微生物的代谢.ppt

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1、1第一节、代谢概论第一节、代谢概论 第二节、微生物产能代谢第二节、微生物产能代谢一、生物氧化一、生物氧化 二、异养微生物的生物氧化二、异养微生物的生物氧化 1.发酵；发酵；2. 呼吸作用：呼吸作用： (1) 有氧呼吸；（有氧呼吸；（2）无氧呼吸）无氧呼吸三自养微生物的生物氧化三自养微生物的生物氧化*1. 氨的氧化氨的氧化 2. 硫的氧化硫的氧化 3. 铁的氧化铁的氧化 4. 氢的氧化氢的氧化 四能量转换四能量转换1底物水平磷酸化底物水平磷酸化 ; 2氧化磷酸化氧化磷酸化 ; 3光合磷酸化光合磷酸化;4）环式光合磷酸化）环式光合磷酸化 ; 5）非环式光合磷酸化）非环式光合磷酸化 ; 6） 嗜盐菌

2、紫膜的光合作用嗜盐菌紫膜的光合作用第三节第三节 微生物分解代谢微生物分解代谢第四节第四节 微生物合成代谢微生物合成代谢*第五节第五节 微生物独特的合成代谢途径微生物独特的合成代谢途径第六节第六节 微生物次级代谢与次级代谢产物微生物次级代谢与次级代谢产物 *微生物的各种产能途径（方式）的基本特点微生物的各种产能途径（方式）的基本特点（特别是其它生命所不具备的产能方式）（特别是其它生命所不具备的产能方式）（微生物在代谢上的多样性）（微生物在代谢上的多样性）掌握基本概念，次级代谢与初级掌握基本概念，次级代谢与初级代谢各自的特点代谢各自的特点 2第一节第一节 代谢概论代谢概论代谢（代谢（metabol

3、ism）活细胞内发生的各种化学反应的总称活细胞内发生的各种化学反应的总称物质代谢物质代谢分解代谢分解代谢(catabolism)合成代谢合成代谢(anabolism)复杂分子复杂分子（有机物）（有机物）分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢简单小分子简单小分子ATPH分解代谢与产能代谢紧密相连；分解代谢与产能代谢紧密相连； 合成代谢与耗能代谢紧密相连。合成代谢与耗能代谢紧密相连。 微生物的代谢离不开酶，无论是分解代谢还是合成代谢都必须在微生物的代谢离不开酶，无论是分解代谢还是合成代谢都必须在酶的催化作用下才能进行。酶的催化作用下才能进行。 能量代谢能量代谢产能代谢产能代谢耗能代谢耗能代谢3第二节第二

4、节 微生物产能代谢微生物产能代谢能量代谢是一切生物代谢的核心问题。能量代谢是一切生物代谢的核心问题。能量代谢的中心任务，是把外界环境中的多种形式的能量代谢的中心任务，是把外界环境中的多种形式的最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源-ATP。最初最初能源能源有机物有机物还原态无机物还原态无机物日光日光化能异养微生物化能异养微生物化能自养微生物化能自养微生物光能营养微生物光能营养微生物通用能源通用能源（ATP）4微生物氧化的形式微生物氧化的形式生物氧化作用生物氧化作用：细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）能量的：细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）

5、能量的化学反应。氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高化学反应。氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高能键形式贮藏在能键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。分子内，供需时使用。 生物氧化的方式生物氧化的方式： 和氧的直接化合：和氧的直接化合： C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O失去电子：失去电子： Fe2+ Fe3+ + e -化合物脱氢或氢的传递化合物脱氢或氢的传递: CH3-CH2-OH CH3-CHONADNADH25生物氧化的功能生物氧化的功能：产能产能(ATP)产还原力产还原力【H】小分子中间代谢物小分子中间代谢物6生物氧化的过程生物氧化的过程一般包括三个

6、环节：一般包括三个环节：底物脱氢（或脱电子）作用底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电子供体或供氢体）（该底物称作电子供体或供氢体）氢（或电子）的传递氢（或电子）的传递（需中间传递体，如（需中间传递体，如NAD、FAD等）等）最后氢受体接受氢（或电子）最后氢受体接受氢（或电子）（最终电子受体或最终氢受体）（最终电子受体或最终氢受体）底物脱氢的途径底物脱氢的途径 1、EMP途径途径 2、HMP 3、ED 4、TCA7 生命活动需要能量，生活机体主要通过生物氧化反应生命活动需要能量，生活机体主要通过生物氧化反应获得能量获得能量. . 已知异养型微生物都是以已知异养型微生物都是以有机物有机物为能源，

