第六章 2微生物的代谢实验
第6章微生物的代谢
又称厌氧呼吸，指一类呼吸链末端的氢受体为外源 无机或有机氧化物的生物氧化。 特点：底物经常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢， 最终由氧化态的无机物或有机物受氢，并完成氧化 磷酸化产能反应。
（1）硝酸盐呼吸 在厌氧条件下，兼性厌氧菌以硝酸盐作为最终电子受 体的生物氧化过程，也称为异化性硝酸盐还原作用、 反硝化作用。
第 六 章
微生物的代谢
代谢: 泛指发生在活细胞中的各种分解代谢（catabolism） 和合成代谢(anabolism)的总和 分解代谢酶系
复杂分子 简单分子 + ATP （有机物） 合成代谢酶系
分解代谢 物质代谢 合成代谢
+ [H]
代谢
能量代谢
产能代谢 耗能代谢
第一节 微生物的能量代谢
能量代谢: 是新陈代谢中的核心问题。 中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成 对一切生命活动都能使用的通用能源——ATP。
氧 化 磷 酸 化 与 质 子 梯 度 差
P/O比： 表示电子 传递链氧 化磷酸化 的产能效 率。
抑制氧化磷酸化的因素：
1）抑制电子传递链：KCN、NaN3、和CO等 细胞色素氧化酶抑制剂； 2）解偶联剂阻断ADP磷酸化：2，4二硝基 苯酚、短杆菌肽等
2. 无氧呼吸（anaerobic respiration）
1mol葡萄糖
1mol 乳酸+
1.5mol乙酸+ 2.5molATP
发酵途径的比较
2. 发酵类型
划分依据：发酵产物的种类 （1）乙醇发酵
类型：酵母菌乙醇发酵（EMP）和细菌乙醇发酵（ED）
A. 酵母菌乙醇发酵： 酵母的一型发酵 CO2 NADH
EMP
NAD+ 乙醇
微生物学-第六章-微生物的代谢课件
G
6-磷酸-果糖
特征性酶 磷酸己糖酮解酶
4-磷酸-赤藓糖 + 乙酰磷酸
6-磷酸-果糖
5-磷酸-木酮糖 ，5-磷酸-核糖
戊糖酮解酶
乙酸
3--磷酸甘油醛+ 乙酰磷酸
乳酸
乙酸
1 G 乳酸 + 1.5乙酸 + 2.5 ATP
三、发酵（fermentantion）
1、定义
广义：利用微生物生产有用代谢一种生产方式。 狭义：厌氧条件下，以自身内部某些中间代谢
氧化氮还原酶
反硝化意义：
1）使土壤中的氮（硝酸盐NO3-）还原成氮气而消失，降低土壤的肥力；
2）反硝化作用在氮素循环中起重要作用。
硫酸盐呼吸（硫酸盐还原）
——厌氧时，SO42- 、SO32-、S2O32- 等为末端电 子受体的呼吸过程。
特点：
a、严格厌氧； b、大多为古细菌 c、极大多专性化能异氧型，少数混合型； d、最终产物为H2S；
用所需的硝酸盐还原酶A亚硝酸还原酶等 c 兼性厌氧 细菌：铜绿假单胞、地衣芽孢杆菌等。
硝酸盐作用
同化性硝酸盐作用：
NO3- NH3 - N R - NH2 异化性硝酸盐作用：
无氧条件下，利用NO3-为最终氢受体
NO3- NO2 NO N2O N2
硝酸盐还原酶
亚硝酸还原酶
氧化亚氮还原酶
a、a1、a2、a4、b、b1、c、c1、c4、c5、d、o等； 末端氧化酶：
cyt a1、a2、a3、d、o，H2O2酶、过氧化物酶；呼吸链组分多变 存在分支呼吸链：
细菌的电子传递链更短并P／O比更低，在电子传递链的几个位置进入链和 通过几个位置的末端氧化酶而离开链。 E.coli （缺氧） CoQ cyt.b556 cyt.o
第六章 微生物的代谢
+
3NAD+ + FAD+
+
3H2O
+
CoA
+ ATP +
FADH2 + 3NADH2
经过EMP和TCA循环，1分子葡萄糖被彻底氧化成水 和CO2，并可产生高达38分子的ATP。其总反应式如下：
C6H12O6
+
6O2
+
38ADP
+
38Pi
6CO2
+
6H2O
+
38ATP
在微生物的物质代谢中，TCA循环在分解代谢和合成 代谢中都占有枢纽地位，具有重要的生物学意义： （1）可产生多种有机酸，这些有机酸是合成细胞物质的
的营养物合成细胞自身大分子物质的过程。在同化作用过
程中产生能量(ATP)和还原力。
（2）分解代谢（Catabolism，异化作用）：指将细胞自 身的物质分解的过程。异化作用是耗能的过程。 微生物的代谢活动包括能量代谢和物质代谢。
第一节 能量代谢
微生物与其它生物一样，在生命活动过程中需要消 耗大量的能量，这些能量有的来自于物质代谢过程中产生 的化学能，有的来源于微生物细胞吸收的光能。无论何种 二、能量代谢的方式
4、三羧酸循环（Tricarboxylic acid cycle，TCA）
又称为柠檬酸环。丙酮酸首先在丙酮酸脱氢酶的催化
