第7章微生物生理学
微生物生理复习题及答案
微⽣物⽣理复习题及答案第⼀章绪论1、什么是微⽣物⽣理学？研究热点是什么？微⽣物⽣理学是从⽣理⽣化的⾓度研究微⽣物的形态与发⽣、结构与功能、代谢与调节、⽣长于繁殖等的机理，以及这些过程与微⽣物⽣长发育以及环境之间的关系的学科。
研究热点：环境修复；微⽣物发电、⽣物燃料；资源开发利⽤。
2、简要说明微⽣物⽣理学与其他学科的关系。
微⽣物⽣理学既是⼀门基础学科⼜是⼀门应⽤学科。
它的发展与其他学科有着密切的联系，既依赖于微⽣物学、⽣物化学、细胞⽣物学、遗传学基础学科的理论和技术，还需要数学、物理学、化学、化学⼯程、电⼦信息学和设备制造⼯程等的理论和技术。
3、简述微⽣物⽣理学中常⽤的技术与⽅法。
（1）电⼦显微技术，⼀种公认的研究⽣物⼤分⼦、超分⼦复合体及亚细胞结构的有⼒⼿段，也是研究微⽣物不可缺少的⼿段。
(2)DNA分⼦铺展技术，可⽤来检查细菌、噬菌体的染⾊体结构，还可进⾏动态跟踪。
（3）超速离⼼技术（4）光谱分析技术，包括可见光光度法（定量分析），紫外分光光度法，荧光分光光度法，红外分光光度法。
(5）层析技术，⼀种基于被分离物质的物理、化学及⽣物学特性的不同，使它们再某种基质中移动速度不同⽽进⾏分离和分析的⽅法。
纸层析，薄层层析，柱层析。
（6）电泳技术，⽤于对样品进⾏分离鉴定或提纯的技术。
等电聚焦电泳，双向电泳，⽑细管电泳，变性梯度凝胶电泳。
（7）同位素⽰踪技术，利⽤放射性核素作为⽰踪剂对研究对象进⾏标记的威廉分析⽅法。
（8）基因芯⽚与⾼通量测序技术第⼆章微⽣物的细胞结构与功能1.细胞壁及细胞膜的⽣理作⽤是什么？(2)控制细胞⽣长扩⼤(3)参与胞内外信息的传递(4)防御功能(5)识别作⽤（ps1、维持细胞形状,控制细胞⽣长，保护原⽣质体。
细胞壁增加了细胞的机械强度,并承受着内部原⽣质体由于液泡吸⽔⽽产⽣的膨压,从⽽使细胞具有⼀定的形状,这不仅有保护原⽣质体的作⽤,⽽且维持了器官与植株的固有形态.另外,壁控制着细胞的⽣长,因为细胞要扩⼤和伸长的前提是要使细胞壁松弛和不可逆伸展.2.细胞壁参与了物质运输与信息传递细胞壁允许离⼦、多糖等⼩分⼦和低分⼦量的蛋⽩质通过,⽽将⼤分⼦或微⽣物等阻于其外。
微生物生理学实验教案
微⽣物⽣理学实验教案实验⼀酸乳制品中乳酸菌的分离⼀、实验⽬的学会并掌握从酸乳中分离乳酸菌的技术进⼀步巩固⽆菌操作技术。
⼆、实验原理酸乳中乳酸菌的分离采⽤溴甲酚绿（BCG）⽜乳营养琼脂平板分离法。
溴甲酚绿指⽰剂在酸性环境中呈黄⾊，在碱性环境中呈蓝⾊。
在分离培养基（pH6.8）中加⼊溴甲酚绿指⽰剂后呈蓝绿⾊，乳酸菌在该培养基中⽣长并分解乳糖，产⽣乳酸，使菌落呈黄⾊，菌落周围的培养基也变为黄⾊。
乳酸可⽤纸上层析法鉴别。
三、实验器材1、材料：市售酸奶2、培养基：（1） BCG脱脂乳粉培养基：A(溶液)：脱脂奶粉100g，⽔500mL，加⼊1.6%溴甲酚绿（B.C.G）⼄醇溶液1mL，80℃灭菌20min。
B(溶液)：酵母膏10g，⽔500mL，琼脂20g，pH6.8，121℃灭菌20min以⽆菌操作趁热将A B溶液混合均匀后倒平板。
（2）10%脱脂乳粉培养基：脱脂乳粉10g，⽔100mL，121℃灭菌20min。
2、器材：涂布器、培养⽫、⽆菌⽣理盐⽔/⽆菌⽔四、操作步骤1、制备BCG⽜乳营养琼脂培养基。
①称取脱脂奶粉10g，溶于50mL⽔中，加⼊1.6%溴甲酚绿酒精溶液0.1mL，0.075MPa压⼒下灭菌20min。
