微生物产能代谢专家讲座.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,代谢概论：,代谢（,metabolism）,：,细胞内发生各种化学反应总称,代谢,分解代谢(,catabolism),合成代谢(,anabolism),复杂分子,（有机物）,分解代谢,合成代谢,简单小分子,ATP,H,(,参见,p101),微生物产能代谢专家讲座,第1页,第一节 微生物产能代谢,第四节 微生物次级代谢与次级代谢产物,第二节 耗能代谢,第三节 微生物代谢调整,部分自学,重点掌握微生物各种产能路径（方式）基本特点,（,ATP,和还原力产生特点）,微生物在代谢上多样性,初级代谢、次级代谢概念及二者间关系,微生物产能代谢专家讲座,第2页,第一节 微生物产能代谢,一切生命活动都是耗能反应，所以，能量代谢是一切生物代谢,关键问题。,能量代谢中心任务，是生物体怎样把外界环境中各种形式,最初能源转换成对一切生命活动都能使用通用能源-,ATP。,这就是产能代谢。,微生,物,最初,能源,有机物,还原态无机物,日光,化能异养微生物,化能自养微生物,光能营养微生物,通用能源,（,ATP）,微生物产能代谢专家讲座,第3页,第一节 微生物产能代谢,化能营养：,生物氧化,光能营养：,光合作用,一、生物氧化,二、异养微生物生物氧化,三、自养微生物生物氧化,四、光合微生物光合磷酸化,本节内容：,化能营养,光能营养,微生物产能代谢专家讲座,第4页,第一节 微生物产能代谢,一,.,生物氧化,生物氧化就是发生在细胞内一切产能性氧化反应总称,生物氧化与燃烧比较,（参见,p102,）,微生物产能代谢专家讲座,第5页,第一节 微生物产能代谢,一,.,生物氧化,自养微生物利用,无机物,异养微生物利用,有机物,生物,氧化,能量,微生物直接利用,储存在高能化合物（如,ATP）,中,以热、代谢废物等形式被释放到环境中,（,P102,第一大段）,生物氧化形式：,某物质与氧结合、,脱氢*或脱电子*,生物氧化功效：,产能（,ATP）、,产还原力,H,和产小分子中间代谢物,微生物产能代谢专家讲座,第6页,第一节 微生物产能代谢,二、异养微生物生物氧化,生物氧化反应,发酵,呼吸,有氧呼吸,厌氧呼吸,1.发酵(,fermentation),（参见,P102）,ATP,形成方式：,化能营养型,底物水平磷酸化,氧化磷酸化,微生物产能代谢专家讲座,第7页,第一节 微生物产能代谢,二、异养微生物生物氧化,1.发酵(,fermentation),有机物氧化释放电子直接交给本身未完全氧化某种中间产物，同时释放能量并产生各种不一样代谢产物。,有机化合物只是,部分地被氧化,，所以，只释放出,一小部分能量,。,发酵过程氧化是与有机物还原偶联在一起。被还原有机物来自于初始发酵分解代谢，即,不需要外界提供电子受体,。,（,P102,第,3,大段）,微生物产能代谢专家讲座,第8页,一、异养微生物生物氧化,1.发酵(,fermentation),（,P102,倒数第,2,大段）,发酵种类有很多，可发酵底物有碳水化合物、有机酸,氨基酸等，其中以微生物,发酵葡萄糖,最为主要。,糖酵解,是发酵基础,主要有四种路径：,EMP,路径、,HMP,路径、,ED,路径、,磷酸解酮酶,路径。,有机溶剂丙酮和丁醇需求增加：,丙酮：用于生产人造橡胶；,丁醇：用于生产无烟火药；,当初常规生产方法：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,英国：,丙酮丁醇羧菌发酵生产丙酮、丁醇（1915），每100吨谷物能够,生产出12吨丙酮和24吨丁醇。