2020年第五章 微生物的新陈代谢参照模板
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第五章微生物的新陈代谢8学时
– EMP,TCA循环
• 特点：
– 底物的氧化作用不与氧的还原作用直接偶联，而是底物 氧化释放的电子先通过电子传递链最后才传递到氧。
呼吸链或电子传递链
• 定义：
– 由一系列氧化还原势呈梯度差的链状排列的氢传递体 组成的一组链状传递顺序。
• 功能：
– 传递电子：把氢或电子从低氧化还原势的化合物处逐 级传递到高氧化还原势的分子氧或其他无机、有机氧 化物，并使它们还原。
•结构组成：
•以血红素为辅基，通过其卟啉分子中心铁原子的价电 荷的变化而传递电子。 cyt.a3是许多微生物的末端氧化 酶，能催化4个电子还原氧的反应，激活分子氧。
氧化磷酸化产能机制
• 氧化磷酸化：
– 又称电子传递链磷酸化。指将呼吸链在传递氢 过程中释放出的能量与ADP磷酸化相耦联产生 ATP的过程。
– ⑤细胞色素系统：位于呼吸链后端。
✓ 功能：从泛醌中接受电子，并将同等数目的质子推到线粒 体膜或细胞膜外的溶液中。
细胞色素系统
•分类：
•线粒体的电子传递链至少含有5种不同的细胞色素，按 其吸收光谱和氧还电位的差别分为cyt.a3 ， cyt.a，cyt.c, cyt.b和cyt.o等。细胞色素b， c ，a ，a3整合在一起存 在。Cyta a3以复合物形式存在，称为细胞色素氧化酶 （含有两个必需的铜原子）。由还原型a3将电子直接传 递给分子氧。
• 特点
– 6分子葡萄糖以6-磷酸葡萄糖的形式参与不经EMP途 径和TCA循环途径而得到彻底氧化，并能产生大量的 NADH+H+形式的还原力和多种重要中间代谢产物(如
– 有核H苷M酸P途、径氨的基微酸生、物辅中酶往和往乳同酸时(异存型在乳E酸M发P途酵)等)。 径，单独具有HMP凡途葡径萄糖的经微发生酵物后少除产见生。乳酸外，还产
• 特点：
– 底物的氧化作用不与氧的还原作用直接偶联，而是底物 氧化释放的电子先通过电子传递链最后才传递到氧。
呼吸链或电子传递链
• 定义：
– 由一系列氧化还原势呈梯度差的链状排列的氢传递体 组成的一组链状传递顺序。
• 功能：
– 传递电子：把氢或电子从低氧化还原势的化合物处逐 级传递到高氧化还原势的分子氧或其他无机、有机氧 化物，并使它们还原。
•结构组成：
•以血红素为辅基，通过其卟啉分子中心铁原子的价电 荷的变化而传递电子。 cyt.a3是许多微生物的末端氧化 酶，能催化4个电子还原氧的反应，激活分子氧。
氧化磷酸化产能机制
• 氧化磷酸化：
– 又称电子传递链磷酸化。指将呼吸链在传递氢 过程中释放出的能量与ADP磷酸化相耦联产生 ATP的过程。
– ⑤细胞色素系统：位于呼吸链后端。
✓ 功能：从泛醌中接受电子，并将同等数目的质子推到线粒 体膜或细胞膜外的溶液中。
细胞色素系统
•分类：
•线粒体的电子传递链至少含有5种不同的细胞色素，按 其吸收光谱和氧还电位的差别分为cyt.a3 ， cyt.a，cyt.c, cyt.b和cyt.o等。细胞色素b， c ，a ，a3整合在一起存 在。Cyta a3以复合物形式存在，称为细胞色素氧化酶 （含有两个必需的铜原子）。由还原型a3将电子直接传 递给分子氧。
• 特点
– 6分子葡萄糖以6-磷酸葡萄糖的形式参与不经EMP途 径和TCA循环途径而得到彻底氧化，并能产生大量的 NADH+H+形式的还原力和多种重要中间代谢产物(如
– 有核H苷M酸P途、径氨的基微酸生、物辅中酶往和往乳同酸时(异存型在乳E酸M发P途酵)等)。 径，单独具有HMP凡途葡径萄糖的经微发生酵物后少除产见生。乳酸外，还产
微生物学微生物的新陈代谢文稿演示
Nhomakorabea量
四条途径
代
谢
（一）生物氧化
1、概念
是指发生在活细胞中的一系列产 能性氧化还原反应（即参与反应的 物质之间的电子转移和氢的转递过 程）的总称。（实质：产能）
（三）递氢和受氢
2、生物氧化与燃烧的比较
相同点：都是通过底物的氧化反应而释放出其中的化学潜能。
不同点：生物氧化在活细胞内进行，需要酶的参与，反应条件温和（常温、PH 值中性），为多步式梯级反应，产生的能量大部分为ATP，且能量利用率高；而燃 烧则不需要酶的参与，反应条件激烈，为一步式快速反应，其产能形式为发光、发 热，能量利用率低。
第五章 微生物的新陈代谢
教学要求（10学时）
1、了解微生物物质代谢与能量代谢、合成代谢与分解代 谢、初生代谢与次生代谢之间的相互区别和联系。
