微生物學教微生物學教研楊繼E-本章內第四節第三節第二節第一節本章內第四節第三節第二節第一節概概＋＋新陳代第一微生物的產能代第一微生物的產能代能量代謝是生物代謝的核化能異能量代謝是生物代謝的核化能異養微生化能自養微生光能營養微生通用能源ATP。生物氧化產微生物生物氧化產微生物直接利能量轉換貯存在能物質（如ATP）能生物氧以熱的形式釋放環境一、異養微生物的生一、異養微生物的生物氧生物氧微生物產能代謝又稱為生物氧化（l），是發生在活細胞內一系列產能性氧化反應的總稱，是指物質在生物體內經過一系列連續的異異養微生物生物氧化的兩種方有氧呼無氧呼1.發1.發糖糖酵解糖酵解（glycolysis）主要分為四種途徑HM途ED途（1）EMP（1）EMP途EMP途徑（Embden–MeyerhofParnaspathway）：是指在無氧又稱糖酵解途徑（glycolysis）或糖二磷酸途徑（hexosediphosphateEMP途徑是絕大多數生物共EMP途徑的兩個階第二階EMP途徑的兩個階第二階總反第一階葡萄糖+2NAD+2H3PO4+ 2丙酮酸+2NADH+2ATP+2H++6、甘油醛-3-磷酸+NAD 甘油酸-1，3-二磷酸+7、甘油醛-1,3-二磷酸+ 甘油酸-3-磷酸+ 烯醇式丙酮酸磷酸+10、烯醇式丙酮酸磷酸+ 丙酮酸+1、葡萄糖+ 6-磷酸葡萄糖+2、6-磷酸葡萄糖 3、6-磷酸果糖+ 4、1，6-二磷酸果糖 +磷酸二羥基丙酮 準備階段：不涉及氧化還原反應及能量釋放，生成兩分子的主要中間代謝產物：EMPEMP途徑的意提供ATP形式的能量和NADH形式的還原能力HMPHMP途phosphatepathway）、磷酸酮醛酸途徑（phosphogluconatepathway）或HMP途徑的三個階第一階第HMP途徑的三個階第一階第二階7、5-磷酸核糖+5-磷酸木酮 3-磷酸甘油醛+7-磷酸景天庚酮8、3-磷酸甘油醛+7-磷酸景天庚酮 6-磷酸果糖+4-磷酸赤鮮 3-磷酸甘油醛+6-磷酸果5、5-磷酸核酮 6、5-磷酸核酮 6-磷酸葡萄糖+1、葡萄糖+2、6-磷酸葡萄糖+ 6-磷酸葡萄糖酸內酯+NADPH+3、6-磷酸葡萄糖酸內酯+ 4、6-磷酸葡萄糖+ 5-磷酸核酮糖+NADPH+H++HMP途徑關鍵HMP途徑關鍵反總反6葡萄糖-6磷酸+12NADP+ 5葡萄糖-6磷酸+12NADPH+12H++6CO2+HMP途徑的意HMP途徑的意氧化源利途徑中赤蘚糖-4-磷酸是合成芳香族、雜環族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、（3）（3）ED途其關鍵是2--3--6-磷酸裂解分解為3-磷酸甘油醛和丙酮酸。ED途徑四個階第一階第二階ED途徑四個階第一階第二階第四階第三階 甘油醛-3-磷酸+丙酮3、6-磷酸葡萄糖酸內酯+ 2、6-磷酸葡萄糖+ 6-磷酸葡萄糖酸內酯+NADPH+1、葡萄糖+ 6-磷酸葡萄糖+ED途徑特ED途徑特1molATP1mol一分子由236磷酸葡糖酸直接裂解形成，另一分子則由3-236微生物中的ED微生物中的ED途單胞菌PsLindneriZmobilis和真養產堿菌Alcaligeneseutrophus葡萄糖三條途徑在微生物中的分葡萄糖三條降解途徑在不同微生物中的分菌釀酒酵—產朊葡萄糖三條途徑在微生物中的分葡萄糖三條降解途徑在不同微生物中的分菌釀酒酵—產朊假絲—灰色鏈霉3—產黃青—大腸桿—銅綠假單—嗜糖假單——枯草桿—氧化葡萄糖桿——真養產堿——運動發酵單胞——藤黃八疊—（4）磷酸解酮酶途（4）磷酸解酮酶途PK途6-P-葡萄6-P-葡萄糖PK途6-P-葡萄6-P-葡萄