②另取琼脂2g，溶于50mL⽔中，加酵母膏1g，溶解后调pH值⾄6.8，0.1MPa压⼒下灭菌20min。
③趁热将上述两液以⽆菌操作混合均匀，倒平板4个。
2、梯度稀释：将样品以10倍稀释法稀释⾄10-6，取其中10-5、10-6 2个稀释度的稀释液各0.1~0.2mL，分别置于上述各营养平板上，⽤⽆菌涂布器依次涂布2个⽫，置43℃培养48h，如出现圆形稍扁平的黄⾊菌落及其周围培养基亦为黄⾊者初步定为乳酸菌。
3、将典型菌落转⾄10%脱脂乳发酵管，43℃培养8~24h，若⽜乳管凝固，⽆⽓泡，呈酸性，镜检细胞杆状或链球状，⾰兰⽒染⾊呈阳性，则将其连续传代若⼲次，43℃培养，挑选出在3~4h能凝固的乳管，保存备⽤。
临床微生物与检验 第7章 细菌的感染与免疫
微生物
疾病
痢疾志贺菌
细菌性痢疾
伤寒、鼠伤寒沙门菌
伤寒、胃肠炎
肠侵袭性大肠埃希菌
类似痢疾
肺炎链球菌
脑膜炎、肺炎
流感嗜血杆菌
脑膜炎、肺炎
李斯特单胞菌
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
李斯特菌病
结核分枝杆菌
结核病
布鲁菌
布鲁菌病(波状热)
耶尔森菌
鼠疫、胃肠炎
伯氏疏螺旋体
莱姆病
梅毒螺旋体
梅毒
出现菌细 胞表面
介导这些 细菌侵入 上皮细胞
侵袭素介导细菌侵入上皮细胞或通过胞饮细菌进入细胞。
（2）产生有害代谢产物：H2O2 、细菌 素（如大肠菌素）等可杀伤病原菌；
（3）营养竞争作用
正常菌群的生理学作用 (二)
2.营养作用 大肠埃希菌、乳酸杆菌、双岐杆菌
在肠道合成维生素B、K以及叶酸等。 3.免疫作用
正常菌群作为抗原刺激、促进免疫 器官发育。双岐杆菌可诱导产生SIgA， 激活固有层CD4+ T细胞。
阴道 尿道
乳酸杆菌、白假丝酵母菌、类白喉棒状杆菌、大肠埃希菌等 表皮葡萄球菌、类白喉棒状杆菌、耻垢分枝杆菌等
正常菌群的生理学作用
1.生物拮抗（antagonism） 2.营养作用 3.免疫作用 4.抗衰老作用 5.抗肿瘤作用
正常菌群的生理学作用 (一)
1.生物拮抗 （antagonism）
（1）竞争黏附作用：正常菌群黏附，形 成保护性生物膜，阻止病原菌定植；
三、 微生态平衡与失调
微生态平衡（microeubiosis）——指正常微生物群 与其宿主生态环境在长期进化过程中形成生理性组 合的动态平衡。
微生态失调（microdysbiosis）——指正常微生物群 与其宿主之间的平衡,在外界环境的影响下被破坏， 由生理性组合转变为病理性组合状态。
微生物生理学
一、氨基酸的分泌
表3-10 乳酸发酵短杆菌细胞内磷脂含量与谷氨酸分泌的关系
干燥菌体内磷脂含量/% 菌体外L-谷氨酸量 /mg.mL-1
2.0
15.4
2.2
12.1
3.1
1.9
3.6
1.2
▪ 谷氨酸发酵控制
生物素：作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键 酶乙酰CoA的辅酶，参与脂肪酸的生物合成，进而 影响磷酯的合成。
三、胞外酶的分泌
第四章 异养微生物的生物氧化 第五章 自养微生物的生物氧化 第六章 微生物的合成代谢
第七章 微生物代谢调节
一、微生物代谢过程中的自我调节
☆微生物代谢调节系统的特点：精确、可塑性强，细胞水 平的代谢调节能力超过高等生物。
成因：细胞体积小，所处环境多变。 举例：大肠杆菌细胞中存在2500种蛋白质，其中上千 种是催化正常新陈代谢的酶。每个细菌细胞的体积只 能容纳10万个蛋白质分子，所以每种酶平均分配不到 100个分子。如何解决合成与使用效率的经济关系？ 解决方式：组成酶（constitutive enzyme）经常以高 浓度存在，其它酶都是诱导酶（inducible enzyme）， 在底物或其类似物存在时才合成，诱导酶的总量占细 胞总蛋白含量的10%。
