微生物的代谢PPT课件
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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
微生物学实验ppt课件
器材与试剂的选用原则
03
如无菌操作、适用性、经济性等
02
细菌形态与结构观察
细菌培养及形态特征
01
02
03
细菌培养方法
包括需氧培养、厌氧培养 和兼性厌氧培养等，不同 种类的细菌需要不同的培 养条件。
细菌菌落特征
观察细菌在固体培养基上 形成的菌落，了解其形状、 大小、颜色、透明度等特 征。
细菌细胞形态
05
微生物代谢活性测定
生长曲线测定方法
直接计数法
通过显微镜直接观察并计数微生物数量，适用于较大微生物如细 菌、酵母菌等。
比浊法
利用微生物生长引起培养液浊度变化来测定生长曲线，操作简便 但易受杂质干扰。
平板菌落计数法
将待测样品稀释后涂布于固体培养基表面，培养后计数形成的菌 落数，适用于可形成菌落的微生物。
原理
病毒必须寄生在活细胞内才能增 殖，通过提供适宜的细胞环境， 使病毒在细胞内复制并产生子代
病毒。
病毒检测技术及应用
免疫学方法
利用抗原抗体特异性结合的原理，通过酶联免疫吸附试验 （ELISA）、免疫荧光技术等检测病毒抗原或抗体。
分子生物学方法
基于病毒核酸的特异性，利用PCR、实时荧光定量PCR等技术扩增 并检测病毒核酸。
微生物学实验ppt课件
contents
目录
• 实验基础知识 • 细菌形态与结构观察 • 真菌形态与结构观察 • 病毒培养与检测技术 • 微生物代谢活性测定 • 微生物遗传与变异研究 • 微生物生态学及环境因子影响研究
01
实验基础知识
微生物学概述
类生活中的作用：如 生态平衡、发酵工业 等
生理生化鉴定
利用真菌的生理生化特性，如营养需 求、代谢产物等，进行进一步的分类 鉴定。
微生物学第五章微生物的代谢
细胞膜透性的调节
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。
THANKS
感谢观看
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
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。
THANKS
感谢观看
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
第五章 微生物的代谢
（三）半纤维素的分解 半纤维素也是植物细胞壁的重要组成成分，在植
物体内的含量很高，仅次于纤维素，半纤维素是由戊 糖（主要是木糖和阿拉伯糖）和己糖（主要是半乳糖 和甘露糖）缩合而成的聚合物，有些种类植物在组成 半纤维素的亚基中，还有糖醛酸（主要是半乳糖醛酸 和葡萄糖醛酸）。
半纤维素比纤维素容易分解，能够分解它的微生 物种类也比较多，例如细菌中的噬纤维菌，梭菌中的 某些种类，真菌中的曲霉、青霉、木霉等的某些种类。 半纤维素在相应酶的作用下，分解为相应的单糖。
•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.
ED途径的总反应
•
• •
ATP
• • •
ATP
C6H12O6
ADP
KDPG
2ATP NADH2 NADPH2 2丙酮酸
HMP途径的重要意义
•为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。
•产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提 供还原力，另一方面可通在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可 以调剂戊糖供需关系。
•途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、 碱基合成、及多糖合成。
醛再氧化成有机酸，最后按脂肪酸β-氧化的方
式分解，为机体生长提供必要的能量与小分子 化合物。
（二）脱氨作用 脱氨基主要有氧化脱氨基（大肠杆菌等参与）、水解
脱氨基（酵母菌等参与）和还原脱氨基（大肠杆菌等参 与）三种方式。 1.氧化脱氨基 CH3CHNH2COOH+1/2O2→CH3COCOOH+NH3 2.水解脱氨基 RCHNH2COOH+H2O→RCH2OH+CO2+NH3 3.还原脱氨基 HOOCCH2CHNH2COOH→HOOCCH=CHCOOH+ NH3
5.2.2微生物的代谢
结论：体积越小，相对表面积越大
微生物代谢的特点
资料2
大肠杆菌每小时分解的糖是自身重量的 2000倍。 乳酸杆菌每小时产生的乳酸是自身重量 的1000-10000倍。
产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆 强100倍，比食用牛强10万倍。
结论： 微生物的代谢异常旺盛
一、微生物的代谢产物
初级代谢产物
中间产物Ⅱ
甲硫氨酸
苏氨酸
赖氨酸
思考：
1、 赖氨酸是必需氨基酸吗？有什么用途？ 2.黄色短杆菌合成赖氨酸的代谢调节属于哪种调节 方式？ 天冬氨酸 3. 天冬氨酸激酶的活性在什么条 天冬氨酸激酶 件下才会被抑制？怎样解除？ 中间产物Ⅰ 4、合成苏氨酸需要什么条件？ 中间产物Ⅱ 5、怎样才能抑制苏氨 高丝氨酸 酸的合成？ 脱氢酶 高丝氨酸 6、改变微生物的遗传 特性可采用哪些方法？ 甲硫氨酸 苏氨酸、赖氨酸
人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸
天冬氨酸
人工诱变的 菌种不能产生 高丝氨酸 脱氢酶
