1 / 65

第五章 微生物的代谢

第五章 微生物的代谢. 生物体是一个与环境保持着物质、能量和信息交换的开放体系。通过物质交换建造和修复生物体(按人的一生计 , 交换物质的总量约为体重的 1200 倍 , 人体所含的物质平均每 10 天更新一半)。通过能量交换推动生命运动,通过信息交换进行调控,保持生物体和环境的适应。. 新陈代谢 ( metabolism )指生物与外界环境进行物质交换和能量交换的过程。 特点: 特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行。. 新陈代谢的概念和特点. 分解代谢 (catabolism). 代谢. 合成代谢 (anabolism). 代谢概论.

ulla-berry
Download Presentation

第五章 微生物的代谢

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. 第五章 微生物的代谢

  2. 生物体是一个与环境保持着物质、能量和信息交换的开放体系。通过物质交换建造和修复生物体(按人的一生计,交换物质的总量约为体重的1200倍,人体所含的物质平均每10天更新一半)。通过能量交换推动生命运动,通过信息交换进行调控,保持生物体和环境的适应。

  3. 新陈代谢(metabolism)指生物与外界环境进行物质交换和能量交换的过程。新陈代谢(metabolism)指生物与外界环境进行物质交换和能量交换的过程。 • 特点:特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行。 新陈代谢的概念和特点

  4. 分解代谢(catabolism) 代谢 合成代谢(anabolism) 代谢概论  代谢(metabolism): 细胞内发生的各种化学反应的总称 分解代谢 复杂分子 (有机物) [H] 简单小分子 ATP 合成代谢

  5. 生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质,通过一系列生物反应转变成自身组织成分,即所谓同化作用(assimilation);生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质,通过一系列生物反应转变成自身组织成分,即所谓同化作用(assimilation);

  6. 另一方面,将原有的组成成份经过一系列的生化反应,分解为简单成分重新利用或排出体外,即所谓异化作用(dissimilation )。

  7. 新陈代谢的概念及内涵 小分子 大分子 合成代谢(同化作用) 需要能量 释放能量 分解代谢(异化作用) 大分子 小分子 能量代谢 物质代谢 新陈代谢

  8. 第一节 酶的基本知识 • 酶(enzyme)是生物活细胞产生的,具有催化作用的蛋白质与核酸。 • 核酶(ribozyme)是具有高效、特异催化作用的核酸,主要参与RNA的剪接。 • 酶是生物催化剂

  9. 酶的催化特点 • (一) 酶与一般催化剂的共性 1、用量少,催化效率高 2、不改变化学反应的平衡点 3、可降低反应的活化能

  10. (二)酶与一般催化剂的区别-酶的特性 1、高效性 2、专一性 3、可调控性 4、不稳定性(要求温和的反应条件)

  11. 酶的化学本质 绝大多数酶本身是蛋白质(蛋白质酶类), 少数酶是核糖核酸(核糖核酸酶类),称为核酶。

  12. 二、酶的分类 1979年国际酶学委员会(Enzyme Committee, EC)根据酶所催化的反应类型和机理,把酶分成6大类:

  13. 1、氧化-还原酶类 Oxidoreductase • 催化氧化还原反应的酶类。 • 主要包括脱氢酶、氧化酶过氧化物酶、加氧酶等。 • 如,乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。

  14. 2、转移酶类 Transferase • 催化一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上的酶类。例如, 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。

  15. 3、 水解酶 hydrolase • 催化水解反应的酶类。 • 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 • 例如,脂肪酶催化的脂的水解反应:

  16. HOOCCH=CHCOOH+H2O HOOCCH2CHCOOH OH 4、裂解酶类 Lyase • 催化从底物上移去一个基团而形成双键的反应或其逆反应的酶类。如脱羧酶、脱氨酶等。 • 主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。 • 例如, 延胡索酸水合酶催化的反应。

  17. 5、异构酶 Isomerase • 催化各种同分异构体的相互转化。例如,6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。

  18. 6、合成酶类 Ligase or Synthetase • 催化有ATP参加的合成反应。 • A + B + ATP + H-O-H ===A  B + ADP +Pi • 例如,丙酮酸羧化酶催化的反应。 丙酮酸 + CO2+ ATP+H2O  草酰乙酸+ADP+Pi

  19. 第二节 能量代谢 一、生物氧化的概念 有机物在生物体内进行的氧化分解而生成CO2和H2O并释放能量的过程,又称“细胞呼吸”。

  20. 二、生物氧化的特点 • 生物氧化和有机物在体外氧化(燃烧)的实质相同,都是脱氢、失电子或与氧结合,消耗氧气,都生成CO2和H2O,所释放的能量也相同。但二者进行的方式和历程却不同。