糖磷酸戊糖酮解---HK途逆HMP途HK途逆HMP途2-3-磷酸解酮酶途徑特磷酸解酮酶途徑特PK途徑特HK途徑的特酸-3-磷酸-甘油醛在脫氫酶的參與下轉變為乳酸；乙酰磷酸生成乙酸的反（5（5）丙酮酸進一步分丙酮丙酮酸的發酵產1）乙醇發使NADH氧化生成NAD+，同時乙醛被還原生1）乙醇發使NADH氧化生成NAD+，同時乙醛被還原生成乙醇為受氫體，生成a磷酸甘油，a3%的亞硫酸氫鈉磺化羥基乙2磷酸二羥基丙磷酸甘甘境條件下（pH7.6），乙醛因得不到足夠的氫而積NAD+再生，產物為乙醇、乙酸和甘油2）乳酸發雙歧乳酸發2）乳酸發雙歧乳酸發異型乳酸發同型乳酸發酸及甘油醛-3-磷酸糖經EMP途徑降解為丙酮用下被NADH還原為乳酸A.同型乳酸發2乳2丙酮A.同型乳酸發2乳2丙酮1,3-二-磷酸甘油酸葡萄磷酸二羥丙LactococcusLactobacillusB.異型乳酸發乙乙乙酰乙酰磷6-磷酸B.異型乳酸發乙乙乙酰乙酰磷6-磷酸葡萄5-磷酸木酮6-磷酸葡萄糖--3-磷酸甘油葡萄同型乳酸發酵和異型乳酸發酵比同型乳酸發酵與異型同型乳酸發酵和異型乳酸發酵比同型乳酸發酵與異型乳酸發酵的類途產產能/葡萄菌種代同2乳異1乳1乙異1乳1乙雙岐發雙岐發（（3）丙酸發（（4）丁酸發（（5）混合酸發混合酸發葡萄PEP羧化琥珀草酰乙磷酸烯醇式丙酮丙酮酸甲酸裂解混合酸發葡萄PEP羧化琥珀草酰乙磷酸烯醇式丙酮丙酮酸甲酸裂解乳酸脫氫乳丙酮甲酸-氫裂解乙醇脫氫乙醛脫氫甲乙乙乙酰磷酸轉乙酰乙酰磷乙酸激乙大腸大腸桿菌混合酸發酵產腸道細菌的鑒別實大腸腸道細菌的鑒別實大腸桿菌既產酸又產志賀氏菌：產酸但不產丙酮酸裂解生成乙酰CoA與甲酸，但不能使甲酸裂解產生H2和不同微生物發酵產物的不同，也是細菌分類鑒定的重要依據腸道細菌的鑒別實驗-IMViC腸道細菌的鑒別實驗-IMViC與硫化氫試VP試驗（Voges-吲哚試驗（indol吲哚試驗（indol吲哚試驗是用來檢測吲哚的產生色氨酸水解反應吲哚與對二甲基氨基苯甲醛反應大腸桿菌吲哚反應陽性，產氣腸桿菌為陰性甲基紅試甲基紅試驗（methyl（pH6.3）變為紅色（pH4.2）盡管所有的腸道微生物都能發酵葡萄糖產生有機酸，但這個試在區分大腸桿菌和產氣腸桿菌上仍然是值的。這兩個細菌在酮酸等，使pH升至大約6。因此大腸桿菌為陽性反應，產氣腸桿菌為陰性反應V.P.V.P.試V.P.試鑒別原脫乙酰乳縮V.P.試鑒別原脫乙酰乳縮乙酰甲基甲2丙酮-二乙2,3-丁二堿性條（與培養基中精氨酸的胍基結合）紅色化合V.P.試V.P.試驗V.P.試V.P.試驗陰V.P.試驗陽檸檬酸鹽試驗檸檬酸鹽試驗pH小于6.0硫硫化氫試 +H2O→CH3COCOOH+H2S↑+NH3↑H2S+Pb(CH3COO)2→PbS↓（黑色）+2CH3COOH2.遞氫與受呼吸作用與發酵2.遞氫與受呼吸作用與發酵的根本區一些一些呼吸作用電子受有氧呼有氧呼呼吸鏈(respiratorychain)是由一系列的遞氫反應(hydrogentransfer典型的呼吸典型的呼吸（（2）無氧呼無氧呼吸最終電子受體不是氧，是NO3、NO2、 、CO2等無機物，或延胡索酸（fumarate）等有機物硝酸硝酸鹽還原細反硝化作用的生態學作土壤反硝化作用的生態學作土壤及水環氧被消耗而造成局部的厭氧環環的中斷松土，排除過多的水分，證土壤中有良好的通氣條件反硝化作用在氮素循環中的重要作土壤中植物能利用的（硝酸鹽NO-）還原3硝酸鹽還原細菌進行厭氧呼好氧性機體的呼吸作其其它厭氧呼其它電子受甘氨延其它電子受甘氨延胡索三甲基砷酸二甲亞硒酸三價鐵離錳離一、異一、異養微生物的生物氧二、自養微生物的生物氧化二、自養微生物的生物氧化能無機營養型這些微生物一般也能以CO2為唯一或主要碳源合成細自養微生二、自養微生物的生物氧二、自養微生物的生物氧（有機物二、二、自養微生物的生物氧二、二、自養微生物的生物氧二、二、自養微生物的生物氧1.