06-第五章-微生物的代谢和发酵-食品微生物学-江南大学复习过程
微生物学 第五章 微生物的代谢
ED（%） — — — — — 71 100 — — 100 100 —
磷酸解酮酶途径
发酵类型
由于在各种发酵途径中均有还原性氢供体NADH+H+产生，但 产量并不多，若不及时将它们氧化再生，葡萄糖分解产能将会中断， 这样，微生物就以葡萄糖分解过程中形成的各种中间产物为氢（电 子）受体来接受NADH+H+和NADH+H+的氢（电子），于是产生 各种各样的发酵产物。
3. ED途径（Entner-Doundoroff）途径 （2-酮-3脱氧-6-磷酸葡糖酸 裂解途径）
4. 磷酸解酮酶途径
EMP途径
葡萄糖分子经转化成1，6—二
磷酸果糖后，在醛缩酶的催化下， 裂解成两个三碳化合物分子，即磷
酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛。 3-磷酸甘油醛被进一步氧化生 成2分子丙酮酸，
合成代谢(anabolism)
是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子的 过程，在这个过程中要消耗能量。
合成代谢所利用的小分子物质来源于分解代谢过程 中产生的中间产物或环境中的小分子营养物质。
能量与代谢的关系
分解代谢
微
物质代谢
生
物
的
代
谢
能量代谢
合成代谢 耗能代谢
产能代谢
无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由一系列连续的酶促反应构成的
2CH3CH2OH+2CO2+2ATP
酵母菌利用葡萄糖进行三种类型的发酵
当环境中存在亚硫酸氢钠时，由于乙醛和亚硫酸盐结合生成难 溶的磺化羟基乙醛而不能作为NADH2的受氢体，所以不能形成乙 醇，迫使磷酸二羟丙酮代替乙醛作为受氢体，生成α-磷酸甘油进一 步水解脱磷酸而生成甘油，称为酵母的二型发酵；
微生物学第五章微生物的代谢
通过改变细胞膜的通透性，控制代谢底物和产物的进出，从而调 节代谢过程。
微生物代谢的基因调控
01
原核生物的基因调 控
通过操纵子模型实现基因表达的 调控，包括正调控和负调控两种 方式。
02
真核生物的基因调 控
通过转录因子和顺式作用元件的 相互作用，实现基因表达的精确 调控。
03
基因表达的诱导和 阻遏
03 氮的转化代谢
微生物还可以通过氮的转化代谢将一种含氮化合 物转化成另一种含氮化合物，如硝酸盐还原成氨 的过程。
04Βιβλιοθήκη 微生物代谢的调节与控制代谢调节的方式与机制
酶活性的调节
通过改变酶的构象或修饰酶活性中心，从而调节代谢途径中关键 酶的活性。
代谢物浓度的调节
代谢物浓度的变化可以影响酶的活性，从而调节代谢速率。
用、液相色谱-质谱联用等。
核磁共振法
利用核磁共振技术对微生物代 谢产物进行结构和构象分析， 可以获得代谢产物的详细化学
信息。
生物信息学分析
利用生物信息学方法对微生物 代谢组学数据进行处理和分析， 包括代谢途径分析、代谢网络 构建、代谢物鉴定和代谢调控 研究等。
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微生物代谢产物的生物活性与应用
抗生素
由微生物代谢产生的具有抗菌活 性的化合物，用于治疗细菌感染。
酶
微生物代谢产生的生物催化剂，广 泛应用于食品、医药、化工等领域。
激素
某些微生物代谢产物具有激素活性， 可用于调节动植物生长发育。
微生物代谢在环境保护和能源领域的应用
污水处理
利用微生物代谢降解污水中的有机污染物，净化水质。
02
微生物的能量代谢
能量代谢的基本过程
江南大学食品科学与工程专业微生物学教学大纲.
