第五章微生物的代謝(dàixiè)第一頁(yè)，共54頁(yè)。第一節(jié)

微生物的能量代謝

一、

異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能生物氧化就是發(fā)生在活細(xì)胞內(nèi)的一系列產(chǎn)能氧化反應(yīng)的總稱。生物氧化與非生物氧化即燃燒有著若干相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。相同點(diǎn)都是有機(jī)物氧化釋放了其中的化學(xué)潛能，不同點(diǎn)是：步驟：一步式快速反應(yīng)多步式梯級(jí)反應(yīng)條件：激烈溫和(wēnhé)產(chǎn)能方式：熱光大部分為ATP能量利用率：低高生物氧化的形式包括：與氧結(jié)合；脫氫；失電子三種。過(guò)程：脫氫（或電子）；遞氫（或電子）和受氫（或電子）結(jié)果：產(chǎn)能（ATP）；產(chǎn)還原力（H）和產(chǎn)小分子中間代謝物。第二頁(yè)，共54頁(yè)。（2）硫酸鹽呼吸(hūxī)（suifaerespiration）第二節(jié)合成代謝(dàixiè)和分解代謝(dàixiè)的聯(lián)系第五十二頁(yè)，共54頁(yè)。在通氣不良的土壤中，反硝化作用會(huì)造成氮肥的損失，其中間產(chǎn)物NO和N2O還會(huì)污染環(huán)境，故應(yīng)設(shè)法防止。第三十四頁(yè)，共54頁(yè)。枯草芽抱桿菌合成芳香族氨基酸的代謝途徑就采取這種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。其共同特點(diǎn)是每個(gè)分支途徑的末端產(chǎn)物控制分支點(diǎn)后的第一個(gè)酶，同時(shí)每個(gè)末端產(chǎn)物又對(duì)整個(gè)(zhěnggè)途徑的第一個(gè)酶有部分的抑制作用，分支代謝的反饋調(diào)節(jié)方式有多種。通過(guò)這種機(jī)制，一旦重要產(chǎn)能途徑(tújìng)中的某種關(guān)鍵中間代謝物必須被大量用作生物合成原料而抽走時(shí)，仍可保證能量代謝的正常進(jìn)行。是少數(shù)缺乏完整EMP途徑的微生物所具有(jùyǒu)的一種替代途徑，特點(diǎn)是葡萄糖只經(jīng)4步反應(yīng)即可獲得EMP途徑須經(jīng)10步才能獲得的丙酮酸。（一）

化能自養(yǎng)(zìyǎnɡ)微生物：同工酶（isoenzmpe）是指能催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但其酶蛋白本身的分子結(jié)構(gòu)組成卻有所不同的一組酶。所謂代謝物回補(bǔ)順序，又稱代謝物補(bǔ)償途徑(tújìng)或添補(bǔ)途徑(tújìng)，是指能補(bǔ)充兩用代謝途徑(tújìng)中因合成代謝而消耗的中間代謝物的那些反應(yīng)。固氮作用分為以下(yǐxià)幾個(gè)階段：同工酶（isoenzmpe）是指能催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但其酶蛋白本身的分子結(jié)構(gòu)組成卻有所不同的一組酶。2．藍(lán)細(xì)菌保護(hù)固氮酶的機(jī)理從微生物的物質(zhì)代謝中可以(kěyǐ)看出TCA循環(huán)是處于樞紐的地位，工業(yè)中生產(chǎn)的檸檬酸、蘋(píng)果酸、延胡索酸、琥珀酸和谷氨酸等，都可在這個(gè)循環(huán)中看到未發(fā)現(xiàn)真核微生物具有固氮(ɡùdàn)作用。（一）底物(dǐwù)脫氫：主要有四條途徑：EMP、HMP、ED途徑和三羧酸(suōsuān)循環(huán)第三頁(yè)，共54頁(yè)。

（1）EMP途徑(tújìng)（Embdem-Meyerhof-PatnasPathway）：整個(gè)EMP途徑的產(chǎn)能效率是很低的，每個(gè)葡萄糖分解(fēnjiě)產(chǎn)生2個(gè)ATP，但其中產(chǎn)生的多種中間代謝物不僅可為合成反應(yīng)提供原材料，而且起著連接許多有關(guān)代謝途徑的作用。從微生物發(fā)酵生產(chǎn)的角度來(lái)看，EMP途徑與乙醇、乳酸、甘油、丙酮、丁醇和丁二醇等大量重要發(fā)酵產(chǎn)物的生產(chǎn)有密切的關(guān)系。第四頁(yè)，共54頁(yè)。（2）HMP途徑(tújìng)：

