1、微生物代谢医学知识新陈代谢（新陈代谢（metabolism）简称代谢，是活细胞简称代谢，是活细胞内发生的各种分解代谢（内发生的各种分解代谢（catabolism）和合成和合成代谢代谢(anabolism)的总和。的总和。分解代谢酶系分解代谢酶系复复 杂杂 分分 子子（有机物）（有机物）简单分子简单分子+ATP +H合成代谢酶系合成代谢酶系第一节第一节 代代 谢谢 概概 论论2微生物代谢医学知识分解代谢和合成代谢的关系分解代谢和合成代谢的关系3微生物代谢医学知识第二节第二节 微生物的产能代谢微生物的产能代谢能量代谢是新陈代谢的核心问题能量代谢是新陈代谢的核心问题最初能源最初能源有机物有机物化能异
2、养菌化能异养菌日日 光光光能营养菌光能营养菌无机物无机物化能自养菌化能自养菌通用能源（通用能源（ATP）4微生物代谢医学知识一、异养微生物的生物氧化和产能一、异养微生物的生物氧化和产能 生物氧化的形式生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢和失包括某物质与氧结合、脱氢和失去电子去电子3种种生物氧化就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应生物氧化就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应 生物氧化的过程生物氧化的过程有脱氢（或电子）、递氢（或电有脱氢（或电子）、递氢（或电子）、和受氢（或电子）子）、和受氢（或电子）3个阶段。个阶段。5微生物代谢医学知识 产能（产能（ATP）生物氧化的功能：生物氧化的
3、功能：产还原力产还原力H 产小分子中间代谢物产小分子中间代谢物 呼吸呼吸生物氧化的类型：生物氧化的类型：无氧呼吸无氧呼吸 发酵发酵6微生物代谢医学知识（一）发酵（一）发酵1、EMP途径途径2、HMP途径途径3、ED途径途径4、WD途径（磷酸解酮酶途径）途径（磷酸解酮酶途径）发酵(fermentation)是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。5、葡萄糖的直接氧化作用、葡萄糖的直接氧化作用7微生物代谢医学知识1、EMP途径（糖酵解）途径（糖酵解）8微生物代谢医学知识9微生物代谢医学知识2、HMP途径途径10微生物代谢医
4、学知识11微生物代谢医学知识3、ED途径途径12微生物代谢医学知识ED途径的特点：途径的特点：特征反应为特征反应为2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸裂解为丙酮酸糖酸裂解为丙酮酸和和3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛特征性酶是特征性酶是2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸醛缩酶糖酸醛缩酶2分子的丙酮酸来分子的丙酮酸来源不同源不同1mol葡萄糖经途葡萄糖经途径只产生径只产生1molATP13微生物代谢医学知识4、WD途径 WD途径是由沃勃（Warburg）、狄更斯（Dickens）、霍克（Horecker）等人发现的，故称WD途径。由于 WD途径中的特征性酶是磷酸解酮酶（Phosp
5、hoketolase），所以又称磷酸解酮酶途径。把具有磷酸戊糖解酮酶的称为PK途径，而把具有磷酸己糖解酮酶的称为HK途径。14微生物代谢医学知识WD途径途径PK途径15微生物代谢医学知识HKHK途径途径16微生物代谢医学知识5、葡萄糖直接氧化途径 有些假单胞菌属（Pseudomonas)、气杆菌属(Aerobacter)、醋杆菌属(Acetobacter)的某些菌不具备己糖激酶，不能将葡萄糖磷酸化，但具有葡萄糖氧化酶，能利用空气中的氧，把葡萄糖直接氧化成葡萄糖酸再经磷酸化进行降解。17微生物代谢医学知识葡萄糖直接氧化途径图葡萄糖直接氧化途径图18微生物代谢医学知识Stickland反应反应 某
6、些厌氧梭菌如生孢梭菌（某些厌氧梭菌如生孢梭菌（Clostridium sporogenes）等，可把一些氨基酸当作碳源、氮源和能源。这是以等，可把一些氨基酸当作碳源、氮源和能源。这是以一种氨基酸作氢供体，另一种氨基酸作为氢受体进行一种氨基酸作氢供体，另一种氨基酸作为氢受体进行生物氧化并获得能量的发酵产能方式。后将这种独特生物氧化并获得能量的发酵产能方式。后将这种独特的发酵类型，称为的发酵类型，称为Stickland反应。反应。CH3CHNH2COOHCH2NH2COOH+2ADP+PiATP3CH3COOH+3NH3+CO219微生物代谢医学知识1、有氧呼吸（、有氧呼吸（aerobic res
7、piration）又称好氧呼吸，是一种最普遍又最重要的生又称好氧呼吸，是一种最普遍又最重要的生物氧化或产能方式，其特点是底物常规方式脱氢物氧化或产能方式，其特点是底物常规方式脱氢后，脱下的氢经完整的呼吸链又称电子传递链传后，脱下的氢经完整的呼吸链又称电子传递链传递，最终被外源分子氧接受，产生了水并释放出递，最终被外源分子氧接受，产生了水并释放出ATP形式的能量。形式的能量。（二）（二）、呼吸作用、呼吸作用21微生物代谢医学知识TCA循环循环22微生物代谢医学知识2、无氧呼吸（、无氧呼吸（anaerobic respiration）又称厌氧呼吸，指一类呼吸链末端的氢受体又称厌氧呼吸，指一类呼吸链