食品科学与工程专业微生物学课程教学大纲课程名称:微生物学英文名称:Microbiology总学时:72理论学时:42实验学时:30总学分:3.5一、课程的性质、目的及任务微生物学是为食品科学与工程专业学生开设的一门专业基础课程,是一门主干课程和学位课程。
掌握微生物学理论与技术对于在食品、粮油、饲料加工保藏及品质控制等方面起着十分重要的指导作用。
本课程要求学生通过学习能够掌握微生物学的基础理论、研究方法与实验技能,并与大食品(包括食品、粮油与饲料加工业密切联系,掌握微生物学在食品工业中的应用,微生物所引起的食品的腐败变质以及加以质量控制的基本原理和方法途径,同时对微生物学的最新发展动态有一定的了解,从而使学生为后继专业课程的学习打下扎实的基础。
二、课程教学基本要求1、掌握与食品工业关系密切的各大类微生物的细胞形态结构、菌落特征与繁殖方式。
2、了解微生物营养需要以及配制培养基的原则。
3、掌握微生物的主要产能方式及典型的发酵途径。
4、掌握微生物的生长规律,以及影响微生物生长的主要理化因素。
学会利用这些因素更好地促进有益微生物的生长,控制有害微生物的生长。
5、学习微生物遗传变异的基本理论,掌握几种新的育种方法---诱变育种、杂交育种、基因工程育种的原理与技术。
6、掌握微生物在自然界中的分布特性,了解不同食品及农副产品上微生物的类群,了解食品生产、贮存过程中变质的原因及其控制措施。
7、了解微生物之间的相互关系以及在污水处理中的作用。
8、了解抗原抗体反应的一般规律,掌握运用现代免疫学技术进行菌种鉴定的依据和方法。
9、对微生物学的研究进展和最新发展动态有一定的了解。
三、课程教学基本内容第一章绪论一、微生物定义及其类群二、微生物学的发展史三、微生物学的发展对人类进步的贡献四、微生物的五大共性五、微生物学及其研究内容第二章原核微生物的形态、构造和功能第一节细菌一、细胞的形态构造及其功能二、细菌的繁殖方式三、细菌的群体特征四、食品中常见常用的细菌第二节放线菌一、放线菌的形态和构造二、放线菌的繁殖三、放线菌的群体特征第三章真核微生物的形态、构造和功能第一节真核微生物概述一、真核微生物与原核微生物的比较二、真核微生物的主要类群三、真核微生物的细胞构造第二节酵母菌一、细胞的形态构造二、酵母菌的繁殖方式和生活史三、酵母菌的培养特征四、食品中常见常用的酵母菌第三节丝状真菌——霉菌一、细胞的形态和构造二、霉菌的繁殖方式三、霉菌的菌落特征五、食品工业中常见常用的霉菌第四节产大型子实体的真菌——蕈菌第四章病毒和亚病毒第一节病毒一、病毒概况二、病毒的形态、构造和化学组分三、噬菌体第二节亚病毒一、类病毒二、拟病毒三、朊病毒第五章微生物的营养和培养基第一节微生物的六类营养要素一、微生物细胞的化学组成二、微生物的营养物质及其生理功能第二节微生物的营养类型第三节营养物质的跨膜输送一、影响营养物进出细胞的因素二、微生物吸收营养的方式第四节培养基一、选用和设计培养基的原则和方法二、培养基的种类第六章微生物的代谢和发酵第一节微生物的能量代谢一、化能异养微生物的三种产能方式二、微生物主要发酵途径和产物第二节分解代谢和合成代谢间的联系第三节微生物独特合成代谢途径举例--- 生物固氮第四节微生物的代谢调控与发酵生产一、微生物的代谢调节二、代谢调控在发酵工业上的应用第七章微生物的生长及其控制第一节测定生长繁殖的方法一、测生长量二、计繁殖数第二节微生物的生长规律一、细菌的个体生长和同步生长二、单细胞微生物的典型生长曲线三、微生物的连续培养第三节影响微生物生长的主要因素一、温度二、氧气三、pH第四节有害微生物的控制一、几个基本概念二、防腐的措施三、物理杀菌因素---高温、电磁辐射以及超声波四、化学杀菌剂或制菌剂第八章微生物的遗传变异和育种第一节遗传变异的物质基础一、遗传物质化学本质的确证二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式第二节基因突变与诱变育种一、基因突变二、突变与育种第三节基因重组和杂交育种一、原核微生物的基因重组二、真核微生物的基因重组第四节基因工程一、基因工程的基本操作二、基因工程的应用第五节菌种的衰退、复壮和保藏一、菌种的衰退和复壮二、菌种的保藏第九章微生物的生态第一节微生物在自然界的分布与菌种资源的开发一、微生物在自然界中的分布二、菌种资源的开发第二节微生物与生物环境间的关系一、互生二、共生三、寄生四、拮抗第三节污水处理中的微生物学原理一、水污染来源二、微生物处理污水的原理三、处理废水的微生物法第十章传染与免疫第一节传染第二节宿主的免疫力一、非特异性免疫二、特异性免疫第三节免疫学方法及其应用一、抗原抗体反应的一般规律二、主要的抗原抗体反应三、现代免疫标记技术第十一章微生物的分类和鉴定第一节通用分类单元一、种以上的系统分类单元二、学名三、几个概念第二节微生物在生物界的地位第三节各大类微生物的分类系统纲要第四节微生物分类鉴定的方法一、经典分类鉴定法二、现代分类鉴定法四、教材及教学参考书教材周德庆:微生物学教程. 北京:高等教育出版社,2002.5,第二版主要参考书1、沈萍:微生物学. 北京:高等教育出版社,20002、张文治:新编食品微生物学. 北京: 中国轻工业出版社,1995五、有关说明1、先修课程:有机化学、生物化学2、适用专业:食品科学与工程专业(焙烤3、撰稿人:张灏李剑芳孙震陈卫田丰伟赵建新微生物学课程教学大纲(清华使用教材:Brock "Biology of Microorganisms: (8th edition, Prentice Hall, Intl, Inc. (1996教学重点:细菌分类学,病毒分子生物学;微生物之间的区别及共同电;微生物的生长和调控;工业微生物;微生物新陈代谢多样性;主要教学内容:1.微生物历史学和发展阶段;2.营养和新陈代谢;3.微生物的生长和调控;4.微生物基因工程和生物工程;5.工业微生物;6.微生物进化,系统和分类学。