7、它们从有机为能源，它们从有机物的氧化反应中获得能量，自养型微生物从物的氧化反应中获得能量，自养型微生物从光或无机光或无机物物的氧化反应中得到能量。的氧化反应中得到能量。 在以有机物为基础的生物氧化反应中，以在以有机物为基础的生物氧化反应中，以O O2 2作为最终作为最终电子受体的称为电子受体的称为有氧呼吸有氧呼吸，以无机氧化物中的氧作为，以无机氧化物中的氧作为最终电子受体的称为最终电子受体的称为无氧呼吸无氧呼吸。以有机物作为电子受。以有机物作为电子受体的称为体的称为发酵发酵。 有氧呼吸，无氧呼吸和发酵过程中都能产生能量。有氧呼吸，无氧呼吸和发酵过程中都能产生能量。8第二节第二节 微生物产能代谢

8、微生物产能代谢一一 生物氧化生物氧化生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种生物氧化的功能为：生物氧化的功能为：产能（产能（ATP）、）、产还原力产还原力 HH和产小分子中间代谢物和产小分子中间代谢物自养微生物利用自养微生物利用无机物无机物异养微生物利用异养微生物利用有机物有机物生物生物氧化氧化能量能量微生物直接利用微生物直接利用储存在高能化合物（如储存在高能化合物（如ATP）中中以热的形式被释放到环境中以热的形式被释放到环境中9ATPATP产生的主要方式产生的主要方式1.1.氧化磷酸化氧化磷酸化 1 1）底物水平磷酸化）底物水平磷酸

9、化 不需氧，不经过呼吸链。不需氧，不经过呼吸链。 甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸 磷酸化磷酸化 1,3 1,3二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸ATPATP2 2）电子传递磷酸化）电子传递磷酸化 需氧气，经过呼吸链。物质氧化放出的电子在呼吸链中需氧气，经过呼吸链。物质氧化放出的电子在呼吸链中传递时，放出能量，生成传递时，放出能量，生成ATPATP生物氧化或光合作用过程中，将能量通过生物氧化或光合作用过程中，将能量通过磷酸化磷酸化转转移至移至ATP。10 NADNAD、NADPNADP和呼吸链在代谢中的作用和呼吸链在代谢中的作用NADNAD和和NADPNADP是生物氧化过程中脱氢和氢化作用的载体。是生物氧

10、化过程中脱氢和氢化作用的载体。 烟酰胺腺嘌呤二核苷：烟酰胺腺嘌呤二核苷：NADNAD+ +2HNADH+H+2HNADH+H+ + 烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸：烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸：NADPNADP+ +2HNADPH+H+2HNADPH+H+ +呼吸链也是电子传递链。电子传递体按一定顺序排列，构成电呼吸链也是电子传递链。电子传递体按一定顺序排列，构成电子传递链，链上各个氧化反应与子传递链，链上各个氧化反应与ADP-ATPADP-ATP反应偶联。反应偶联。 真核生物呼吸链在线粒体上，原核生物在质膜上。真核生物呼吸链在线粒体上，原核生物在质膜上。112.2.光合磷酸化光合磷酸化 光合微生物捕捉光能

11、，转给光合微生物捕捉光能，转给ATPATP藻类、蓝细菌：有光合系统藻类、蓝细菌：有光合系统、，进行环式和非环式光，进行环式和非环式光合作用。合作用。 CO CO2 2 + H+ H2 2O -(CHO -(CH2 2O)O)n n- + O- + O2 2绿细菌：只有光合系统绿细菌：只有光合系统，进行环式光合磷酸化，进行环式光合磷酸化 CO CO2 2 + 2H+ 2H2 2S -(CHS -(CH2 2O)O)n n- + H- + H2 2O + 2SO + 2SH H+ +-ATP-ATP酶体系酶体系12 除除ATP ATP 外，能推动生物合成的其它高能化合物有：外，能推动生物合成的其它

12、高能化合物有： 高能化合物高能化合物 能活化的生物合成作用能活化的生物合成作用 GTPGTP（三磷酸鸟嘌呤核苷三磷酸鸟嘌呤核苷P PP PP P） 蛋白质蛋白质 UTPUTP（三磷酸尿嘧啶核苷三磷酸尿嘧啶核苷P PP PP P） 肽聚糖肽聚糖 CTPCTP（三磷酸胞嘧啶核苷三磷酸胞嘧啶核苷P PP PP P） 磷脂磷脂 dTPP(dTPP(三磷酸胸腺嘧啶脱氧核苷三磷酸胸腺嘧啶脱氧核苷P PP PP) P) 细胞壁脂多糖细胞壁脂多糖 ACACSCOA(SCOA(酰基硫酰基硫COA) COA) 脂肪酸脂肪酸 ACACCOA(COA(酰基酰基COA) COA) 脂肪酸脂肪酸13能量转换能量转换化能营