該途徑是一條葡萄糖不經(jīng)EMP和TCA途徑而得到徹底氧化，并產(chǎn)生大量的能量。一般認(rèn)為HMP途徑不是產(chǎn)能途徑，而是為生物合成提供大量還原力（NADPH）和中間代謝產(chǎn)物。HMP途徑在微生物的生命活動(dòng)中有重要意義：（1）為核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖—磷酸（核酮糖-5-磷酸是合成核酸、某些輔酶和組氨酸的原料）（2）產(chǎn)生大量的NADPH2還原劑，它不僅為合成脂肪酸、固醇等重要細(xì)胞物質(zhì)所需要，而且可以通過(guò)呼吸鏈產(chǎn)生大量能量，這些都是EMP和TCA過(guò)程無(wú)法完成(wánchéng)的，因此凡存在HMP途徑的微生物，當(dāng)它們處在有氧條件下時(shí)就不必再依賴TCA循環(huán)獲得所需的NADH2。（3）如果微生物對(duì)戊糖的需要超過(guò)HMP途徑的正常供應(yīng)量時(shí)，可通過(guò)EMP途徑與本途徑在1，6-二磷酸果糖和3-磷酸甘油醛處的連接來(lái)加以調(diào)劑。（4）反應(yīng)中的赤蘚糖可用于合成芳香氨基酸，如苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和組氨酸。（5）由于在反應(yīng)中存在著C3—C7的各種糖，使具有HMP途徑的微生物的碳源利用范圍更廣，如它們可以利用糖作碳源。通過(guò)本途徑而產(chǎn)生的重要發(fā)酵產(chǎn)物很多，如核苷酸，各種氨基酸、輔酶和乳酸等第五頁(yè)，共54頁(yè)。第六頁(yè)，共54頁(yè)。（3）ED途徑(tújìng)（Enter-DoudoroffPathway）

又稱2-酮-3-脫氧-6磷酸葡萄糖酸裂解途徑。（KDPG）是少數(shù)缺乏完整EMP途徑的微生物所具有(jùyǒu)的一種替代途徑，特點(diǎn)是葡萄糖只經(jīng)4步反應(yīng)即可獲得EMP途徑須經(jīng)10步才能獲得的丙酮酸。第七頁(yè)，共54頁(yè)。第八頁(yè)，共54頁(yè)。ED途徑是少數(shù)EMP途徑不完整的細(xì)菌所特有的利用(lìyòng)葡萄糖的替代途徑，其特點(diǎn)是：反應(yīng)步驟簡(jiǎn)單，產(chǎn)能效率低1分子葡萄糖僅產(chǎn)1分子ATP，是EMP途徑的一半由于ED途徑可與EMP、HMP途徑以及TCA循環(huán)相連接，因此可以相互協(xié)調(diào)，以滿足微生物對(duì)能量，還原力和不同中間代謝物的需要。第九頁(yè)，共54頁(yè)。（4）三羧酸(suōsuān)循環(huán)（TricarboxylicAcidCycly）稱TCA循環(huán)(xúnhuán)，Krebs循環(huán)(xúnhuán)或檸檬酸循環(huán)(xúnhuán)。第十頁(yè)，共54頁(yè)。從微生物的物質(zhì)代謝中可以(kěyǐ)看出TCA循環(huán)是處于樞紐的地位，工業(yè)中生產(chǎn)的檸檬酸、蘋(píng)果酸、延胡索酸、琥珀酸和谷氨酸等，都可在這個(gè)循環(huán)中看到第十一頁(yè)，共54頁(yè)。（二）遞氫和受氫：根據(jù)遞氫特別是受氫過(guò)程中氫受體性質(zhì)不，可把生物氧化(yǎnghuà)區(qū)分成呼吸（有氧呼吸）、無(wú)氧呼吸和發(fā)酵三種類型。第十二頁(yè)，共54頁(yè)。1、呼吸(hūxī)（Respiration）

呼吸是一種最普遍和最重要的生物氧化方式，其特點(diǎn)是底物按常規(guī)方式脫氫后，經(jīng)完整的呼吸鏈（又稱電子傳遞鏈）遞氫，最終由分子氧接受氫并產(chǎn)生水和釋放能量（ATP）。由于呼吸是在有氧條件下進(jìn)行，故又稱有氧呼吸。呼吸鏈?zhǔn)侵肝挥谠思?xì)胞膜上或真核細(xì)胞線粒體膜上的，由一系列氧化還原勢(shì)不同的氫傳遞體（或電子傳遞體）組成的一組鏈狀傳遞順序，它能把H或電子從低氧化還原勢(shì)的化合物傳遞給高氧化還原勢(shì)的分子氧或其它無(wú)機(jī)、有機(jī)(yǒujī)氧化物，并使它們還原。在H或電子傳遞過(guò)程中，通過(guò)與氧化磷酸化反應(yīng)發(fā)生偶聯(lián)，就可產(chǎn)生ATP形式的能量。第十三頁(yè)，共54頁(yè)。在微生物中，最重要(zhòngyào)的呼吸鏈組分有以下幾種：

