常见微生物的代谢方式
微生物代谢途径及其应用
微生物代谢途径及其应用微生物代谢是指微生物在生命活动中所经过的化学反应过程。
微生物代谢途径可以分为两类：有氧代谢和厌氧代谢。
有氧代谢是指微生物在有氧条件下进行的代谢过程，需要氧气参与其中。
而厌氧代谢是指微生物在缺氧或者不需要氧气的条件下进行代谢过程，不需要氧气参与其中。
1.有氧代谢途径（1）糖酵解糖酵解是一种普遍的有氧代谢途径。
糖酵解可以将葡萄糖等简单碳水化合物分解成乳酸、丙酮酸和二氧化碳等产物。
这个过程中，有酶参与其中，其中最重要的是磷酸戊糖激酶和辅酶A。
糖酵解产生的能量可以被细胞利用来维持其生命活动。
（2）三羧酸循环三羧酸循环也是一种重要的有氧代谢途径。
该代谢途径起始物质为乙酰辅酶A，最终产物为二氧化碳、水和ATP。
三羧酸循环在细胞中扮演重要的调节功能，不仅能产生能量，而且能够通过代谢产生许多物质，如酮体、胆固醇和氨基酸等。
（3）氧化磷酸化氧化磷酸化是细胞中产生ATP的最主要途径。
氧化磷酸化的产生需要氧气的参与，它的产生能量丰富，可以被微生物细胞广泛利用。
氧化磷酸化的特点是产生ATP时电子被氧气接受，氧气变成水。
2.厌氧代谢途径（1）乳酸发酵乳酸发酵是微生物在缺氧条件下产生能量的重要途径之一。
乳酸发酵是指葡萄糖经过糖酵解后而产生的乳酸。
乳酸在细胞中可以作为能量来源，也可以被利用于生产酸奶、牛奶和奶酪等食品中。
（2）乙醇发酵乙醇发酵是一种常见的厌氧代谢途径。
在乙醇发酵过程中，微生物将葡萄糖和其他碳水化合物转化为乙醇和CO2。
乙醇发酵可用于生产酒精和燃料等。
（3）丙酮酸发酵丙酮酸发酵是微生物在缺氧条件下的另一种常见代谢途径。
丙酮酸可以由草酸或其他有机物分解代谢而来，也可以由糖酵解初步分解得到。
丙酮酸的产生和利用不仅有助于微生物的生命活动，而且可以被利用于食品工业和药品生产等领域。
微生物代谢途径的应用微生物代谢途径可用于多个领域。
以下列举一些常见应用：1.医药领域微生物代谢制备药物是一种重要的手段。
微生物的代谢和能量获取
微生物的代谢和能量获取微生物是一类微小而广泛存在于自然界各个环境中的生物。
它们具备各种各样的代谢途径和能量获取方式，从而在生态系统中扮演着重要的角色。
本文将介绍微生物的主要代谢途径和能量获取方式，以及它们对环境和人类的影响。
一、微生物的代谢途径微生物的代谢途径多种多样，常见的包括厌氧呼吸、光合作用、无机物化合物的氧化还原反应以及异养代谢。
以下将详细介绍这些代谢途径。
1. 厌氧呼吸厌氧呼吸是微生物在缺氧条件下进行的一种能量获取方式。
这类微生物利用电子受体而不是氧气进行呼吸作用，例如硫酸盐还原菌以硫酸盐作为电子受体，产生硫化氢；硝酸盐还原菌以硝酸盐作为电子受体，产生亚硝酸盐或氮气。
2. 光合作用光合作用是一种利用光能将无机物转化成有机物的代谢途径。
光合作用通常发生在光合细菌和植物叶绿体中，其中最为常见的是光合细菌。
这些微生物能够利用光合色素吸收太阳能，将二氧化碳和水转化为有机物和氧气。
3. 无机物化合物的氧化还原反应微生物还能通过将无机物化合物进行氧化还原反应来获取能量。
例如，铁细菌以铁离子作为电子供体，氧化铁离子为铁氧或其他氧化物，从而释放能量。
4. 异养代谢异养代谢指微生物从有机物分子中直接获取能量。
常见的异养代谢途径包括脂肪酸酸化、无机盐酸解及氧化还原反应等。
例如，许多细菌和真菌能够利用有机物分解产生的氨、硫化氢等无机盐进行能量获取。
二、微生物的能量获取方式微生物的能量获取方式主要有化学能量和光能两种。
1. 化学能量微生物通过氧化还原反应中的化学能转换为生物体内的能量。
例如，厌氧呼吸中的硫酸盐还原菌能够通过氧化硫酸盐和有机物获得能量，而光合细菌则通过光合作用中的化学反应转换为能量。
2. 光能光合细菌和植物等微生物能够利用光合色素吸收光能，将其转化为生物体内的能量。
这种能量转换方式广泛存在于自然界中，是维持地球生态系统平衡的重要途径。
三、微生物的环境和人类影响微生物在环境中的代谢和能量获取过程对自然界和人类都有重要影响。
微生物代谢
有机物 最初能源 日 光 无机物
化能异养菌 光能营养菌 化能自养菌 通用能源（ATP）