E、在生物素丰富时，培养中途如果添加青霉素、 头孢霉素C，可以使谷氨酸生成。青霉素的作用 机制与控制生物素、控制油酸或添加表面活性剂 以及控制甘油的机制都不同。
添加青霉素是抑制细菌细胞壁的后期合成，
对细胞壁糖肽生物合成系统起作用。这是因为青 霉素取代合成糖肽的底物而和酶的活性中心结合， 使网状结构连接不起来，结果形成不完全的细胞 壁。没有细胞壁保护的细胞膜由于膜内外的渗透 压差，是细胞膜受到机械损伤，失去了作为渗透 障碍物的作用，从而使谷氨酸排出。另一种解释 是：青霉素虽不能抑制磷脂的合成，但能造成磷 脂向胞外分泌。表6-5
微生物生理学复习大纲
微⽣物⽣理学复习⼤纲第三章微⽣物营养与物质运输1、微⽣物六⼤营养要素碳源、氮源、能源、⽔、⽣长因⼦、⽆机盐2、微⽣物五种营养物质的运输⽅式单纯扩散、促进扩散、主动运输、基团转移、膜泡运输3、五种营养物质的运输⽅式的异同单纯扩散：这种形式不需要能量，是以物质在细胞内外的浓度差为动⼒，即基于分⼦的热运动⽽进⾏的物质运输过程。
当外界的营养物质的浓度⾼于细胞内该物质的浓度时，通过扩散作⽤使物质进⼊细胞内促进扩散：是顺浓度梯度，将外界物质运⼊细胞内，不需要能量。
与被动运输不同的是，这种形式需要⼀种存在于膜上的载体蛋⽩参与运输。
主动运输：是营养物质逆浓度差和膜电位差运送到细胞膜内的过程。
主动运输过程不仅像促进扩散⼀样需要载体蛋⽩，⽽且还需要能量。
基团转移：许多原核⽣物还可以通过基团转移来吸收营养物质。
在这⼀过程中营养物质在通过细胞膜的转移时发⽣化学变化。
这种运输⽅式也需要能量，类似主动运输。
膜泡运输：⼩分⼦物质的跨膜运输主要通过载体实现，⼤分⼦和颗粒物质的运输则主要通过膜泡运输。
第五章⾃养微⽣物的⽣物氧化1、光合磷酸化是指光能转变为化学能的过程。
2、环式光和磷酸化与⾮环式的异同：环式光合磷酸化：是存在于光合细菌中的⼀种原始产能机制，可在厌氧条件下进⾏，产物只有ATP，⽆NADP(H)，也不产⽣分⼦氧，是⾮放氧型光合作⽤。
环式光和磷酸化：⾼等植物和蓝细菌与其他光合细菌不同，它们可以裂解⽔，以提供细胞合成的还原能⼒。
它们含有光合系统Ⅰ和光合系统Ⅱ，这两个系统偶联，进⾏⾮环式光合磷酸化。
特点是不仅产⽣ATP，⽽且还产⽣NADP（H）和释放氧⽓，是放氧型光合作⽤第四章、异氧微⽣物的⽣物氧化（⼀）EMP 途径因葡萄糖是以1,6-⼆磷酸果糖(FDP)开始降解的，故⼜称双磷酸⼰糖途径（HDP ），这条途径包括⼗个独⽴⼜彼此连续的反应。
其总反应是：C6H12O6+2(ADP＋Pi+NAD+)→2CHCOCOOH+2(A TP+NADH+H+)葡萄糖经EMP途径⽣成两分⼦丙酮酸，同时产⽣两个A TP，整个反应受ADP、Pi和NAD ＋含量的控制。
微生物生理学
微生物生理学简介微生物生理学是研究微生物（包括细菌、真菌、病毒等）在生理上的活动和代谢过程的学科。
微生物在地球上广泛存在，并在各个生态系统中扮演着重要角色。
了解微生物生理学有助于我们理解微生物的生命活动和其与环境之间的相互关系。
本文将从微生物的生长、代谢、运动等方面介绍微生物生理学的基本知识。
微生物的生长微生物的生长是指微生物个体数量的增加。
微生物可以通过两种主要方式进行繁殖：有丝分裂和无丝分裂。
