1、糖代谢的中心途径（优选）糖代谢的中心途径一、物质代谢一、物质代谢物质代谢物质代谢分解代谢（分解代谢（catabolism）合成代谢（合成代谢（anabolism）复杂分子复杂分子（有机物）（有机物）分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢简单小分子简单小分子ATPH 细胞中蛋白质、核酸、糖、脂等物质的变化过程称为物质代谢物质代谢。可分为分解代谢和合成代谢。+分解代谢和合成代谢的关系分解代谢和合成代谢的关系分解代谢往往伴随能量的产生；合成代谢往往伴随能量的消耗。分解代谢往往伴随能量的产生；合成代谢往往伴随能量的消耗。糖的分解代谢糖的分解代谢脂肪脂肪 碳水化合物碳水化合物 蛋白质蛋白质 二、能量代谢二、能
2、量代谢微生物细胞中能量的产生、消耗、转移的过程称为能量代谢。微生物细胞中能量的产生、消耗、转移的过程称为能量代谢。用于生物合成用于生物合成用于运动、物质转运等用于运动、物质转运等三、三、初级代谢和次级代谢初级代谢和次级代谢初级代谢初级代谢(primary metabolism)：微生物通过代谢合成细胞生长和繁殖所必需的化合物的的过程。初级代谢的产物称初级代谢产物，如氨基酸、核苷酸、维生素氨基酸、核苷酸、维生素等。次级代谢次级代谢(secondary metabolism)：微生物通过代谢合成对细胞生长和繁殖作用不明显、或没有作用的化合物的的过程。次级代谢的产物称次级代谢产物，如抗生素、抗生素、
3、生物碱、毒素、色素生物碱、毒素、色素等。四、代谢和酶四、代谢和酶1.酶是由生物细胞所产生的、具有催化性质的蛋白质；2.微生物的生命活动离不开酶；3.酶的活动受微生物调控机制制约；4.了解微生物代谢及调控机制是利用微生物的基础。微生物的分解代谢分为三个阶段：微生物的分解代谢分为三个阶段：将蛋白质、多糖以及脂类等大分子物质降解为氨基酸、单糖及脂肪酸等小分子物质(往往在细胞外进行)；将上述小分子进一步降解为丙酮酸、乙酰辅酶A等小分子中间体（细胞内进行）；将这些小分子中间体分解为二氧化碳。第、第阶段伴随着ATP、NAD(P)H+及FADH2的产生。分解代谢产生的NAD(P)H+及FADH2的H和电子通
4、过电子传递链被氧化，产生ATP。蛋白质蛋白质多糖多糖脂类脂类氨基酸氨基酸单糖单糖甘油脂肪酸甘油脂肪酸丙酮酸丙酮酸糖酵解糖酵解CoA柠檬酸柠檬酸 酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸阶段阶段1 1阶段阶段2 2阶段阶段3 3CoQ细胞色素细胞色素ATPNADH2+FADH2ATP+NADH2NADH2乙酰乙酰三羧酸循环三羧酸循环ATPNADH2FADH2O2CO2NADH2第二节第二节 微生物的分解代谢及能量产生微生物的分解代谢及能量产生 CO2一、萄萄糖分解途径一、萄萄糖分解途径 （一）（一）EMP途径途径(Embden-Meyerhof pathway)Embden-Meyerhof-pathw
5、ay很多微生物采用基团转位很多微生物采用基团转位的方式得到的方式得到6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖藕联基团转藕联基团转位位Enol：烯醇烯醇EMP途径的总反应式：途径的总反应式：Glucose+2 NAD+2 ADP+2 Pi 2 pyruvate+2 NADHH+2 ATP+2 H2OEMP途径的生理意义：途径的生理意义：1.提供合成代谢必需的ATP和还原力NADHH+；2.连接其它代谢途径的桥梁：TCA，HMP，ED等；3.通过一些代谢中间产物；4.逆向反应进行糖异生；5.与乙醇、乳酸、甘油、丙酮、丁醇发酵有关。EMP途径的关键酶：途径的关键酶：磷酸果糖激酶PFK、丙酮酸激酶PK（一）（一）EM
6、P途径（途径（Embden-Meyerhof pathway）（二）（二）HMP途径途径(Hexose Monophosphate Pathway)HMP途径途径即己糖单磷酸途径，其过程包括两个阶段：一是氧化阶段氧化阶段：6-磷酸-葡萄糖氧化成5-磷酸-核酮糖；二是分子重排阶段分子重排阶段：五碳糖重排成为三碳糖和六碳糖。降解发生在6-磷酸-葡萄糖酸，所以命名为己糖单磷酸途径己糖单磷酸途径(HMP)。5-磷酸-戊糖水平发生分子重排，所以又可以命名为磷 酸 戊 糖 途 径磷 酸 戊 糖 途 径(pent os e phosphate pathway,PPP)肠杆菌属(Enterobacter)、沙