2、掌握微生物能量代谢的基本内容、特点、意义。 3、了解微生物分解代谢的基本内容。 4、掌握分解代谢与合成代谢的联系。 5、了解微生物独特的合成代谢途径。 6、掌握微生物的代谢调节及其在发酵工业中的应用。
ATP
戊糖磷酸途径、磷酸葡萄糖酸途径）
NAD + NADH+H +
NAD +
ADP
（1）过程（三个阶段）
6-磷酸葡萄糖
6-磷酸葡萄糖酸
① 1分子葡萄糖经磷酸化生成6-磷 酸葡萄糖，在脱氢酶作用下脱氢生成 6-磷酸葡萄糖酸，在6-磷酸葡萄糖酸脱 氢酶作用下，再次脱氢降解为1分子 CO2和1分子5-磷酸核酮糖。
第五章 微生物的新陈代谢
第一节 微生物的能量代谢
一、化能异养微生物产ATP和还原力 二、化能、光能自养微生物产ATP和还原力
第五章 微生物的新陈代谢 能量代谢 分解代谢 合成代谢 代谢调节
四条途径
代
谢
（一）生物氧化
1、概念
是指发生在活细胞中的一系列产 能性氧化还原反应（即参与反应的 物质之间的电子转移和氢的转递过 程）的总称。（实质：产能）
（三）递氢和受氢
2、生物氧化与燃烧的比较
相同点：都是通过底物的氧化反应而释放出其中的化学潜能。
不同点：生物氧化在活细胞内进行，需要酶的参与，反应条件温和（常温、PH 值中性），为多步式梯级反应，产生的能量大部分为ATP，且能量利用率高；而燃 烧则不需要酶的参与，反应条件激烈，为一步式快速反应，其产能形式为发光、发 热，能量利用率低。
第五章 微生物的新陈代谢
教学要求（10学时）
1、了解微生物物质代谢与能量代谢、合成代谢与分解代 谢、初生代谢与次生代谢之间的相互区别和联系。
2、掌握微生物能量代谢的基本内容、特点、意义。 3、了解微生物分解代谢的基本内容。 4、掌握分解代谢与合成代谢的联系。 5、了解微生物独特的合成代谢途径。 6、掌握微生物的代谢调节及其在发酵工业中的应用。
ATP
戊糖磷酸途径、磷酸葡萄糖酸途径）
NAD + NADH+H +
NAD +
ADP
（1）过程（三个阶段）
6-磷酸葡萄糖
6-磷酸葡萄糖酸
① 1分子葡萄糖经磷酸化生成6-磷 酸葡萄糖，在脱氢酶作用下脱氢生成 6-磷酸葡萄糖酸，在6-磷酸葡萄糖酸脱 氢酶作用下，再次脱氢降解为1分子 CO2和1分子5-磷酸核酮糖。
第五章 微生物的新陈代谢
第一节 微生物的能量代谢
一、化能异养微生物产ATP和还原力 二、化能、光能自养微生物产ATP和还原力
第五章 微生物的新陈代谢 能量代谢 分解代谢 合成代谢 代谢调节
第五章微生物的代谢
2020/1/1
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
2020/1/1
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
2020/1/1
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。
2020/1/1
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。
2020/1/1
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
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
2020/1/1
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
2020/1/1
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。
2020/1/1
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
第5章 微生物的代谢模板
3. ED途径（2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸途径)
由Enter和Doudoroff在嗜糖假单胞菌中发现； 途径：葡萄糖 → 6磷酸葡萄糖 → 6 磷酸葡萄糖酸 → KDPG → 3磷酸甘油醛 + 丙酮酸 C6H12O6
2丙酮酸 1ATP
NADH2 NADPH2
ED途径特点
是少数缺乏完整EMP途径微生物所具有的一种替代途
O开放型； L疏松型； T紧密结合型
当质子从 FO 流至膜的F1时，γ和ε亚基在质子流的 推动下旋转，调节β亚基的构象发生 变化，释放 ATP。
（三）受氢
经多种途径脱氢和递氢后，最终与氢受体结合 并释放其中的能量； 根据氢受体性质的不同，可把生物氧化分为：
呼吸（有氧呼吸）
无氧呼吸
发酵
脱氢、递氢、受氢
