最新微生物的代谢精美课件PPT课件 58页

'微生物的代谢精美课件 新陈代谢（Metabolism）一般泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。新陈代谢合成代谢（同化）分解代谢（异化）生物小分子合成生物大分子耗能产能能量代谢生物大分子分解为生物小分子物质代谢 ED途径（Entner-Doudoroffpathway）具有ED途径的微生物：G－、少数EMP途径不完整细菌Glu丙酮酸3-磷酸甘油醛G-6-P葡萄糖酸-6-PKDPGATPADPNADP+NADPH+H+H2O丙酮酸EMP途径 特点特征反应是KDPG裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛特征酶是KDPG醛缩酶两分子丙酮酸来历不同一分子由KDPG直接裂解产生；另一分子由磷酸甘油醛经EMP途径转化而来1摩尔葡萄糖经ED途径仅产生1摩尔ATP好氧时与TCA循环相连，厌氧时进行乙醇发酵 葡萄糖经不同途径降解产物的比较产物EMPHMPEDATP211NADH+H+211NADPH+H+61CO23丙酮酸212 磷酸解酮酶途径PK途径丙酮酸3-磷酸甘油醛G-6-P5-P-核酮糖5-P-木酮糖ATPADP2NADP+2NADPH+H+H2OEMP途径GluCO2D-核糖L-阿拉伯糖D-木糖乙酰CoA乙酰磷酸磷酸戊糖解酮酶HMP变异途径关键酶：磷酸戊糖解酮酶产物：1分子丙酮酸、1分子ATP、1分子乙酰CoA HK途径4-磷酸-赤藓糖G-6-PF-6-PATPADPGlu乙酰CoA乙酰磷酸磷酸己糖解酮酶EMP变异途径关键酶：磷酸己糖解酮酶产物：4-磷酸-赤藓糖、乙酰CoA 葡萄糖发酵的主要产物乳酸丁二醇乙酰乳酸Glu丙酮酸乙酰CoA乙酸β-羧基丁酸丁酸乙酰乙酸丁醇丙酮异丙醇乙醛乙醇 乳酸发酵同型乳酸发酵通过EMP途径仅产生乳酸的发酵异型乳酸发酵通过PK途径产生乳酸、乙醇、乙酸等有机化合物的发酵双岐发酵通过HK、HMP途径及PK途径有机结合，产生乳酸、乙酸等有机化合物的发酵 类型途径产物产能/葡萄糖菌种代表同型EMP2乳酸2ATPLactobacillusdebruckii(德氏乳杆菌)异型PK1乳酸1乙醇1CO21ATPLeuconostocmesenteroides（肠膜明串珠菌）1乳酸1乙酸1CO22ATPLactobacillusbrevis（短乳杆菌）双岐HKHMPPK2乳酸3乙酸5ATPLactobacillusbifidus（双叉乳酸杆菌）几种乳酸发酵的比较（以葡萄糖为底物） 类型途径产物产能/葡萄糖菌种代表同型EMP2乙醇2CO22ATPSaccharomycescerevisiae（酵母酿酒）ED2乙醇2CO21ATPZymomonasmobilis（运动发酵单胞菌）异型PK1乳酸1乙醇CO21ATPLeuconostocmesenteroides（肠膜明串珠菌）酒精发酵 2、呼吸(respiration)概念微生物在降解底物过程中，将释放的电子交给电子载体，通过电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其他还原性产物，并产能的过程。呼吸类型有氧呼吸(aerobicrespiration)以游离的氧分子为最终电子受体。无氧呼吸(anaerobicrespiration)以无机物（硝酸盐、硫酸盐）为最终电子受体。 有氧呼吸三羧酸循环草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸a-酮戊二酸琥珀酸辅酶A琥珀酸延胡索酸苹果酸乙酰辅酶A 电子传递系统部位：真核细胞发生在线粒体内膜上；原核细胞发生在质膜上。 无氧呼吸特点呼吸链末端的电子受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物如延胡索酸）在无氧条件下进行产能效率较低。