植物和某些自養(yǎng)微生物（如硝化細(xì)菌等）。有機(jī)氮化物（氨基酸、蛋白質(zhì)），它們屬于氨基酸異養(yǎng)微生物，如乳酸細(xì)菌等異養(yǎng)微生物。 5無(wú)機(jī)鹽（礦質(zhì)元素）可為微生物提供碳氮以外的各種元素的營(yíng)養(yǎng)成分。包括大量元素：濃度在10-31014mol/L之間，有P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等；微量元素：濃度在10-610-8mol/L之間，有Cu、Zn、Mn、Mo、B等。 6生長(zhǎng)因子微生

10、物在具有上述各種營(yíng)養(yǎng)物后，仍生長(zhǎng)不好，則需供給生長(zhǎng)因子，它是微生物正常代謝不可缺少的某些微量有機(jī)化合物。如：維生素類、生物素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等。但需要量很小。三、碳氮磷比不同的微生物類群對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素要求的比例不同。如：霉菌C : N = 9 :1 固氮菌27.6 : 1 土壤混合群體25 : 1 堆肥30 :1 活性污泥BOD5 : N : P = 100 : 5 :1，厭氧消化時(shí)污泥100 : 6 : 1。有時(shí)為了保證廢水（廢物）生物處理效果，需按碳氮磷比配給營(yíng)養(yǎng)。四、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型自然界中的微生物可以根據(jù)其所需碳源和能源區(qū)分為四種基本營(yíng)養(yǎng)類型，即：微生物的四種基本營(yíng)養(yǎng)類型營(yíng)養(yǎng)類型碳 源

11、能 源代表菌屬Phtotrophs 光能自養(yǎng)型光能營(yíng)養(yǎng)型 光能異養(yǎng)型lithotrophs 化能自養(yǎng)型無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型heterotrophs 化能異養(yǎng)型異養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)型（腐生型、寄生型）CO2有機(jī)物CO2有機(jī)物光能光能無(wú)機(jī)物氧化（如氧化H2S、NH3、H2）有機(jī)物氧化綠硫細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、藻類紅螺菌屬等有機(jī)光合細(xì)菌（PSB）硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌真核微生物及多數(shù)細(xì)菌以上劃分不是絕對(duì)的，也有一些是混合營(yíng)養(yǎng)微生物（兼性自養(yǎng)微生物），它們?cè)诓煌L(zhǎng)條件下可分別利用無(wú)機(jī)碳或有機(jī)碳作為碳素營(yíng)養(yǎng)。光合細(xì)菌（PSB）可在光照和黑暗條件下分別利用光能和有機(jī)碳化物作為能源。下面舉幾個(gè)例子我們分析一下它們屬于哪種營(yíng)養(yǎng)類型的化學(xué)反應(yīng)

12、過(guò)程：1CO2 + 2H2S 光能 CH2O + 2S + H2O （H2S為供氫體） 細(xì)菌葉綠素屬光能自養(yǎng)型（細(xì)菌型光合作用）3 32CO2 + 2CHOH 光能 CH2O + 2C = O + H2O（供氫體異丙醇） 3 3 屬光能異養(yǎng)型（如深紅紅螺菌）32Fe2+ + 1/2O2 + H2 2Fe3+ + H2O + 能量（鐵細(xì)菌） 2NH3 + 3O2 2HNO3 + 2H2O + 619KJ（亞硝化細(xì)菌） 2HNO2 + O2 2HNO3 + 201KJ（硝化細(xì)菌） 合成代謝時(shí)：CO2 + 4H CH2O + H2O 4C6H12O6 + 6O26CO2 + 6H2O 38ADP+3

13、8P,38ATP屬化能自養(yǎng)型，硝化作用就是一例，產(chǎn)生的能量可用于同化CO2。 屬化能異養(yǎng)型。它們種類繁多，包括大多數(shù)細(xì)菌，放線菌及全部真菌。它們可利用葡萄糖分解放出的能量合成細(xì)胞物質(zhì)。五、微生物的培養(yǎng)基指人工配制的適合于不同微生物生長(zhǎng)要求的培養(yǎng)基質(zhì)。根據(jù)不同微生物的營(yíng)養(yǎng)要求，六大營(yíng)養(yǎng)要素按一定比例配制而成。實(shí)驗(yàn)室條件下研究和培養(yǎng)生物及發(fā)酵工業(yè)中都要用到培養(yǎng)基。 1根據(jù)培養(yǎng)基組成物化學(xué)成分分為三類：合成培養(yǎng)基：用無(wú)機(jī)化合物配制而成。各成分是已知結(jié)構(gòu)的純化學(xué)物質(zhì)。如高氏1號(hào)培養(yǎng)基：可溶性淀粉 20g K2HPO4 0.5g Nacl 0.5g KNO3 1g Mgso4 7H2O 0.5g Fes