,微生物产能代谢专家讲座,第9页,一、异养微生物生物氧化,1.发酵(,fermentation),不一样微生物发酵产物不一样，也是细菌分类判定主要依据。,大肠杆菌：,丙酮酸裂解生成乙酰,CoA,与甲酸，甲酸在酸性条件下可,深入裂解生成,H,2,和,CO,2,产酸产气,（参见“微生物学试验”,P119-123）,志贺氏菌：,丙酮酸裂解生成乙酰,CoA,与甲酸，但不能使甲酸裂解产生,H,2,和,CO,2,产酸不产气,微生物产能代谢专家讲座,第10页,一、异养微生物生物氧化,1.发酵(,fermentation),大肠杆菌：,产气气杆菌：,V.P.,试验阳性,甲基红试验阴性,V.P.,试验阴性,甲基红试验阳性,（“微生物学试验”,P121）,ED,路径,HMP,路径,磷酸解酮酶路径,微生物产能代谢专家讲座,第11页,ED,路径,（,2-,酮,-3-,脱氧,-6-,磷酸葡糖酸路径，,KDPG,路径）,微生物特有路径,存在于一些缺乏完整,EMP,路径微生物中一个替换路径,含有,ED,路径细菌,嗜糖假单孢,Pseudomonas saccharophila,铜绿假单孢,P.aeruginosa,荧光假单孢,P.fluorescens,林氏假单孢,P.lindneri,运动发酵单孢菌,Zymomonas mobilis,真养产碱菌,Alcaligenes eutrophus,微生物产能代谢专家讲座,第12页,3,KDPG,醛缩酶,特征反应,特征酶,终产物,2,分子丙酮酸起源不一样,产能效率低,微生物产能代谢专家讲座,第13页,细菌酒精发酵,运动发酵单孢菌（,Zymomonas mobilis,）,微生物产能代谢专家讲座,第14页,细菌酒精发酵特点,代谢速率高，产物转化率高,菌体生成少，代谢副产物少,发酵温度较高,无须定时供氧,生长,pH,较高：细菌,pH5,，酵母菌,pH3,易染菌,对乙醇耐受力较低：细菌,7,，酵母菌,8,10,细菌酒精发酵缺点,微生物产能代谢专家讲座,第15页,二、异养微生物生物氧化,2.呼吸作用,以氧化型化合物作为最终电子受体,有氧呼吸（,aerobic respiration）：,无氧呼吸（,anaerobic respiration）：,以分子氧作为最终电子受体,（参见,P107）,微生物在降解底物过程中，将释放出电子交给,NAD（P）+,FAD,或,FMN,等电子载体，再经电子传递系统传给,外源电子受体,从而生成水或其它还原型产物并释放出能量过程，称为呼吸作用。,呼吸作用与发酵作用根本区分：,电子载体不是将电子直接传递给底物降解中间产物，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。,微生物产能代谢专家讲座,第16页,二、异养微生物生物氧化,2.呼吸作用,(1)有氧呼吸,葡萄糖,糖酵解作用,丙酮酸,发酵,有氧,无氧,各种发酵产物,三羧酸循环,被彻底氧化生成,CO2,和水，释放大量能量。,经过电子在电子传递链上传递造,成氢离子外排，建立能化膜，形,成,ATP,产生（,氧化磷酸化,）。,微生物产能代谢专家讲座,第17页,二、异养微生物生物氧化,2.呼吸作用,（2）无氧呼吸,一些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸；,无氧呼吸最终电子受体不是氧，而是,NO,3,-,、,NO,2,-,、,SO,4,2-,、,S,2,O,3,2-,、,CO,2,等无机物，或延胡索酸（,fumarate）,等有机物。,无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体，并在能量分级释放过,程中伴随有磷酸化作用，也能产生较多能量用于生命活动。