7、雷氏菌属(Serratia)及欧文氏菌属(Erwinia)具有作用于pyr的第三个酶：-乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthase,AS)。外观为白色颗粒状或白色结晶粉末，是一种重要的有机酸，又名枸橼酸。四、自养微生物的能量转化酵母菌的第三型发酵(甘油发酵)2、Propenoic acid途径三、乳酸发酵(Lactic acid fermentation)1、succ-prop途径为了解释这种现象，有人提出了一种假设：该菌体内存在一条侧系呼吸链，NAD(P)H经过该呼吸链，可以正常的传递H+，将其氧化为H2O，但是并没有氧化磷酸化生成ATP，能够正常产生ATP的呼吸链称之为标准
8、呼吸链。在一定条件下，发光细菌能将细胞内贮存的化学能转化为光能。大肠埃希氏菌：产酸产气Glucose+NAD+NADP+ADP+2 Pi 2 pyruvate+NADH2+NADPH2+ATP发酵：电子或H交给糖降解产物，如丙酮酸。支链淀粉除了含有-1,4糖苷键，还有分叉的-1,6糖苷键。在缺少锰的条件下，蛋白质分解或蛋白质合成受阻造成的铵的高浓度能解除柠檬酸(citr)对磷酸果糖激酶(PFK)的抑制。制作酸奶、泡菜、青贮饲料，都是乳酸发酵的过程。PAPS磷酸硫酸腺苷磷酸它结合在细胞质膜或壁膜间隙中。2Glucose5ADP ButanolAcetone5CO24H2提供大量小分子前体；几丁质
9、首先被几丁质酶分解成为甲壳二糖，后者被甲壳二糖酶分解成为N-乙酰氨基葡萄糖。很多微生物可很多微生物可以不通过以不通过TCA循环循环将葡萄糖彻底降解将葡萄糖彻底降解为为CO2。1.HMP途径的关键酶：途径的关键酶：6磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶 （glucose-6-phospoate dehydrogenase）6磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶 （6-phospogluconate dehydrogenase）2.HMP途径的特征酶：途径的特征酶：转酮酶（转酮酶（transketolase,TK）转醛酶（转醛酶（transaldolase,TA）小分子前体小分子前体5-磷酸磷酸-核酮
10、糖、核糖、木糖核酮糖、核糖、木糖4-磷酸磷酸-赤藓糖赤藓糖3-磷酸磷酸-甘油醛甘油醛7-磷酸磷酸-景天庚酮糖景天庚酮糖还原力还原力NADPH2 HMP途径可以为微生物生长提供能量、小分子前体和途径可以为微生物生长提供能量、小分子前体和还原力。还原力。也扩大了碳源利用的范围乳酸杆菌也扩大了碳源利用的范围乳酸杆菌(Lactobacterium)中无中无HMP，在其培养过程中，必须添加嘌呤、嘧啶等物质。在其培养过程中，必须添加嘌呤、嘧啶等物质。3.HMP途径的生理意义：途径的生理意义：用于核苷酸、核酸及NAD(P)、FAD、FMN、CoA等合成用于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸等芳香族氨基酸的合成
11、连接脂肪酸代谢途径，用于甘油、脂肪的合成HMP途径的总反应式途径的总反应式不完全的不完全的HMP：完全的完全的HMP：Glucose-6-phosphate+6 NADP+3CO2+6NADPH2+GAP Glucose-6-phosphate+12 NADP+6CO2+12NADPH2+Pi（三）（三）ED途径途径(Entner-Doudoroff Pathway)ED途径由Entner和Doudoroff(Russia)2人研究嗜糖假单孢菌(Pseudomonas saccharophila)中发现，故名。另外在下列细菌中也存在ED途径：Pseudomonas aeruginosa、Pse
12、udomonas fluorescens、Pseudomonas lindneri、Zymomonas mobilis；ED途径的降解在2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸(2-keto-3-deoxy-6-phosphoglucnic acid,KDPG)上发生。ED途径是细菌进行乙醇、乳酸发酵的重要方式。途径是细菌进行乙醇、乳酸发酵的重要方式。philharmonicMichael Doudoroff(1911-1975)was an American microbiologist who discovered with Nathan Entner microbial pathway for