3.生物氧化的结果
产ATP、还原力[H]和小分子代谢产物
1. 生物氧化的含义
生物氧化是指发生在活细胞内的一系列产 能性氧化反应的总称。
燃烧：
生物体外的氧化
有机物生物氧化与燃烧的比较
比较项目 反应终产物 步 骤 燃烧 二氧化碳、水 一步式快速反应 激 无 突然释放（热、光） 低 烈 生物氧化 二氧化碳、水 多步式梯级反应 温 酶 逐步释放（ATP） 高 和
绝大多数化能自养微生物是好氧菌—如硝化
杆菌属；
无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系； 呼吸链的组分多样化； 产能效率低；
硝化细菌产ATP和还原力[H]
-ATP NADH2 FP Cyt.b -ATP Cyt.c Cyt.a1 +ATP Cyt.aa3 2H++2eNO3NH3+O2 H2O • NO2-
微生物的新陈代谢(4)
教学ppt
9
氢的传递体——NAD+和NADP+
❖ NAD+和NADP+：即烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶Ⅰ）和 烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸（辅酶Ⅱ ），二者是各种不需 氧脱氢酶的辅酶，在酶促反应中起递氢体的作用；它们可 以接受2个[H]而还原为NADH2或NADPH2。
❖ NADH2在细胞内，一是通过呼吸链最终将氢传递给受体， 释放能量合成ATP；另一是作为生物合成还原剂；
ED途径是少数缺乏完整EMP途径的微生物所具有 的一种替代途径。其特点是葡萄糖只经过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。
教学ppt
26
教学ppt
ED 途 径
27
ED途径的总反应
ATP C6H12O6
KDPG
2ATP
ATP
NADH+H+
NADPH+H+
2丙酮酸
教学ppt
教学ppt
29
EMP、HMP和ED途径的特点 （葡萄糖降解为丙酮酸）
❖ 1、EMP途径 ❖ 2、HMP途径 ❖ 3、ED途径 ❖ 4、TCA循环
教学ppt
15
1.EMP途径或糖酵解途径
❖ 分解葡萄糖最普遍的途径。 ❖ 该途径中葡萄糖转化为1，6-二磷酸果糖后开
始降解，又称为二磷酸己糖途径。
教学ppt
16
路障
教学ppt
TCA循环
EMP 途径
17
EMP途径的简图
耗能阶段
第五章 微生物的新陈代谢 （Microbial metabolism ）
教学ppt
1
❖ 第一节 能量代谢 ❖ 第二节 分解代谢和合成代谢的联系 ❖ 第三节 微生物独特的合成代谢 ❖ 第四节 微生物的代谢调节与发酵生产
第五章微生物的代谢
生物氧化与燃烧的比较
比较项目 反应步骤 条件 产能形式 能量利用率
燃烧 一步式快速反应
激烈 热、光
低
生物氧化 顺序严格的系列反应 由酶催化，条件温和
大部分为 ATP 高
生物氧化的过程
一般包括三个环节： ①底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电
子供体或供氢体） ②氢（或电子）的传递（需中间传递体，如
第五章微生物的代谢和发酵
第一节 代谢概论 第二节 微生物分解代谢
第一节 代谢概论
第二节 微生物分解代谢
一、 生物氧化
二、 异养微生物的生物氧化
底物脱氢的四种途径 EMP途径 ED途径
有氧呼吸 无氧呼吸
三、 自养微生物的生物氧化
微生物产能代谢
四、 能量转换
HMP途径 磷酸酮解途径
第一节 代谢概论
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。
葡萄糖
ATP
葡糖-6-磷酸 ADP
（Embden-Meyerhof pathway） 果糖-6-磷酸
a
ATP
EMP途径意义：
果糖-1，6- 二磷酸 ADP 磷酸二羟丙酮 甘油醛-3-磷酸
NAD+
为细胞生命活动提 供ATP 和 NADH
1，3-二磷酸甘油酸 NADH+H+
底物水平磷酸化 3-磷酸甘油酸
CoA ↓ 丙酮酸脱氢酶 乙酰CoA， 进入TCA
2）HMP 途径（磷酸戊糖途径、旁路途径）
分为两个阶段：
1、3个分子6-磷酸葡萄糖在6磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡 萄糖酸脱氢酶等催化下经氧化 脱羧生成6个分子NADPH+H+，3 个分子CO2和3个分子5-磷酸核 酮糖
比较项目 反应步骤 条件 产能形式 能量利用率
燃烧 一步式快速反应