,因为部分能量随电子转移传给最终电子受体，所以生成能量,不如有氧呼吸产生多。,（,P109,倒数第,1,段）,微生物产能代谢专家讲座,第18页,2.呼吸作用,（2）无氧呼吸,硝酸盐呼吸：以硝酸盐作为,最终电子受体,，也称为,硝酸盐异化作用（,Dissimilative）。,只能接收2个电子，产能效率低；,NO,2,-,对细胞有毒；,有些菌可将,NO,2,-,深入将其还原成,N,2,，,这个过程称为反硝化作用：,（参见,P109）,微生物产能代谢专家讲座,第19页,2.呼吸作用,（2）无氧呼吸,硝酸盐还原细菌：,兼性厌氧,无氧,时，进行,厌氧呼吸,（环境中存在硝酸盐时）；,有氧,时，,细胞膜上硝酸盐还原酶活性被抑制,，进行,有氧呼吸,。,能进行硝酸盐呼吸细菌被称为硝酸盐还原细菌，主要生活在,土壤和水环境中，如假单胞菌、依氏螺菌、脱氮小球菌等。,微生物产能代谢专家讲座,第20页,2.呼吸作用,（2）无氧呼吸,反硝化作用生态学作用：,硝酸盐还原细菌进行厌氧呼吸,土壤及水环境,好氧性机体呼吸作用,氧被消耗而造成局部厌氧环境,土壤中植物能利用氮（硝酸盐,NO,3,-,）,还原成氮气而消失，从而降低了土壤肥力。,松土，排除过多水分，保,证土壤中有良好通气条件。,反硝化作用在氮素循环中主要作用,硝酸盐是一个轻易溶解于水物质，,通常经过水从土壤流入水域中。假如没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积累，会造成水质变坏与地球上氮素循环中止。,微生物产能代谢专家讲座,第21页,2.呼吸作用,（2）无氧呼吸,其它厌氧呼吸：,硫酸盐呼吸,硫呼吸,碳酸盐呼吸,产甲烷菌,产生甲烷,乙酸细菌将,碳酸盐还原,成乙酸,微生物产能代谢专家讲座,第22页,2.呼吸作用,（2）无氧呼吸,相关“鬼火”生物学解释,（参见,P110）,在无氧条件下，一些微生物在没有氧、氮或硫作为呼吸作用最,终电子受体时，能够磷酸盐代替，其结果是生成磷化氢（,PH3）,一个易燃气体。当有机物腐败变质时，经常会发生这种情况。,若埋葬尸体坟墓封口不严时，这种气体就很易逸出。农村墓,地通常位于山坡上，埋葬着大量尸体。在夜晚，气体燃烧会发出,绿幽幽光。长久以来人们无法正确地解释这种现象，将其称,之为“鬼火”。,微生物产能代谢专家讲座,第23页,2.呼吸作用,（2）无氧呼吸,产能：,有氧呼吸,厌氧呼吸,发酵,微生物在,无氧,情况下依然能够经过,电子传递,和,氧化磷酸化,来,产生,ATP,，,所以对很多微生物是非常主要。,除氧以外各种物质可被各种微生物用作最终电子受体，充分表达了微生物,代谢类型多样性。,微生物产能代谢专家讲座,第24页,第一节 微生物产能代谢,三自养微生物生物氧化,化能无机营养型：,从无机物氧化取得能量,这些微生物普通能以,CO,2,为唯一或主要碳源合成细胞物质,自养微生物,从对无机物生物氧化过程中取得生长所需要能量微生物普通都是：,化能无机自养型微生物,（参见,p110,）,微生物产能代谢专家讲座,第25页,复杂分子,（有机物）,分解代谢,合成代谢,简单小分子,ATP,H,自养微生物合成代谢：,将,CO,2,先还原成,CH,2,O,水平简单有机物，然后再深入合成复杂细胞成份,化能异养微生物：,ATP,和还原力均来自对有机物生物氧化,化能自养微生物：,无机物氧化过程中主要经过氧化磷酸化产生,ATP,假如作为电子供体无机物氧化还原电位足够低，也在,氧化磷酸化过程中产生还原力，但大多数情况下都需要,经过电子逆向传递，以消耗,ATP,为代价取得还原力。