13、养型化能营养型光能营养型光能营养型底物水平磷酸化底物水平磷酸化呼吸链呼吸链光合磷酸化光合磷酸化三种产能方式的基本概念，异同点，几种光合磷酸三种产能方式的基本概念，异同点，几种光合磷酸化的异同点，产生化的异同点，产生ATP和还原力的方式与特点和还原力的方式与特点 氧化磷酸化氧化磷酸化无氧气无氧气有氧气有氧气 用于微生物合成代谢，合成细胞组成物质用于微生物合成代谢，合成细胞组成物质 用于微生物生命活动，主动运输、鞭毛运动用于微生物生命活动，主动运输、鞭毛运动 生物发光生物发光 产生热量产生热量能量的利用能量的利用14第二节第二节 微生物产能代谢微生物产能代谢二自养微生物的生物氧化二自养微生物的生物

14、氧化* （二）无机物氧化产能（二）无机物氧化产能（一）光合磷酸化产能（一）光合磷酸化产能15光能营养微生物光能营养微生物产氧产氧不产氧不产氧真核生物：藻类及绿色植物真核生物：藻类及绿色植物原核生物：蓝细菌原核生物：蓝细菌真细菌：光合细菌真细菌：光合细菌古细菌：嗜盐菌古细菌：嗜盐菌（一）光合磷酸化产能（一）光合磷酸化产能161.环式光合磷酸化环式光合磷酸化 不产生氧不产生氧还原力来自还原力来自H2S等无机物等无机物产能与产还原力分别进行产能与产还原力分别进行特点：特点：电子传递途径属循环方式电子传递途径属循环方式光合细菌光合细菌依赖细菌叶绿素的光合作用依赖细菌叶绿素的光合作用环式光合磷酸化产生环

15、式光合磷酸化产生ATPATP172.非环式光合磷酸化非环式光合磷酸化 还原力来自还原力来自H2O的光解的光解同时产生还原力、同时产生还原力、ATP和和O2有有PS和和PS 2个光合系统个光合系统特点：特点：有氧条件下进行有氧条件下进行依赖叶绿素的光合作用依赖叶绿素的光合作用183.嗜盐菌紫膜的光合作用嗜盐菌紫膜的光合作用一种只有嗜盐菌才有的，无叶绿素或细菌叶绿素参与的独特一种只有嗜盐菌才有的，无叶绿素或细菌叶绿素参与的独特的光合作用。的光合作用。嗜盐菌嗜盐菌细胞膜细胞膜红色部分（红膜）红色部分（红膜）紫色部分（紫膜）紫色部分（紫膜）主要含细胞色素和黄素蛋白等用于氧化磷主要含细胞色素和黄素蛋白等

16、用于氧化磷酸化的呼吸链载体酸化的呼吸链载体在膜上呈斑片状（直径约在膜上呈斑片状（直径约0.5 m mm）独立分布，其独立分布，其总面积约占细胞膜的一半，主要由细菌视紫红质总面积约占细胞膜的一半，主要由细菌视紫红质组成。组成。在波长为在波长为550-600 nm的光照下，嗜盐菌的光照下，嗜盐菌ATP的合成速率的合成速率最高，而这一波长范围恰好与细菌视紫红质的吸收光谱相一致。最高，而这一波长范围恰好与细菌视紫红质的吸收光谱相一致。19紫膜的光合磷酸化是迄今为止所发紫膜的光合磷酸化是迄今为止所发现的最简单的光合磷酸化反应现的最简单的光合磷酸化反应依赖细菌视紫红质的光合作用依赖细菌视紫红质的光合作用借质子动力产生借质子动力产生ATP。 20（二）无机物氧化产能（二）无机物氧化产能 好气性的化能自养菌以好气性的化能自养菌以无机物无机物作氧化基质，利用氧化无机物释放作氧化基质，利用氧化无机物释放出来的能量进行生长。无机物氧化释放出的电子靠出来的能量进行生长。无机物氧化释放出的电子靠电子传递磷酸电子传递磷酸化或者是基质水平磷酸化化或者是基质水平磷酸化产生能量产生能量ATP。 氢细菌氢细菌 H212O