激烈 热、光
低
生物氧化 顺序严格的系列反应 由酶催化，条件温和
大部分为 ATP 高
生物氧化的过程
一般包括三个环节： ①底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电
子供体或供氢体） ②氢（或电子）的传递（需中间传递体，如
第五章微生物的代谢和发酵
第一节 代谢概论 第二节 微生物分解代谢
第一节 代谢概论
第二节 微生物分解代谢
一、 生物氧化
二、 异养微生物的生物氧化
底物脱氢的四种途径 EMP途径 ED途径
有氧呼吸 无氧呼吸
三、 自养微生物的生物氧化
微生物产能代谢
四、 能量转换
HMP途径 磷酸酮解途径
第一节 代谢概论
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。
葡萄糖
ATP
葡糖-6-磷酸 ADP
（Embden-Meyerhof pathway） 果糖-6-磷酸
a
ATP
EMP途径意义：
果糖-1，6- 二磷酸 ADP 磷酸二羟丙酮 甘油醛-3-磷酸
NAD+
为细胞生命活动提 供ATP 和 NADH
1，3-二磷酸甘油酸 NADH+H+
底物水平磷酸化 3-磷酸甘油酸
CoA ↓ 丙酮酸脱氢酶 乙酰CoA， 进入TCA
2）HMP 途径（磷酸戊糖途径、旁路途径）
分为两个阶段：
1、3个分子6-磷酸葡萄糖在6磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡 萄糖酸脱氢酶等催化下经氧化 脱羧生成6个分子NADPH+H+，3 个分子CO2和3个分子5-磷酸核 酮糖
第五章节 微生物的新陈代谢资料
TCA循环的重要特点
（1）循环一次的结果是乙酰CoA的乙酰基被氧化为2 分子CO2，并重新生成1分子草酰乙酸； （2）整个循环有四步氧化还原反应，其中三步反应 中将NAD+还原为NADH+H+，另一步为FAD还原；
第五章 微生物的新陈代谢
目的：掌握不同微生物能量代谢的特点；了 解微生物代谢的调节。
重点：产能代谢，生物固氮和肽聚糖的合成。 难点：生物固氮机制。
关于新陈代谢的几个概念
•新陈代谢（Metabolism）
发生在 活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。
•合成代谢(Anabolism) (同化作用)
第一节 微生物的能量代谢
主要内容： 一 化能异养微生物的产能代谢 二 化能自养微生物的产能代谢 三 光合自养微生物的产能代谢
能量代谢的目的：
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）。
有机物
化能异养微生物
最初 还原态无机物 化能自养微生物
ATP
能源
光能营养微生物
底物脱电子的四种方式
以葡萄糖为例
EMP途径（占大多数,又称糖酵解途径）
葡萄糖经10步反应后生成2分子丙酮酸、2分子 NADH+H+，2分子ATP。（即相当于8个ATP）
HMP途径（戊糖磷酸途径） 葡萄糖通过该途径被彻底氧化，产生ADPH+H+ 及多种中间代谢产物。
ED途径 是存在于某些缺乏EMP途径的微生物中的一种 替代途径，葡萄糖经4步反应后，生成丙酮酸、 ATP、NADPH2、NADH2。
日光
一 化能异养微生物的生物氧化
生物氧化（biological oxidation） 在活细胞中的一系列产能性氧化反应的总称。 氧化的形式包括：得氧、脱氢和失去电子。 过程包括脱氢(电子)、递氢(电子)和受氢(电子)3个阶段。 功能：产ATP，[H]，小分子中间代谢产物。 类型：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵。
微生物的新陈代谢
微生物的新陈代谢(总4页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第五章微生物的新陈代谢第一节微生物的能量代谢对微生物而言，它们可利用的通用能源是有机物、日光辐射能和还原态无机物三大类。
一、化能异养微生物的生物氧化和产能生物氧化的概念：发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。
过程可分脱氢、递氢和受氢三阶段。
生物氧化的类型则包括了呼吸、无氧呼吸和发酵三种。
（一）底物脱氢的4条途径1．EMP途径2．HMP途径3．ED途径KDPG途径（2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸途径），缺乏完整的EMP途径微生物中的替代途径。