氨的氧1.氨的氧-這兩類細菌往往伴生在一起，在它們的共同作用下將銨鹽氧成硝酸鹽，避免亞硝酸積累所產生的毒害作用這類細菌在自然界的氮素循環中也起者重要的作用，在自然中分布非常廣泛亞硝化細亞硝化細氨單加氧羥氨氧還硝化細硝化細亞硝酸氧化1.氨1.氨的氧NH3、NO2成代謝所需要的還原力需消耗ATP2.硫的氧俄2.硫的氧俄國著名微生物學Winogradsky的杰出貢獻化能無機自養型微生物的發氧化無機物獲得能量沒有光和葉綠素的條件下也能同化CO2為胞物質（能以CO2為唯一或主要碳源2.硫的2.硫的氧2.硫的2.硫的氧2.硫的2.硫的氧ATP（非主要途徑ATP（主要途徑3.鐵的氧3.鐵的氧因此該菌的生長會導致形成大量的Fe3（Fe(OH)3）氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillus3.鐵的3.鐵的氧為什么要在酸性環境下生活 亞鐵（Fe2+）只有在酸性條件（pH低于3.0）下才能保當pH大于4-5，亞鐵（Fe2+）很容易被氧氣氧化成為高3.鐵3.鐵的氧3.鐵的氧3.鐵的氧氫的氧能以氫為電氫的氧能以氫為電子供體，以O2為電子受體，以CO2為唯一碳氫氧化產生的能量同化CO2，也能利用其它有機物生長。4.氫的氧4.氫的氧這類細菌是嚴格厭氧兼養型兼養型微生兼養型微生物化能自化能自養微生三、能量轉底物三、能量轉底物水平磷酸化能營養氧化磷酸通過光合磷酸化將光能轉變化學能儲存于ATP光能營養底物水底物水平磷酸物質在生物氧化過程中，常生成一些含有高能鍵的化合物，而這些稱為底物水平磷酸化（substratelevelphosphorylation）。2.2.氧化磷酸（oxidativephosphorylation）氧化磷酸氧化磷酸化形成ATP的機化學滲透學氧化磷酸氧化磷酸化形成ATP的機ATP的構象假原原核生物呼吸鏈的特Cyt.o；Cyt.b5583.3.光合磷酸化3.光合磷酸化3.光合磷酸化光能營養型生細菌的葉細菌的葉綠細菌葉綠素具有和高等植物中的葉綠素相類似的化學結構，二者區別在于側鏈基團的不同，以及由此而導致的光吸收特性的差異光合作用的光合作用的反應中反應中心為（1）環式光合磷酸（1）環式光合磷酸生理類群-光合細綠菌亞目：綠菌科-綠硫細菌，綠彎菌科-綠色非硫細菌。專性厭氧，專：環式光合磷酸化反環式光合磷酸化反應途特環式光環式光合磷酸化-ATP的合環式光環式光合磷酸化的還原非環非環式光合磷酸化-反應途非環非環式光合磷酸化-ATP合非環式光合磷酸非環式光合磷酸化的特O2（產自系統）（2（2）非環式光合磷酸（2）綠（2）綠色細菌的非環式光合磷酸NAD++H2S+ADP+ NADPH+H++ATP+綠色細菌的非環式光合磷酸（不產氧型光合作用（3）嗜鹽菌紫膜的光合作（3）嗜鹽菌紫膜的光合作在膜上呈斑片狀（直徑約0.5μm）（3）嗜（3）嗜鹽菌紫膜的光合作（3）（3）嗜鹽菌紫膜的光合作（3（3）嗜鹽菌紫膜的光合作在不同光照和氧四種生理類型的微生物的ATP合第二第二耗能代第三第三微生物代謝的調第四微生物次第四微生物次級代謝與次級代謝產一、次級代謝與次級一、次級代謝與次級代謝產次級代謝初級代謝初級代謝與初級代謝的關1、存在范圍及產物類型不初初級代謝與初級代謝的關 不同的微生物可產生不同的初級代一、次級代謝一、次級代謝與次級代謝產葡萄糖5%、酒石酸0.27%、酒石酸銨0.27%、磷酸氫二銨一、次級代一、次