  21. 生物氧化和体外氧化比较

  22. 三、生物氧化过程及方式 H H 脱氢 COOH COOH O C C O + 2H CH3 CH3 脱电子 Fe2+ Fe3+ + e 加氧 RH + O2 + 2H+ ROH +H2O 上述反应总是氧化与还原反应偶联;需酶(需氧脱氢酶、不需氧脱氢酶、加氧酶等)催化。

  23. 生物氧化的内容 主要包括三方面: CO2如何形成?(脱酸作用) H2O如何形成?(呼吸链) 能量如何产生?(ATP的产生)

  24. 四、生物氧化的类型 呼吸与发酵 1、呼吸(respiration) ——从葡萄糖或其他有机物质脱下的电子或氢 经过系列载体最终传递给外源O2或其他氧 化型化合物并产生较多ATP的生物氧化过程。 好氧呼吸:以分子氧作为最终电子受体 厌氧呼吸:以无机氧化物作为最终电子受体

  25. (2)无氧呼吸作用 定义:以外源无机氧化物如NO3¯ 、 NO2¯ 、 SO4¯ 、 S2O3¯、和CO2等作为最终电子(或氢)受体的氧化作用。 特点是: ①无氧存在 ②以外源无机氧化物为电子受体 ③产能量较低

  26. 2、发酵(fermentantion) (1)定义 广义:利用微生物生产有用代谢产物的生产方式。 狭义:厌氧条件下,以自身内部某些中间代谢产物作为最终氢(电子)受体的产能过程。以有机化合物为电子供体和最终电子受体。 (2)特点: 1)通过底物水平磷酸化产ATP; 2)葡萄糖氧化不彻底,大部分能量存在于 发酵产物中; 3)产能率低; 4)产多种发酵产物。

  27. H2O的生成(呼吸链) 代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体(NAD+、NADP+、FAD、FMN等)所接受,再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O。

  28. 乙醇脱氢酶 CH3CHO CH3CH2OH NAD+NADH+H+ 举例: 1\2O2 2e 电子传递链 O2- NAD+ 2H+ H2O

  29. 电子传递链在原核生物存在于质膜上,在真核细胞存在于线粒体内膜上。电子传递链在原核生物存在于质膜上,在真核细胞存在于线粒体内膜上。

  30. 氧化磷酸化 生物氧化过程中释放出的自由能 ADP + Pi ATP + H2O 在生物氧化中,代谢物脱氢产生的NADH+H+化经呼吸链氧化生成水时,所释放的自由能用于ADP磷酸化形成ATP,这种氧化与磷酸化相偶联的作用称为氧化磷酸化作用。 进行部位:线粒体内膜(原核生物在细胞质膜进行)

  31. ATP的生成 • 光和磷酸化:利用光能合成ATP的反应 • 氧化磷酸化:利用生物氧化过程中释放的能量合成ATP的反应。有两种方式,分别是电子传递磷酸化、底物水平磷酸化

  32. 底物水平磷酸化:底物氧化形成高能磷酸基因直接转移给ADP偶联生成ATP的过程。底物水平磷酸化:底物氧化形成高能磷酸基因直接转移给ADP偶联生成ATP的过程。

  33. 脂肪 生物氧化的三个阶段 多糖 蛋白质 大分子降解成基本结构单位 Stage Ⅰ 葡萄糖、其它单糖 氨基酸 脂肪酸、甘油 小分子化合物分解成共同的中间产物(如丙酮酸、乙酰CoA等) 丙酮酸 Stage Ⅱ 乙酰CoA CoA 中间物进入三羧酸循环氧化释放出大量能量,其中一部分储存在ATP中。 ATP ADP+Pi 磷酸化 三羧酸循环 e- O2 Stage Ⅲ 电子传递(氧化) 2CO2

  34. 第三节 大分子物质的酶促降解 麦芽糖酶 麦芽糖+H2O 2 葡萄糖 β-半乳糖苷酶 乳糖 +H2O 葡萄糖+半乳糖 -- 一、双糖的酶促降解 蔗糖酶 转化酶 蔗糖 + H2O 葡萄糖(G) + 果糖(F)

  35. 二、淀粉的降解 淀粉通过淀粉酶水解淀粉糖苷键进行分解 • 淀粉的水解 • 淀粉的磷酸解

  36. 淀粉的水解 参与淀粉水解的酶类: • α-淀粉酶:水解α-1,4 糖苷键,生成糊精、麦芽糖( α型)、葡萄糖; • β-淀粉酶:水解α-1,4 糖苷键,生成糊精、麦芽糖( β型) • 糖化酶:水解α-1,4 糖苷键和α-1,6糖苷键,将淀粉完全水解成葡萄糖; • 异淀粉酶: 水解极限糊精中的α-1,6糖苷键