4步反应获得丙酮酸。
特点4．TCA循环例外：琥珀酸脱氢酶，结合在膜上。
特点（二）递氢和受氢1．呼吸2．无氧呼吸指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。
（1）硝酸盐呼吸（2）硫酸盐呼吸（3）硫呼吸（4）铁呼吸（5）碳酸盐呼吸（6）延胡索酸呼吸，产生琥珀酸3．发酵二、自养微生物产ATP和产还原力（一）化能自养微生物化能自养微生物的能量代谢主要有3个特点：（二）光能自养微生物1.循环光合磷酸化特点是进行不产氧光合作用，即不能利用水作为还原二氧化碳时的氢供体，而能利用还原态无机物或有机物作为氢供体。
2.非循环光合磷酸化3.嗜盐菌紫膜的光介导ATP合成嗜盐菌在无氧条件下，利用光能所造成的紫膜蛋白上视黄醛辅基构象的变化，可将质子不断驱至膜外，从而在膜两侧建立一个质子电动势，再由它来推动ATP合酶合成ATP，此即光介导ATP合成或紫膜光合磷酸化。
第二节分解代谢和合成代谢的联系一、两用代谢途径凡在分解代谢和合成代谢中均具有功能的代谢途径，称为两用代谢途径，EMP、HMP和TCA循环等。
二、代谢物回补顺序代谢物回补顺序又称代谢物补偿途径或添补途径，是指能补充两用代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢物的那些反应。
乙醛酸循环两个关键酶：异柠檬酸裂合酶和苹果酸合酶第三节微生物独特合成代谢途径举例一、自养微生物的二氧化碳固定（一）Calvin循环核酮糖二磷酸羧化酶-加氧酶和磷酸核酮糖激酶是本途径的两种特有的酶（二）厌氧乙酰-CoA途径（三）逆向TCA循环ATP依赖的柠檬酸裂合酶不同于正向的柠檬酸合酶。
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•
底物脱电子的四种方式 以葡萄糖为例
➢ EMP途径（占大多数,又称糖酵解途径） 葡萄糖经10步反应后生成2分子丙酮酸、2分子
NADH+H+，2分子ATP。（即相当于8个ATP） HMP途径（戊糖磷酸途径）
葡萄糖通过该途径被彻底氧化，产生ADPH+H+ 及多种中间代谢产物。
•
➢ ED途径 是存在于某些缺乏EMP途径的微生物中的一种 替代途径，葡萄糖经4步反应后，生成丙酮酸、 ATP、NADPH2、NADH2。
•
▪丙酮酸在进入三羧酸 循环之先要脱羧生成乙 酰CoA，乙酰CoA和草酰 乙酸缩合成柠檬酸再进 入三羧酸循环。
▪循环的结果是乙酰CoA 被彻底氧化成CO2和H2O， 每氧化1分子的乙酰CoA 可产生12分子的ATP， 草酰乙酸参与反应而本 身并不消耗。
C3 →→→CH3CO~CoA →
呼Hale Waihona Puke 链4NADH+H+
•
EMP 途 径 的 意 义
➢EMP途径的生理学功能 ①为合成代谢供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原 力 ②为合成代谢提供多种中间代谢产物 ③连接三羧酸循环（TCA）、HMP途径和ED途径的桥梁 ④通过逆向反应可进行多糖合成 ➢EMP途径与人类的关系 乙醇、乳酸、甘油、丙酮和丁醇的发酵
•
➢HMP途径：
•
➢生产实践—重要发酵产物 ✓核苷酸 ✓氨基酸 ✓辅酶 ✓乳酸
•
ED途径 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径
与EMP途径相连 与EMP途径相连
有O2时与TCA相连
•
无O2时进行酒精发酵
反应式：葡萄糖+NAD++NADP+Pi+ADP →2丙酮酸 +NADH+H+ +NADPH+H++ATP
Pentose phosphate pathway，旧称HMP途径(Hexose monophasphate pathway)，此途径存在于大多数生物体内。
C6
C4 C7
C3
C3 C5
•
C6
C5 C5
1ATP
12NADPH
经呼吸链
→ → → 36ATP → 35ATP
经一系列复杂反应后
6C6 →→→6C5 →→重新→合→成己糖→ → 5C6
6CO2
总反应式：6葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H2O →5 葡萄糖-6-磷酸+12NADPH+12H+6CO2+Pi
•
HMP途径的意义
➢微生物生命活动： 1.供应合成原料 ✓戊糖磷酸：核酸、NADP、FAD、 CoA等 ✓赤藓糖-4-磷酸：芳香族氨基酸 2.产还原力：NADPH2 3.作为固定CO2的中介：核酮糖-5-磷酸 4.扩大碳源利用范围：C3~C7 5.连接EMP途径：果糖-1,6-二磷酸，甘油醛-3-磷酸