,微生物产能代谢专家讲座,第26页,三自养微生物生物氧化,1,、硫氧化,（参见,p110,）,硫细菌（,sulfur bacteria）,能够利用一个或各种还原态或部分还原态硫化合物（包含硫化物、元素硫、硫代硫酸盐、多硫酸盐和亚硫酸盐）作能源。,（,P110,倒数第,2,大段）,俄国著名微生物学家,Winogradsky,出色贡献：,化能无机自养型微生物发觉：,氧化无机物取得能量；,没有光和叶绿素条件下也能同化,CO,2,为细胞物质,（能以,CO,2,为唯一或主要碳源）,微生物产能代谢专家讲座,第27页,三自养微生物生物氧化,1,、硫氧化,（参见,p110,）,硫细菌（,sulfur bacteria）,能够利用一个或各种还原态或部分还原态硫化合物（包含硫化物、元素硫、硫代硫酸盐、多硫酸盐和亚硫酸盐）作能源。,（,P110,倒数第,2,大段）,俄国著名微生物学家,Winogradsky,出色贡献：,化能无机自养型微生物发觉：,1887,Sergei Winogradsky studies,Beggiatoa,and establishes the concept of,autotrophy,chemosynthetic autotroph,OR,chemolithotrophy,（化能自养微生物）,微生物产能代谢专家讲座,第28页,3、细胞质和内含物,2）贮藏物(,reserve materials),：,硫粒（,sulfur globules）,一些化能自养菌经过氧化还原性,硫化物如,H,2,S，,硫代硫酸,盐等产能。,环境中硫素丰富时，,胞内以折光性很强硫粒,形式积累硫元素。,环境中还原性硫缺乏时,硫粒被细菌重新利用。,硫细菌在进行还原态硫物质,氧化时会产酸（主要是硫酸）,所以它们生长会显著地造成环,境,pH,下降，有些硫细菌能够在,很酸环境，比如在,pH,低于,1,环,境中生长。,硫细菌需要经过电子逆呼吸链传递来生成还原力。,微生物产能代谢专家讲座,第29页,三自养微生物生物氧化,2,、氨氧化,（参见,P110,倒数第,3,大段）,NH,3,、亚硝酸（,NO,2,-,）,等无机氮化物能够被一些化能自养细菌用作能源,19,世纪以前，人们把硝酸盐看作是化学作用产物，即空气中氧和氨经土壤催化形成。,1862,年,L.,巴斯德,首先指出硝酸盐形成可能是微生物作用结果。,1877,年，德国化学家,T.,施勒辛和,A.,明茨,用消毒土壤方法，证实了氨被氧化为硝酸确实是生物学过程。,1891,年，,Sergei Winogradsky,用无机盐培养基成功地取得了硝化细菌纯培养，最终证实了硝化作用是由两群化能自养细菌进行。,微生物产能代谢专家讲座,第30页,三自养微生物生物氧化,2,、氨氧化,（参见,P110,倒数第,3,大段）,NH,3,、亚硝酸（,NO,2,-,）,等无机氮化物能够被一些化能自养细菌用作能源,亚硝化细菌：,硝化细菌：,将氨氧化为亚硝酸盐并取得能量,将亚硝酸氧化为硝酸盐并取得能量,这两类细菌往往伴生在一起，在它们共同作用下将铵盐氧化,成硝酸盐，防止亚硝酸积累所产生毒害作用。,这类细菌在自然界氮素循环中也起者主要作用，在自然界中分布非常广泛。,微生物产能代谢专家讲座,第31页,三自养微生物生物氧化,2,、氨氧化,NH3、NO2-,氧化还原电势均比较高，,以氧为电子受体进行氧化时产生能,量较少，而且进行合成代谢所需要,还原力需消耗,ATP,进行电子逆,呼吸链传递来产生,，所以这类细菌,生长迟缓，平均代时在10,h,以上。,铁氧化,从亚铁到高铁状态铁氧化，对于少数细菌来说也是,一个产能反应，但从这种氧化中只有少许能量能够被,利用。