（1）煙酰胺嘌呤二核苷酸（NAD）和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）：某些脫氫E含有NAD+或NADP+形式的輔酶，能從還原性底物上移出1個(gè)H+和2個(gè)電子，而變成還原態(tài)的NADPH+H+（2）黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和黃素單核苷酸（FMN）FAD和FMN是一類稱為黃素蛋白（FP）的脫氫酶的輔基。它們的活性基團(tuán)是異咯嗪結(jié)構(gòu)，其遞H功能和基本結(jié)構(gòu)如下：（3）鐵硫蛋白（Fe-S）：鐵硫蛋白存在于呼吸鏈的幾種酶復(fù)合體中，參與膜上的電子傳遞（4）泛醌（輔酶Q）：是一類脂溶性的氫載體，泛醌廣泛存在于真核生物線粒體內(nèi)膜和G-菌的細(xì)胞膜上。其作用是收集來(lái)自呼吸鏈各種輔酶和輔基所輸出的H，然后再將它們傳遞給細(xì)胞色素系統(tǒng)。（5）細(xì)胞色素系統(tǒng)：細(xì)胞色素系統(tǒng)位于(wèiyú)呼吸鏈的后端，它們的功能是傳遞電子而不是傳遞氫。它們只從泛醌中接受電子，同時(shí)將同等數(shù)目的質(zhì)子推到線粒體或細(xì)胞膜（原核生物）外的溶液中。細(xì)胞色素按其吸收光譜和氧還電位的差別可分成多種類型。如CytA、A3、B、C、和O等。不論在真核生物或原核生物中，呼吸鏈的主要組分都是類似的，一般為：NAD（P）---FP----FeS----COQ----CytB----CytC----CytA----CytA3；第十四頁(yè)，共54頁(yè)。1、

無(wú)氧呼吸(hūxī)（AnaerobicRespirAtion）

無(wú)氧呼吸又稱厭氧呼吸，是一類呼吸鏈末端的氫受體為外源無(wú)機(jī)氧化物（個(gè)別為有機(jī)氧化物）的生物氧化。這是一類在無(wú)氧條件下進(jìn)行的產(chǎn)能效率較低的特殊呼吸。其特點(diǎn)是底物按常規(guī)途徑(tújìng)脫氫后，經(jīng)部分呼吸鏈遞氫，最終由氧化態(tài)的無(wú)機(jī)物（個(gè)別是有機(jī)物延胡索酸）受氫，得到還原。第十五頁(yè)，共54頁(yè)。根據(jù)呼吸鏈末端的最終受體的不同，可把無(wú)氧呼吸分為(fēnwéi)以下類型第十六頁(yè)，共54頁(yè)。（1）硝酸鹽呼吸(hūxī)（nitraterespiration）又稱反硝化作用（denitrification）。硝酸鹽在微生物生命活動(dòng)中具有兩種功能，其一是在有氧或無(wú)氧條件下所進(jìn)行的利用硝酸鹽作為(zuòwéi)氮源營(yíng)養(yǎng)物，稱為同化性硝酸鹽還原作用（assindlativenitratereduction）；另一是在無(wú)氧條件下，某些兼性厭氧微生物利用硝酸鹽作為(zuòwéi)呼吸鏈的最終氫受體，把它還原成亞硝酸、NO、N2O直至N2的過(guò)程，稱為異化性硝酸鹽還原作用（dissimilativenitratereductio），又稱硝酸鹽呼吸或反硝化作用。能進(jìn)行硝酸鹽呼吸的都是一些兼性厭氧微生物——反硝化細(xì)菌，如地衣芽抱桿菌、脫氮副球菌、銅綠假單胞菌和脫氮硫桿菌等。在通氣不良的土壤中，反硝化作用會(huì)造成氮肥的損失，其中間產(chǎn)物NO和N2O還會(huì)污染環(huán)境，故應(yīng)設(shè)法防止。第十七頁(yè)，共54頁(yè)。（2）硫酸鹽呼吸(hūxī)（suifaerespiration）是嚴(yán)格厭氧的硫酸鹽還原細(xì)菌（或反硫化細(xì)菌）在無(wú)氧條件下獲取能量的方式，其特點(diǎn)是底物脫氫后，經(jīng)呼吸鏈遞氫，最終(zuìzhōnɡ)由末端氫受體硫酸鹽受氫，在遞氫過(guò)程中與氧化磷酸化作用相偶聯(lián)而獲得ATP。硫酸鹽呼吸的最終(zuìzhōnɡ)還原產(chǎn)物是H2S。能進(jìn)行硫酸鹽呼吸的嚴(yán)格厭氧菌有脫硫弧菌，巨大脫硫弧菌和致黑脫硫腸狀菌等。在浸水或通氣不良的土壤中，厭氧微生物的硫酸鹽呼吸及其有害產(chǎn)物對(duì)植物根系生長(zhǎng)十分不利（例如引起水稻秧苗的爛根等），故應(yīng)設(shè)法防止。第十八頁(yè)，共54頁(yè)。（3）硫呼吸(hūxī)（sulphurrespiration）以無(wú)機(jī)硫作為呼吸鏈的最終氫受體并產(chǎn)生H2S的生物氧化作用。能進(jìn)行(jìnxíng)硫呼吸的都是一些兼性或?qū)Ｐ詤捬蹙?，例如氧化乙酸脫硫單胞菌。?）鐵呼吸（ironrespiration）在某些專性厭氧菌和兼性厭氧菌（包括化能異養(yǎng)細(xì)菌、化能自養(yǎng)細(xì)菌和某些真菌）中發(fā)現(xiàn)，其呼吸鏈末端的氫受體是Fe3+第十九頁(yè)，共54頁(yè)。（5）碳酸鹽呼吸(hūxī)（carbonaterespiraion）是一類以CO2或重碳酸鹽作為呼吸鏈末端氫受體的無(wú)氧呼吸。它們都是一些專性厭氧菌。（6）延胡索酸呼吸（fumarterespiration）以往都把琥珀酸的形成看作是微生物所產(chǎn)生的一般中間代謝物，可是在延胡索酸呼吸中，琥珀酸卻是末端氫受體延胡索酸的還原產(chǎn)物。能進(jìn)行延胡索酸呼吸的微生物都是一些兼性厭氧菌，如埃希氏菌屬、變形桿菌屬、沙門(mén)氏菌(shāménshìjūn)屬和克氏桿菌屬等腸桿菌。第二十頁(yè)，共54頁(yè)。3、發(fā)酵(fājiào)（Fermentation）：