•
丙酮酸的代谢的多样性
➢ EMP途径，不完全的HMP途径，ED途径都 可以产生丙酮酸，生成的丙酮酸：
➢ 进入TCA循环 1. 进一步氧化分解，产生还原力NADPH2，
ATP和合成代谢所需要的小分子C架 2. 发酵作用Fermatation
•
TCA循环
C4 C4 C4
C2 C6
C6
C4 C4
C6
C5
•
第一节 微生物的能量代谢
主要内容： 一 化能异养微生物的产能代谢 二 化能自养微生物的产能代谢 三 光合自养微生物的产能代谢
•
能量代谢的目的：
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）。
有机物
化能异养微生物
最初 还原态无机物 化能自养微生物
ATP
能源
特点： ▪特征性反应: ▪特征性酶：KDPG酶 ▪终产物2分子丙酮酸的来历不同 ▪产能效率底：1mol ATP/1mol Glucose
•
具有ED途径的微生物
Pseudomonas saccharophila(嗜糖假单胞杆菌) Ps.aeruginosa(铜绿假单胞杆菌) Ps.fluorescens(荧光假单胞杆菌) Ps.lindneri(林氏假单胞菌) Z.mobilis(运动发酵单胞菌) Alcaligens eutrophus (真氧产碱菌)
光能营养微生物
日光
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一 化能异养微生物的生物氧化
生物氧化（biological oxidation） 在活细胞中的一系列产能性氧化反应的总称。 氧化的形式包括：得氧、脱氢和失去电子。 过程包括脱氢(电子)、递氢(电子)和受氢(电子)3个阶段。 功能：产ATP，[H]，小分子中间代谢产物。 类型：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵。
➢ TCA循环 丙酮酸经10步反应彻底氧化、脱羧后，生成
ATP,GTP,NADH2和CO2
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➢EMP途径(Embden-Myerhpf Pathway)
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耗能阶段 产能阶段 → 2NADH+H+
C6 →→→2C3 →→→ → 丙酮酸
2ATP
→ 4ATP →2ATP
总式： 葡萄糖+2NAD+2Pi+2ADP→2丙酮酸 +2NADH+2H++2ATP+2H2O
TCA循环的重要特点
（1）循环一次的结果是乙酰CoA的乙酰基被氧化为2 分子CO2，并重新生成1分子草酰乙酸； （2）整个循环有四步氧化还原反应，其中三步反应 中将NAD+还原为NADH+H+，另一步为FAD还原；
在合成酶系催化作用下，由简单小分子、ATP形式的 能量和[H]形式的还原力一起合成复杂大分子的过程。
•分解代谢(Catabolism) (异化作用)
复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简 单小分子、ATP形式的能量和还原力的过程。
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主要内容 第一节 微生物的能量代谢 第二节 微生物独特合成代谢途径 第三节 微生物的代谢调节和发酵生产
12ATP
FADH2
呼吸链 2ATP
底物水平
1GTP
1ATP
3CO2
从丙酮酸进入循环：
丙酮酸+4NAD++FAD+GDP+Pi+3H2O →3CO2+4(NADH+H+)+FADH2+GTP
从乙酰-CoA进入循环：
乙酰-CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O →2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+CoA+G• TP
第五章 微生物的新陈代谢
目的：掌握不同微生物能量代谢的特点；了 解微生物代谢的调节。
重点：产能代谢，生物固氮和肽聚糖的合成。 难点：生物固氮机制。
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关于新陈代谢的几个概念
•新陈代谢（Metabolism）
发生在 活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。