  37. 1、α-淀粉酶 • 主要存在于动物体(唾液和胰液中) • 作用于淀粉分子内部的任意的α-1,4 糖苷键,不能分解 α-1,6 糖苷键。

  38. 2、β-淀粉酶 • 水解α-1,4糖苷键,从淀粉分子的非还原性末端开始,每间隔一个糖苷键进行水解,每次水解出一个麦芽糖分子。 α,β两种淀粉酶降解的水解产物为麦芽糖。

  39. 三、纤维素的酶促降解 人的消化道无水解纤维素的酶 ,但 细菌、真菌、放线菌、原生动物等能产生纤维素酶及纤维二糖酶,水解纤维素成葡萄糖 。 C1酶、Cx酶 纤维素 纤维二塘 葡萄糖苷酶 纤维二塘2 葡萄糖

  40. 四、果胶质的降解 果胶酯酶 • 果胶 甲醇+果胶酸 • 果胶酸 半乳糖醛酶 聚半乳糖醛酸酶

  41. 五、蛋白质、氨基酸的分解 果胶酯酶 • 蛋白质 多肽或氨基酸 • 氨基酸 NH3+CO2 脱氨、脱羧作用

  42. 第四节 微生物的发酵 CO2 葡萄糖 丙酮酸 EMP 乙醛 NADH2 乙醇 狭义发酵:在无氧条件下,电子(或氢)供体及受体都是有机化合物的氧化作用。有时最终电子(或氢)的受体就是电子供体的分解产物。产能效率极低。 脱羧 厌氧和酸性

  43. 发酵(fermentantion) 1、定义 广义:利用微生物生产有用代谢一种生产方式。 狭义:厌氧条件下,以自身内部某些中间代谢 产物作为最终氢(电子)受体的产能过程 特点: 1)通过底物水平磷酸化产ATP; 2)葡萄糖氧化不彻底,大部分能量存在于 发酵产物中; 3)产能率低; 4)产多种发酵产物。

  44. 广义发酵是指微生物利用有机物,在有氧或无氧、兼性好氧条件下,合成各类化工产品的过程。广义发酵是指微生物利用有机物,在有氧或无氧、兼性好氧条件下,合成各类化工产品的过程。 第一阶段: 菌体生长阶段 第二阶段: 累积代谢产物

  45. 一、由EMP途径进行的发酵 1)EMP途径(糖酵解途径、三磷酸己糖途径) 葡萄糖丙酮酸 有氧:EMP途径与TCA途径连接; 无氧:还原有机酸、醇类和CO2等代谢产物, (专性厌氧微生物)产能的唯一途径。 产能(底物水平磷酸化产能): (1) 1,3— P--甘油醛  3 —P --甘油酸 + ATP; (2) PEP  丙酮酸 + ATP 10 步反应

  46. 发酵类型 CO2 葡萄糖 丙酮酸 EMP 乙醛 NADH2 乙醇 1.酒精发酵 无氧 丙酮酸 酒精 酿酒酵母 脱羧酶 乙醇脱氢酶 C6H12O6+2ADP+2Pi→2CH3CH2OH+2CO2+2ATP

  47. a、酵母型乙醇发酵 1 G 2丙酮酸  2 乙醛 + CO2  2 乙醇 + 2 ATP 条件:pH 3.5~4.5 , 厌氧 菌种:酿酒酵母、少数细菌(胃八叠球菌、解淀粉欧文氏菌等) i、加入NaHSO4 NaHSO4 + 乙醛  磺化羟乙醛(难溶) ii、弱碱性(pH  7.5) 2 乙醛 1 乙酸 + 1 乙醇 (歧化反应) 磷酸二羟丙酮作为氢受体,经水解去磷酸生成甘——甘油发酵 (EMP) ---亚硫酸氢钠必须控制亚适量(3%)

  48. 2. 乳酸发酵 还原 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 同型乳酸发酵(EMP途径) 异型乳酸发酵(HMP途径)

  49. 同型乳酸发酵 (德氏乳杆菌、植物乳杆菌等) —— EMP途径(丙酮酸 乳酸) 产能 :1ATP 异型乳酸发酵(肠膜明串株菌) -------HMP途径 产能 :1ATP

  50. 同型乳酸发酵:一分子葡萄糖产生两分子乳酸的过程。如德氏乳杆菌、保加利亚乳杆菌、干酷乳杆菌、粪链球菌。同型乳酸发酵:一分子葡萄糖产生两分子乳酸的过程。如德氏乳杆菌、保加利亚乳杆菌、干酷乳杆菌、粪链球菌。 葡萄糖 EMP 2丙酮酸 乳酸脱氢酶 2NADH+2H+ 2乳酸+2ATP 还原 乳酸 丙酮酸 葡萄糖

More Related