13、 glucose degradation in some bacteria.Nowadays it is known as Entner-Doudoroof pathway.He was born in St.Petersburg,Russia but moved to San Francisco when he was 12 years old.He entered Stanford University(1929)where he completed his PhD under the supervision of Cornelius Van Niel at the Hopkins Mar
14、ine Station.GlucoseGlucose-6-phosphate6-phosphogluconic acid2-keto-3-deoxy-6-phosphoglucnic acidPyruvateGAPPyruvateATPADPNADNADH2H2OKDPG aldolaseED途径途径glucotate-6-phosphate dehydrataseglucose-6-phospoate dehydrogenase类似类似EMP2ATPNADH2类似类似HMP特征性反应特征性反应1.ED途径的关键酶：途径的关键酶：6磷酸葡萄糖酸脱水水酶 （glucose-6-phosphate
15、 dehydratase）KDPG 醛缩酶（特征酶）（2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconic acid aldolase）2.ED途径的总反应式：途径的总反应式：Glucose+NAD+NADP+ADP+2 Pi 2 pyruvate+NADH2+NADPH2+ATP来源不同！来源不同！3.如何区别如何区别ED途径和途径和EMP途径？途径？CHOCCCCCH2OPiOHHOOHOHHHHHCOOHCCCCCH2OPi=OHOHOHHHHGlucoseKDPGCCH3=OCCH3=OED途径呼吸的途径呼吸的CO2来自来自C1和和C4，EMP途径呼吸的途径呼吸的CO2来自
16、来自C3和和C4pyruvateCOOHCOOHEDCCCCCH2OPiOHHOOHOHHHHHCH2OPiCCCCCH2OPi=OHOOHOHHHHGlucoseDPFCH3CCOOH=OCOOHCCH3=OpyruvateCHOEMPED途径呼吸的途径呼吸的CO2来自来自C1和和C4，EMP途径呼吸的途径呼吸的CO2来自来自C3和和C4酿酒酵母酿酒酵母产朊假丝酵母产朊假丝酵母产黄青霉产黄青霉大肠杆菌大肠杆菌氧化葡萄糖杆菌氧化葡萄糖杆菌运动发酵单孢菌运动发酵单孢菌EMPHMPED88%12%066-81%19-34%077%23%072%28%00100%000100%铜绿假单孢菌铜绿假单孢
17、菌02971%三种代谢途径在微生物中的分布三种代谢途径在微生物中的分布（四）（四）PK途径（途径（phosphoketolase pathway）即磷酸酮解途径。根据降解分子的不同，又可分为磷酸磷酸戊糖酮解途径戊糖酮解途径(phosphopentoseketolase pathway,PPK)和磷酸磷酸己糖酮解途径己糖酮解途径(phosphohexoseketolase pathway,PHK)即双歧途径。PK途径由Warberg、Dickens、Horeker等发现，故称WD途径途径。PPK途径是乳杆菌(Lactobacterium)进行乳酸发酵的重要方式；PHK途径实际上包括PPK和PHK
18、，存在于双歧杆菌(Bifidobacterium)中。苹果酸主要生产国有美国、加拿大、日本等，产量每年约4万吨，2013年世界总需求约为10万吨，市场潜在需求量达到每年6万吨，可见市场发展空间之大。英国在第一次世界大战期间，有机溶剂丙酮和丁醇的需求增加。产柠檬酸黑曲霉的生理特征嗜盐菌(Halobacterium)苹果酸主要生产国有美国、加拿大、日本等，产量每年约4万吨，2013年世界总需求约为10万吨，市场潜在需求量达到每年6万吨，可见市场发展空间之大。半纤维素分解后产生木糖、阿拉伯糖等等。大肠埃希氏菌：产酸产气连接其它代谢途径的桥梁：TCA，HMP，ED等；ribulose-5-phosph