有丝分裂适用于真菌和一些原生动物，通过细胞核的分裂和细胞质的分裂来产生新的个体。
无丝分裂适用于细菌和病毒等微生物，在此过程中，微生物通过复制DNA并将其分配给新形成的细胞来繁殖。
微生物的生长受到一系列因素的影响，包括温度、pH值、营养物质和氧气含量等。
不同的微生物对这些环境因素的要求各不相同。
例如，嗜热菌可以在高温环境中生长，而嗜冷菌则适应于低温环境。
微生物的代谢微生物通过代谢产生能量和合成生物分子。
代谢过程可以分为两个主要类型：有氧代谢和厌氧代谢。
有氧代谢是指微生物在氧气存在的情况下进行的代谢过程，产生较多的能量。
厌氧代谢是指微生物在氧气缺乏的条件下进行的代谢过程，产生较少的能量。
微生物通过新陈代谢和合成代谢来维持生理功能。
新陈代谢是指分解有机物质以产生能量的过程，合成代谢是指合成微生物所需的有机物质和细胞组件的过程。
微生物的运动微生物可以有不同的运动方式，包括游动、滑动和极纤毛等。
游动是指微生物利用鞭毛或纤毛等结构在液体中进行活动。
滑动是指微生物利用纤毛或假足等结构在固体表面上移动。
极纤毛是一种很短的纤毛，存在于细菌和某些原生动物中，用于以一种像旋转的方式推动细胞。
微生物的运动与其环境之间的相互作用密切相关。
微生物通过感知环境中的化学物质浓度、光照和温度等刺激来调整自己的运动方式。
这种对环境的感知和反应既可以是积极的，也可以是消极的，有助于微生物适应不同的生态环境。
结论微生物生理学作为一个重要的学科，研究微生物在生理上的活动和代谢过程。
《环境生物学》 第七章
结论： （1）生化呼吸线位于内源呼吸线之上，表明该有机物或废水可被微生物 氧化分解。两条呼吸线之间的距离越大，有机物或废水的生物降解性越好； 反之亦然（图7-1A）。 （2）生化呼吸线与内源呼吸线基本重合，表明该有机物不能被活性污泥 微生物氧化分解，但对微生物的生命活动无抑制作用（图7-1B）。 （3）生化呼吸线位于内源呼吸线之下，说明该有机物不能被微生物分解， 且对微生物生长产生了有害抑制作用，生化呼吸线越接近横坐标，抑制作 用越大（图7-1C）。 3、测定相对耗氧速率曲线
第七章 生物净化和治理的传 统方法
[本章要点]
本章介绍了环境生物技术的定义、研究 内容和在环境领域中的应用，阐述了微生物 处理污染物的特点、原理、影响因素和传统 微生物处理法的工作原理和方法。
环境生物技术（environmental biotechnology）诞生的背景：
由于人们的生产，生活活动对环境造成了各种各样的污染，人类 的生存和发展面临着严峻的挑战，迫使人类必须发动一场“环境革命” 来拯救自身，环境生物技术因此而诞生并日益受到重视，人们把生物 技术开发和应用的注意力转向环境保护。
6.废物强化处理技术研究
7.环境的生物监控技术研究
四个热门方向：
基因工程菌从实验室进入模拟系统和现场应用过程中，如何解决其遗传 稳定性、功能高效性和生态安全性等方面问题
开发废物资源化和能源化技术，利用废物生产单细胞蛋白、生物塑料、 生物农药、生物肥料以及利用废物生产生物能源，例如甲烷、氢气、乙醇 等
耗氧速率就是单位生物量在单位时间内的耗氧量，生物量可用活性污
第7章微生物的生长(简)
连续培养原理
原理：当微生物在单批培养方式下生长达到对数期后期时， 一方面以一定的速度流进新鲜培养基并搅拌，另一方面以溢流
方式流出培养液，使培养物达到动态平衡，其中的微生物就能 长期保持对数期的平衡生长状态和稳定的生长速率。
连续流入 新鲜培养液
单批培养 恒浊法 恒化法
lg细胞数（个/ml）
连续培养
单批培养