一、化能异养微生物的生物氧化和产能
生物氧化指糖、脂、蛋白质等有机物质在活细胞内 氧化分解产生H2O与CO2并释放能量的作用。
生物氧化的过程有脱氢（或电子）、递氢（或电 子）、和受氢（或电子）3个阶段。
产能（ATP） 生物氧化的功能： 产还原力[H] 产小分子中间代谢物
2.代谢调节在发酵工业上的应用 a. 应用营养缺陷型菌株解除反馈调节
高丝氨酸缺陷型菌株不能合成高丝氨酸酶，故不能合成高丝 氨酸，也不能合成苏氨酸和甲硫氨酸，在补给适量的高丝氨酸就 可产生大量的赖氨酸。
b. 应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节 指一种 对反馈 抑制不 敏感或 对阻遏 有抗性 的菌株 或兼而 有之的 菌株
（3）初级代谢与微生物生长平行进行，但次级代谢 与微生物生长不平行，一般在生长后期才进行。
第三节 微生物的代谢调节与发酵生产
1. 代谢调节 微生物细胞代谢的调节主要是通过控制酶的作用来 实现的。 酶活性调节 调 节 类 型
调节的是已有酶分子的活性， 是在酶化学水平上发生的
酶合成调节
调节的是酶分子的合成量，是 在遗传学水平上发生的
NH4+、NO2-、H2S、S0、H2、Fe2+等
呼吸链的氧化磷酸化反应
硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌等属于化能自养类型
（二）光能自养微生物
真核生物：藻类及绿色植物
产氧
原核生物：蓝细菌
光能自养微生物
不产氧
真细菌：光合细菌
古细菌：嗜盐菌
1. 环式光合磷酸化
特点：
①电子传递途径属循环方式
②产能与产还原力分别进行
10-12 第五章 微生物的代谢
1、生物氧化的形式：
包括脱氢或脱电子
①失电子：
Fe2+ → Fe3+ + e CH3-CHO
②化合物脱氢、递氢: CH3-CH2-OH
NAD NADH2
2、生物氧化的过程： 脱氢（或电子）、递氢（或电子）和受氢（或电子）三 个阶段
3、生物氧化的功能： 产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物
德国： （Carl Neuberg）
目前甘油生产中使用的微生物 Dunaliella aslina（一种嗜盐藻类） 生活在盐湖及海边的岩池等盐浓度很高环境
胞内积累高浓度的甘油使细胞的渗透压保持平衡
由EMP途径中丙酮酸出发的发酵
②同型乳酸发酵：发酵产物只有乳酸
丙酮酸
NADH2
乳酸
同型乳酸发酵菌株有： 德氏乳杆菌(L.delbruckii)、嗜酸乳杆菌(L.acidophilus)、植物乳杆菌 (L.plantarum)、干酪乳杆菌(L.casei)、粪链球菌(Streptococcus faecalis)
（5）Stickland反应
氨基酸同时为碳源、氮源和能源 以一种氨基酸为H供体，而另一种氨基酸为H受体来实现 生物氧化产能的发酵类型。
3乙酸
丙氨酸
+
2甘氨酸
3NH3
CO2 ATP
Stickland反应特点：
部分氨基酸的氧化与另一些氨基酸的还原相偶联； 产能效率低，1ATP/1G。
各途经的相互关系
H2O
2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸
丙酮酸
~~醛缩酶
（KDPG）
有氧时与TCA循环连接 无氧时进行细菌乙醇发酵
葡萄糖只经过4步反应即可快速获得由EMP途径须经10步 才能获得的丙酮酸。
细菌的代谢途径和生物矿化
细菌的代谢途径和生物矿化细菌是一类微生物生物体，能够根据不同环境中的养分进行代谢。
细菌的代谢途径分为三类：有氧呼吸、厌氧呼吸和发酵。
细菌代谢途径的不同会产生不同的代谢产物，这些代谢产物在工业、医疗、农业等领域中都有着广泛的应用价值。
一、有氧呼吸有氧呼吸是指在氧气存在的条件下，细菌将有机物氧化成二氧化碳和水，同时释放出能量。
细菌中常见的有氧呼吸细菌有泛菌属、病原菌属等。
有氧呼吸是一种高效的代谢方式，能够充分利用有机物内的能量，生成大量ATP（三磷酸腺苷）。
二、厌氧呼吸与有氧呼吸相反，厌氧呼吸是在缺氧条件下进行的代谢过程。