19、ate（一）有氧呼吸(Aerobic respiration)丁醇：用于生产无烟火药来自EMP、HMP、ED等途径酵母菌的第一型发酵(乙醇发酵)xylulose-5-phosphate膜氨单加氧酶(AMO)/羟胺氧化还原酶(HAO)/氨氧化细菌(AOB)二是将硝酸盐逐级还原成NO2-、N2O和N2等气态产物而逸去的异化脱氮过程，称之为异化型硝酸盐呼吸。关键酶：-磷酸-甘油脱氢酶、-磷酸-甘油酯酶；柠檬酸的分泌，降低其胞内浓度。dehydrogenaseFes-protein生长最适pH 因菌种而异，一般为pH37；glucoseglucose-6-phosphate6-phosphogluco
20、nic acidribulose-5-phosphatexylulose-5-phosphateGAPacetyl-CoApyruvatePhosphopentoseketolase(关键酶关键酶)Glucose+NAD+ADP+Pi pyruvate+CO2+Acetyl-CoA 2+3 NADH2+ATPPPK途径的总反应式途径的总反应式ATPADPNAD+NADH2NAD+NADH2阿拉伯糖木糖核糖PPK途径途径类似类似EMP类似类似HMPCO2NADH22ATP2Glucose2glucose-6-phosphateribulose-5-phosphatexylulose-5-phos
21、phate2GAP2acetyl-CoA2PyruvatePhosphopentoseketolase(关键酶关键酶)xylulose-5-phosphateribose-5-phosphateGAPS7PE4PF6PF6Pacetyl-CoAPhosphohexoseketolase(关键酶关键酶)PHK途径途径2Glucose+2NAD+3ADP+3Pi 2pyruvate+3acete+2NADH2+5ATPPHK途径的总反应式途径的总反应式2NADH24ATP2ATPAcetateATPADP2ADPAcetate2ATP（五）直接氧化途径（五）直接氧化途径 有些细菌细菌，如Pseud
22、omanas、Aerobacter等没有己糖激酶（hexokinase），无法进行葡萄糖的磷酸化，但是可以通过加氧酶的直接氧化作用，将葡萄糖降解。某些真菌真菌则通过葡萄糖氧化酶完成类似的过程。加氧酶和葡萄糖氧化酶的辅基均为FAD。GlucoseGluconic acid6-phosphogluconic acidribulose-5-phosphateFADFADH2NAD+NADH2H2O2ATPADPO2H2O+O2catalaseCO2KDPGH2OHMP途径ED途径加氧酶Pseudomanas、AerobacterPseudomanas直接氧化途径直接氧化途径NADHH+或或NADPH
23、H+有氧呼吸有氧呼吸：电子或H交给O2。厌氧呼吸厌氧呼吸：电子或H交给无机物无机物。发酵发酵：电子或H交给糖降解产物降解产物，如丙酮酸。来自EMP、HMP、ED等途径二、围绕中心途径的发酵二、围绕中心途径的发酵(fermentation)巴斯德的巴斯德的“发酵发酵”定义定义：酵母菌在厌氧条件下进行的代谢过程。发酵的“生理学定义生理学定义”是：将电子或氢交给糖降解产物的过程。现代现代“发酵发酵”的概念的概念，已经远远超出其生理学定义：凡是利用微生物进行的产品生产过程，均称之为“发酵”。根据产物的不同，可以分为多种形式。围绕中心途径的发酵围绕中心途径的发酵（一）乙醇和甘油发酵（一）乙醇和甘油发酵1
24、.酵母菌的第一型发酵酵母菌的第一型发酵(乙醇发酵乙醇发酵)条件：pH3.54.5，厌氧；关键酶：丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶；特点：H的完全平衡。总反应式：Glucose+2 ADP+Pi 2 Eth-OH+2 CO2+2 H2O Acetobacter、Zymomonas mobilis、Sarcina ventriculi、Erwinia amylovora也可进行乙醇发酵，但是以ED途径进行。Carl Neuberg 2.酵母菌的第二型发酵酵母菌的第二型发酵(甘油发酵甘油发酵)条件条件：pH 中性或微酸性，添加3亚硫酸氢钠亚硫酸氢钠；关键酶关键酶：-磷酸-甘油脱氢酶、-磷酸-甘油酯酶；特点特
25、点：每个葡萄糖只产生一分子甘油，不产ATP，故亚硫亚硫酸氢钠必须是酸氢钠必须是亚适量亚适量，以保证基础代谢的能量供应。总反应式：Glucose+NaHSO3 Glycerol+CO2+磺化乙醛丙酮酸丙酮酸CO2乙醛乙醛NADHNAD+乙醇乙醇磷酸二羟基丙酮磷酸二羟基丙酮NADHNAD+磷酸甘油磷酸甘油甘油甘油3%的亚硫酸氢钠（的亚硫酸氢钠（pH7）酵母菌的一型发酵酵母菌的一型发酵（磺化羟基乙醛）酵母菌的乙醇和甘油发酵比较酵母菌的乙醇和甘油发酵比较酵母菌的二型发酵酵母菌的二型发酵葡萄糖葡萄糖EMP丙酮酸脱羧酶乙醇脱氢酶He is considered to be the father of in
