[生物学]第四章-异养微生物的生物氧化PPT课件.ppt

第四章第四章 异养微生物的生物氧化异养微生物的生物氧化1.“物质与能量”物质即能量，能量即物质。物质是能量的载体，能量是物质的属性。电子原子分子基团4.1 新陈代谢绪论氧化还原反应基团转移反应异构、重排反应2.有 机 物 化能异养菌 光能营养菌化能自养菌ATP光 能 无 机 物最初能源能量代谢是新陈代谢中的核心问题。中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成对一切生命活动都能使用的能源-ATP。3.核能发电站光能发电站水力发电站便携式电池（化能异养菌）（光能营养菌)(化能自养菌)4.腺腺嘌嘌呤呤核糖核糖 O P O P O P O-OOOO-O-O-+Mg2+ATP是细胞内的“能量通货”.ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体.5.PPPPATPP02108641214磷磷酸酸基基团团转转移移能能磷酸磷酸烯烯醇式丙醇式丙酮酮酸酸3-磷酸甘磷酸甘油酸磷酸油酸磷酸磷酸肌酸磷酸肌酸（磷酸基（磷酸基团储备团储备物）物）6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖3-磷酸甘油磷酸甘油6.ADPADP生物系统中的能流7.脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它其它单单糖糖三三羧羧酸酸循循环环电电子子传递传递（氧化）（氧化）蛋白蛋白质质脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙乙酰酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物小分子化合物进进一步分解成共同一步分解成共同的中的中间产间产物物 共同中共同中间间物物进进入三入三羧羧酸循酸循环环,经电经电子子传递链传传递链传递递生成生成H2O，释释放出大量能量，放出大量能量，其中一部分其中一部分储储存存在在ATP中。中。大分子降解成大分子降解成基本基本结结构构单单位位生物体内能量生物体内能量产产生的三个生的三个阶阶段段8.生物氧化的生物氧化的过过程程底物脱底物脱氢氢（或脱（或脱电电子）子）（该底物称作电子供体或供氢体）氢氢（或（或电电子）的子）的传递传递（需中（需中间传递间传递体，如体，如NADNAD、FADFAD等）等）氢氢受体接受受体接受氢氢（或（或电电子）子）（最（最终电终电子受体或最子受体或最终氢终氢受体）受体）9.生物氧化形式：加氧、脱氢生物氧化过程：脱氢、递氢生物氧化类型：有氧呼吸、无氧呼吸、发酵10.4.2 葡萄糖酵解途径 生物体内葡萄糖降解成丙酮酸的过程，称为糖酵解途径。包括EMP、HMP、ED、WD、葡萄糖直接氧化途径。糖酵解途径分三个阶段(1)已糖的活化(2)已糖的裂解(3)丙糖的氧化11.4.2.1 EMP途径12.葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化13.G-6-PG-6-P异构成异构成F-6-PF-6-P葡萄糖磷酸异构酶14.F-6-P形成F-1,6-2P磷酸果糖激酶15.F-1,6-2PF-1,6-2P形成甘油形成甘油醛醛-3-P-3-P和二和二羟羟丙丙酮酮磷酸磷酸16.二二羟丙丙酮磷酸异构成甘油磷酸异构成甘油醛-3-P-3-P17.甘油甘油醛醛-3-P-3-P氧化形成氧化形成1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸甘油醛-3-磷酸脱氢酶18.1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸转转移高能移高能键键形成形成ATPATP磷酸甘油酸激酶19.3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸转变转变成成2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶20.2-2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯烯醇式丙醇式丙酮酮酸酸烯醇化酶21.