(完整版)微生物学第六章微生物的代谢

由天下分享时间：2024/6/29 22:28:57 加入收藏我要投稿点赞

第十四授课单元一、教学目的

使学生了解呼吸与发酵作用，重点讲解微生物代谢的特殊性，联系在食品和发酵生产上的应用，注意体现微生物不同发酵类型及代谢的特点。

二、教学内容（第六章微生物的新陈代谢第一节微生物的产能代谢)

1. 代谢概论简单介绍新陈代谢的概念，同化作用和异化作用。

2. 微生物的产能代谢：重点介绍化能异养微生物生物氧化的三种产能方式，即发酵、有氧呼吸和无氧呼吸，

3. 介绍乙醇发酵（酵母菌的乙醇发酵途径和运动发酵单胞菌的乙醇发酵途径）、乳酸发酵（同型乳酸发酵和异型乳酸发酵）、甘油发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵及丁二醇发酵；

三、教学重点、难点及处理方法

重点: 化能异养微生物生物氧化的三种产能方式，即发酵、有氧呼吸和无氧呼吸，介绍乙

醇发酵（酵母菌的乙醇发酵途径和运动发酵单胞菌的乙醇发酵途径）、乳酸发酵（同型乳酸发酵和异型乳酸发酵）、甘油发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵及丁二醇发酵；由于学生在生物化学课程中已经学过各种代谢途径，因此在微生物学中不再作为重点讲解。本章内容主要使学生了解呼吸与发酵作用，重点讲解微生物代谢的特殊性，联系在食品和发酵生产上的应用，注意体现微生物不同发酵类型及代谢的特点。

难点: 化能异养微生物生物氧化的三种产能方式，即发酵、有氧呼吸和无氧呼吸的区别。

尤其是发酵的概念, 学生只是在现实生活中知道这个名词, 但是不清楚其确切的生物学含义, 指在能量代谢或生物氧化中，在无氧条件下，底物（有机物）氧化释放的氢（或电子）不经呼吸链传递，而直接交给某种未完全氧化的中间产物的一类低效产能过程。实质: 底物水平磷酸化产生ATP. 另外, 联系食品和发酵生产上应用的发酵类型及代谢特点更有助于学生理解发酵的概念实质及发酵的特点.

有氧呼吸与无氧呼吸的概念, 并介绍无氧呼吸中硝酸根（反硝化作用）、硫酸根作为最终电子受体的呼吸特点，介绍不同呼吸类型的微生物。介绍化能自养微生物的生物氧化特点，光能自养微生物的光合磷酸化途径（循环光合磷酸化、非循环光合磷酸化和嗜盐菌紫膜的光合作用）。

四、板书设计

第六章微生物的新陈代谢第一节代谢概论

能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中的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。这就是产能代谢。

有机物化能异养微生物最初能源还原态无机物化能自养微生物通用能源 ATP

日光: 光能营养微生物

第二节糖的代谢

一．生物氧化（biological

生物氧化就是发生在活细胞内的一切产能性氧化反应的总称生物氧化的三种形式:与氧结合、脱氢或脱电子生物氧化的功能：产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物二、化能异养微生物的生物氧化

根据氧化还原反应中最终电子受体或氢受体的不同，可把生物氧化分为3种类型：发酵没有外源电子受体参与，通常以分解代谢产生的中间产物如丙酮酸

作为电子受体。

化能异养微生物

的产能方式有氧呼吸: 呼吸

无氧呼吸: 1. 发酵（fermentation）广义的“发酵”，

指利用微生物生产有用代谢产物的一种生产方式。狭义的“发酵”，

指在能量代谢或生物氧化中，在无氧条件下，底物（有机物）氧化释放的氢（或电子）不经呼吸链传递，而直接交给某种未完全氧化的中间产物的一类低效产能过程。实质: 底物水平磷酸化产生ATP

特点: 底物氧化不彻底，产能水平低；积累各种中间代谢产物不可缺少的途径。 (1）乙醇发酵

多种微生物（如酵母菌，根霉，曲霉，某些细菌）能通过称为乙醇发酵的过程，将糖转变成乙醇和CO2

1）酵母菌进行的乙醇发酵

2）细菌进行的酒精发酵（运动发酵单胞菌）ED途径 3）甘油发酵（酵母菌） 4）丙酮、丁醇发酵 5）乳酸发酵

由于菌体内酶系不同，乳酸菌的代谢途径分三种类型：

? 同型乳酸发酵途径：产物只有乳酸（德氏乳杆菌，植物乳杆菌） ? 异型乳酸发酵途径：产物除了乳酸，还有乙醇（或乙酸）等产物 ? 双歧途径：双歧杆菌

6）混合酸发酵（大肠杆菌）甲基红反应(M.R）阳性

7)丁二醇发酵丁二醇发酵的中间产物3-羟基丁酮是V.P试验的物质基础 8）氨基酸的发酵产能——Stickland反应 2. 呼吸作用与发酵作用的根本区别：

电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体

呼吸作用的实质：

? 最终电子受体是外源物质（氧气或氧化型化合物）； ? 产能方式是氧化磷酸化； A. 电子传递链：

由一系列按氧化还原电位由低到高顺序排列起来的氢(电子)传递体组成。

两个功能： 1）传递氢或电子；

2）储存氢或电子传递过程释放的能量，用于合成ATP； B. 氧化磷酸化：

指呼吸链在传递氢（电子）过程中释放的能量与ADP磷酸化偶联产生ATP的过程。化学渗透假说 (生化中学过, 此处复习) 3. 呼吸作用 (1) 有氧呼吸

由于葡萄糖在有氧呼吸中产生的能量要高于发酵中产生的能量，即微生物在有氧呼吸过程中,利用较少的糖而能获得厌氧条件下相同量的ATP。

酿酒酵母等既可利用发酵产能，又可利用呼吸产能的兼性厌氧微生物，在有氧条件下终止厌氧发酵而转向有氧呼吸，这种呼吸抑制发酵(或氧抑制糖酵解)的现象称为巴斯德效应（Pasteur effect）。由此降低了葡萄糖的消耗，并抑制了乙醇的产生。 1）定义