26、dustrial fermentation.控制Mn+、NH4+浓度，解除柠檬酸对PFK的抑制Glucose-6-phosphate+6 NADP+3CO2+Substrate-level将上述小分子进一步降解为丙酮酸、乙酰辅酶A等小分子中间体（细胞内进行）；有氧呼吸：电子或H交给O2。条件：pH 中性或微酸性，添加3亚硫酸氢钠；KDPG aldolase不利用有机物或有机物抑制其生长。CH3CH2CH2C OH含有光合器的细胞结构Dunaliella salina(一种嗜盐藻类)ribulose-5-phosphate支链淀粉除了含有-1,4糖苷键，还有分叉的-1,6糖苷键。He is co
27、nsidered to be the father of industrial fermentation.进行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸盐还原细菌，进行硝酸盐呼吸的都是兼性厌氧细菌，典型的如地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)等，主要生活在土壤和水环境中。氧化亚铁硫杆菌氧化Fe2+的过程中的电子传递膜氨单加氧酶(AMO)/羟胺氧化还原酶(HAO)/氨氧化细菌(AOB)3.酵母菌的
28、第三型发酵酵母菌的第三型发酵(甘油发酵甘油发酵)条件条件：pH7.5，厌氧；此时乙醛成为不正常的H受体，2分子乙醛之间发生氧化还原反应(歧化反应)，一个得到H成为乙醇，一个失去H成为乙酸。特点特点：不产 ATP。总反应式总反应式：2Glucose 2Glycerol Eth-OH+Acetate+2 CO2思考思考：第三型发酵时培养基中添加CaCO3的重要作用？2 葡萄糖2 丙酮酸2 乙醛乙醇乙酸EMP丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶2CO2NADH22 GAP+2 DHAP4 ATP4 ADP4 ATP+2NADH22-磷酸-甘油2 甘油酵母菌的第三型发酵酵母菌的第三型发酵第一次世界打战期间德国主要
29、用这种方法生产甘油产量：1000吨/月目前甘油发酵使用的微生物Dunaliella salina(一种嗜盐藻类)胞内积累高浓度的甘油从而使细胞的渗透压保持平衡生活在盐湖及海边的岩池等盐浓度很高环境葡萄糖1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮-磷酸甘油甘油丙酮酸乙醛乙醇乙酸乙醇磺化羟基乙醛NADH2CO2总结：酵母菌的发酵过程总结：酵母菌的发酵过程（二）乳酸发酵（二）乳酸发酵1.同型乳酸发酵同型乳酸发酵关键酶：乳酸脱氢酶；特点：H 的完全平衡；不产CO2。总反应式：Glucose+2 ADP+2Pi 2 Lactate+2 ATP制作酸奶、泡菜、青贮饲料，都是乳酸发酵的过程。2.异型乳酸发
30、酵异型乳酸发酵 肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroids)、葡聚糖明串珠菌(Leuconostoc dextranicum)等以PPK的方式进行乳酸发酵。产物包括乳酸和乙酸。3.双歧途径双歧途径 两歧双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum)等以PHK的方式进行乳酸发酵。产物包括乳酸和乙酸。梭菌(Clostridium)、丁酸弧菌(Butyriolbrio)、梭杆菌(Fusobacterium)利用最常见。丙酮酸首先在铁氧还蛋白还原酶作用下转变为乙酰CoA，再逐步形成丁酸。（三（三）丁酸发酵和丙酮丁酸发酵和丙酮-丁醇发酵丁醇发酵1.丁酸发酵丁酸发酵总反应式
31、：Glucose3ADP Butyrate2CO22H23ATPCH3 C COOHGlucoseEMPOCH3CCoAO2XCO2FdFdH2CoA2 2 CH3CCH2C CoAOOCH3CHCH2C CoAOHOCH3CHCHC CoAOCH3CH2CH2C CoAOCH3CH2CH2C OHONADH2NAD+H2ONADH2NAD+乙酸乙酰CoA2ATP+2NADH2Pyr-Fd氧化还原酶乙酰CoA乙酰转移酶羟丁酰CoA脱氢酶羟丁酰脱水酶丁酰CoA脱氢酶CoA转移酶丁酸发酵丁酸发酵ATPADP英国：Chaim Weizmann 阐明机理并实现发酵生产。2.丙酮丙酮-丁醇发酵丁醇发酵总