进行无氧呼吸的菌类厌氧和兼性厌氧菌无氧呼吸的类型（按照最终氢受体不同）无机盐呼吸延胡索酸呼吸 第二节微生物分解代谢与合成代谢Microbialcatabolismandanabolism 一、分解代谢与大分子物质的降解1、多糖的分解淀粉的分解由胞外淀粉酶分解成葡萄糖（麦芽糖）后被吸收利用淀粉酶类型、作用位点、产物、常见生产菌株α-淀粉酶：枯草杆菌β-淀粉酶：巨大芽孢杆菌葡萄糖苷酶：曲霉、根霉葡萄糖淀粉酶异淀粉酶：产气气杆菌 纤维素由复合的纤维素酶催化产生葡萄糖后被微生物吸收利用纤维素酶的种类C1酶、Cx酶（Cx1、Cx2酶）、β-葡萄糖苷酶天然纤维素水合纤维素分子纤维二糖葡萄糖C1酶Cx1、Cx2酶β-葡萄糖苷酶分解纤维素的微生物种类 2、含氮有机物的分解蛋白质多肽氨基酸蛋白酶肽酶蛋白质的分解微生物不同，分解蛋白质的能力不同，产物也不同；肽酶——胞内酶氨肽酶、羧肽酶 氨基酸的分解氨基酸的脱羧作用常见于许多腐败细菌和真菌中氨基酸的脱氨作用脱氨方式随微生物种类、氨基酸种类、环境条件不同而变化；微生物不同，分解氨基酸的能力不同，产物也不同。主要作用方式（主要微生物类群）氧化脱氨、还原脱氨、水解脱氨、分解脱氨 3、脂肪和脂肪酸的分解甘油ATPADPNAD+NADHα-磷酸甘油磷酸二羟丙酮脂肪脂肪酸3-磷酸甘油醛丙酮酸TCA循环酯酰CoA诱导β-氧化乙酰CoA丙酰CoA脱氢、水化、再脱氢、硫解 二、合成代谢、生物大分子肽聚糖合成细胞合成代谢三要素能量：ATP、质子动力还原力：主要为NADH2、NADPH2小分子前体物质 （一）糖类的合成1、单糖的合成其他单糖双糖糖原细胞壁和细胞外膜多糖游离葡萄糖1,5-二磷酸核酮糖CO2TCA循环中间产物乙酸6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油醛生糖氨基酸丙酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸乳酸 2、糖原的合成G-6-P1-P-GUDPGATPADP变位酶UDPG焦磷酸化酶Glu糖原n+UDPG糖原n+1+UDP葡萄糖基转移酶 3、肽聚糖的合成G+细菌细胞壁肽聚糖的单体结构双糖单位短肽“尾” 肽聚糖的合成合成过程依发生部位分成三个阶段：合成肽聚糖的前体物质——Park核苷酸（细胞质）由Park核苷酸合成肽聚糖单体（细胞膜）合成完整的肽聚糖（细胞膜外） 第一阶段分两步完成（在细胞质中进行）由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸UDP-N-乙酰胞壁酸磷酸烯醇式丙酮酸PPiNADPH2NADP＋N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸UTPPPi葡萄糖葡萄糖-6-磷酸果糖-6-磷酸ATPADPGlnGlu葡萄糖胺-6-磷酸乙酰CoACoA葡萄糖胺-1-磷酸UDP-N-乙酰葡萄糖胺 第二阶段由Park核苷酸合成肽聚糖单体(在细胞膜中进行）Park核苷酸为亲水性化合物，要顺利通过疏水性很强的细胞膜，要解决疏水性问题；整个过程必须依靠类脂载体（十一异戊烯磷酸）参与，通过两个磷酸基与N-乙酰胞壁酸相连。CH3C=CHCH2(CH2C=CHCH2)9CH2C=CHCH2－O－P－OHCH3OHOCH3CH3 肽聚糖单体的合成G-M-P-P-类脂M-P-P-类脂UDPUDP-G②UMP①UDP-MP-类脂Pi⑤P-P-类脂杆菌肽④万古霉素5甘氨酰-tRNA③5tRNA插入至膜外肽聚糖合成处G-M-P-P-类脂 第三阶段合成完整的新的肽聚糖(膜外完成）第一步：多糖链的伸长———双糖肽先是插入细胞壁生长点上作为引物的肽聚糖骨架（至少含6~8个肽聚糖单体分子）中，通过转糖基作用（transglycosylation)使多糖链延伸一个双糖单位； 第二步：通过转肽酶的转肽作用（transpeptitidation)使相邻多糖链交联转肽时先是D-丙氨酰-D-丙氨酸间肽链断裂，释放出一个D-丙氨酰残基，然后倒数第二个D-丙氨酸的游离羧基与相邻甘氨酸五肽游离氨基间形成肽键而实现交联。 （二）氨基酸的合成氨基酸的合成氨基酸碳架的合成氨基的结合氨基来源外界环境体内含氮化合物分解固氮作用硝基还原作用氨基酸的合成方式氨基化作用转氨基作用前提转化 （三）脂肪酸的合成丙二酰CoACO2+乙酰CoAATP乙酰CoA羧化酶ADP+Pi丙二酰-ACPACP丙二酰转移酶CoA缩合、还原、脱水、再还原丁酰-ACPCn+2m每次重复增加两个碳原子（由丙二酰-ACP提供），释放一分子CO2，消耗两分子NADPH。 第三节微生物的代谢调控与发酵生产 微生物的初级代谢概念微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。特点初级代谢产物为微生物营养性生长所必需。普遍存在（缺陷菌除外）酶的特异性高，一旦出现差错会导致细胞死亡。 微生物的次级代谢概念微生物在一定生长时期，以初级代谢产物为前体物质，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。重要的次级代谢产物抗生素、毒素、激素、色素等 一、微生物的代谢调节代谢调节特点及时取得需要的中间代谢产物，只合成需要的代谢产物，严格防止终产物的积累；以最经济的方式、花费最少能量获得所需营养，防止能量浪费。代谢调节方式调节细胞膜的通透性；通过酶的定位限制与相应底物接触;调解代谢物流向调节酶的活性；调节酶的合成。 （一）酶活性的调节包括酶活性的激活和抑制两方面1、酶活性激活粪链球菌的乳酸脱氢酶活性受前体物质1,6-二磷酸果糖促进ABDC激活 2、酶活性的抑制反馈抑制：代谢途径末端产物过量，反过来直接抑制途径中第一个酶的活性，使反应减慢或停止特点作用直接、效果快、当末端产物浓度降低时可重新解除。直线代谢途径中的反馈抑制苏氨酸苏氨酸脱氢酶α-酮丁酸异亮氨酸 协同反馈抑制ABCFDEG分支代谢途径中的反馈抑制同工酶调节ABCFDEG 顺序反馈抑制ABCFDEG累积反馈抑制ABCFDEG20%50%60% （二）酶合成的调节特点间接缓慢，节约能源和原料包括酶的诱导和阻遏诱导底物诱导大肠杆菌利用乳糖诱导合成β-半乳糖苷酶中间产物诱导色氨酸甲酰犬尿氨酸犬尿氨酸邻氨基苯甲酸儿茶酚 阻遏末端产物反馈阻遏分解代谢物阻遏细胞中同时有两种分解底物存在，利用快的底物在分解过程中所产生的中间代谢物会阻遏利用慢的底物的有关酶的合成。比如E.coli在乳糖和葡萄糖共同存在时的二次生长现象天门冬氨酸天门冬氨酸激酶天门冬氨酰磷酸赖氨酸 二次生长曲线 （三）酶合成诱导和阻遏的机制操纵子学说表达转录RPOS阻遏蛋白结合部位RNA聚合酶结合部位mRNA阻遏蛋白操纵子（operon）调节基因启动基因操纵基因结构基因 调节基因操纵基因结构基因PS1S2S3mRNA阻遏蛋白（有活性）基因关闭启动子ORPS1S2S3调节基因操纵基因结构基因启动子ORmRNA1mRNA2mRNA3阻遏蛋白（无活性）基因表达mRNAA、不存在诱导物时B、添加诱导物后诱导物阻遏蛋白（有活性）酶调节机制模型 二、代谢调控在发酵工业中的应用改变细胞膜的通透性生理学方法亚适量的生物素：改变膜的成分，进而改变膜透性适量青霉素：抑制肽聚糖合成中的转肽酶活性，使肽桥无法交联，造成细胞壁缺损。二方法只对生长态（分裂）细胞有效遗传学方法细胞膜缺损突变：油酸缺陷型菌株 改变微生物的遗传特性利用营养缺陷菌株解除正常反馈调节通过诱变而产生的缺乏合成某些营养物质的能力，必须在其基本培养基中加入相应缺陷的营养物质才能正常生长繁殖的变异菌株。天冬氨酸天门冬氨酸激酶天冬氨酰磷酸赖氨酸天冬氨酸半醛高丝氨酸脱氢酶苏氨酸甲硫氨酸高丝氨酸缺陷菌株 选育抗反馈调节的突变株解除反馈调节指一种对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性，或者二者兼而有之的菌株。从结构类似物抗性突变株中获得例如：抗α-氨基-β-羟基戊酸（AHV）的产苏氨酸和异亮氨酸突变株的获得。天冬氨酸天门冬氨酸激酶天冬氨酰磷酸赖氨酸天冬氨酸半醛高丝氨酸脱氢酶苏氨酸甲硫氨酸×AHV 结束语谢谢大家聆听！！！58'