第五章微生物的代谢
光合磷酸化的基本概念
• 光合色素 • 光合单位 • 光合磷酸化
– 环式光合磷酸化 – 非环式光合磷酸化
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光合色素
➢ 光合色素是光合生物所特有的色素，是将光能转 化为化学能的关键物质。
➢ 共分三类：叶绿素 (chl)或细菌叶绿素(Bchl)，类 胡萝卜素和藻胆素。
➢ 细菌叶绿素具有和高等植物中的叶绿素相类似的 化学结构，两者的区别在于侧链基团的不同，以 及由此而导致的光吸收特性的差异。
第五章
微生物的代谢
第一节 代谢概论 第二节 微生物产能代谢 第三节 微生物的耗能代谢 第四节 微生物代谢的调节 第五节 微生物的次级代谢
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第一节 代谢概论
新陈代谢(Metabolism)：简称“代谢”，是生命活
动的基本过程，是维持生物体的生长、繁殖 、运动等生命活 动的基础。
反应总和：为生命体与内、外界所进行的一切化学反
➢ 一分子NADH和FADH2可分别产生3个和2个ATP。
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化学渗透偶联假说 (chemiosmotic-coupling hypothesis)
➢ 英国学者米切尔(P.Mitchell)1961年提出化学渗透 偶联假说(chemiosmotic-coupling hypothesis);
异异养养微微生生物物氧利化用有有机机物物的，方自式养，微根生据物氧则化利还用原无 机反物应，中通电过子生受物体氧的化不来同进可行分产成能发代酵谢和呼吸两种
类型，而呼吸又可分为有氧呼吸和无氧呼吸两 种方式。
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1. 发酵(fermentation)
发酵(fermentation): 指微生物细胞将有机物氧化 所释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的
大学课程微生物第五章 微生物的代谢课件
(1) 由EMP途径中丙酮酸出发的发酵 丙酮酸是EMP途径的关键产物，由它出发，在
不同微生物中可进入不同的发酵途径，如同型酒精 发酵、同型乳酸发酵、混合酸发酵、2，3-丁二醇 发酵、丁酸型发酵等。
42
由丙酮酸出发的6条发酵途径及其相应代谢产物
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酵母菌的乙醇发酵：
C6H12O6
EMP
NAD
ED途径的特点：
– ① 具有一特征性反应——KDPG裂解为丙酮酸和3-磷 酸甘油醛；
– ② 存在一特征性酶——KDPG醛缩酶； – ③ 其终产物2分子丙酮酸的来历不同，其一由KDPG
直接裂解形成，另一则由3-磷酸甘油醛经EMP途径转 化而来； – ④ 产能效率低（1molATP/1mol葡萄糖）。
ED途径简图
20
ED途径的反应细节 – 6-PG脱水酶: 6-磷
酸葡萄糖酸脱水酶
21
ED途径的特点：
关键反应：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解 催化的酶：6-磷酸葡萄糖酸脱水酶，KDPG醛缩酶 相关的发酵生产：细菌酒精发酵
优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成少，代谢副 产物少，发酵温度较高，不必定期供氧。 缺点：pH5，较易染菌；细菌对乙醇耐受力低。
2ATP
NADH2
2
乙醇脱氢酶
2CH3CH2OH
※该乙醇发酵过程只在pH3.5~4.5以及厌氧的条件下发生
当发酵液处在碱性条件下，酵母的乙醇发酵会改为甘油发 酵。
原因为：该条件下产生的乙醛不能作为正常受氢体，结果 2分子乙醛间发生歧化反应，生成1分子乙醇和1分子乙酸；
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TCA循环在微生物分解代谢和合成代谢中的枢纽地位
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(二) 递氢与受氢
大学课程微生物第五章 微生物的代谢课件
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HMP途径在微生物生命活动中意义重大，主要有： ①. 供应合成原料 为核酸、核苷酸、NAD（P）+、FAD（FMN） 和CoA等生物合成提供戊糖-磷酸； 途径中的赤藓糖-4-磷酸是合成芳香族、杂环 族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨 酸）的原料。 ②. 产还原力 产生大量NADPH形式的还原力，不仅可供脂 肪酸、固醇等生物合成之需，还可通过呼吸链 产生大量能量。
✓ 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。
23
4. TCA循环