32、反应式：2Glucose5ADP ButanolAcetone5CO24H2 丙酮丁酸梭菌(Clostridium acetobutylicum)进行发酵时，先合成丁酸，当pH降至4.5时，产生丙酮和丁醇。估计与CoA转移酶活化有关。CH3 C COOHO4 CH3CH2CH2C CoAOCH3CH2CH2CHOCH3CH2CH2CH2OHNADH2NAD+CoA丁醛脱氢酶丁醇脱氢酶NADH2NAD+CH3CCH2C CoAOOCH3CCH2COOHOCH3CCH3OCoA转移酶转移酶脱羧酶CO2乙酸乙酰CoA丙酮丙酮-丁醇发酵发酵丁醇发酵发酵4GlucoseEMP类似丁酸发酵丙酮：用于生产人
33、造橡胶丁醇：用于生产无烟火药 英国在第一次世界大战期间，有机溶剂丙酮和丁醇的需求增加。当时的常规生产方法：对木材进行干热分解，大约80到100吨桦树、山毛榉、或枫木生产1吨丙酮。1915年Weizmann发明发酵法生产丙酮-丁醇：每100吨谷物可以生产出12吨丙酮和24吨的丁醇。魏茨曼是现代工业发酵之父魏茨曼是现代工业发酵之父Chaim Weizmann(1874-1952)and Einsteinhttp:/en.wikipedia.org/wiki/Chaim_Weizmann Early life and career Weizmann was born in the small vil
34、lage of Motol(Motyli,now Motal)near Pinsk in the Russian Empire(today in Belarus).He graduated the University of Fribourg in Switzerland in 1899 with a degree in chemistry.He lectured in chemistry at the University of Geneva between 1901 and 1903)and later taught at the University of Manchester.He b
35、ecame a British subject in 1910,and in World War I he was director of the British Admiralty laboratories from 1916 until 1919.While a lecturer at Manchester he became famous for discovering how to use bacterial fermentation to produce large quantities of desired substances.He is considered to be the
36、 father of industrial fermentation.He used the bacterium Clostridium acetobutylicum(the Weizmann organism)to produce acetone.Acetone was used in the manufacture of cordite explosive propellants critical to the Allied war effort(see Royal Navy Cordite Factory,Holton Heath).Weizmann transferred the ri
37、ghts to the manufacture of acetone to the Commercial Solvents Corporation in exchange for royalties.（四（四）混和酸发酵和丁二醇发酵混和酸发酵和丁二醇发酵1.混和酸发酵混和酸发酵 埃希氏菌属(Escherichia)、志贺氏菌属(Shigella)及沙门氏菌属(Salmonella)有2个作用于pyr的多酶复合体：Pyr脱氢酶复合体 Pyr-甲酸裂解酶(厌氧条件时诱导合成，有氧时失活)。GlucosePEPPyrAceCoAHCOOHCO2H2AcePiAcetateOAASuccLactate
38、Pyr甲酸裂解酶甲酸裂解酶甲酸甲酸-H2裂解酶裂解酶大肠埃希氏菌大肠埃希氏菌：产酸产气产酸产气志贺氏菌及沙门氏菌：产酸不产气志贺氏菌及沙门氏菌：产酸不产气Methyl red test：产酸，加甲基红，变红色产酸，加甲基红，变红色混和酸发酵混和酸发酵2.丁二醇发酵丁二醇发酵 肠杆菌属肠杆菌属(Enterobacter)、沙雷氏菌属沙雷氏菌属(Serratia)及欧及欧文氏菌属文氏菌属(Erwinia)具有作用于具有作用于pyr的第三个酶：的第三个酶：-乙酰乳乙酰乳酸合成酶酸合成酶(acetolactate synthase,AS)。该途径中间产物该途径中间产物3-羟基丁酮在碱性条件下，形成二羟