在發(fā)酵工業(yè)上，發(fā)酵是指任何利用（好氧或厭氧）微生物來(lái)生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物的一類生產(chǎn)方式；而在生物氧化或能量代謝中，發(fā)酵僅是指在無(wú)氧條件下，底物(dǐwù)脫氫后所產(chǎn)生的還原力[H]不經(jīng)呼吸鏈傳遞而直接交給某一內(nèi)源氧化性中間產(chǎn)物的一類低效產(chǎn)能反應(yīng)。第二十一頁(yè)，共54頁(yè)。介紹與EMP、HMP、ED途徑有關(guān)(yǒuguān)的幾類發(fā)酵和Stickland反應(yīng)的氨基酸發(fā)酵（1）由EMP途徑中丙酮酸出發(fā)(chūfā)的發(fā)酵：第二十二頁(yè)，共54頁(yè)。（2）

通過(guò)HMP途徑的發(fā)酵(fājiào)-----異型乳酸發(fā)酵(fājiào)

凡葡萄糖發(fā)酵后只產(chǎn)生分子乳酸的發(fā)酵叫同型乳酸發(fā)酵。除產(chǎn)生乳酸外，還可產(chǎn)生乙醇，CO2等多種產(chǎn)物(chǎnwù)的發(fā)酵稱異型乳酸發(fā)酵。一些異型發(fā)酵乳酸的微生物，因缺乏EMP途徑中的一些重要E，如醛縮酶和異構(gòu)E，因此其對(duì)葡萄糖的降解，完全依賴HMP途徑。不同的微生物進(jìn)行異型乳酸發(fā)酵的途徑和產(chǎn)物(chǎnwù)是不相同的。第二十三頁(yè)，共54頁(yè)。（3）通過(guò)(tōngguò)ED途徑進(jìn)行的發(fā)酵：通過(guò)ED途徑(tújìng)的發(fā)酵就是指細(xì)菌的酒精發(fā)酵。酒精發(fā)酵有三個(gè)類型，即通過(guò)EMP途徑(tújìng)的酵母酒精發(fā)酵、通過(guò)HMP途徑(tújìng)（異型乳酸發(fā)酵）的細(xì)菌酒精發(fā)酵和通過(guò)ED途徑(tújìng)的細(xì)菌酒精發(fā)酵。①酵母的“同型酒精發(fā)酵”：由釀酒酵母等通過(guò)EMP途徑(tújìng)進(jìn)行。葡萄糖十2ADP＋2Pi——2乙醇十2CO2＋2ATP②細(xì)菌的“同型酒精發(fā)酵”：由運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌等通過(guò)ED途徑(tújìng)進(jìn)行。葡萄糖十ADP＋Pi——2乙醇十2CO2＋ATP③細(xì)菌的“異型酒精發(fā)酵”：由Leuconostocmesenteroides等通過(guò)HMP途徑(tújìng)進(jìn)行。葡萄糖十ADP＋Pi——乳酸十乙醇十CO2＋ATP第二十四頁(yè)，共54頁(yè)。（4）氨基酸發(fā)酵(fājiào)產(chǎn)能——StiCkland反應(yīng)少數(shù)厭氧梭菌例如Ibobospepe（生孢梭菌）能利用一些氨基酸同時(shí)當(dāng)作碳源、氮源和能源，其產(chǎn)能機(jī)制是通過(guò)部分氨基酸的氧化與另一些氨基酸的還原相偶聯(lián)的發(fā)酵方式。這種以一種(yīzhǒnɡ)氨基酸為氫供體，以另一氨基酸為氫受體的產(chǎn)能發(fā)酵類型，稱為StiCkland反應(yīng)。它的產(chǎn)能效率很低，每分子氨基酸只能產(chǎn)1個(gè)ATP。第二十五頁(yè)，共54頁(yè)。二、自養(yǎng)(zìyǎnɡ)微生物產(chǎn)ATP和還原力：