（10）PEP将磷酸基团转移给ADP生成ATP,同时形 成丙酮酸。丙酮酸激酶。底物水平磷酸化。
12
2. HMP途径
又称己糖一磷酸途径、己糖一磷酸支路、戊糖磷 酸途径。磷酸葡萄糖酸途径或WD途径。
其特点是葡萄糖不经EMP途径和TCA循环而得 到彻底氧化，并能产生大量NADPH+H形式的还原 力以及多种重要中间代谢产物。 总反应式为：
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③. 作为固定CO2的中介 是光能自养微生物和化能自养微生物固定CO2的 重要中介（HMP途径中的核酮糖-5-磷酸在羧化酶 的 催 化 下 可 固 定 CO2 并 形 成 核 酮 糖 -1 ， 5- 二 磷 酸。）
④. 扩大碳源利用范围 为微生物利用C3—C7多种碳源提供了必要的途径。
⑤. 连接EMP途径 通过与EMP途径的连接（在果糖-1，6-二磷酸和 甘油醛-3-磷酸处）可为生物合成提供更多的戊糖。
第五章微生物的新陈代谢
第五章微生物的新陈代谢生物体进行的化学反应统称新陈代谢(metabolism)，简称代谢，包括分解代谢(catabolism)和合成代谢(anabolism)。
分解代谢又称异化作用，指复杂的有机分子通过分解代谢的酶系催化产生简单分子、能量[ATP]、和还原力[H]的作用。
合成代谢又称同化作用，指在合成酶系的催化下，由简单小分子、ATP和[H]共同合成复杂的生物大分子的过程。
第一节微生物的能量代谢生物氧化，发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。
三种形式：某物质与氧结合、脱氢和失电子；三个阶段：脱氢（电子）、递氢（电子）和受氢（电子）；三种功能：产能、还原力和小分子中间代谢物；三种类型：(有氧)呼吸、无氧呼吸和发酵。
一化能异养微生物的产能方式（一）底物脱氢的四条主要途径1.EMP途径又称糖酵解途径(glycolysis)，是绝大多数生物所共有的一条主流代谢途径。
以1分子C6H12O6为底物，经过10步反应产生2分子丙酮酸、2分子NADHH2和2分子ATP的过程。
2. HMP途径即己糖一磷酸途径，磷酸戊糖途径等。
特点是葡萄糖不经过EMP 途径和TCA循环而得到彻底氧化，并产生大量NADH2形式的还原力及多种重要中间代谢产物。
3. ED途径（Entner-Doudoroff pathway）又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）途径，是少数缺乏完整EMP途径细菌的一种替代途径，为细菌特有。
1分子葡萄糖经ED途径最后产生2分子丙酮酸，及净得各1分子的ATP、NADPH2和NADH2(参考P105图)，总反应式为：C6H12O6 + ADP + Pi + NADP+ + NAD+→2CH3COCOOH + ATP + NADPH2 + NADH2ED 途径特点：①KDPG裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛是有别于其它途径的特征性反应。
②KDPG醛缩酶是ED途径特有的酶。
③ED途径最终产物，即2分子丙酮酸，来历不同。
第五章微生物的酶与代谢ppt课件
第二节 微生物的能量代谢
能量代谢––––微生物体内的能量转变过程 热力学第二定律 能量守恒 微生物的能量代谢是通过生物氧化反应来实现的 生物氧化–––微生物在细胞内酶作用下把营养物质氧化的过程
附窑睬胁淤豫穿般锑力恰炳应捧菏妥纱普清样掠跋铆祝应藏汉背厚丁吟帐第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
主要内容
微生物的酶 微生物的能量代谢 微生物的分解代谢
包熙候绵元赂吹迟俯瘸镑殷滴请浇辕咖颠希羹狐需疑西净汪雌珐歹伍横劫第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
第一节 微生物的酶
玫综闰惺查居亥巴卓肛斗具琶镇揽薯吻陈煌峨约戚艳演天穗革垢芽锤怔辨第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
3-磷酸甘油醛
(3-磷酸甘油醛脱氢酶)
1,3-二磷酸甘油酸
(磷酸甘油酸激酶)
3-磷酸甘油酸
(磷酸甘油酸变位酶)
2-磷酸甘油酸
烯醇式丙酮酸
磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
(丙酮酸激酶)
脱氢
氧化磷酸化
盒丹吃对虞它腾倾盈捉古句懂铺者射割惧付刽隐化烧仗溢射铱梭瞪御走谴第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
（1）在温和条件下进行(由酶催化) （2）反应步骤繁多，但相互配合、有条不紊、彼此协调，且逐步进行，表征了新陈代谢具有严格的顺序性 （3）对内外环境具有高度的调节功能和适应功能。
新陈代谢的特点
舍惊怔疫脚诉脸咕袁撩救锡蔓愈束昨黑镣馋麻霄碳矢茨剃慢霞亩阅牲馋灼第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
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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。
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12 12