14、o4 0.01g H2O 1000ml天然培養(yǎng)基：由天然有機(jī)物配制而成。各成分多是生物提取物。如PDA培養(yǎng)基：馬玲薯 200g 蓙糖（葡萄糖）20g H2O 1000ml復(fù)合培養(yǎng)基：由天然有機(jī)物和無(wú)機(jī)物共同配制。 2根據(jù)制成后的物理狀態(tài)分為三類：常用的凝固劑是瓊脂。固體培養(yǎng)基：瓊脂1.53.0%，可形成單個(gè)菌落。半固體培養(yǎng)基：瓊脂0.30.5%，可觀察細(xì)菌運(yùn)動(dòng)。液體培養(yǎng)基：不加瓊脂，發(fā)酵工業(yè)中常用。 3根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮陀猛境７譃樗念悾?基礎(chǔ)培養(yǎng)基：指牛肉膏蛋白的胨培養(yǎng)（牛肉膏5g、蛋白胨10g、Nacl 5g、H2O 1000ml），即適于多數(shù)微生物生長(zhǎng)的培養(yǎng)基。選擇培養(yǎng)基：通過(guò)選擇性抑制作用分

15、離不同類群的微生物。如固氮培養(yǎng)基，纖維素培養(yǎng)基，馬丁氏培養(yǎng)基等，土壤各類群微生物的分離計(jì)數(shù)可采用選擇性培養(yǎng)基。鑒別培養(yǎng)基：利用產(chǎn)生的特征性變化來(lái)區(qū)分不同微生物。如區(qū)別E.clei的伊紅一美藍(lán)（EMB）培養(yǎng)基），可產(chǎn)生金屬光澤。加富（富集）培養(yǎng)基：加入特殊營(yíng)養(yǎng)物的培養(yǎng)基。多用于培養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)要求苛刻的寄生性微生物。如加入血、血清、生物組織提取液等。環(huán)境污染物降解菌的篩選常用這類培養(yǎng)基。另外，在配制培養(yǎng)基的過(guò)程中，要注意C/N值和PH值等理化條件。六、營(yíng)養(yǎng)物（污染物）進(jìn)入細(xì)胞的方式環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)物是如何被微生物細(xì)胞吸收的呢？主要靠生物膜（特別是細(xì)胞膜）的功能進(jìn)入細(xì)胞，完成跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。概括起來(lái)生物膜以四種方式

16、控制物質(zhì)的運(yùn)送。即： 1單純擴(kuò)散（Simple diflusion） 氣體和水進(jìn)出細(xì)胞通過(guò)這種被動(dòng)擴(kuò)散方式，其驅(qū)動(dòng)力是濃度梯度，運(yùn)送時(shí)需要濃度差（高濃度低濃度）。 2促進(jìn)擴(kuò)散（facilitated diffusion）它是一些極性（糖、氨基酸）（帶電荷）的分子穿過(guò)細(xì)胞膜的運(yùn)送機(jī)制，其驅(qū)動(dòng)力也是濃度梯度，但是該過(guò)程需要借助于膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白促進(jìn)運(yùn)送?，F(xiàn)已證明有三類轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，它們對(duì)于促進(jìn)擴(kuò)散和主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)都是重要的（參見下圖），轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程具有底物特異性。平共處 3主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（active trans port） 膜內(nèi) 細(xì)胞膜 膜外它是遞濃度梯度吸性分子的方式， 離子（Na+，H+）離子（Na+，H+）驅(qū)動(dòng)此過(guò)

17、程需要提供能量。使微 單向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白生物在自然界普遍貧營(yíng)養(yǎng)的環(huán)境 中得以生存。主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)受溫度PH 同向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和載體飽和效應(yīng)（轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的底 物結(jié)合位點(diǎn)被真滿了）的影響。 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白大腸桿菌對(duì)谷氨酸的吸收就是這種方（截體蛋白將H+運(yùn)入胞 圖：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白分類內(nèi)，同時(shí)將Na+運(yùn)至膜外，由此產(chǎn)生了Na+的膜仙外電位差，谷氨酸通過(guò)和Na+共運(yùn)輸（同向轉(zhuǎn)運(yùn)）進(jìn)入胞內(nèi)。此過(guò)程揚(yáng)需的能量來(lái)自質(zhì)子運(yùn)動(dòng)力（PMF）或ATP水解。 4基因轉(zhuǎn)位（group translocation）也是一種需要代謝能的運(yùn)送方式，特點(diǎn)是物質(zhì)在穿過(guò)膜時(shí)受到化學(xué)修飾。這種修飾作用通常包括磷酸化作用，如參與糖運(yùn)送的礦酸轉(zhuǎn)彩酶系統(tǒng)。只在部分細(xì)