自養(yǎng)微生物按其最初能源的不同，可分為兩大類，即化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型和光能自養(yǎng)型。它們(tāmen)與異養(yǎng)微生物的根本區(qū)別是：異養(yǎng)微生物是在對(duì)氧化程度極高的CO2還原的基礎(chǔ)上；而自養(yǎng)型是在對(duì)氧化還原水平適中的有機(jī)碳原直接利用的基礎(chǔ)上。因此后者要花費(fèi)很多能量（ATP）把無(wú)機(jī)氫轉(zhuǎn)變成還原力。第二十六頁(yè)，共54頁(yè)。（一）

化能自養(yǎng)(zìyǎnɡ)微生物：

化能自養(yǎng)(zìyǎnɡ)微生物還原CO2所需要的ATP和「H」是通過(guò)氧化無(wú)機(jī)底物而獲得的。產(chǎn)能的途徑主要是經(jīng)過(guò)呼吸鏈的氧化磷酸化反應(yīng)，因此，化能自養(yǎng)(zìyǎnɡ)菌一般都是好氧菌?；茏责B(yǎng)(zìyǎnɡ)微生物產(chǎn)能效率、生長(zhǎng)速率和生長(zhǎng)得率都很低。與異養(yǎng)微生物相比，其能量代謝主要有3個(gè)特點(diǎn)：①無(wú)機(jī)底物的氧化直接與呼吸鏈發(fā)生聯(lián)系，這與異養(yǎng)微生物對(duì)葡萄糖等有機(jī)底物的氧化要經(jīng)過(guò)多條途徑逐級(jí)脫氫明顯不同；②呼吸鏈的組分更為多樣化，氫或電子可以從任一組分直接進(jìn)入呼吸鏈；③產(chǎn)能效率即P／O比一般要低于化能異養(yǎng)微生物。第二十七頁(yè)，共54頁(yè)。（二）

光能營(yíng)養(yǎng)(yíngyǎng)微生物：

這類微生物產(chǎn)能（ATP）和固定(gùdìng)CO2的方式有：1、循環(huán)光合磷酸化：2、非循環(huán)光含磷酸化3．嗜鹽菌紫膜的光介導(dǎo)ATP合成第二十八頁(yè)，共54頁(yè)。第二節(jié)合成代謝(dàixiè)和分解代謝(dàixiè)的聯(lián)系第二十九頁(yè)，共54頁(yè)。合成(héchéng)代謝和分解代謝具體聯(lián)系表現(xiàn)如下一、兩用代謝途徑凡在分解代謝和合成代謝中均具有功能的代謝途徑，稱為兩用代謝途徑。EMP、HMP和TCA循環(huán)等都是重要的兩用代謝途徑。需要說(shuō)明的是：①在兩用代謝途徑中，合成途徑并非和分解途徑的完全逆轉(zhuǎn)，②在分解代謝與合成代謝途徑的相應(yīng)代謝步驟中，往往(wǎngwǎng)包含完全不同的中間代謝物。③在真核生物中，分解代謝和合成代謝一般在不同的分隔區(qū)域內(nèi)分別進(jìn)行，原核生物因其細(xì)胞微小、結(jié)構(gòu)的間隔程度低，故反應(yīng)的控制大多在簡(jiǎn)單的酶分子水平上進(jìn)行。第三十頁(yè)，共54頁(yè)。二、代謝物回補(bǔ)順序(shùnxù)