④衰亡期(decline phase) 细菌死亡率逐渐增加，群体中活菌数目急剧下降， 出现了“负生长”。其中有一段时间，活菌数呈几何级 数下降，故有人称之为“对数死亡阶段”。 这一阶段的细胞，有的开始自溶，产生或释放出一 些产物，如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。菌体 细胞也呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊， 有的细胞内多液泡，革兰氏染色反应的阳性菌变成阴性 反应等。
小液滴法：将经过适当稀释后的样品制成小液滴，在显 微镜下选取只含一个细胞的液滴来进行纯培养物的分离。
第一节 微生物生长的测定
在微生物学情况进行测定
1、培养平板计数法 2、膜过滤培养法 3、显微镜直接计数法
三. 以生物量为指标测定微生物的生长
认识延迟期的特点及原因对实践的指导意义：
◆在发酵工业上需设法尽量缩短延迟期； 采取的缩短lag phase 的措施有： ①增加接种量； （群体优势----适应性增强） ②采用对数生长期的健壮菌种；
③调整培养基的成分，在种子基中加入发酵培养基的 某些成分。 ④选用繁殖快的菌种
◆在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌
抑制大多数其它微生物的生长，使待分 离的微生物生长更快, 数量上升 直接挑取待分离的微生物的菌落获得纯培养。 ＊利用选择培养基进行直接分离 ＊富集培养
利用选择培养基分离
2003 7 微生物生理学- 产能 - 发酵类型
实质：丙酮酸的进一步转化。 微生物代谢的特点（与其他高等生物相比） ◎ 代谢产物类型多； ◎ 发酵类型多。 据葡萄糖发酵产物不同可将发酵分为不同类型 ◎酵母菌：乙醇发酵，甘油发酵； ◎细菌：乳酸发酵，丁酸发酵， 丙酮发酵，丁醇发酵， 琥珀酸发酵，混合酸发酵等
乙醇发酵
多种微生物可以发酵葡萄糖产生乙醇。酵母菌的 乙醇发酵（厌氧条件下，酵母菌将糖转化为酒精并 放出CO2的过程）是一种应用与研究最早、发酵机
关键酶：铁氧化还原酶；
能量：1G→丁酸发酵→ 1丁酸+3ATP；
转化：丁酸发酵→丙酮、丁醇发酵；
丁酸发酵过程中，当pH降低至pH= 4.5时， 丁酸发酵转化为丙酮、丁醇发酵。
葡萄糖
2NAD
+
2Pi 1 2ADP 2ATP
丁酸 Pi CoA 9 乙酰CoA
乙酰磷酸 ADP 乙酸 10 ATP 8
丙酸发酵： 琥珀酸-丙酸途径 丙酸细菌细胞中进行 产物：丙酸
L-乳酸
2
2-羟丙酰C oA
1
3 D-乳酸 丙烯酰CoA 5 2H 丙酮酸 CoA 6 CO 2 2H 丙酰 CoA 2 4
丙酸发酵： 丙烯酸途径 丙酸细菌细胞中进行 产物：丙酸，乙酸
CoA
乙酰 CoA P 7 ADP CoA
乙酸
ATP
2NADH
2 丙酮酸 2Fd
2H2
3 2FdH 2
丁酰CoA
丁酸发酵： 丁酸细菌， 专性厌氧
NAD
+
2 2 3丁烯酰CoA H2 O
2 乙酰CoA
CoA
4
6
乙酰乙酰CoA 5 L(+ )－ β －羟丁酰CoA
NADH
绪论_微生物学
1676年，微生物学的先驱 年 荷兰人列文虎克（ 荷兰人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次 ） 观察到了细菌。他没有上 观察到了细菌。 过大学， 过大学，是一个只会荷兰 语的小商人，但却在 语的小商人，但却在1680 年被选为英国皇家学会的 会员。 会员。