下氧化脱羧并与辅酶A结合，形成乙酰辅酶A，同时产生1 进入TCA循环。TCA循环总反应式如下：
CH3COOCoA + ADP + Pi 2CO2
分子NADH2。然后，乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸，
C6H12O6+ADP+H3PO4 2CH3CH2OH+2CO2+ATP
实验细菌的代谢产物
实验细菌的代谢产物一、摘要细菌是一类微生物，它们具有多样的代谢途径，可以在不同的环境中生存及繁衍。
在本实验中，我们通过对细菌进行培养和筛选，从细菌代谢产物中得到多种有机物质，并通过实验方法进行鉴定和分离。
通过本实验，我们能够更深入地了解细菌的代谢特点和其对人类和自然环境的影响。
二、背景细菌是一类原核生物，其细胞结构简单，具有多样的代谢途径。
细菌能够利用多种有机物和无机物进行代谢，如糖类、蛋白质、脂肪酸、氮气等。
随着科学技术的进步，人们发现了细菌产生的多种代谢产物，包括药物、抗生素、酶类等。
因此，研究细菌的代谢产物和代谢途径，对于药物开发和环境保护等方面都具有重要的意义。
本实验主要研究细菌的代谢产物，并通过实验方法进行鉴定和分离。
本实验重点介绍了实验方法和实验结果，并对实验结果进行了初步分析。
三、材料与方法3.1 实验材料•实验细菌：从实验室库存中挑选4株细菌，包括常见细菌和少见细菌。
•实验培养基：NA培养基、LB培养基等。
•实验试剂：甲醇、乙酸乙酯、氯仿、硫酸铵等。
3.2 实验方法1.细菌培养：将细菌接种于培养基中，放置于恒温箱内培养。
在培养后期，监测菌液中代谢产物的种类和含量。
2.代谢产物提取：将细菌菌株的培养基转移至离心管中，离心后取出上清液。
将上清液和甲醇充分混合，并放置于4℃下静置过夜。
第二天过滤提取的液体，并使用旋转蒸发器将溶液浓缩至一定程度。
3.代谢产物鉴定：将代谢产物溶液加入试管中，加入乙酸乙酯，并充分混合。
离心后取得液体，再加入氯仿充分混合。
待液体分层后，取上层液体用浓硫酸滴定，观察化学反应后液体颜色的变化，初步确定代谢产物的类别。
4.代谢产物分离：将代谢产物液体用层析仪分离，根据不同的极性和分子量进行分离和纯化。
四、结果与分析经过实验，我们得到了4株细菌的代谢产物，并对其进行了鉴定和分离。
我们发现，这些细菌代谢产物种类和含量均不同，有些细菌产生的代谢产物对人类和自然环境具有重要意义。
第六章微生物的新陈代谢
阳性
2020/4/21
阴性
甲 基 红 试 验
对照
大肠杆菌：+ 产气杆菌：—
2020/4/21
枸 橼 酸 利 用 试 验
大肠杆菌：— 产气杆菌：+
吲 哚 试 阳性 验
大肠杆菌：+ 产气杆菌：—
2020/4/21
2020/4/21
H2S 试验
尿
素
对照
阳性
阴性
酶
试
验
2020/4/21
1.发酵
发酵是一种在厌氧条件下发生的、不具有以氧或 无机物为电子受体的通过电子传递链传递电子的 生物氧化过程。该发酵被称为生理学发酵,与工业 上所称发酵完全不同。
供微生物发酵的有机物质主要是葡萄糖和其它单糖
工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下 通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定微 生物产品的过程。如酵母菌、苏云金杆菌菌体生产, 抗生素发酵、乙醇发酵及柠檬酸发酵等。
第六章 微生物的新陈代谢
第一节微生物的能量代谢 第二节微生物对有机物的分解 第三节 分解代谢和合成代谢的联系 第四节 微生物独特合成代谢途径举例 第五节 微生物的代谢调节与发酵生产
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第一节 微生物的能量代谢
产能和耗能
2020/4/21
一、化能异养微生物的能量代谢
• 按照有无电子传递链，可将其分为底物 水平磷酸化和电子传递磷酸化两种类型 。 1.底物水平磷酸化 2.电子传递磷酸化
2020/4/21
2、HMP途径：
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反应过程：
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3、ED途径：
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第六章微生物代谢
TCA循环的重要特点
为糖类、脂类、蛋白质三大物质转化中心枢纽。 循环中的某些中间产物是一些重要物质生物合成的前体； 生物体提供能量的主要形式； 为人类利用生物发酵生产所需产品提供主要的代谢途径。如 柠檬酸发酵；Glu发酵等。