所以该菌生长会造成形成大量,Fe3+,（,Fe(OH)3,）,微生物产能代谢专家讲座,第32页,三自养微生物生物氧化,3、铁氧化,（参见,P107,第一大段）,能,“吃”,铁细菌最早发觉于,1905,年,，德国德里斯顿大量自来水管被阻塞了，拆修时发觉管内沉积了大量铁末。科学家在显微镜下从铁末中找到了一个微小细菌，这种细菌能分解铁化合物，并把分解出来铁质“吃下去”。,这些,“贪吃”,细菌因,“暴食”,而死，铁末沉积在管内。,该类菌分布广泛，在富含铁水中尤为普遍。这种细菌能把水中溶解亚铁氧化成高铁形式，沉积于菌体内或菌体周围，并从中取得能量同化,CO,2,进行自养生活，它们常在水管内壁附着生长，形成结瘤，所以它们不但能造成机械堵塞，而且还能形成氧差电池腐蚀管道，并出现,“红水”,，,恶化水质。,微生物产能代谢专家讲座,第33页,3、铁氧化,（参见,P107）,亚铁（,Fe,2+,）,只有在酸性条件（,pH,低于3.0）下才能保持,可溶解性和化学稳定；,当,pH,大于4-5，亚铁（,Fe,2+,）,很轻易被氧气氧化成为高价铁（,Fe,3+,）；,氧化亚铁硫杆菌（,Thiobacillus ferrooxidans,）,为何要在酸性环境下生活？,能利用亚铁进行氧化产能细菌通常也能够氧化硫化物产能，,所以确保细菌生活低,pH,环境（产生大量硫酸）,氧化亚铁硫杆菌（,Thiobacillus ferrooxidans,）,在富含,FeS2,煤矿中繁殖，产生大量硫酸和,Fe(OH)3，,从而造成严重环境污染。,它生长只需要,FeS2,及空气中,O2,和,CO2，,所以要预防其破坏性大量繁殖唯一可行方法是封闭矿山，使环境恢复到原来无氧状态。,微生物产能代谢专家讲座,第34页,三自养微生物生物氧化,4、氢氧化,（参见,P111,第,1,大段）,氢是微生物细胞代谢中常见代谢产物，很多细菌都能经过,对氢氧化取得生长所需要能量。,能以氢为电子供体，以,O,2,为电子受体，以,CO,2,为唯一碳源进行,生长细菌被称为,氢细菌,：,氢氧化可经过电子和氢离子在呼吸链上传递产生,ATP,和,用于细胞合成代谢所需要还原力,（,P111,第,1,大段）,。,氢细菌：革兰氏阴性,兼性化能自养菌,。,能利用分子氢，也能利用其它有机物获取能量进行生长。,氢氧化可同时产生,ATP,和,NADH（,还原力）,微生物产能代谢专家讲座,第35页,第一节 微生物产能代谢,四光合微生物光合磷酸化,（参见,P111）,化能营养型,光能营养型,底物水平磷酸化,氧化磷酸化,光合磷酸化,能量,转换,经过光合磷酸化将光能转变为,化学能储存于,ATP,中,微生物产能代谢专家讲座,第36页,光合磷酸化（,photophosphorylation）,光能营养型生物,产氧,不产氧,真核生物：藻类及其它绿色植物,原核生物：蓝细菌,（仅原核生物有）：光合细菌,光能转变为,化学能过程：,当一个叶绿素分子吸收光量子时，叶绿素,性质上即被激活，造成其释放一个电子而,被氧化，释放出电子在电子传递系统中,传递过程中逐步释放能量，这就是光合,磷酸化基本动力。,光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是经过电子传递系统产生,ATP,微生物产能代谢专家讲座,第37页,第四章 微生物营养,微生物营养类型,1光能无机自养型（光能自养型）,能以,CO,2,为唯一或主要,碳源,；,进行,光合作用,获取生长所需要,能量,；,以,无机物,如,H,2,、,H,2,S、H,2,O,、,S,等作为供氢体或,电子供体,，,使,CO,2,还原为细胞物质；,藻类及蓝细菌,等和植物一样，,以水为电子供体（供氢体），,进行产氧型光合,作用，合成细胞物质。