法国人巴斯德（Louis Pasteur） 法国人巴斯德（ ） （1822～1895） ～ ）
4,653,728 bp
Parkhill et al., Nature, 413 523-527 (2001) 413,
研究发现鼠疫杆菌的基因 组表现出很强的“流动性” 人类并不处在鼠疫杆菌的主要生活 路途上，只是它偶尔绕到界外时的 牺牲品罢了。
传播媒介—跳蚤
冤啊！
SARS病毒 病毒
艾滋病病毒(HIV) 艾滋病病毒
12 3.4 1.04 1.4 2.3
30 25 25 20 26
4.1× 4.1×103 10.6 2.1 2.64 4.92
藻 类
硅藻 草履虫
为微生物学基本理论研究带来了极大的便利： 为微生物学基本理论研究带来了极大的便利：
使科研周期大大缩短，效率提高 使科研周期大大缩短，
在生产实践中有重要的意义： 在生产实践中有重要的意义：
微生物学
内
绪论
容
学时分配
2 14 6 4 6 8 4 4 2 4 2
第一章至第三章： 微生物的形态与构造 第一章至第三章： 第四章 微生物的营养与培养基 第五章 微生物的代谢与发酵 第六章 微生物的生长及其控制 第七章 微生物的遗传变异与育种 第八章 微生物生态 第九章 传染与免疫 第十章 微生物分类与鉴定 微生物产品的论证 机动
2.7× 2.7×1011 1.2× 1.2×1024 8.2× 8.2×103 7.0× 7.0×1013
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（二）产物
1分子葡萄糖 2丙酮酸 （细菌乙醇发酵） 1 ATP 1 NADPH 菌株：运动发酵单胞菌 丙酮酸 乙醇 (微生物特有途径)
四、磷酸酮解途径
磷酸酮解途径又称 PK 途径 肠膜明串珠菌,乳酸杆菌属 特征酶：磷酸木酮糖酮解酶 产物 : 乳酸、乙醇、CO.
五、各代谢途径利用的比例
第二节 TCA循环与中间产物积累
6
[ 能源：ATP ]
丙酮酸羧化酶
（4）丙酮酸+CO2+ATP
草酰乙酸+NAD+Pi
乙酰CoA羧化
（5）乙酰CoA+ATP
丙二酰CoA+ADP+Pi
[ 分子内能 ]
PEP羧化酶
（6）PEP+CO2
草酰乙酸+Pi
PEP羧化激酶
（7）PEP+CO2+GDP
草酰乙酸+GTP
( PEP：磷酸烯醇式丙酮酸)
第一节 葡萄糖分解的四种途径
一、E M P途径
10步 丙酮酸, 不可逆反应3步
（一）从葡萄糖
葡萄糖激酶 （1）葡萄糖+ATP
6－磷酸葡萄糖+ADP
磷酸果糖激酶 （2）6－磷酸果糖+ATP 1.6二磷酸果糖 丙酮酸激酶 （3）磷酸烯醇丙酮酸+ADP 丙酮酸+ATP
（三）受到调节
（1 ）葡糖激酶: 激活. 受6－磷酸葡糖反馈抑制, Pi的
（2）磷酸果糖激酶: 受ATP、O2、柠檬酸抑制 （3）丙酮酸激酶: 受ATP、乙酰COA抑制
E M P途径
EMP的总反应式 为: C6H12O6+2NAD+ 2ADP+2Pi 2CH3COCOOH +2NADH+2H +2ATP+2H2O
二、己糖单磷酸途径
（一）HMP途径（Fig3-4）
分为两个阶段：
第四节 能量与糖代谢调节
一、能荷：（Energy charge） [ATP] + 0.5 ×[ADP] 能荷（%）= [ATP] + [ADP] + [AMP]
×100%
分子：含有两个高能磷酸键的腺苷酸分子数 分母：腺苷酸分子数的总数 能荷：指在细胞内每单位腺苷部分所含高能磷酸键 平均数量的一半。
第五节 专一性发酵途径