39、基丁酮在碱性条件下，形成二乙酰，二乙酰和胍基化合物形成红色的反应。此即乙酰，二乙酰和胍基化合物形成红色的反应。此即VP反反应应(Voges-Proskauer test)的原理。的原理。丁二醇发酵丁二醇发酵GlucosePyr-乙酰乳酸HCOOHCO2H2Lactate-乙酰乳酸合成酶乙酰乳酸合成酶甲酸甲酸-H2裂解酶裂解酶Voges-Proskauer test：Enterobacter：红色红色Escherichia：不变色不变色AceCoA3-羟基丁酮2,3-丁二醇丁二醇CO2CO2NAD+NADH2二乙酰红色化合物红色化合物OHPyr甲酸裂解酶甲酸裂解酶含胍基的化合物TCA（五）丙酸发
40、酵（五）丙酸发酵丙酸细菌（Propionibacterium）可以进行该过程。1、succ-prop途径途径GlucosePyrEMPOAAMalFumNADH2NADH2OSuccNADH2NADSuccCoA甲基丙二酰CoA丙酰CoACO2-BioBiotin丙酸丙酸甲基丙二酰甲基丙二酰CoA异构酶异构酶(VB12为辅基为辅基)2、Propenoic acid途径途径GlucosePyrEMPD-lactateL-lactate2H2羟-丙酰CoA丙烯酰CoA丙酰CoA丙酸丙酸CoAH2O机制不明机制不明三、呼吸作用三、呼吸作用(respiration)NADHH+或或NADPHH+有氧呼
41、吸：电子或有氧呼吸：电子或H交交给给O2。厌氧呼吸：电子或厌氧呼吸：电子或H交交给无机物。给无机物。发酵：电子或发酵：电子或H交给糖交给糖降解产物，如丙酮酸。降解产物，如丙酮酸。来自EMP、HMP、ED等途径（一）有氧呼吸（一）有氧呼吸(Aerobic respiration)糖酵解糖酵解(glycolysis)三羧酸循环三羧酸循环(citric acid cycle)氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)分三步走分三步走IRREVERSIBLEby pyruvate dehydrogenase complex=3 enzymes：E1:pyruvate d
42、ehydrogenase,thiamine pyrophosphate(TPP)E2:dihydrolipoyl transacetylase,lipoic acid,coenzyme A-SH E3:dihydrolipoyl dehydrogenase,NAD+,FAD1.三羧酸循环三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA)（1）丙酮酸氧化成乙酰辅酶）丙酮酸氧化成乙酰辅酶A及及CO2Swinging arm function of lipoic acid 所有所有丙酮酸氧化脱羧的中间产物均紧密地结合在复合体上，活性丙酮酸氧化脱羧的中间产物均紧密地结合在复合体上，
43、活性中间产物可以通过转乙酰基酶上赖氨酸和硫辛酸形成的摆动长臂中间产物可以通过转乙酰基酶上赖氨酸和硫辛酸形成的摆动长臂(Swinging arm)从酶的一个活性位置转移到另一个活性位置。从酶的一个活性位置转移到另一个活性位置。E.coli pyruvate dehydrogenase complex 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶(E1)、二氢硫辛酸乙酰转移酶二氢硫辛酸乙酰转移酶(E2)和二氢硫辛酸脱氢酶和二氢硫辛酸脱氢酶(E3)，6种辅因子种辅因子(TTP、硫辛酸、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA和和Mg2+)4C1.Condensation6C2C2.Oxidative decarboxylati
44、on to 5C5C3.Oxidative decarboxylation to 4C4C5.Regeneration of oxaloacetate from succinateTricarboxylic acid(TCA)cycle4.Substrate-level phosphorylation（2）TCA循环循环citrate synthaseaconitaseisocitratedehydrogenaseCitric acid cyclea a-ketoglutaratedehydrogenasesuccinyl CoAsynthasesuccinatedehydrogenasefu