,红硫细菌，,以,H,2,S,为电子供体,，产生细胞物质，并伴随硫元素产生。,CO,2,+2H,2,S,光能,光合色素,CH,2,O+2S+H,2,O,微生物产能代谢专家讲座,第38页,第四章 微生物营养,微生物营养类型,2光能有机异养型（光能异养型）,不能,以,CO,2,为主要或唯一,碳源,；,以,有机物,作为,供氢体,，利用光能将,CO,2,还原为细胞物质；,在生长时大多数需要,外源生长因子,；,比如，,红螺菌属,中一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将,CO,2,还原成细胞物质，同时积累丙酮。,CHOH+CO,2,H,3,C,H,3,C,2,光能,光合色素,2,CH,3,C0CH,3,+CH,2,O+H,2,O,微生物产能代谢专家讲座,第39页,（参见,p114,倒数第,3,段）,光合磷酸化（,photophosphorylation）,（1）环式光合磷酸化,光合细菌主要经过环式光合磷酸化作用产生,ATP,不是利用,H,2,O，,而是利用还原态,H,2,、,H,2,S,等作,为还原,CO,2,氢供体，进行不产氧光合作用；,电子传递过程中造成了质子跨膜,移动，为,ATP,合成提供了能量。,经过电子逆向传递产生还原力；,细菌叶绿素含有和高等植物中叶绿素相类似化学结构，二者,区分在于侧链基团不一样，以及由此而造成光吸收特征差异。,不产氧光合作用,反应中心为,P870,一个光合单位由一个,光捕捉复合体,和一个,反应中心复合体,组成,微生物产能代谢专家讲座,第40页,（参见,p116,图,5-13,）,光合磷酸化（,photophosphorylation）,（2）非环式光合磷酸化,绿色细菌非环式光合磷酸化,（不产氧型光合作用）,NAD,+,+H,2,S+ADP+Pi NADPH+H,+,+ATP+S,hv,chl,产氧型光合作用,（绿色植物、蓝细菌）,非环式光合磷酸化反应式：,2,NADP+2ADP2Pi2H2O2NADPH2H+2ATPO2,微生物产能代谢专家讲座,第41页,（3）嗜盐菌紫膜光合作用,专性好氧盐杆菌属,（,Halobacterium,）,古生菌,，却生活在含氧极少饱,和盐水中，它们细胞中,气泡,显著，其作用被认为是使菌体浮于盐水表面，,以确保细胞更靠近空气。,有些,厌氧性光合细菌,利用,气泡,集中在水下10-30米深处，这么既能吸收适宜,光线和营养进行光和作用，又能够防止直接与氧接触。,蓝细菌,生长时依靠细胞内,气泡,而漂浮于湖水表面，并随风聚集成块，常使湖内出现,“,水花,”,。,一个只有,极端嗜盐古菌,才有，,无,叶绿素,或,细菌,叶绿素,参加独特光合作用。,四种生理类型微生物在不一样光照和氧下,ATP,合成,微生物产能代谢专家讲座,第42页,光合磷酸化（,photophosphorylation）,（3）嗜盐菌紫膜光合作用,一个只有,极端嗜盐古菌,才有，无叶绿素或细菌叶绿素参加独特光合作用。,嗜盐菌,细胞膜,红色部分（红膜）,紫色部分（紫膜）,主要含细胞色素和黄素蛋白等用于氧化磷酸化呼吸链载体,在膜上呈斑片状（直径约0.5,m,m）,独立分布，其总面积约占,细胞膜二分之一，主要由细菌视紫红质组成。,试验发觉，在波长为550-600,nm,光照下，嗜盐菌,ATP,合成速率,最高，而这一波长范围恰好与细菌视紫红质吸收光谱相一致。,（参见,p116,）,微生物产能代谢专家讲座,第43页,光合磷酸化（,photophosphorylation）,（3）嗜盐菌紫膜光合作用,（参见,p116,）,细菌视紫红质是一个蛋白质，它与人眼视网膜上柱状细胞,中所含一个视紫红质蛋白十分相同，含有质子泵功效，在,光量子驱动至细胞膜外，使紫膜内外形成质子梯度，当膜外,H+,经过膜上,ATP,合成酶进入膜内时合成,ATP,。