第六章微生物代謝

2022-12-06 13:45:02 字數 3663 閱讀 1478

微生物細胞所進行的化學反應總稱為代謝,微生物的代謝與其它生物一樣,可分為物質代謝和能量代謝。

分解代謝

物質代謝分解代謝與產能代謝緊密相連

合成代謝

代謝 產能代謝

能量代謝合成代謝與耗能代謝緊密相連

耗能代謝

微生物的代謝離不開酶,無論是分解代謝,還是合成代謝都必須在酶的催化作用下才能進行。

酶:酶是一種有催化活性的蛋白質,它具有高度的專化性,即一種酶只能催化一種或一類反應。

酶的合成:

輔基:與酶蛋白以共價鍵結合,結合較緊,

蛋白難分開,如細胞色素中的血紅素。

酶輔因子 ②輔酶:不以共價鍵與酶蛋白連線,結合較鬆

(有三種馳,容易分開,如nad,硫胺素焦p。

啟用劑:一般是金屬離子,它維持酶蛋白的

空間構型。

單聚體蛋白質,由一條單一的多肽鏈組成

寡聚體蛋白質,酶由兩個或多個亞基組成,

酶的聚合體形式每個亞基都是一條多肽鏈,這些多肽鏈可

有三種型別以相同,也可以不同。

多酶複合體,也是一種寡聚體蛋白質,但

有乙個以上的酶活性存在。

同功酶:指那些催化作用相同,而酶的結構與特性不同的酶類。

1 競爭性抑制:分子結構與基質類似的物質優

先佔據了酶活性中心,最後導致酶催化反應

停止。酶催化反應的特點 ②非競爭性抑制:某種抑制劑與酶上的某個位

點結合,形成了基質—酶—抑制劑複合物,

導致催化反應停止。

第一節產能代謝

生命活動需要能量,生活機體主要通過生物氧化反應獲得能量,

微生物氧化何種基質,氧化反應中的電子傳遞體是那些?以什麼物

質作為最終的電子受體,氧化結果形成什麼產物等主要決定於機體

的酶系組成,與機體所處環境條件有關。已知異養型微生物都是以

有機物為能源,它們從有機物的氧化反應中獲得能量,自養型微生

物從光或無機物的氧化反應中得到能量。在以有機物為基礎的生物

氧化反應中,以o2作為最終電子受體的稱為有氧呼吸,以無機氧化

物中的氧作為最終電子受體的稱為無氧呼吸。以有機物作為電子受

體的稱為發酵。有氧呼吸,無氧呼吸和發酵過程中都能產生能量。

在微生物細胞中,能量是以atp的形式來中轉的。atp中的高能磷酸鍵是能量的載體。乙個~p鍵水解時可放出6000—9000卡自由能。

有氧降解

異養型微生物生長的能量來自有機物的氧化

發酵作用

光能 自養型微生物生長的能量來自

無機物氧化

一、 發酵:

在發酵過程中,有機物既是氧化的基質,又作為最終電子受體,而這作為最終電子受體的有機物是基質未徹底氧化的中間產物。由於基質氧化不徹底,發酵的結果仍然積累有機物。發酵作用產生的能量較少。

發酵主要有以下的幾種型別:

1、乙醇發酵

不同的微生物進行乙醇發酵的途徑和產物不同,主要有酵母菌的乙醇發酵和細菌的乙醇發酵。

酵母菌的乙醇發酵: zymomonas細菌的乙醇發酵

葡萄糖葡萄糖

2丙酮酸2—酮—3—脫氧葡萄糖酸

2乙醛(ch3cho) 3-p甘油醛丙酮酸

co2×2

2atp

2乙醇2乙醇

em c6h12o6 2ch3ch2oh+2co2+2atp

edc6h12o6 2ch3choh+2co2+atp

上述兩種微生物進行的乙醇發酵都產生atp,但酵母產能多,細菌產能少。atp的產生是靠基質水平磷酸化生成的。

⑴ 1、3—二p甘油酸 adp

3—p甘油酸 atp

⑵ 2—p烯醇式丙酮酸 adp

丙酮酸 atp

2、乳酸發酵:

乳酸發酵與牛奶變酸,制酸泡菜和製作青貯飼料有關,進行乳酸發酵的微生物主要是細菌,它可分正型乳酸發酵和異型乳酸發酵二種。

⑴ 正型乳酸發酵:指發酵產物只有單一的乳酸

葡萄糖丙酮酸×2

乳酸×2

正型c6h12o62乳酸+2atp

德氏乳桿菌

⑵ 異型乳酸發酵:指發酵產物除乳酸外,還有其它的化合物。

葡萄糖2×d-葡萄糖

co2 atpatp×2

5-p木酮糖2×2.6-p-果糖

3-p甘油醛乙醯磷酸 2.4-p赤蘚糖乙醯-p×2

2atp

丙酮酸乙醯coa 2.5-p木酮糖3atp

乳酸乙醇 2.3-p甘油醛 3 乙酸

2atp×2

2 丙酮酸

2 乳酸

異型(葡萄糖1乳酸+1乙醇+1co2+1atp

腸膜狀明串桿菌

異型( 2×葡萄糖2乳酸+3乙酸+5atp

雙岐桿菌

為磷酸戊糖解酮酶,為磷酸已糖解酮酶

正型乳酸發酵與異型乳酸發酵相比,前者比後者所產生的能量要多,乳酸要多,正型乳酸發酵的理論轉化率為100%,實際轉化率為80%以上工業上可達96%,異型乳酸發酵理論上50%轉化為乳酸;實際40%轉化為乳酸,其餘轉化為乙醇(或乙酸)

3、丁酸發酵與丙酮丁醇發酵

丁酸梭狀芽孢桿菌(clostridium butyricum)可以發酵葡萄糖得到丁酸

4×葡萄糖

em 8×丙酮酸

8×co2 coa

8h2還原

乙醯coa 乙醯-p 2乙酸乙醇

乙醯coa

乙醯乙醯coa 乙醯乙酸丙酮

co2羥基丁醯coa

丁醯coa

還原 丁酸×3 丁醇

丁酸梭菌

4c6h12o62乙酸+3丁酸+8co2+8h2+10atp

每mol葡萄糖在發酵中大約產2.5個atp。

丙酮丁醇梭菌(clostridium acetobutylicum)在發酵葡萄糖經丙酮酸到丁酸中,當丁酸和乙酸大量積累時會使ph下降至4.0,這時導致丁酸進一步還原為丁醇,微生物利用還原丁酸為丁醇的酶還原乙酸為乙醇。並還產生丙酮。

丙酮丁醇

葡萄溏丁醇+丙酮+乙酸+乙醇+h2+co2+atp

發酵主要產物

2.5:1)

丙酮是製造炸藥的原料,丁醇是生產硝基纖維塗料的快乾劑,工業上所利用的丙酮和丁醇既可通過發酵的方法獲得,亦可以從石油中製取,目前後者已成為主要方法。

二、呼吸作用

產生atp的另一種方式是呼吸作用,大多數微生物以此方式產生能量。呼吸作用按照最終電子受體的差別又分為有氧呼吸和無氧呼吸,有氧呼吸以分子氧作最終電子受體,無氧呼吸以無機化合物中的氧作為最終電子受體。

1、有氧呼吸

細菌的有氧呼吸與真核生物的有氧呼吸基本相同,所不同的是,細菌的呼吸鏈位於細胞膜上,因此細菌的呼吸作用是在細胞膜上進行的,而真核生物的呼吸作用是**粒體中進行的。

有機物被微生物徹底氧化分解最後生成h2o,co2並產生大量的atp。

有o2分解

c6h12o66co2+6h2o+38atp

atp的生成除少部分來自基質水平磷酸化外,大部分是由電子傳遞磷酸化產生的,微生物的電子傳遞鏈有如下兩條:

光合磷酸化

磷酸化產生的atp來自基質水平磷酸化

氧化磷酸化

電子傳遞磷酸化

a、nad鏈 nad(烟醯胺腺嘌呤二核苷酸)

nadp(烟醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)

atpatpatp

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