8、末端的氢受体为外源无机氧化物的生物氧化。特点是底物经常为外源无机氧化物的生物氧化。特点是底物经常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢，最终由氧化规途径脱氢后，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态的无机物或有机物受氢，并完成氧化磷酸化产能反应。能反应。23微生物代谢医学知识硝酸盐呼吸：以硝酸盐作为最终电子受体的生物学过程，硝酸盐呼吸：以硝酸盐作为最终电子受体的生物学过程，也称为异化性硝酸盐还原作用（也称为异化性硝酸盐还原作用（Dissimilative）。）。（1）硝酸盐呼吸）硝酸盐呼吸24微生物代谢医学知识（2）硫酸盐呼吸）硫酸盐呼吸硫酸盐呼吸：是一类称作硫酸盐还
9、原细菌的严格厌氧菌硫酸盐呼吸：是一类称作硫酸盐还原细菌的严格厌氧菌在无氧在无氧 条件下获取能量的方式，其特点是底物脱氢后，条件下获取能量的方式，其特点是底物脱氢后，经呼吸链递氢，最终由末端氢受体硫酸盐受氢，在递氢经呼吸链递氢，最终由末端氢受体硫酸盐受氢，在递氢的过程中与氧化磷酸化相偶联而获得的过程中与氧化磷酸化相偶联而获得ATP。（3）硫呼吸）硫呼吸硫呼吸：以无机硫作为呼吸链的最终氢受体产生硫呼吸：以无机硫作为呼吸链的最终氢受体产生H2S的的生物氧化生物氧化 作用作用25微生物代谢医学知识（4）铁呼吸）铁呼吸铁呼吸：呼吸链的末端受体是铁呼吸：呼吸链的末端受体是Fe3+。（5）碳酸盐呼吸）碳酸盐
10、呼吸碳酸盐呼吸：呼吸链的末端氢受体是碳酸盐呼吸：呼吸链的末端氢受体是CO2 或重或重碳酸盐。碳酸盐。（6）延胡索酸呼吸）延胡索酸呼吸延胡索酸呼吸：呼吸链的末端氢受体是延胡索酸，琥延胡索酸呼吸：呼吸链的末端氢受体是延胡索酸，琥珀酸是还珀酸是还 原产物。原产物。26微生物代谢医学知识二、自养微生物产二、自养微生物产ATP和产还原力和产还原力27微生物代谢医学知识（一）化能自养微生物（一）化能自养微生物还原还原CO2所需要的所需要的ATP和和H是通过氧化无机物是通过氧化无机物 而获得的而获得的NH4+、NO2-、H2S、S0、H2、Fe2+等等呼吸链的氧化磷酸化反应呼吸链的氧化磷酸化反应硝化细菌、铁
11、细菌、硫细菌、氢细菌硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌 等属于化能自养类型等属于化能自养类型28微生物代谢医学知识（二）光能自养微生物（二）光能自养微生物光能自养微生物光能自养微生物产氧产氧不产氧不产氧真核生物：藻类及绿色植物真核生物：藻类及绿色植物原核生物：蓝细菌原核生物：蓝细菌真细菌：光合细菌真细菌：光合细菌古细菌：嗜盐菌古细菌：嗜盐菌29微生物代谢医学知识一、一、微生物独特的合成代谢途径微生物独特的合成代谢途径（一）、生物固氮（一）、生物固氮 微生物将氮还原为氨的过程称为生物固氮微生物将氮还原为氨的过程称为生物固氮 具有固氮作用的微生物近具有固氮作用的微生物近50个属，包括细菌、个属，包括
12、细菌、放线菌和蓝细菌放线菌和蓝细菌 根据固氮微生物与高等植物以及其他生物的关根据固氮微生物与高等植物以及其他生物的关系，可以把它们分为三大类系，可以把它们分为三大类 自生固氮菌自生固氮菌共共 生固氮菌生固氮菌 联合固氮菌联合固氮菌 第三节第三节 耗能代谢耗能代谢30微生物代谢医学知识（二）、肽聚糖的合成（二）、肽聚糖的合成 肽聚糖是绝大数原核生物细胞壁所含有的独特成肽聚糖是绝大数原核生物细胞壁所含有的独特成分；它在细菌的生命活动中有着重要的功能。它分；它在细菌的生命活动中有着重要的功能。它是许多重要抗生素作用的物质基础。是许多重要抗生素作用的物质基础。根据反应部位的不同可分成三个合成阶段根据反
13、应部位的不同可分成三个合成阶段31微生物代谢医学知识（三）、（三）、微生物次生代谢物的合成微生物次生代谢物的合成1.概念概念 次生代谢物是指某些微生物生长到稳定期前后，次生代谢物是指某些微生物生长到稳定期前后，以结构简单、代谢以结构简单、代谢 途径明确、产量较大的初生代谢途径明确、产量较大的初生代谢物作前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的结构复物作前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的结构复杂的化学物。杂的化学物。2.种类种类毒毒 素素生物碱生物碱色色 素素抗生素抗生素信息素信息素生长素生长素32微生物代谢医学知识3.途径途径糖代谢延伸途径糖代谢延伸途径莽草酸延伸途径莽草酸延伸途径氨基酸延伸途径氨基酸延伸途径乙酸延伸途径乙酸延伸途径核苷酸、糖苷类、抗生素等核苷酸、糖苷类、抗生素等氯霉素等氯霉素等 抗生素、环丝氨酸等抗生素、环丝氨酸等抗生素、毒抗生素、毒 素等素等33微生物代谢医学知识二、二、其它耗能反应：运输、运动、生物发光其它耗能反应：运输、运动、生物发光1.运动：需ATP2.运输：主动运输和膜泡运输需要消耗能量。3.生物发光：NADPH是主要的电子供体。由于生物发光与普通的电子传递争夺NADPH的电子，因此当电子体系被抑制剂阻断时，发光的强度就见增大。34微生物代谢医学知识