•合成代谢(Anabolism) (同化作用)
底物脱电子的四种方式 以葡萄糖为例
➢ EMP途径（占大多数,又称糖酵解途径） 葡萄糖经10步反应后生成2分子丙酮酸、2分子
NADH+H+，2分子ATP。（即相当于8个ATP） HMP途径（戊糖磷酸途径）
葡萄糖通过该途径被彻底氧化，产生ADPH+H+ 及多种中间代谢产物。
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➢ ED途径 是存在于某些缺乏EMP途径的微生物中的一种 替代途径，葡萄糖经4步反应后，生成丙酮酸、 ATP、NADPH2、NADH2。
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▪丙酮酸在进入三羧酸 循环之先要脱羧生成乙 酰CoA，乙酰CoA和草酰 乙酸缩合成柠檬酸再进 入三羧酸循环。
▪循环的结果是乙酰CoA 被彻底氧化成CO2和H2O， 每氧化1分子的乙酰CoA 可产生12分子的ATP， 草酰乙酸参与反应而本 身并不消耗。
C3 →→→CH3CO~CoA →
呼Hale Waihona Puke 链4NADH+H+
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EMP 途 径 的 意 义
➢EMP途径的生理学功能 ①为合成代谢供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原 力 ②为合成代谢提供多种中间代谢产物 ③连接三羧酸循环（TCA）、HMP途径和ED途径的桥梁 ④通过逆向反应可进行多糖合成 ➢EMP途径与人类的关系 乙醇、乳酸、甘油、丙酮和丁醇的发酵
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➢HMP途径：
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➢生产实践—重要发酵产物 ✓核苷酸 ✓氨基酸 ✓辅酶 ✓乳酸
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ED途径 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径
与EMP途径相连 与EMP途径相连
有O2时与TCA相连
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无O2时进行酒精发酵
反应式：葡萄糖+NAD++NADP+Pi+ADP →2丙酮酸 +NADH+H+ +NADPH+H++ATP
Pentose phosphate pathway，旧称HMP途径(Hexose monophasphate pathway)，此途径存在于大多数生物体内。
C6
C4 C7
C3
C3 C5
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C6
C5 C5
1ATP
12NADPH
经呼吸链
→ → → 36ATP → 35ATP
经一系列复杂反应后
6C6 →→→6C5 →→重新→合→成己糖→ → 5C6
6CO2
总反应式：6葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H2O →5 葡萄糖-6-磷酸+12NADPH+12H+6CO2+Pi
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HMP途径的意义
➢微生物生命活动： 1.供应合成原料 ✓戊糖磷酸：核酸、NADP、FAD、 CoA等 ✓赤藓糖-4-磷酸：芳香族氨基酸 2.产还原力：NADPH2 3.作为固定CO2的中介：核酮糖-5-磷酸 4.扩大碳源利用范围：C3~C7 5.连接EMP途径：果糖-1,6-二磷酸，甘油醛-3-磷酸
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丙酮酸的代谢的多样性
➢ EMP途径，不完全的HMP途径，ED途径都 可以产生丙酮酸，生成的丙酮酸：
➢ 进入TCA循环 1. 进一步氧化分解，产生还原力NADPH2，
ATP和合成代谢所需要的小分子C架 2. 发酵作用Fermatation
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TCA循环
C4 C4 C4
C2 C6
C6
C4 C4