（二）递氢和受氢 经过上述4条途径脱氢后，通过呼吸链等方式 传递，最终可与氧、无机氧或有机物等氢受体相结
2、HMP途径
磷酸戊糖进一步代谢有两种结局：
①磷酸戊糖经转酮—转醛酶系催化，又生成磷酸己糖 和磷酸丙糖（3-磷酸甘油醛），磷酸丙糖借EMP途径 的一些酶，进一步转化为丙酮酸。称为不完全HMP途 径。
②由六个葡萄糖分子参加反应，经一系列反应，最后 回收五个葡萄糖分子，消耗了1分子葡萄糖（彻底氧化 成CO2 和水），称完全HMP途径。
CO2、H2O 还原型中间代谢 产物醇、酸 NO2、N2 次之 少
电子传递链
完整
不完整
无，底物水平磷 酸化
二、自养微生物产ATP和产还原力 按能量来源不同可分为:
化能自养型
光能自养型
（一）化能自养微生物 还原CO2所需要的ATP和[H]是通过氧化无机物而获得的
硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌
自养微生物氧化磷酸化效率低
葡萄糖 磷酸二羟丙酮
②异型乳酸发酵
乙醇
ATP ADP NAD+ NADH
乙醛
乙酰CoA
NAD+ NADH
乙酰磷酸
葡萄糖
6-磷酸 葡萄糖
6-磷酸葡 5-磷酸 萄糖酸 -CO2 木酮糖 3-磷酸 -2H 甘油醛
2ADP 2ATP
乳酸
（3）Stickland反应
1934年Stickland发现Closterdium sporogenes（生孢梭菌）能 利用一些氨基酸同时作为碳源、氮源和能源， 以一种氨基酸作供氢体，以另一种氨基酸作为受氢体而实现 产能的独特发酵类型。 CH3 CHNH2 + 2 CH2NH2 COOH ADP+Pi
第6章-微生物的代谢
新陈代谢 = 分解代谢 + 合成代谢 分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系 的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式 的能量和还原力的作用。
合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小 分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大 分子的过程。
合成代谢按产物在机体中作用不同分： 初级代谢： 提供能量、前体、结构物质等生命活动所 必须的代谢物的代谢类型；产物：氨基酸、核苷酸等。 次级代谢： 在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代 谢类型；产物：抗生素、色素、激素、生物碱等。
•反应步骤简单，产能效率低.
• 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连接， 可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中间 代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌氧时进行 乙醇发酵.
相关的发酵生产：细菌酒精发酵
葡萄糖三条降解途径在不同微生物中的分布
菌名 酿酒酵母 产朊假丝酵母 灰色链霉菌 产黄青霉 大肠杆菌 铜绿假单胞菌 嗜糖假单胞菌 枯草杆菌 氧化葡萄糖杆菌 真养产碱菌 运动发酵单胞菌 藤黄八叠球菌
氧被消耗而造成局部的厌氧环境
硝酸盐还原细菌进行厌氧呼吸
土壤中植物能利用的氮 （硝酸盐NO3-）还原成 氮气而消失，从而降低 了土壤的肥力。
松土，排除过多的水分， 保证土壤中有良好的通 气条件。
反硝化作用在氮素循环中的重要作用
硝酸盐是一种容易溶解于水的物质， 通常通过水从土壤流入水域中。如果 没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积 累，会导致水质变坏与地球上氮素循 环的中断。
2、 HMP途径 (戊糖磷酸途径)
（Hexose Monophophate Pathway）
葡萄糖经转化成6磷酸葡萄糖酸后， 在6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶的催化下， 裂解成5-磷酸戊糖 和CO2。
东华理工大学环境工程微生物学各章思考题
各章思考题第一章绪论1. 用具体事例说明人类与微生物的关系，为什么说微生物既是人类的敌人，更是我们的朋友？2. 为什么微生物能成为生命科学研究的“明星”?3. 为什么说巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人?4.微生物有哪些特点？第二章病毒1、解释下列名词：病毒粒子、前噬菌体、溶源性。