18、菌中存在。 膜內(nèi) 膜上 膜外 HPr hpR葡萄糖-6-p葡萄糖見背面 第三節(jié) 微生物的產(chǎn)能代謝與呼吸作用微生物正常新陳代謝，需要吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成細(xì)胞組分（合成代謝主要素NADH2 、ATP 簡(jiǎn)單分子）和維特生命活動(dòng)所需的能量，這都要依賴于產(chǎn)能代謝。產(chǎn)能代謝的中心任務(wù)就是把環(huán)境中多種形式的最初能源轉(zhuǎn)化成一切生命活動(dòng)都使用的通用能量ATP。即高能磷酸化合物腺嘌呤核苷三磷酸（腺苷OOOH）AMP ADP ATP 一、產(chǎn)能代謝與呼吸作用的關(guān)系呼吸作用的實(shí)質(zhì)是氧化與還原的統(tǒng)一過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中伴有能量的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)移?；瘜W(xué)本質(zhì)是產(chǎn)能代謝中基質(zhì)將脫下的氫轉(zhuǎn)移給受氫體的過(guò)程（包括脫氫，遞氫和受氫）。根據(jù)最終受氫

19、（電子）體的不同，微生物的呼吸類型劃分為三類：有氧呼吸、無(wú)氧呼吸和發(fā)酵。微生物的產(chǎn)能代謝就是通過(guò)上述三類氧化還原反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體的說(shuō)，就是基質(zhì)（有機(jī)物）通過(guò)生物氧化而釋放出其中的代學(xué)潛能，同時(shí)伴隨不同呼吸類型來(lái)合成生命所需的能量ATP。簡(jiǎn)言之，產(chǎn)能代謝是通過(guò)呼吸作用實(shí)現(xiàn)的。二、微生物的呼吸作用類型（產(chǎn)能代謝方式） 異養(yǎng)微生物的分解代謝中，基質(zhì)（有機(jī)物）脫下的氫由輔酶I（NAD+）攜帶產(chǎn)生ADH+H+，根據(jù)其最終受氫體的不同，可將微生物的呼吸類型分為三類，即：發(fā)酵、有氧呼吸和無(wú)氧呼吸。乙醇等發(fā)酵產(chǎn)物CO2CO2 C原子流向丙酮酸等 H流向中間代謝物CO2無(wú)機(jī)氧化物含氧酸根等發(fā) 酵有氧呼吸無(wú)氧呼

20、吸呼吸類型 受氫體 碳源和能源 產(chǎn)物有機(jī)物等基質(zhì) CO2 （一）發(fā)酵（fermentation）在工業(yè)上，發(fā)酵泛指利用微生物生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)方式。在微生物產(chǎn)能代謝中，發(fā)酵特指以有機(jī)物作為電子最終受體的生物氧化過(guò)程。它是無(wú)氧存在時(shí)，微生物的一種產(chǎn)能方式。特點(diǎn)是：基質(zhì)氧化不徹底，產(chǎn)能效率低（26%）無(wú)電子傳遞鏈參與，在有氧時(shí)，基質(zhì)脫下的氫交給NADH+H+，通過(guò)電子傳遞鏈被氧化，而在無(wú)氧時(shí)，許多微生物利用發(fā)酵反應(yīng)氧化其為NAD+。 1糖酵解（EMP途徑）：微生物發(fā)酵的類型很多，其中糖酵解途徑呼是所有細(xì)胞生物共有的主要代謝途徑。葡萄糖的逐步分解稱為糖酵解，又稱EMP途徑(Embdem-meye

