微生物生理学.第四章第二节(GAI).ppt

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,*,*,*,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,*,*,*,回忆思考：,细菌走EMP途径进行乙醇发酵和酵母菌的乙醇发酵有什么不同？,第二节 微生物的呼吸作用,10/14/2025,2,1-32,呼吸作用 发酵作用,电子,NAD(P)H,分子氧或者其它 基质本身未完全氧化的,外源电子受体 中间产物,有氧呼吸,无氧呼吸,（2）关于丙酮酸脱氢酶,是一种多酶复合物。由,24,个分子的丙酮酸脱氢酶（,E1）、24,个分子的二氢硫辛酸转乙酰酶和,12,个分子的二氢硫辛酸脱氢酶（,E3）,组成。,是一种在好氧条件下合成的酶。,丙酮酸在进入三羧酸循环之前，首先经丙酮酸脱氢酶催化脱羧生成乙酰,CoA,。,乙酰,CoA,在柠檬酸合成酶的催化下与草酰乙酸缩合成柠檬酸进入三羧酸循环。,在厌氧条件下，其活性受到NADH抑制,磷酸烯醇式丙酮酸,ADP+H,丙酮酸,CoA-SH+H+NAD,NADH+H+CO,2,乙酰辅酶A,H,2,O,CoA-SH+H,草酰乙酸,ATP+CO,2,ADP+Pi,柠檬酸,异柠檬酸,NAD,NADH+CO,2,酮戊二酸,谷氨酸,NAD+H,2,O,NADH+NH,4,+H,琥珀酰辅酶A,NADH+CO,2,CoA-SH+NAD,GDP+Pi,GTP+CoA-SH,琥珀酸,延胡索酸,FAD,FADH,2,苹果酸,H,2,O,NAD,NADH+H,GTP,GDP+CO,2,磷酸烯醇式丙酮酸,ADP+H,丙酮酸,CoA-SH+H+NAD,NADH+H+CO,2,乙酰辅酶A,H,2,O,CoA-SH+H,草酰乙酸,ATP+CO,2,ADP+Pi,柠檬酸,异柠檬酸,NAD,NADH+CO,2,酮戊二酸,谷氨酸,NAD+H,2,O,NADH+NH,4,+H,琥珀酰辅酶A,NADH+CO,2,CoA-SH+NAD,GDP+Pi,GTP+CoA-SH,琥珀酸,延胡索酸,FAD,FADH,2,苹果酸,H,2,O,NAD,NADH+H,GTP,GDP+CO,2,TCA循环,（3）三羧酸循环,10/14/2025,7,1-32,Amino acids,Fatty acids,大家思考：,从葡萄糖分解开始到最后生成二氧化碳和水，总共产生多少ATP？,2NADH 6ATP,基质水平磷酸化 2ATP,2NADH 6ATP,2丙酮酸 2NADPH 6ATP,2乙酰COA 2FADH 4ATP,葡萄糖 4NADH 12ATP,基质水平磷酸化 2ATP,为细胞提供生理活动的能量。,为细胞生物合成提供多种碳骨架和还原力。,三羧酸循环是糖、蛋白质和脂肪酸代谢的 桥梁。,2、三羧酸循环的生理功能,（1）柠檬酸,是三羧酸循环中的一个中间体，它可以广泛的应用于饮料、食品和某些工业部门。可以通过黑曲霉的工业发酵方式由葡萄糖过量合成。,3、有氧呼吸与柠檬酸的过量合成,柠檬酸过量合成途径分析：,1、由乙酰辅酶A和草酰乙酸缩合；,2、酶谱分析,柠檬酸合成酶、顺乌头酸酶、柠檬酸脱氢酶活性高；,丙酮酸羧化酶、异柠檬酸裂解酶活性也高。,3、TCA循环受阻,葡萄糖,丙酮酸,2,乙酸,柠檬酸,草酸,乙醛酸,琥珀酸,CO,2,草酰乙酸,2,CO,2,丙酮酸羧化酶,异柠檬酸,异柠檬酸裂解酶,黑曲霉的柠檬酸合成途径,4、,厌氧微生物获得它们所需的TCA循环中间代谢产物的途径,在厌氧条件下，一些兼性厌氧微生物和厌氧微生物不进行TCA循环，但这些微生物在他们的合成代谢活动中也需要TCA循环的各种中间产物。,其中一条支路以还原途径起作用，它将草酰乙酸与琥珀酸之间的正常反应途径逆转；另一条支路则是草酰乙酸和a-酮戊二酸之间进行的一系列氧化反应，即经氧化途径由柠檬酸合成a-酮戊二酸，经还原途径由草酰乙酸还原为琥珀酸。