一、酵母菌三型发酵
1. 乙醇发酵、EMP、乙醇 厌氧、 pH < 7 丙酮酸脱羧酶 乙醛受氢体（3-7） 2．甘油发酵 正常的乙醇发酵条件，但加入NaHSO3，产甘油（少 量乙醇） 乙醛与亚硫酸氢钠起加成反应（不能作受氢体） 3．三型发酵（产甘油、乙醇、乙酸） 在一型发酵基础上，pH变为7.6（升高），2个乙醛 分子间进行歧化反应。
二、能荷调节
细胞通过改变ATP、ADP、AMP三者 比例来调节其代谢活动，称能荷调节。 能荷对糖代谢的调节（Fig 6-1） 当能荷低时，由于胞内AMP、ADP浓度 高，它激活糖类分解酶，并解除ATP对酶的 抑制作用，使糖类分解加快。 当能荷高时，胞内ATP浓度高，它抑制 与糖分解有关的关键酶活性，激活与糖元 合成有关的酶。
有些细菌以乙酸为基质，用于细胞生长. 细胞中存在乙酸激酶，磷酸转乙酰酶。将乙 酸转变成乙酰CoA后，进入乙醛酸循环。
乙酸激酶 (1)乙酸 乙酰磷酸 磷酸转乙酰酶 乙酰CoA
( 2)乙醛酸循环 关键酶：异柠檬酸裂解酶，苹果酸合成酶
乙醛酸循环是TCA 环的变体.,是TCA环中间产物的回补方式. 乙醛酸循环
（Fig 6-1）能荷对糖代谢的调节
三、巴斯德效应
EMP
已知酵母菌，利用葡萄糖 受关键酶控制：（1）已糖激酶（HK） （2）磷酸果糖激酶（PFK） （3）丙酮酸激酶（PK）
乙醇
如以上酶的活性受到抑制，乙醇发酵途径就会受阻，最重要 的是磷酸果糖激酶，它受ATP和TCA环中间产物抑制，受 ADP、AMP、Pi激活，当氧气供应充足时，丙酮酸→TCA产 生大量ATP和TCA环中间产物。 机理是能荷调节，外界因素（O2），内部决定因素（PFK）
ห้องสมุดไป่ตู้
3. 大肠杆菌工程菌构建。
大肠杆菌生长迅速，底物广。将运动发酵单胞菌的 丙酮酸脱羧酶，醇脱氢酶基因在不同启动子控制 下引入大肠杆菌，构建了乙醇合成途径。
二、乳酸三型发酵
1．同型乳酸发酵（3-8） 菌株：乳酸杆菌属，乳酸链球菌属 经EMP途径生成丙酮酸，再被还原成乳酸。 特征酶，乳酸脱氢酶。 产物单一，只有乳酸。 2．异型乳酸发酵 菌株：短乳酸杆菌，肠膜明串珠菌。 经磷酸酮解途径。 特征酶：磷酸酮解酶，乳酸脱氢酶。 产物除乳酸外，还有乙醇。
1.柠檬酸合成酶
2.异柠檬酸脱H酶
3.酮戊二酸脱H酶
4.苹果酸脱H酶
三、总反应式 C6H12O6 + 6O2 +38ADP + 38Pi ——→ 6CO2 + 6H2O + 38ATP 四、厌氧微生物获得 TCA 环中间代谢物的途 径 氧化支路和还原支路
第三节 CO2固定反应和乙醛酸循环
一、异养微生物的CO2同化
酵母菌很多优点，乙醇耐受力强。pH低不易染菌，安全菌株。 但局限于不能利用淀粉及寡糖和戊糖。通过基因工程手段将 木糖还原酶，木糖醇脱氢酶，木酮糖激酶转入酵母。可利用 木糖生产乙醇。
2. 运动发酵单胞菌工程菌构建。
运动发酵单胞菌是安全菌株，转化率高，生产率 是酵母菌的2.5倍.但只能利用葡萄糖、果糖和蔗 糖。 将木糖异构酶、木酮糖激酶、转酮酶、转醛酶转 入运动发酵单胞菌后可 利用木糖产生乙醇，转化 率86％。
（三）产物
一个循环 1分子葡萄糖———→1分子 3－P甘油醛 3分子CO2 6分子NADPH2 彻底氧化 1分子葡萄糖——————→6分子CO2 完全分解 12分子 NADPH2 12分子NADPH2经呼吸链产生36个ATP。
三、E D途径