在厌氧呼吸中，细菌将有机物氧化成二氧化碳、硫化氢、亚硝酸（NO2-）等代谢产物，同时释放出能量。
细菌中常见的厌氧呼吸细菌有古菌属、艰难菌属等。
厌氧呼吸相比有氧呼吸效率较低，但是可以在缺氧环境中生存，对于一些极端环境下的细菌来说是一种重要的代谢途径。
三、发酵发酵是指在没有外界氧气的条件下，细菌通过代谢有机物产生能量和代谢产物的过程。
发酵对于很多微生物和生物的生存和繁殖都有着重要的意义。
细菌的发酵方式主要分为乳酸发酵、酒精发酵、丙酮酸发酵等。
乳酸发酵是细菌将糖转化成乳酸的过程，酒精发酵是细菌将糖转化成酒精的过程，而丙酮酸发酵是将有机物转化成丙酮酸和二氧化碳的过程。
除了代谢途径之外，细菌在生理和生态学上还有一个特殊的能力：生物矿化。
生物矿化是指生物体在化学、物理、生物学等方面的相互作用下，使用在环境中存在的小分子形成矿物质的过程。
在细菌中生物矿化的主要机制包括异养作用和自养作用。
异养作用是指一些化合物（如铁、镁、钛等）在细菌体内被转化成一些矿物质（如磷酸钙、碳酸钙等）。
这种过程主要是通过细菌体表的特殊分泌物将这些化合物转化成固态物质。
自养作用则是指细菌体内的无机盐被转化成矿物质的过程，与异养作用相比，自养要少见。
但这种机制在一些极端环境、浅层地层和深海生物地球化学中却发挥着重要的作用。
细菌的代谢途径和生物矿化是细菌生存中不可或缺的过程。
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
微生物新陈代谢
生物氢气
某些微生物能够利用光合作用或发酵作用产 生氢气，为氢能源的生产提供了新的途径。
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微生物新陈代谢的类型
01
02
03
有氧呼吸
微生物在有氧环境下，通 过氧化反应将有机物彻底 氧化分解，释放出能量。
无氧呼吸
微生物在无氧环境下，通 过发酵或无氧呼吸将有机 物氧化分解，释放出能量。
光合作用
某些光合细菌和藻类能够 利用光能将二氧化碳和水 转化为有机物，并释放出 氧气。
微生物新陈代谢的过程
的作用下进一步分解，释放大量能量。
无氧呼吸的产物
要点一
总结词
无氧呼吸的产物通常是二氧化碳、乙醇、乳酸等。
要点二
详细描述
在无氧呼吸过程中，有机物被氧化分解成不同的产物，例 如，葡萄糖在乳酸菌的无氧呼吸过程中被分解成乳酸，而 在酵母菌的无氧呼吸过程中则被分解成乙醇和二氧化碳。 这些产物对于微生物本身具有一定的生理意义，例如乳酸 可以降低细胞内的pH值，增强微生物的耐酸性；乙醇和二 氧化碳则可以作为微生物的能量来源和碳源。
无氧呼吸的能量转换
总结词
无氧呼吸的能量转换效率通常较低，但也有例外。
详细描述
无氧呼吸过程中释放的能量并不像有氧呼吸那样完全 、高效地转换为ATP中的化学能。因此，无氧呼吸的 能量转换效率通常较低。然而，有些微生物在无氧呼 吸过程中也能产生大量的能量，例如醋酸细菌的无氧 呼吸过程就可以产生大量的能量，其能量转换效率与 有氧呼吸相差无几。此外，一些微生物在无氧呼吸过 程中可以将部分能量转换为热能，以维持微生物自身 的温度。
发酵的产物
总结词
发酵的产物包括酒精、乳酸、乙酸、丁酸等，这些产物具有广泛的应用价值。
微生物代谢类型
一、微生物代谢类型：1．细菌：原核类：具细胞结构，但细胞内无核膜和核仁的分化，也无复杂的细胞器，包括：细菌（杆状、球状、螺旋状）、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体、螺旋体。
①细菌：三册书中所涉及的所有细菌的种类：乳酸菌、硝化细菌（代谢类型）；肺炎双球菌S型、R型（遗传的物质基础）；结核杆菌和麻风杆菌（胞内寄生菌）；根瘤菌、圆褐固氮菌（固氮菌）；大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌（为基因工程提供运载体，也可作为基因工程的受体细胞）；苏云金芽孢杆菌（为抗虫棉提供抗虫基因）；假单孢杆菌（分解石油的超级细菌）；甲基营养细菌、谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌（微生物的代谢）；链球菌（一般厌氧型）；产甲烷杆菌（严格厌氧型）等②放线菌：是主要的抗生素产生菌。