C6
C5
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第一节 微生物的能量代谢
主要内容： 一 化能异养微生物的产能代谢 二 化能自养微生物的产能代谢 三 光合自养微生物的产能代谢
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能量代谢的目的：
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）。
有机物
化能异养微生物
最初 还原态无机物 化能自养微生物
ATP
能源
特点： ▪特征性反应: ▪特征性酶：KDPG酶 ▪终产物2分子丙酮酸的来历不同 ▪产能效率底：1mol ATP/1mol Glucose
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具有ED途径的微生物
Pseudomonas saccharophila(嗜糖假单胞杆菌) Ps.aeruginosa(铜绿假单胞杆菌) Ps.fluorescens(荧光假单胞杆菌) Ps.lindneri(林氏假单胞菌) Z.mobilis(运动发酵单胞菌) Alcaligens eutrophus (真氧产碱菌)
光能营养微生物
日光
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一 化能异养微生物的生物氧化
生物氧化（biological oxidation） 在活细胞中的一系列产能性氧化反应的总称。 氧化的形式包括：得氧、脱氢和失去电子。 过程包括脱氢(电子)、递氢(电子)和受氢(电子)3个阶段。 功能：产ATP，[H]，小分子中间代谢产物。 类型：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵。
➢ TCA循环 丙酮酸经10步反应彻底氧化、脱羧后，生成
ATP,GTP,NADH2和CO2
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➢EMP途径(Embden-Myerhpf Pathway)
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耗能阶段 产能阶段 → 2NADH+H+
C6 →→→2C3 →→→ → 丙酮酸
2ATP
→ 4ATP →2ATP
总式： 葡萄糖+2NAD+2Pi+2ADP→2丙酮酸 +2NADH+2H++2ATP+2H2O
TCA循环的重要特点
（1）循环一次的结果是乙酰CoA的乙酰基被氧化为2 分子CO2，并重新生成1分子草酰乙酸； （2）整个循环有四步氧化还原反应，其中三步反应 中将NAD+还原为NADH+H+，另一步为FAD还原；
在合成酶系催化作用下，由简单小分子、ATP形式的 能量和[H]形式的还原力一起合成复杂大分子的过程。
•分解代谢(Catabolism) (异化作用)
复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简 单小分子、ATP形式的能量和还原力的过程。
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主要内容 第一节 微生物的能量代谢 第二节 微生物独特合成代谢途径 第三节 微生物的代谢调节和发酵生产
12ATP
FADH2
呼吸链 2ATP
底物水平
1GTP
1ATP
3CO2
从丙酮酸进入循环：
丙酮酸+4NAD++FAD+GDP+Pi+3H2O →3CO2+4(NADH+H+)+FADH2+GTP
从乙酰-CoA进入循环：
乙酰-CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O →2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+CoA+G• TP
第五章 微生物的新陈代谢
目的：掌握不同微生物能量代谢的特点；了 解微生物代谢的调节。
重点：产能代谢，生物固氮和肽聚糖的合成。 难点：生物固氮机制。
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关于新陈代谢的几个概念
•新陈代谢（Metabolism）
发生在 活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。
•合成代谢(Anabolism) (同化作用)