天冬氨酸激酶
中间产物Ⅰ
高丝氨酸
中间产物Ⅱ
不能合成
甲硫氨酸 苏氨酸
可以大 量积累
赖氨酸
人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸
葡萄糖
中间产物
α-酮戊二酸
谷氨酸脱氢酶 抑制 NH4+ 谷氨酸
在谷氨酸的生 产过程中，可采用 一定的手段改变谷 氨酸棒状杆菌 细胞膜 __ 的透性 ______，使谷氨酸 能迅速排放到细胞 外面，从而解除了 谷氨酸 谷氨酸对 ________ 脱氢酶 _______的抑制作用， 提高谷氨酸的产量。
结束！
控制措施
具体方式
改变微生物遗传特性 诱变处理，选择符合生产要求的菌种 溶解氧 控 制 发 酵 条 件 PH值
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。
微生物的代谢
感谢观看
代谢产物
初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖。 脂类、维生素等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不 停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。
次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非 是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素。毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物 不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机 化合物，种类很多，常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。
在生产实际中，人们将通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程叫做发酵。发酵的种类很多。根据 培养基的物理状态，可分为固体发酵和液体发酵；根据所生成的产物，可分为抗生素发酵、维生素发酵和氨基酸 发酵等；根据发酵过程对氧的需求情况，可分为厌氧发酵（如酒精发酵、乳酸发酵）和需氧发酵（如抗生素发酵、 氨基酸发酵）。
人工控制
人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发酵条件）等。例如， 黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。其中，赖氨酸是一种人和高等动物的必需氨基酸， 在食品、医药和畜牧业上的需要量很大。在黄色短杆菌的代谢过程中，当赖氨酸和苏氨酸都累计过量时，就会抑 制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸；而赖氨酸单独过量就不会出现这种现象。例如，在谷氨酸的 生产过程中，可以采取一定的手段改变细胞膜的透性，是谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对谷氨 酸脱氢酶的抑制作用，提高谷氨酸的产量。
《医学微生物学》ppt课件-2024鲜版
2024/3/27
11
03
细菌学
2024/3/27
12
细菌的形态与结构
细菌的基本形态
球菌、杆菌、螺旋菌
细菌的细胞壁与细胞膜
组成成分、功能特点
2024/3/27
细菌的特殊结构
荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢
细菌的细胞质与核质
遗传物质、核糖体
13
细菌的生理与代谢
01
细菌的生长繁殖
生长曲线、繁殖方式
2024/3/27
微生物的分类
微生物包括细菌、病毒、真菌、放 线菌、立克次体、支原体、衣原体、 螺旋体等八大类。
4
微生物的形态与结构
细菌的形态与结构
细菌按形态可分为球菌、杆菌和螺形 菌三类。细菌的基本结构包括细胞壁、 细胞膜、细胞质和核质等。
病毒的形态与结构
病毒是一种非细胞形态的生物，其形态 多样，有球形、杆形、砖形、弹状、丝 状等。病毒的结构包括核酸和蛋白质外 壳两部分。
定义
医学微生物学是研究微生物与人体之间相互关系及其致病机理、 免疫机制、诊断与防治的科学。
2024/3/27
任务
揭示微生物的生物学特性、致病性、免疫性及其与宿主相互作 用规律，为疾病的预防、诊断、治疗提供科学依据。
9
医学微生物学的研究对象与内容
2024/3/27
研究对象
包括细菌、病毒、真菌、寄生虫等微 生物及其与人体之间的相互关系。
15
细菌与人类的关系
正常菌群与微生态平衡
菌群种类、数量、分布及作用
条件致病菌与机会性感染
感染条件、致病机制及预防措施
病原菌与感染性疾病
病原菌种类、致病物质及所致疾病举例
细菌在医学领域的应用
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2021/3/7
CHENLI
10
ED途径
ATP
葡萄糖
ADP
NADP+
6-磷酸-葡萄糖
NADPH2
6-磷酸-葡萄酸
~~激酶
（与EMP途径连接）
EMP途径 3-磷酸-甘油醛
~~氧化酶
(与HMP途径连接)
~~脱水酶
2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸
EMP途径
丙酮酸 ~~醛缩酶
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.