45、marasemalatedehydrogenaseGlucose 2 Pyruvate2 Acetyl CoA2NADH2NADH2NADH2“ATP”2FADH22NADHNet reaction of 1 turn of the citric acid cycleAcetyl CoA+3 NAD+FAD+GDP+Pi+2 H2O 2 CO2+3 NADH+FADH2+ATP+2 H+CoA思考：思考：1.细菌将1分子葡萄糖完全降解为CO2产生多少ATP?2.真核微生物(酵母菌)和原核微生物(细菌)相比较，将1分子葡萄糖完全降解为CO2产生的ATP数量上少2个，为什么？TCA循环的作用循环的
46、作用a.提供大量能量；b.提供大量小分子前体；c.是糖、蛋白、脂代谢的枢纽。TCA循环的关键酶循环的关键酶a.柠檬酸合成酶(citrate synthetase,CS)b.异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase,ID)c.-酮戊二酸脱氢酶(a-ketoglutarate dehydrogenase,a-KGD)Acetyl CoAoxaloacetatea-ketoglutarateFatty acidAmino acid（3）回补途径）回补途径(anaplerotic pathway)回补途径是微生物为补充代谢过程中消耗的中间产物而采取的一些将CO2、乙酸等物质转化
47、为消耗的中间产物，尤其是TCA循环中间物的过程。C1回补方式回补方式a.PEP羧化酶羧化酶(PEP carboxylase)COOHCOpCH2+CO2+H2OPEP carboxylaseCOOHC=OCH2COOHb.丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)COOHC=OCH3+CO2pyruvate carboxylaseCOOHC=OCH2COOHc.苹果酸酶苹果酸酶(malate synthetase)COOHC=OCH3+CO2COOHCHOHCH2COOH+ATP+H2ONADPH2+malate synthetase C2 回补方式回补方式乙醛酸循环
48、乙醛酸循环 很多微生物可以以乙酸、乙醇等作为唯一碳源和能源，合成草酰乙酸，完成这个过程的反应即乙醛酸循环(glyoxylate cycle)。乙醛酸循环需要乙醛酸循环需要3个关键酶：个关键酶：a.异柠檬酸裂解酶(Isocitrate lyase)b.苹果酸合成酶(malate synthetase)c.乙酰辅酶A合成酶(Acetyl CoA synthetase)乙醛酸循环乙醛酸循环总反应式：总反应式：2acetate Malate 回补途径与苹果酸合成回补途径与苹果酸合成理论产率理论产率=134/180=74.5%理论产率理论产率=3*134/2*180=111.6%马来酸即顺丁烯二酸 富马
49、酸即反丁烯二酸 苹果酸，又名2-羟基丁二酸 苹果酸是人体内部循环的重要中间产物，易被人体吸收，因此作为性能优异的食品添加剂和功能性食品广泛应用于食品、化妆品、医疗和保健品等领域。苹果酸主要生产国有美国、加拿大、日本等，产量每年约4万吨，2013年世界总需求约为10万吨，市场潜在需求量达到每年6万吨，可见市场发展空间之大。（4）TCA相关的发酵相关的发酵柠檬酸发酵柠檬酸发酵 柠檬酸(Citric acid)分子式为C6H807。外观为白色颗粒状或白色结晶粉末，是一种重要的有机酸，又名枸橼酸。无色晶体，常含一分子结晶水，无臭，有很强的酸味，易溶于水。柠檬酸广泛存在于各种水果和蔬菜中，在动物的骨骼、
50、血液、肌肉中也有分布。柠檬酸在工业，食品，化妆等行业具有广泛的用途。TCA相关的发酵包括相关的发酵包括Asp族和族和Glu族氨基酸发酵，合并族氨基酸发酵，合并在后面讲。在后面讲。NADH脱氢酶脱氢酶FMNCoQcytbcytccytaa3cytc1NADH2ATPATPATP真核微生物的电子传递链真核微生物的电子传递链FADH22.氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)化学化学渗透学说渗透学说(Chemiosmosis)原核微生物电子传递链的特点：原核微生物电子传递链的特点：电子供体多样化。电子供体多样化。除大多数有机物外，一些无机元素如H、S、Fe2、NH