,在厌氧条件下，TCA被分成两条分叉的生物合成支路：,2H,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,2H,CO,2,草酰乙酸,2H,苹果酸,延胡索酸,琥珀酸,乙酰CoA,柠檬酸,异柠檬酸,2H,酮戊二酸,CO,2,PEP羧化酶,在厌氧时，该反应被切断,葡萄糖,12,丙酮酸脱氢酶和a酮戊二酸脱氢酶的缺乏,5、回补途径,TCA循环中的一些主要成分，如草酰乙酸、琥珀酰CoA等是氨基酸、核苷酸、含卟啉环化合物合成的前体物质，在微生物生长过程中这些前体物质会不断消耗，因此需要不断的补充才能保证TCA循环的正常运行，即所谓的回补途径。,（1）乙醛酸循环,有些微生物能利用乙酸或能够产生乙酸的物质生长，甚至以乙酸作为唯一能源进行生长。,利用乙酸生长的微生物体内含有乙酸激酶和磷酸转乙酰酶，可使乙酸转变成乙酰CoA。,细胞内含有异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶，前者催化异柠檬酸裂解成琥珀酸和乙醛酸，后者催化乙醛酸和乙酰CoA缩合生成苹果酸,。,A、存在的证据,（1）柠檬酸合成酶 （2）顺乌头酸酶,（3）异柠檬酸裂解酶 （4）苹果酸合成酶,B、循环途径,草酰乙酸,柠檬酸,乙酰辅酶A,乙酸,异柠檬酸,琥珀酸,乙醛酸,2H,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶A,乙酸,（1）,（2）,（3）,（4）,C、循环中酶的特点,如果有葡萄糖或其他容易被利用的糖存在时，乙醛酸循环中一些酶将受到抑制，这是一种代谢产物的阻遏作用。,乙醛酸循环中的酶在厌氧时失去作用，乙醛酸循环是不能进行的。,D、厌氧微生物能否利用乙酸？,、在厌氧条件下，许多细菌可以通过铁氧还蛋白催化的逆反应，由乙酰CoA合成丙酮酸，丙酮酸又可以被相应的酶催化的羧化反应生成草酰乙酸。因此，一些具有铁氧还蛋白的菌能在厌氧条件下利用乙酸。,、克氏梭菌（,Clostridium kluyveri,）的乙醇乙酸发酵,在所有的梭菌发酵中，该菌只能在乙醇和乙酸的混合物作为能源时生长。,CH,3,CH,2,OH,NAD,+,NADH,CH,3,CHO,FD,FDH,2,CoA,NADH,NAD,+,2H,+,H,2,CH,3,COCoA,CH,3,COCoA+乙酸+2NADH+2H,+,丁酸+CoA+2NAD,+,+H,2,O,（2）,羟天门冬氨酸途径,在脱氮小球菌里，乙酸可以通过转氨作用生成甘氨酸，然后又与另一个乙酸分子缩合生成,羟天门冬氨酸，再经脱水生成草酰乙酸和氨。这条乙酸经,羟天门冬氨酸到草酰乙酸的途径称为,羟天门冬氨酸途径。,乙酸,甘氨酸,乙酸,羟天门冬氨酸,草酰乙酸,氨,乙酸,甘氨酸,乙酸,羟天门冬氨酸,草酰乙酸,氨,羟天门冬氨酸途径,（3）其他的酶促羧化反应,A、丙酮酸羧化酶,在酵母菌以及球形节杆菌中，补偿作用由丙酮酸羧化酶催化完成。,CO,2,+CH,3,COCOOH+ATP+H,2,O,Mg,2+,O=CCOOH,CH,2,COOH,ADPPi,B、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶,CO,2,COOH,CO P,CH,2,O,HOOCCH,2,CCOOH+Pi,磷酸烯醇式丙酮酸,草酰乙酸,C、PEP羧基磷酸转移酶催化的反应,PEP+CO,2,+Pi 草酰乙酸+PPi,D、苹果酸酶,E、PEP羧化激酶,6、不完全氧化,TCA循环的一系列代谢变化，可使糖类彻底氧化成水和二氧化碳，但某些微生物则能使糖类发生部分氧化，例如醋酸菌属（,Acetobacter,）的细菌。下面以醋酸发酵为例来说明。