所謂代謝物回補(bǔ)順序，又稱代謝物補(bǔ)償途徑(tújìng)或添補(bǔ)途徑(tújìng)，是指能補(bǔ)充兩用代謝途徑(tújìng)中因合成代謝而消耗的中間代謝物的那些反應(yīng)。通過(guò)這種機(jī)制，一旦重要產(chǎn)能途徑(tújìng)中的某種關(guān)鍵中間代謝物必須被大量用作生物合成原料而抽走時(shí)，仍可保證能量代謝的正常進(jìn)行。在生物體中，這種情況是十分普遍的。第三十一頁(yè)，共54頁(yè)。第三節(jié)微生物獨(dú)特合成(héchéng)代謝途徑舉例

一、自養(yǎng)微生物的CO2固定(gùdìng)（一）卡爾文循壞（CalvincyCle）P130（二）厭氧乙酰-CoA途徑：P131（三）

逆向TCA循還固定(gùdìng)CO2P132（四）

羥基丙酸途徑：P133

第三十二頁(yè)，共54頁(yè)。二、生物固氮

具有固氮(ɡùdàn)作用的微生物近50個(gè)屬，包括細(xì)菌、放線菌和藍(lán)細(xì)菌。未發(fā)現(xiàn)真核微生物具有固氮(ɡùdàn)作用。根據(jù)固氮(ɡùdàn)微生物與其他生物的關(guān)系，可分為三類：自生固氮(ɡùdàn)體系、共生固氮(ɡùdàn)體系和聯(lián)合固氮(ɡùdàn)體系。好氧自生固氮(ɡùdàn)菌以固氮(ɡùdàn)菌屬較為重要，固氮(ɡùdàn)能力較強(qiáng)。厭氧自生固氮(ɡùdàn)菌以巴氏固氮(ɡùdàn)梭菌較為重要，但固氮(ɡùdàn)能力較弱。共生固氮(ɡùdàn)菌中最為人們所熟知的是根瘤菌，它與其所共生的豆科植物有嚴(yán)格的種屬特異性。此外，弗蘭克氏菌能與非豆科植物共生固氮(ɡùdàn)。營(yíng)聯(lián)合固氮(ɡùdàn)的固氮(ɡùdàn)菌指必須生活在植物根際、葉面或動(dòng)物腸道等處才能固氮(ɡùdàn)的微生物。第三十三頁(yè)，共54頁(yè)。能量利用率：低高（6）延胡索酸呼吸（fumarterespiration）以往都把琥珀酸的形成看作是微生物所產(chǎn)生的一般中間代謝物，可是在延胡索酸呼吸中，琥珀酸卻是末端氫受體延胡索酸的還原產(chǎn)物。化能自養(yǎng)(zìyǎnɡ)微生物還原CO2所需要的ATP和「H」是通過(guò)氧化無(wú)機(jī)底物而獲得的。某些脫氫E含有NAD+或NADP+形式的輔酶，能從還原性底物上移出1個(gè)H+和2個(gè)電子，而變成還原態(tài)的NADPH+H+這類微生物產(chǎn)能（ATP）和固定(gùdìng)CO2的方式有：（三）肽聚糖的合成(héchéng)四、微生物的次生(cìshēng)代謝：次級(jí)代謝一般在菌體對(duì)數(shù)生長(zhǎng)后期或穩(wěn)定期間進(jìn)行，但會(huì)受到環(huán)境條件的影響；第三十九頁(yè)，共54頁(yè)。第四十七頁(yè)，共54頁(yè)。（4）鐵呼吸（ironrespiration）在某些專性厭氧菌和兼性厭氧菌（包括化能異養(yǎng)細(xì)菌、化能自養(yǎng)細(xì)菌和某些真菌）中發(fā)現(xiàn)，其呼吸鏈末端的氫受體是Fe3+所謂代謝物回補(bǔ)順序，又稱代謝物補(bǔ)償途徑(tújìng)或添補(bǔ)途徑(tújìng)，是指能補(bǔ)充兩用代謝途徑(tújìng)中因合成代謝而消耗的中間代謝物的那些反應(yīng)。③氨基酸延伸途徑，由各種氨基酸衍生、聚合形成多種含氨基酸的抗生素，如多肽類抗生素、β-內(nèi)酰胺類抗生素、D-環(huán)絲氨酸和殺腺癌菌素等能進(jìn)行(jìnxíng)硫呼吸的都是一些兼性或?qū)Ｐ詤捬蹙缪趸宜崦摿騿伟?。?）產(chǎn)生大量的NADPH2還原劑，它不僅為合成脂肪酸、固醇等重要細(xì)胞物質(zhì)所需要，而且可以通過(guò)呼吸鏈產(chǎn)生大量能量，這些都是EMP和TCA過(guò)程無(wú)法完成(wánchéng)的，因此凡存在HMP途徑的微生物，當(dāng)它們處在有氧條件下時(shí)就不必再依賴TCA循環(huán)獲得所需的NADH2。（一）固氮的生化(shēnɡhuà)機(jī)制：P1341、生物固氮的6要素：2、固氮的生化途徑：P136（二）好氧固氮菌防止氧傷害其固氮酶的機(jī)理1、固氮菌屬保護(hù)固氮酶的機(jī)理：呼吸保護(hù)構(gòu)象保護(hù)2、藍(lán)細(xì)菌保護(hù)固氮酶的機(jī)理：異形(yìxínɡ)胞3．根瘤菌保護(hù)固氮酶的機(jī)理：豆血紅蛋白