病毒粒子:成熟的病毒感染单位，病毒复制的最后阶段，在宿主脂肪体细胞、血细胞和上皮细胞的核内复制，形成多边形和多角形的包含体，裸露或被囊膜包裹前噬菌体:整合在宿主基因组上的温和噬菌体的核酸溶源性:温和噬菌体DNA具有整合入宿主菌染色质DNA中的特性，成为与宿主菌共生的原噬菌体，能随宿主菌的染色质同步复制而传给子代，这种特性称为溶源性。
2、什么是病毒？病毒有哪些不同于其他微生物之处？（作业1）3、简述病毒的主要化学组成及其结构。
4、试用图示说明下列名词之间的关系：病毒粒子、核芯、衣壳、被膜。
（作业2）5、病毒有哪几种对称类型？每种对称类型病毒的形态是什么？试各举一例。
6、试以T系噬菌体为例说明病毒的增殖过程。
7、病毒是一种致病因子，也是一种具有遗传成分特点的因子，病毒的这种特性有什么生物学意义？（作业3）第三章原核微生物1、试根据细菌细胞结构的特点，分析并举例说明为什么它们能在自然界中分布广泛。
2、细菌、粘细菌、放线菌、霉菌、酵母在繁殖方式上各有什么特点？3、根据革兰氏阳性菌和阴性菌的细胞壁结构和化学组成，解释为什么革兰氏染色后G+呈紫色，G-呈红色？4、比较细菌和放线细群体培养特征的异同。
5、以产甲烷菌为例，总古细菌的特点及其与细菌的不同之处。
第四章真核微生物1、微生物由于个体微小一般都是以其群体形式进行研究或利用，这必然就要涉及到对微生物的培养。
能否找到一种培养基，使所有的微生物都能良好地生长？为什么？2、试结合微生物学实验课的内容，谈谈在选择、配制和使用培养基时应注意哪些方面的内容。
你们在实验中是如何做的？有何体会？3、试比较营养物质进入微生物细胞的几种方式的基本特点。
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与分解代谢有关的生化实验（二）
1、了解各生化实验的原理
2、能配制相应的培养基，选用合适的指示剂
3、能准确判断结果，并进行表示
1、VP试验
2、硫化氢试验
3、尿素酶试验
4、复合生化试验
①动力靛基质尿素酶试验 MIU
②克氏双糖铁培养基试验 KIA
克氏双糖铁培养基试验 KIA
KIA可能出现的四种颜色所表示的意义
讲授为主
实验报告
反复强调微生物实验操作的注意事项
复习：相关理论知识
引入：不同种类的微生物能产生不同的酶类，因此，不同的微生物能够利用的营养物质是不同的。
即使是针对相同的营养物质，不同的微生物有不同的利用方法（导致最终产物不同）。
人为的设计一些培养基和检测方法，可以比较方便的了解微生物的生理过程。
实验二与分解代谢有关的生化试验
5.VP试验
①培养基：葡萄糖蛋白胨水培养基（葡胨水）
②指示剂：VP试剂（VP甲液和VP乙液）
③原理：
④结果判断和表示方法
培养基颜色变红—————— + 培养基颜色不变（或变棕色）——————－
注意：
若滴加甲液和乙液后没有变色，不能马上判断结果为阴性。
乙酰甲基甲醇在碱性条件下被氧化需要一段时间。
再放入培养箱培养2—4h以后，判
断结果。
原理：
含硫氨基酸
2S + Fe 2+
，
+ Pb 2+
7. 尿素酶试验
尿素培养基配方：
蛋白胨 1g NaCl 5g
葡萄糖 1g 磷酸二氢钾 2g
尿素 终浓度2% 酚红溶液 3ml
蒸馏水 1000ml
①培养基：尿素培养基（pH6.8）
②指示剂：酚红
③原理： 尿素3， 指示剂变色，桔黄色红色
④结果判断和表示方法：
培养基颜色变红———— +
培养基颜色不变（桔黄）
————— —
6、硫化氢试验
8、复合生化试验
①动力靛基质尿素酶试验 MIU
MIU培养基配方：
胰蛋白胨 10g
NaCl 5g
葡萄糖 1g
磷酸二氢钾 2g
尿素终浓度2%
酚红溶液 2ml
琼脂 3g
蒸馏水 1000ml
结果判断和表示方法：
看穿刺线：模糊 + 清晰—
看培养基颜色：红色+ 无变化—
加靛基质试剂：红色+ 无变化—
②克氏双糖铁培养基试验 KIA
培养基配方：
蛋白胨 20g 乳糖 10g 牛肉膏 3g 葡萄糖 1g 酵母膏 3g 硫酸亚铁铵 0.3g NaCl 5g 硫代硫酸钠 0.5g 酚红溶液 6ml 琼脂粉 13g 蒸馏水 1000ml
可观察四种生化结果：
①是否利用葡萄糖②是否利用乳糖
③是否产生H2S ④是否产生气体
结果判断和表示方法：
例1：大肠杆菌在KIA上的生化表现为：上层黄色，下层黄色，培养基断裂，无黑色沉淀。
表示方法：AG/AG,－
例2：变形杆菌在KIA上的生化表现为：上层红色，下层黄色，有黑色沉淀，培养基没有断裂，也没有产生气泡。
表示方法？。