（一）ED途径的特点 由 HMP 和 EMP 的各一部分组成，只有两步反应是 ED特有的。 特征酶： （1）6－磷酸葡萄糖酸脱水酶。 （ 2 ） 2 －酮－ 3 －脱氧－ 6 －磷酸葡萄糖酸醛缩酶 （KDPG） 关键酶：KDPG醛缩酶 催化的反应：KDPG的3.3裂解
HMP途径
（二）代谢途径特点
1 ．在 HMP 途径中形成了 C3 、 C4 、 C5 、 C6 、 C7等中间产物。 2 ．通过转酮醇酶和转醛醇酶作用，使 C6 糖再生。 3 ．葡萄糖直接脱 H 和脱羧，不必经过 C3 糖阶段。 4 ． 需 要 NADP 参 与 反 应 ， 产 生 大 量 NADPH2。
一、丙酮酸脱H酶复合体 丙酮酸脱H酶
丙酮酸
乙酰CoA（有氧）
复合体 此酶在好氧条件下才合成 受到NADH，乙酰CoA和ATP抑制
二、乙酰CoA经TCA被彻底氧化
第一个控制点 1、柠檬酸合成酶（是限速反应的酶） 受到： ATP，NADH，琥珀酰CoA抑制 AMP激活 2．异柠檬酸脱H酶，是第二个控制点 受：ADP，NAD，Mg2+激活 受：ATP，NADH抑制 3．α－酮戊二酸脱H酶（第三个调节酶） 它与丙酮酸脱H酶体系相似 受琥珀酰CoA,NADH，ATP抑制 4．苹果酸脱H酶（第4个调节酶） 受：草酰乙酸反馈抑制
1.乙醇发酵
2.甘油发酵
三型发酵
燃料乙醇产生菌代谢工程研究
2004年巴西燃料乙醇产量1200万吨,美国1000万吨，2010 年生物燃料应占5.75﹪,2020年应占20﹪。 燃料乙醇产业化,要具备良好的菌株。（微生物学报2006.46.4) .菌株必须具备3点: 高浓度乙醇耐受力,高乙醇转化率(90﹪),较高的生产 力 (1g∕L∕h )。 代谢工程菌高产乙醇 1. 利用淀粉,戊糖及纤维素的工程酵母构建。
1．由磷酸己糖生成戊糖
6－P葡萄糖 + NADP 6－P葡萄糖酸 + NADPH + H+ 6－P葡萄糖脱氢酶
6－P葡萄糖酸 + NADP 5－P核酮糖 + NADPH + H+ + CO2 6－P葡萄糖酸脱氢酶
2．磷酸戊糖之间通过基团转移反应，重新合 成己糖 TK：转酮醇酶 TA：转醛醇酶 TK 、 TA 酶催化的反应是 HMP 途径中的特 有反应 特征酶
第七章 糖、能量代谢与调节
有机物在机体内进行生物氧化， 根据氧化还原反应中，电子受体不同 分为三类：
碳原子 一类、发酵：有机物————→发酵产物 ↓电子流向 物质内部的氧化还原作用 碳原子 二类、有氧呼吸：有机物————→CO2 ↓电子流向 O2 碳原子 三类、厌氧呼吸：有机物————→CO2 ↓电子流向 NO3 －1 SO4 －2 CO3－2 Fe+3等
二、自养微生物CO2的固定
自养微生物 除以上固定CO2的反应外，具有以下 特定的途径。 1．卡尔文循环途径（Calvin cycle）（光合细菌， 紫色硫细菌）固定CO2的途径分为三个阶段： CO2的固定，CO2的还原，CO2受体再生。
（1）CO2的固定
1.5－二磷酸核酮糖 + CO2
羧化酶 C6——
3．双歧发酵途径 两歧双歧杆菌 途径包括：HMP、PK、EMP各途径的一部 分。 特征酶：6－P果糖酮解酶、乙酸激酶（另： 5－P木酮糖酮解酶，乳酸脱氢酶） 产物乳酸和乙酸。
第七章结束
2．固定CO2的乙酰COA途径
此途径也称还原性三羧酸循环。某些光合细 菌如绿硫细菌，此类绿菌属缺少卡尔文循 环，具有乙酰COA途径。
特征酶：丙酮酸合成酶 α－酮戊二酸合成酶 特点：此途径只能固定CO2和贮存，不能将 CO2直接转变成糖。需铁氧还蛋白参与羧化 反应
固定CO2的乙酰COA途径
3．乙醛酸循环
3－P甘油酸 3－P甘油酸