第三十四頁(yè)，共54頁(yè)。三、肽聚糖的合成(héchéng)

第一階段，在細(xì)胞質(zhì)中合成胞壁酸五肽；第二階段，在細(xì)胞膜上由N一乙酸胞壁酸五肽與N一乙酸葡萄糖膠合成肽聚糖單體——雙糖肽亞單位(dānwèi)；第三階段，已合成的雙糖肽插在細(xì)胞膜外的細(xì)胞壁生長(zhǎng)點(diǎn)中并交聯(lián)形成肽聚糖的伸長(zhǎng)，并通過(guò)轉(zhuǎn)肽酶的轉(zhuǎn)肽作用使相鄰多糖鏈交聯(lián)。第三十五頁(yè)，共54頁(yè)。四、微生物的次生(cìshēng)代謝：

次級(jí)代謝是指微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期(shíqī)，以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對(duì)微生物的生命活動(dòng)無(wú)明確功能的物質(zhì)的過(guò)程。次級(jí)代謝與初級(jí)代謝關(guān)系密切，初級(jí)代謝的關(guān)鍵性中間產(chǎn)物往往是次級(jí)代謝的前體，次級(jí)代謝一般在菌體對(duì)數(shù)生長(zhǎng)后期或穩(wěn)定期間進(jìn)行，但會(huì)受到環(huán)境條件的影響；質(zhì)粒與次級(jí)代謝的關(guān)系密切，控制著多種抗生素的合成。第三十六頁(yè)，共54頁(yè)。微生物次生代謝物合成(héchéng)途徑主要有4條：①糖代謝延伸途徑，由糖類轉(zhuǎn)化、聚合產(chǎn)生的多糖、糖苷類和核酸類化合物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化而形成核苷類、糖苷類和糖衍生物類抗生素②莽草酸延伸途徑，由莽草酸分支途徑產(chǎn)生氯霉素等③氨基酸延伸途徑，由各種氨基酸衍生、聚合形成多種含氨基酸的抗生素，如多肽類抗生素、β-內(nèi)酰胺類抗生素、D-環(huán)絲氨酸和殺腺癌菌素等④乙酸延伸途徑，又可分2條支路，其一是乙酸經(jīng)縮合后形成聚酮酐，進(jìn)而合成(héchéng)大環(huán)內(nèi)酯類、四環(huán)素類、灰黃霉素類抗生素和黃曲霉毒素；另一分支是經(jīng)甲羥戊酸而合成(héchéng)異戊二烯類，又可進(jìn)一步合成(héchéng)赤霉素或真菌毒素（隱杯傘素）。第三十七頁(yè)，共54頁(yè)。－、應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株解除(jiěchú)正常的反饋調(diào)節(jié)1．賴氨酸發(fā)酵(fājiào)第三十八頁(yè)，共54頁(yè)。二、應(yīng)用(yìngyòng)抗反饋調(diào)節(jié)的突變株解除反饋調(diào)節(jié)第三十九頁(yè)，共54頁(yè)。三、控制(kòngzhì)細(xì)胞膜的滲透性

1．通過(guò)生理學(xué)手段控制細(xì)胞膜的滲透性在谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，生物素的濃度對(duì)谷氨酸的累積量有著明顯的影響，只有把生物素濃度控制在亞適量的情況下，才能分泌(fēnmì)出大量的谷氨酸。2．通過(guò)細(xì)胞膜缺損突變而控制其滲透性應(yīng)用谷氨酸生產(chǎn)菌的油酸缺陷型菌株，在限量添加油酸的培養(yǎng)基中，也能因細(xì)胞膜發(fā)生滲漏而提高谷氨酸產(chǎn)量。第四十頁(yè)，共54頁(yè)。本章(běnzhānɡ)內(nèi)容到此謝謝第四十一頁(yè)，共54頁(yè)。固氮作用分為以下(yǐxià)幾個(gè)階段：1．固氮酶的形成還原型吡啶核苷酸的電子經(jīng)載體鐵氧還蛋白或黃素(huánɡsù)氧還蛋白（Fld）傳遞到組分Ⅱ的鐵原子上形成還原型組分Ⅱ，它先與ATP－Mg結(jié)合生成變構(gòu)的ⅡMg－ATP復(fù)合物；然后再與此時(shí)已與分子氮結(jié)合的組分I一起形成1：1的復(fù)合物——固氮酶。第四十二頁(yè)，共54頁(yè)。2．固氮(ɡùdàn)階段