2021/3/7
CHENLI
5
生物氧化的功能： 产能(ATP)
产还原力【H】 小分子中间代谢物
2021/3/7
CHENLI
6
异氧微生物的生物氧化途径：
❖ EMP途径 ❖ HMP途径 ❖ ED途径 ❖ 磷酸酮解途径 ❖ 三羧酸循环
2021/3/7
CHENLI
7
葡萄糖的酵解 作用
( 简称：EMP途径)
•通过该途径可产生许多种重要的发酵产物。如核苷酸、若干 氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。
•HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活 动对其中间产物的需要量相关。
2021/3/7
CHENLI
9
ED途径
又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途径。 1952年在Pseudomonas saccharophila中发现，后来 证明存在于多种细菌中（革兰氏阴性菌中分布较 广）。 ED途径可不依赖于EMP和HMP途径而单 独存在，是少数缺乏完整EMP途径的微生物的一 种替代途径，未发现存在于其它生物中。
②放能少 ③电子不经电子传递链的传递，与底物水平磷酸 化相偶联，部分能量可被微生物加以利用。 ④各种微生物都能进行发酵。
呼吸链 FADH2
GTP（ 底 物 水 平 ）
12ATP 2ATP ATP
3C O 2 在物质代谢中的地位：枢纽位置
工业发酵产物：柠檬酸、苹果酸、延胡索酸、琥珀酸和谷氨 酸
2021/3/7
CHENLI
13
2021/3/7
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。
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。
2021/3/7
CHENLI
2
按物质转化方式分：
分解代谢：指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在 这个过程中产生能量。
合成代谢：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。
3、为糖、脂、蛋白质三大物质转化中心枢纽。
4、循环中的某些中间产物是一些重要物质生物合成的前体；
5、生物体提供能量的主要形式；
6、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。
2021/3/7
CHENLI
15
异氧微生物的生物氧化方式：
❖ 根据最终电子受体的不同可分成： ❖ ①发酵 ❖ ②有氧呼吸 ❖ ③无氧呼吸
2021/3/7
CHENLI
3
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能源——ATP。
最初能源
2021/3/7
化能异养菌 有机物
日光
光能营养菌
化能自养菌 还原态无机物
CHENLI
通用能源
4
一、微生物氧化的形式
生物氧化作用： 营养物质在细胞内酶的作用下氧化并释放能量的过程。 氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高能 键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。
TCA循环 又
称 微
TCA 生物
循 的
环 呼
、 吸
（K代r谢e五b中s 循）起环关或键柠作檬用酸。循其环中。大在多绝数大酶多在数真异核养生
物中存在于线粒体基质中，在细菌中存在于细胞质中；只
有琥珀酸脱氢酶是结合于细胞膜或线粒体膜上。
主要产物： C3 CH 3CO ~CoA
呼吸链 4N A D H +4H +
物质代谢：物质在体内转化的过程.
•能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化.
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
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。
CHENLI
14
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；
构酶
磷酸果糖激酶
果糖二磷酸醛缩酶
甘油醛-3-磷酸脱氢酶
磷酸甘油酸激酶
甘油酸变位酶
移位
烯醇酶
磷酸化
C丙HE酮NL酸I 激酶
氧化
8
HMP途径
•HMP是一条葡萄糖不经EMP途径和TCA循环 途径而得到彻底氧化，并能产生大量 NADPH+H+形式的还原力和多种中间代谢产 物的代谢途径
2021/3/7
CHENLI
11
磷酸酮解途径
存在于某些细菌如明串珠菌属和乳杆菌属中的一 些细菌中。
进行磷酸酮解途径的微生物缺少醛缩酶，所以它 不能够将磷酸己糖裂解为2个三碳糖。
磷酸酮解酶途径有两种：
磷酸戊糖酮解途径（PK）途径
磷酸己糖酮解途径（HK）途径
2021/3/7
CHENLI
12
（五）三羧酸循环
第五章 微生物代谢
2021/3/7
CHENLI
1
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 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。
2021/3/7
CHENLI
16
（一）发酵作用
❖☆概念：以有机物作为电子供体和最终电子受体的生物氧 化作用。
❖在发酵工业上，发酵是指任何利用厌氧或好氧微生物来生 产有用代谢产物的一类生产方式。
❖☆发酵途径：葡萄糖在厌氧条件下分解葡萄糖的产能途径 主要有EMP、HMP、ED和PK途径。 ☆特点：①氧化不彻底