21、rhof-parnas pathway)，或已糖=磷酸途徑。（2NADH+2H+）EMP途徑以葡萄糖為底物，經(jīng)過(guò)10步代謝反應(yīng)由1個(gè)葡萄糖分子生成2分子丙酮酸及2分子ATP、2個(gè)NADH2（還原態(tài)輔酶I）。它是碳水化合物厭氧降解的主要途徑。 總反應(yīng)式：C6H12O6+2NAD+2ADP+2P22CH3COCOOH+2NADH2+2ATP糖酵解分為兩大步驟，是不涉及氧化還原的預(yù)務(wù)性反應(yīng)，生成一種主要中間產(chǎn)物3-P甘油醛；包括氧化還原反應(yīng)，生成ATP和丙酮酸。EMP途徑具體過(guò)程：最終產(chǎn)物：2個(gè)凈ATP2個(gè)NADH22個(gè)丙酮酸NOHHOH丙酮酸2磷酸丙糖CH2OHH OHOH H葡萄糖ATP ADP

22、已糖激酶G6-P-G（6-磷酸葡萄糖）6-P-F（6-磷酸果糖）ATPADP1.6-2P-F醛縮酶CH2O CH2O CHOHCHOCHOHCHOPCH2O CHOHCHO3-P-甘油醛(2x)磷酸二羥丙酮異構(gòu)酶NAD+NADH+H+pi1.3-2p-甘油酸ADPATP3-P甘油酸2-P甘油酸H2O磷酸烯醇式丙酮酸ADP ATPCH3C=OCOOHP預(yù)備反應(yīng) 消耗ATP 產(chǎn)生3-P-甘油醛氧還反應(yīng) 形成ATP 產(chǎn)生丙酮酸底物水平磷酸化C6 H12 O6* 每步都有一種相應(yīng)的酶參與反應(yīng)。* 加入Pi為底物水平磷酸化，形成高能磷酸鍵。Pi為磷酸基因，它轉(zhuǎn)移到ADP上，產(chǎn)生ATP，EMP中的ATP都

23、是借底物水平磷酸化完成的。糖酵解與發(fā)酵 葡萄糖EMP途徑：C6H12O6 G G CH2O| CHOH| CHONAD+NADH2P13-P-甘油醛 P-2 丙酮 ATP ADP 預(yù)備反應(yīng)，G 6-P-G 6-P-F 1.6-2P-F （2）ATP ADP 丙酮酸2ADPATPTCA循環(huán)氧化反應(yīng)，P-烯醇式丙酮酸 2-P甘油酸 3-P-甘油酸 1.3-2P-甘油酸 CO2 NADH2 NAD+ CH3CH2OCOOH CH3COCOOH 辣 CH3CH2OH CH3CH2OH 乳酸 NAD+ COA 乙醇 NADH2 CO2 CH3COCOA COATCA循環(huán)小結(jié)：EMP最終產(chǎn)物有2分子的AT

24、P、NADH2、丙酮酸。（基質(zhì)）底物水平磷酸化：（兼性）厭氧微生物在基質(zhì)氧化過(guò)程中形成含高自由能的中間體，如發(fā)酵中產(chǎn)生的1.3-2P-甘油酸，這種中間體將高能鍵21合ADP，使ADP磷酸化生成ATP。氧化磷酸化：好氧微生物呼吸時(shí)，通過(guò)電子傳遞鏈氧化NADH2產(chǎn)生ATP的過(guò)程（原理是H+的穿膜運(yùn)動(dòng)推動(dòng)，三個(gè)位點(diǎn)）。光合磷酸化：光引起葉綠素等色素逐出電子，通過(guò)電子傳遞產(chǎn)生ATP的過(guò)程。（附） 2發(fā)酵類型 糖酵解過(guò)程產(chǎn)生的丙酮酸，在厭氧條件下由不同的微生物發(fā)酵形成不同的最終產(chǎn)物。具體的發(fā)酵類型主要有：乙醇發(fā)酵、乳酸發(fā)酵、混合酸發(fā)酵等，這些發(fā)酵類型是利用EMP途徑產(chǎn)生的NADH2來(lái)進(jìn)一步還原丙酮酸完成

25、的。CH3COCOOH NAD+ NADH2 CO2 NADH2 NAD+ 例如：CH3CH2OH CH3COH CH3CH2OCOOHATP 31.42 238.2KJ在這個(gè)過(guò)程中，葡萄糖釋放能量的26%（ 100%）保存在ATP的高能鍵中，其余變?yōu)闊岫l(fā)，能量利用率低于好氧呼吸（42%）。 在微生物中，酵母菌可進(jìn)行乙醇發(fā)酵，甩酸細(xì)菌可進(jìn)行乳酸發(fā)酵（同型：德氏乳桿菌，異型：腸膜狀明串珠菌）腸桿菌進(jìn)行混合酸發(fā)酵（P100V.P和甲基12試驗(yàn)區(qū)別大腸桿菌和產(chǎn)合桿菌）。酵母菌乙醇發(fā)酵時(shí)，氧對(duì)葡萄糖耗量能抑制（呼吸抑制發(fā)酵）現(xiàn)象，稱巴斯德效應(yīng)。導(dǎo)致乙醇產(chǎn)量下降。（二）有氧呼吸(Aerobic re