,紫膜光合磷酸化是迄今为止所发觉最,简单光合磷酸化反应,微生物产能代谢专家讲座,第44页,第四节 微生物次级代谢与次级代谢产物,重点:,初级代谢、次级代谢概念及二者间关系,微生物产能代谢专家讲座,第45页,第四节 微生物次级代谢与次级代谢产物,一、次级代谢与次级代谢产物,生物生存直接相关，包括,产能代谢,和,耗能代谢,普遍存在于一切,生物,中,。,初级代谢：,微生物从外界吸收各种营养物质，经过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动,所必需,物质和能量过程，称为,初级代谢,。,（,p129,第,2,大段）,（参见,P129）,微生物产能代谢专家讲座,第46页,第四节 微生物次级代谢与次级代谢产物,一、次级代谢与次级代谢产物,（参见,p129）,一些微生物、植物一个适应生存方式,次级代谢：,由次级代谢合成，大多是分子结构比较复杂化合物。有些人把超出生理需求过量初级代谢产物也看作是次级代谢产物，依据其作用，可分为：,抗生素,、,激素,、,生物碱,、,毒素,及,维生素,等类型。,（,p129,第,2,大段）,次级代谢产物：,为防止中间产物积累所造成不利作用,一类有利于生存代谢类型,相对于初级代谢而提出一个概念。指微生物在一定生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物生命活动无明确功效物质过程。,（,p129,第,2,大段）,微生物产能代谢专家讲座,第47页,一、次级代谢与次级代谢产物,（参见,p129）,初级代谢与次级代谢关系：,初级代谢：,普遍存在于各类生物中一个基本代谢类型,1、存在范围及产物类型不一样,象,病毒,这类非细胞生物即使不具备完整初级代谢系统，但它们仍含有部分初级代谢系统和含有利用宿主代谢系统完成本身初级代谢过程能力。,次级代谢：,只存在于一些生物（如,植物,和一些,微生物,）中；,代谢路径和代谢产物因生物和培养条件不一样而不一样；,微生物产能代谢专家讲座,第48页,比如一些青霉、芽胞杆菌和黑曲霉在一定条件下能够分别合成,青霉素、杆菌肽和柠檬酸等次级代谢产物。,不一样微生物可产生不一样次级代谢产物,相同微生物在不一样条件下产生不一样次级代谢产物,用于青霉菌二种培养基：,Raulin,培养基：,葡萄糖5%、酒石酸0.27%、酒石酸铵0.27%、磷酸氢二铵0.04%,、硫酸镁0.027%硫酸铵0.017%、硫酸锌0.005%、硫酸亚铁0.005%,CzapekDox,培养基：,葡萄糖5%、硝酸纳0.2%、磷酸氢二钾0.1%、氯化钾0.05%、硫酸,镁0.05%、硫酸亚铁0.001%,灰黄青霉,在,CzapekDox,培养基上培养时能够合成,灰黄霉素,，,在,Raulin,培养基上培养时则合成,褐菌素,（,fulvic acid）；,Penicillium urticae,在含有0.510,-8,M,锌离子,CzapekDox,培,养基里培养时合成主要次级代谢产物是,6-氨基水杨酸,，但在含,0.510,-6,M,锌离子,CzapekDox,培养基里培养时,不合成6-氨,基水杨酸,，但能够合成大量,龙胆醇、甲基醌醇和棒曲霉素。,产黄青霉,在在,Raulin,中培养时能够,合成青霉酸,。但在,Czapek,Dox,中培养则,不产青霉酸,。,微生物产能代谢专家讲座,第49页,每种类型次级代谢产物往往是一群化学结构非常相同,不一样成份混合物。