呼吸链末端的电子受体是 O2的一种生物氧化 2）微生物：

大多数细菌，几乎所有的放线菌和真菌 3）特点：

– 好氧和兼性厌氧微生物在有氧条件下进行的产能代谢； – 通过电子传递链传递电子，通过氧化磷酸化产能； – 底物（氧化基质）是有机物，最终电子受体是O2 ； – 底物氧化彻底，产能效率高。（2）无氧呼吸 1）定义：

呼吸链末端的氢或电子受体是外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。 ? 无机物：NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、S、CO2 ? 有机物：延胡索酸（fumarate），罕见 2）类型

根据末端氢（电子）受体的不同，无氧呼吸分为多种类型： ? 硝酸盐呼吸 ? 硫酸盐呼吸 ? 硫呼吸

? 铁呼吸 ? 碳酸盐呼吸

? 延胡索酸呼吸等反硝化作用：

指NO3-被还原成NO2-，再逐步还原成NO、N2O和N2的过程，

能进行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸盐还原细菌（又称反硝化细菌），主要生活在土壤和水环境中，如地衣芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、依氏螺菌、脱氮副球菌、脱氮硫杆菌和生丝微菌属中的一些成员等。

大肠杆菌也是一种反硝化细菌，但它只能将NO3-还原成NO2- 。产能方式有氧呼吸无氧呼吸发酵

微生物电子受体底物好氧菌兼性厌氧菌 O2 有机物兼性厌氧菌厌氧菌外源无机氧化物（少数有机氧化物）有机物兼性厌氧菌厌氧菌更氧化的有机中间代谢物有机物酶类脱氢酶氧化还原酶脱氢酶特殊氧化还原酶呼吸链（氧化磷酸化）脱氢酶直接产生（底物水平磷酸化）产ATP方式呼吸链（氧化磷酸化）产能效率高居中低

三．自养微生物的生物氧化 ( 自学 ) 1. 化能自养型

从对无机物的生物氧化过程中获得生长所需要能量的微生物一般都是化能自养型微生物。

（1）氨的氧化

亚硝化细菌（亚硝化假单胞菌属，硝化螺菌属）：硝化细菌（硝化杆菌属，硝化球菌属）（2）硫的氧化（3）铁的氧化（4）氢的氧化 2．光能自养微生物（1）环式光合磷酸化（2）非环式光合磷酸化（3）嗜盐菌紫膜的光合作用

思考题:

1．“M”是一种硝酸盐还原菌（反硝化细菌），在无氧、有NO3-的环境中生长，试回答：（1）何为碳源物质？（2）何为能源物质？

（3）以何种方式产生ATP？（4） NO3-的生理功能是什么？ 2．试述不同条件下各营养类型微生物产ATP和NAD (P)H 的方式。

第十五授课单元一、教学目的

1.理解微生物调节代谢流的两种主要方式及其特点 2.掌握反馈抑制的类型及特点 3.理解酶合成调节的两种方式

4.了解乳糖操纵子的结构及其调节方式

5.理解代谢调控在发酵工业中的一些应用

二、教学内容

二、糖的合成代谢

第三节氨基酸和蛋白质代谢

一、蛋白质的分解二、氨基酸的分解三、氨基酸的合成第四节脂类代谢

第五节微生物代谢调控与发酵

生产

一、酶活力的调节二、酶合成的调节

三、代谢调控在发酵工业中应用

三、教学重点、难点及处理重点：

1.微生物调节代谢流的两种主要方式：微生物细胞的代谢调节方式很多，其中酶的调节是代谢最本质的调节。在酶的调节中又以调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面，一是“粗调”，即调节酶分子的合成或降解以改变酶分子的含量，二是“细调”，即通过激活或抑制以改变细胞内已有酶分子的催化活力，两者往往密切配合和协调，以达到最佳的调节效果。

酶活性的调节：非常迅速的调节机制

酶化学水平上发生变构调节（分子构象改变）

修饰调节（分子结构改变）

包括酶的激活

酶的抑制

酶量的调节：比较慢的调节机制

遗传水平上发生（原核生物的基因调控主要发生在转录水平）包括酶合成的诱导

酶合成的阻遏机制

2. 反馈抑制的类型

每个代谢途径都至少有一个定步酶，催化代谢途径中的限速反应，一般是代谢途径中第一步反应的催化酶。代谢途径的终产物常抑制第一步反应的可调控酶的活性，此调控称为反馈抑制。反馈抑制这种调节方式可以分为直线式代谢途径中的反馈抑制和分支代谢途径中的反馈抑制两大类。

2.1 直线式代谢途径中的反馈抑制

这是一种最简单的反馈抑制类型。例如E.coli在合成异亮氨酸时。因合成产物过多可抑制途径中的第一个酶——苏氨酸脱氨酶的活性，从而使α-酮丁酸及其后一系列中间代谢物都无法合成，最终导致异亮氨酸合成的停止。