26、spiration)指以分子氧為最終受氫（或電子）體的呼吸作用，是最普遍的生物氧化方式。有氧條件下，基質(zhì)氧化釋放的電子要通過(guò)NAD+在電子傳鏈上轉(zhuǎn)移給O2，O2得到電子被還原，能與基質(zhì)脫下的氫結(jié)合成水。同時(shí)釋放的能量轉(zhuǎn)化為高能磷酸鍵而貯存到ATP中?？梢?，電子傳遞鏈具有傳遞電子和合成ATP這二基本功能（后面講）。有氧呼吸中，有機(jī)物可徹底氧化分解為CO2和H2O?？偡磻?yīng)式（以葡萄糖為例） 38ADP+38ATP C6H12O6 + 602 6CO2 + 6H2O 這種糖代謝全過(guò)程可劃分為三個(gè)部分：糖酵解（EMP途徑）葡萄糖 丙酮酸2 （第1階段） 三羧酸循環(huán)（TCA） 丙酮酸 CO2 （第2階段

27、）電子傳遞鏈（NADH2）ADP ATP （氧化磷酸化） 1三羧酸循環(huán)(Tricarboxylic acid cycle, TCA)(檸橡酸循環(huán)The citric acid cycle) TCA循環(huán)始于丙酮酸，它被氧化脫羧并乙酰化后被輔酶A攜帶進(jìn)入TCA環(huán)，逐步被氧化為CO2和H2O。第1個(gè)產(chǎn)物是檸橡酸（見下圖）。 -2CH3CO COOH(丙酮酸)COACO2NAD+NADH2C6 H12 O16 葡萄糖COACO2NAD+NADH2CH3COCOA（乙酰輔酶A）淀粉纖維素蛋白質(zhì)脂肪脂肪酸甘油EMP途徑： aaCOA檸檬酸草酰乙酸（H碳）TCA循環(huán)示意圖 產(chǎn)能形式EMPEMP+TCA AT

28、P 底物磷酸化 GTP NADH2氧化磷酸化 （氧化NADH2 ） FADH2（不經(jīng)NAD）凈產(chǎn)ATP 產(chǎn)能效率 22（23ATP）乙醇發(fā)酵 = 42% = 26%31.22 238.38 2 2（2ATP）2 + 8（103ATP）2（22ATP）38（真核36）31.4382876 2電子傳遞鏈（電子傳遞體系，呼吸鏈）電子傳遞鏈有二個(gè)基本功能：傳遞電子，接受電子并傳遞給最終電子受O2 合成ATP，把電子傳遞過(guò)程中釋放的能量貯有起來(lái)。 電子傳遞水平（氧化磷酸化）磷酸化是微生物呼吸時(shí)產(chǎn)生能量的主要方式。 根據(jù)真核生物線粒體上電子傳遞鏈組成分析表明，它由細(xì)胞色素a.b.c輔酶Q（泛醌）及黃素pr

29、（FAD）等類型的化合物組成。即由一系列電子載體依氧化還原電位差高低而排列。 ATP ATP2H+ （泛醌） 還原態(tài)基質(zhì)AH2 NAD+ FADH2 輔酶Q Fe2+ 細(xì)胞色素b 氧化態(tài) A NADH2 FAD+ 輔酶QH2 Fe3+ ATP（未端氧化酶） Fe3+ Fe2+ Y2O2 細(xì)胞色素c 細(xì)胞色素a Fe2+ Fe3+ H2O 電子傳遞鏈簡(jiǎn)圖（見書圖4-12 P104）電子傳遞鏈因最終電子受體是氧也稱呼吸鏈，是一個(gè)“放能”裝置，其中有三個(gè)部位偶聯(lián)生成ATP。呼吸鏈的組成除醌類外，原理是H+穿膜運(yùn)動(dòng)有三個(gè)位點(diǎn)，分別NADH脫氫酶、細(xì)胞色素bc，復(fù)合體和未端氧化酶。都是一些含有輔酶or 輔基的脫氫酶類。電子傳遞鏈在原核生物中存在于細(xì)胞質(zhì)膜上；真核生物中在線粒體內(nèi)。好氧呼吸可分為外源性呼吸和內(nèi)源性呼吸。正常情況下，好氧微生物利用外界供給的能源進(jìn)行呼吸