,不一样微生物可产生不一样次级代谢产物,次级代谢产物,少数初级代谢过程关键中间产物,（前体）,骨架碳原子数量和排列上,微小改变,（如氧、氮、氯、硫等元素加入）,或产物氧化水平上,微小改变,各种各样次级代谢产物,例：已知新霉素有,4,种；,杆菌肽、多粘菌素分别有有,10,各种；,放线菌素有,20,各种；,微生物产能代谢专家讲座,第50页,一、次级代谢与次级代谢产物,（参见,P126）,初级代谢与次级代谢关系：,1、存在范围及产物类型不一样,2、对产生者本身主要性不一样,初级代谢产物：,机体生存必不可少物质,次级代谢产物：,不是机体生存所必需物质,在次级代谢某个步骤上发生障碍，不会造成机体生长,停顿或死亡，至多只是影响机体合成某种次级代谢产物能力。,次级代谢产物普通对产生者本身生命活动无明确功效，不是机,体生长与繁殖所必需物质，也有些人把超出生理需求过量初级,代谢产物也看作是次级代谢产物。,次级代谢产物通常都分泌到胞外，有些与机体分化有一定关,系，并在同其它生物生存竞争中起着主要作用。,许屡次级代谢产物通常对人类和国民经济发展有重大影响,由次级代谢合成，大多是分子结构比较复杂化合物。有些人把超出生理需求过量初级代谢产物也看作是次级代谢产物依据其作用，可分为：,抗生素,、,激素,、,生物碱,、,毒素,及,维生素,等类型。,（,p129,第,2,大段）,微生物产能代谢专家讲座,第51页,一、次级代谢与次级代谢产物,（参见,p129）,初级代谢与次级代谢关系：,1、存在范围及产物类型不一样,2、对产生者本身主要性不一样,3、同微生物生长过程关系显著不一样,初级代谢：自始至终存在于一切生活机体中，同机体生长,过程呈平行关系；,次级代谢：在机体生长一定时期内，,（通常是微生物对数生,长久末期或稳定时）,产生，它与机体生长不呈平行关系，,可显著地表现：,机体生长久,和,次级代谢产物形成期,微生物产能代谢专家讲座,第52页,一、次级代谢与次级代谢产物,（参见,p129）,初级代谢与次级代谢关系：,1、存在范围及产物类型不一样,2、对产生者本身主要性不一样,3、同微生物生长过程关系显著不一样,4、对环境条件改变敏感性或遗传稳定性上显著不一样,初级代谢产物：,敏感性小（即,遗传稳定性大,）；,次级代谢产物：,敏感，其产物合成往往因环境条件改变而变,化或停顿。,微生物产能代谢专家讲座,第53页,一、次级代谢与次级代谢产物,（参见,p129）,初级代谢与次级代谢关系：,1、存在范围及产物类型不一样,2、对产生者本身主要性不一样,3、同微生物生长过程关系显著不一样,4、对环境条件改变敏感性或遗传稳定性上显著不一样,5、相关酶专一性不一样,初级代谢：酶,专一性强,；,次级代谢：酶,专一性不强,；,加入不一样前体物，往往能够造成机体合成不一样类型次级代谢产物。,微生物产能代谢专家讲座,第54页,一、次级代谢与次级代谢产物,（参见,p129）,初级代谢与次级代谢关系：,1、存在范围及产物类型不一样,2、对产生者本身主要性不一样,3、同微生物生长过程关系显著不一样,4、对环境条件改变敏感性或遗传稳定性上显著不一样,5、相关酶专一性不一样,6、一些机体内存在二种现有联络又有区分代谢类型,初级代谢是次级代谢基础，可为后者提供,前体物,和,能量,；,二者含有相同主要中间体物质；,次级代谢是初级代谢在特定条件下继续与发展，,可防止初级代谢过程中某种（或一些）中间体或产物过量积累对,机体产生毒害作用。,微生物产能代谢专家讲座,第55页,本章思索题：,1,、不一样营养类型微生物在不一样条件下产生,ATP,和还原力方式与特点。,2,、何为初级代谢、次级代谢？试论二者间关系。,微生物产能代谢专家讲座,第56页,