,醋酸发酵,乙醇在醋酸杆菌的作用下氧化为乙酸的过程。,醋酸发酵的步骤,第一：先由乙醇脱氢酶催化乙醇氧化为乙醛,第二：再经乙醛吸水形成水合乙醛,第三：水合乙醛在乙醛脱氢酶作用下生成醋酸,醋酸发酵全过程：,乙醇,O,2,H,2,O,乙醛,丙酮酸,葡萄糖,葡萄糖酸,H,2,O,水合乙醛,NADP,+,NADPH+H,+,ETS,（电子传递链）,O,2,醋酸,由于醋酸的生成，会改变体系的pH，我们要采取什么措施？,大家思考：,在实际醋酸生产中，从微生物发酵角度看，包括哪几个阶段？每个阶段由哪种微生物完成？,糖化：,曲霉菌（甘薯曲霉AS3.324、黑曲霉AS3.4309(UV-11)、宇佐美曲霉AS3.758）,酒精发酵：,生产上一般采用子囊菌亚门酵母属中的酵母，但不同的酵母菌株，其发酵能力不同，产生的滋味和香气也不同。北方地区常用1300酵母，上海香醋选用工农501黄酒酵母。K字酵母适用于以高梁、大米、甘薯等为原料而酿制普通食醋。AS2.109、AS2.399适用于淀粉质原料，而AS2.1189、AS2.1190适用于糖蜜原料。,醋酸发酵：,醋酸菌,关于醋酸杆菌,醋酸杆菌属：,39温度下可以生长，增殖的最适温度在30以上，主要作用是将酒精氧化为醋酸。在缺少乙醇的醋酸中，会继续把醋酸氧化成H,2,O和CO,2,，也能微弱氧化葡萄糖为葡萄糖酸。,葡萄糖氧化杆菌属：,能在低温下生长，增殖的最适温度在30以下，主要作用是将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，但不能继续把醋酸氧化为H,2,O和CO,2,。,醋酸菌的特性：,A、G-，有鞭毛，无芽孢，两端浑圆的杆状菌。,B、好氧，必须供给充足的氧气才能进行正常的发酵。在实施液体静止培养时，会在液面上形成菌膜，但葡萄糖氧化杆菌属不形成菌膜。在含有较高浓度乙醇和醋酸的环境中，醋酸杆菌对缺氧非常敏感，中断供氧会造成菌体死亡。,C、醋酸菌生长最适温度为28-33，醋酸菌不耐热，在60 下经10分钟即死亡。生长最适pH为3.5-6.5。一般的醋酸杆菌菌株在1.5-2.5%的醋酸浓度中，生长停止，（最高达7-9%）；耐酒精浓度为5-12%；耐食盐浓度低，为1-1.5%。,二、无氧呼吸（,anaerobic respiration,）,在呼吸过程中，如果基质氧化放出的电子经呼吸链交给除氧以外的外源电子受体，则称为无氧呼吸。,1.概念：,大多为无机物、特别是无机氧化物为最终电子受体。,呼吸链完整，或不完整或不清楚。,基质氧化彻底生成,H,2,O,和,CO,2,或不彻底。,2.特点:,代表:,硝酸盐还原、硫酸盐还原、碳酸盐还原。,（1）硝酸盐还原（反硝化作用）,以硝酸盐为最终电子受体，能进行此反应的菌叫硝酸盐还原菌。,A、反应与种类,6H,2,O+6CO,2,+12NO,2,C,6,H,12,O,6,+12NO,3,B、呼吸链种类,比一般细菌的呼吸链短，只能产生两个ATP。,NADH,2,NAD,ATP,黄素蛋白,辅酶Q,Cytb,ATP,CytC1,Cyta,Cyta,3,ATP,最终电子受体,一般细菌的呼吸链,NADH,2,NAD,ATP,黄素蛋白,辅酶Q,Cytb,硝酸盐还原酶,ATP,NO,3,NO,2,硝酸盐还原菌的呼吸链,请思考：,从微生物学的角度解释铲地保肥的原理？,（2）硫酸盐还原（反硫化作用）,底物：一般为葡萄糖、大多为乳糖,电子受体：硫酸盐,产物：氧化不彻底，积累有机酸,A、反应特点,无呼吸链，但具单一的细胞色素C3，在还原S中起电子传递作用，并有ATP合成。,B、呼吸链特点,（3）碳酸盐还原,一般为严格厌氧菌，以二氧化碳为最终电子受体，被还原为甲烷，故又称甲烷发酵作用。,奥氏甲烷杆菌,A、代表,2CH,3,CH,2,OH+CO,2,2CH,3,COOH+CH,4,不详,B、呼吸链,