一、底物脱氢的四条主要途径
• EMP途径
糖酵解途径(Glycolysis) 己糖二磷酸途径(Hexose diphosphate pathway)
• HMP途径 • ED途径 • PK途径
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15 15
EMP途径的意义
• 具有EMP途径的微生物
– 多种微生物的代谢途径，产能效率低，提供 多 种中间代谢产物作为合成原料
• EMP途径的生理功能
– ATP和还原力NADH2 – 连接其他代谢途径的桥梁：TCA、HMP、ED
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分解代谢和合成代谢的关系
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能量与代谢关系示意图
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EMP途径简图及总反应式
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生• 生物物氧氧化化的功能
– 产能（ATP） – 产还原力[H] – 产小分子中间代谢产物
• 生物氧化过程
– 底物脱氢（或脱电子):该底物称作电子供体或供氢体 – 递氢（电子）:需中间传递体，如NAD、FAD等 – 氢受体接受氢（或电子）
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– 中间代谢产物
– 逆向反应进行多糖合成
• EMP途径与人类的关系
2020/5–/27乙醇、乳酸、甘sou油thern、yan丙gtze酮univ和ersit丁y 醇发酵
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EMP途径关键步骤
1. 葡萄糖磷酸化→1.6二磷酸果糖(耗能) 2. 1.6二磷酸果糖→2分子3-磷酸甘油醛 3. 3-磷酸甘油醛→丙酮酸
11 11
化能异养微生物的生物氧化和产能
• 底物脱氢
– EMP途径 – HMP途径 – ED途径 – TCA循环
• 递氢与受氢
– 呼吸 – 无氧呼吸 – 发酵
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第五章
微生物的代谢和发酵 Microbial Metabolism
and fermentation
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本章重要内容
• 代谢概论
• 微生物的代谢 • 微生物的代谢调控与发酵生产 • 代谢调控在发酵工业中的应用
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其任务，是生物体把外界环境中多种形式 的最初能源转换成对一切生命活动都能使 用的通用能源—ATP
化能异养菌
有机物
日光
光能营养菌
还原态无机物 化能自养菌
通用能源 （ATP）
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代谢的类型
按物质转化方式分：
• 分解代谢： • 合成代谢：
• 能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化 • 物质代谢：物质在体内转化的过程.
按代谢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
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第二节
微生物的能量代谢
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能量代谢是新陈代谢中的核心问题。
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生物氧化与普通氧化反应的区别
比较项目
燃烧
生物氧化
步骤
条件 催化剂
一步式快速反 应
激烈
无
多步式梯级反 应
温和
酶
产能形式
热、光
大部分为ATP
能量利用
率
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低
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高
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第一节
代谢概论
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新陈代谢：发生在活细胞中的各种分解代谢 （catabolism）和合成代谢 （anabolism）的总和。
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1.底物脱氢的途径
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EMP途径
葡萄糖的 酵解作用
( 又称：Embden -Meyerhof -Parnas途径，
简称：EMP途径)
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