它们产生链霉素、庆大霉素、红霉素、四环素、环丝氨酸、多氧霉素、环已酰胺、氯霉素和磷霉素等种类繁多的抗生素（85%）。
繁殖方式为分生孢子繁殖。
③衣原体：砂眼衣原体。
2．病毒：病毒类：无细胞结构，主要由蛋白质和核酸组成，包括病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）①动物病毒：RNA类（脊髓灰质炎病毒、狂犬病毒、麻疹病毒、腮腺炎病毒、流感病毒、艾滋病病毒、口蹄疫病毒、脑膜炎病毒、SARS病毒）DNA类（痘病毒、腺病毒、疱疹病毒、虹彩病毒、乙肝病毒）②植物病毒：RNA类（烟草花叶病毒、马铃薯X病毒、黄瓜花叶病毒、大麦黄化病毒等）③微生物病毒：噬菌体。
3．真核类：具有复杂的细胞器和成形的细胞核，包括：酵母菌、霉菌（丝状真菌）、蕈菌（大型真菌）等真菌及单细胞藻类、原生动物（大草履虫、小草履虫、变形虫、间日疟原虫等）等真核微生物。
①霉菌：可用于发酵上工业，广泛的用于生产酒精、柠檬酸、甘油、酶制剂（如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等）、固醇、维生素等。
在农业上可用于饲料发酵、生产植物生长素（如赤酶霉素）、杀虫农药（如白僵菌剂）、除草剂等。
危害如可使食物霉变、产生毒素（如黄曲霉毒素具致癌作用、镰孢菌毒素可能与克山病有关）。
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常见微生物的代谢方式
马丽甘肃省临夏回民中学(731100)
微生物种类繁多，代谢方式多样，本文将一些常见微生物的代谢方式归纳如下。
所涉及生物中，除特别标注外，其它均为原核生物。
1、光能自养需氧型
这类微生物以光为能源，以CO2为主要碳源，适合生存于有氧环境，如：蓝藻、衣藻（原生生物）。
2、化能自养需氧型
这类微生物以无机化学能为能源，以CO2为主要碳源，适合生存于有氧环境，如：铁细菌、无色硫细菌、硝化细菌。
3、光能自养厌氧型
这类微生物如：绿硫菌，以光为能源，以CO2为主要主要碳源；有光合色素，进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为细胞物质。
适合生存于无氧环境。
4、化能异养需氧型
这类微生物的能源和碳源均来自于有机物，适合生存于有氧环境，真菌和绝大多数的细菌都是这一类型，常见的有：霉菌（真核生物）、草履虫及变形虫（原生生物）、放线菌、根瘤菌、圆褐固氮菌、肺炎双球菌、结核杆菌、霍乱弧菌、炭疽杆菌、麻风杆菌、黄色短杆菌、土壤农杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、谷氨酸棒状杆菌等。
5、化能异养厌氧型
这类微生物的能源和碳源也是均来自于有机物，但是只有在缺氧的条件下才能很好的生长，如：乳酸菌、甲烷杆菌、反硝化细菌、破伤风杆菌、幽门螺旋杆菌。
6、化能异养兼性厌氧型
这类微生物的能源和碳源也是均来自于有机物，在有氧和无氧的条件下均能生长，如：大肠杆菌、酵母菌（真核生物）、金黄色葡萄糖球菌、支原体、酿脓链球菌。
7、兼性营养需氧型
这类微生物比较少见，如：裸藻，又叫眼虫（原生生物），适合生存于有氧环境，它在含有有机物的水中，能够靠细胞膜吸取水里的有机物“食物”，过着动物式的化能异养生活。
但是同时，眼虫的细胞中具有含叶绿素的叶绿体，在无有机物的情况下，能够自己制造营养物质进行光合作用。
因此兼有光能自养和化能异养的代谢方式。
8、兼性营养兼性厌氧型
这类微生物也是比较少见，如：红螺菌，它的同化方式是兼性营养型，以光为能源，以二氧化碳为主要碳源，以水或其他无机物作为供氢体，进行光合作用，还原CO2合成有机物。
属于光能自养；或者以光为能源，以有机物为主要碳源，并且以有机物作为供氢体进行光合作用，同化有机物形成自身物质，属于光能异养。
而它的异化方式也是兼性的，在湖泊、池塘的淤泥中进行厌氧呼吸；而在废水处理体系中却是需氧的。