固氮酶分子的一個(gè)電子從組分ⅡMg－ATP復(fù)合物轉(zhuǎn)移到組分1的鐵原子上，由此再轉(zhuǎn)移給鉬結(jié)合(jiéhé)的活化分子氮。通過(guò)6次這樣的電子轉(zhuǎn)移，將1分子氮還原成2分子NH3。組分ⅡMg－ATP復(fù)合物轉(zhuǎn)移掉電子以后恢復(fù)成其氧化型，同時(shí)ATP水解成為ADP＋Pi。3．固氮酶的調(diào)節(jié)在富氨的環(huán)境中或氨過(guò)量時(shí)，固氮酶合成受阻，這是一種在終產(chǎn)物過(guò)量時(shí)避免能量和養(yǎng)料浪費(fèi)的方法。第四十三頁(yè)，共54頁(yè)。第四十四頁(yè)，共54頁(yè)。（二）好氧固氮菌防止氧傷害(shānghài)其固氮酶的機(jī)理

1．固氮菌屬保護(hù)固氮酶的機(jī)理如呼吸保護(hù)：細(xì)菌以較強(qiáng)的呼吸強(qiáng)度迅速耗去固氮部位周圍的氧；構(gòu)象保護(hù)：褐球固氮菌等有一種起著構(gòu)象保護(hù)功能的蛋白質(zhì)——FeS蛋白質(zhì)Ⅱ，通過(guò)與固氮酶結(jié)合或解離而起到保護(hù)作用。2．藍(lán)細(xì)菌保護(hù)固氮酶的機(jī)理分化有異形胞的絲狀細(xì)菌在異形胞中進(jìn)行固氮作用。異形胞是部分藍(lán)細(xì)菌適應(yīng)于在有氧條件下進(jìn)行固氮作用的特殊細(xì)胞。3．根瘤菌保護(hù)固氮酶的機(jī)理以類菌體形式生活在豆科植物根瘤中，類菌體周圍有周膜包圍，膜上有一種能與氧發(fā)生可逆性結(jié)合的蛋白——豆血紅蛋白，它與氧的親合力極強(qiáng)，起著調(diào)節(jié)(tiáojié)根瘤中膜內(nèi)氧濃度的功能。第四十五頁(yè)，共54頁(yè)。（三）肽聚糖的合成(héchéng)

以金黃色葡萄球菌的肽聚糖合成為例說(shuō)明：第一階段，在細(xì)胞質(zhì)中合成胞壁酸五肽；第二階段，在細(xì)胞膜上由N一乙酸胞壁酸五肽與N一乙酸葡萄糖膠合成肽聚糖單體(dāntǐ)——雙糖肽亞單位；第三階段，已合成的雙糖肽插在細(xì)胞膜外的細(xì)胞壁生長(zhǎng)點(diǎn)中并交聯(lián)形成肽聚糖的伸長(zhǎng)，并通過(guò)轉(zhuǎn)肽酶的轉(zhuǎn)肽作用使相鄰多糖鏈交聯(lián)。轉(zhuǎn)肽作用為青霉素所抑制。第四十六頁(yè)，共54頁(yè)。第四十七頁(yè)，共54頁(yè)。第三節(jié)微生物代謝(dàixiè)的調(diào)節(jié)

微生物細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)主要有兩種類型，一類是酶活性調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的是已有酶分子的活性，是在酶化學(xué)(huàxué)水平上發(fā)生的；另一類是酶合成的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的是酶分子的合成量，這是在遺傳學(xué)水平上發(fā)生的。第四十八頁(yè)，共54頁(yè)。一、酶活性調(diào)節(jié)(tiáojié)

1．別構(gòu)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)代謝的別構(gòu)酶大多數(shù)為寡聚酶，一般由兩個(gè)或兩個(gè)以上的亞基組成。其中一組亞基稱為催化亞基，另一組亞基稱為調(diào)節(jié)亞基。后者與別構(gòu)效應(yīng)物結(jié)合后可引起酶分子的構(gòu)象發(fā)生改變，從而改變酶的活性。別構(gòu)效應(yīng)物主要有底物、產(chǎn)物或代謝途徑的最終產(chǎn)物及小分