磷酸磷酸烯烯醇式丙醇式丙酮酮酸酸转变转变成丙酸酸成丙酸酸22.葡萄糖葡萄糖+2NAD+2Pi+2ADP 2丙丙酮酮酸酸+2NADH+2ATP特点：基本代谢途径，产能效率低；提供多种中间代谢物作为合成代谢原料；有氧时与TCA连接，无氧时丙酮酸及其进一步代谢产物 乙醛被还原成各种发酵产物。23.4.2.2 己糖单磷酸途径（HMP）24.第一阶段:生成五碳糖、NADPH及CO2第二阶段：五碳糖经转酮、转醛作用重新合成六碳糖25.磷酸戊糖经重排生成磷酸己糖和3-磷酸甘油醛，磷酸丙糖借EMP途径转化为丙酮酸，即：不完全HMP途径。磷酸戊糖进一步代谢有两种结局：六个葡萄糖分子参加反应，回收五个葡萄糖分子，消耗1分子葡萄糖（彻底氧化成CO2 和水），即：完全HMP途径。3葡萄糖-6-磷酸+6NADP+5NAD 5丙酮酸+6NADPH+5NADH+3CO2葡萄糖-6-磷酸+12NADP+12NADPH+6CO226.戊糖磷酸支路的生物学意义：（1）产生还原力（NADPH）并维持胞内的还原势；（2）为合成代谢提供多种碳骨架，拓展碳源范围；（3）为光能及化能自养菌CO2的固定提供前体物质；（4）特定情况下可提供能量，与EMP途径相联系，共同调节 代谢过程。27.4.2.3 EDED途径途径是少数缺乏完整EMP途径的微生物（限于假限于假单单胞菌属）胞菌属）的替代途径。2-酮-3-脱氧-6磷酸葡萄糖酸28.葡萄糖-6-磷酸+1NADP+5NAD 2丙酮酸+1NADPH+5NADH（1）两丙酮酸来历不同，一为裂解产物，一为EMP转化而来；（2）ED途径只产生1M底物水平磷酸化的ATP，但只需4步反应却能得到EMP途径经10步才能获得的丙酮酸。因此代谢速度快、转化率高。29.PK途径：5 5P P木木酮酮糖糖磷酸解磷酸解酮酮酶酶乙乙酰酰磷酸磷酸磷酸甘油磷酸甘油醛醛乙酸乙酸乳酸乳酸葡萄糖葡萄糖HKHK途径途径：5P P木木酮酮糖糖乳酸乳酸5 5P P核糖核糖4.2.4 WD D途径途径乙酸乙酸30.（1）同一微生物中常同时存在多条代谢途径，只依靠EMP或HMP途径的微生物较少见；（2）HMP途径可独立存在，也可与EMP或ED共存；（3）ED途径可独立存在，也可与HMP途径共存；（4）EMP途径一般不独立存在，常与HMP途径并存，且随微生物种类与生存环境不同，二者所占比例也不同；（5）多个途径都产CO2，但C来历不同。葡萄糖酵解途径总结31.4.3 呼吸作用微生物在降解底物过程中，将释放出的电子交给NAD(P)+、FAD等电子载体，再经过电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或者其他还原性产物并释放能量的过程。有氧呼吸O2为最终电子受体无氧呼吸氧化型化合物为最终电子受体32.4.3.1 有氧呼吸（1）糖酵解（2）丙酮酸氧化脱羧成乙酰CoA（3）TCA循环（4）NADH、FADH2被氧化产生能量ATP。33.(一)TCA循环34.35.36.37.38.39.乙乙酰酰CoA3NADFADGDPPi2H2O 2CO23NADH3HFADH2GTP HSCoA 40.（二）电子传递链及氧化磷酸化1 NADH-Q还原酶 （FMN Fe-S）2 琥珀酸-Q还原酶（FAD Fe-S）3 细胞色素还原酶 (血红素b、血红素c)4 细胞色素氧化酶 (Fe-S、血红素a、Cu)41.NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸琥珀酸等等复合物复合物 II复合物复合物 IV复合物复合物 I复合物复合物 IIINADH脱脱氢氢酶酶辅辅酶酶Q-细细胞色素胞色素还还原原酶酶细细胞色素胞色素C还还原原酶酶琥珀酸琥珀酸-辅辅酶酶Q还还原原酶酶42.43.44.45.电子传递释出的能量用于形成跨膜的质子梯度，此梯度用以驱动ATP的合成。在电子传递和磷酸化之间起偶联作用的是H+电化学梯度。46.47.无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是以NO3-、SO42-等氧化型化合物作为最终电子受体。4.3.2 无氧呼吸48.（1）硝酸盐呼吸：（反硝化作用）（2）硫酸盐呼吸 （3）碳酸盐呼吸 以以CO2CO2或重碳酸或重碳酸盐盐作作为为末端末端氢氢受体。受体。CO2+4H2CH4+2H2O+ATPSO42 H2SNO3NH3N249.4.4 发酵作用微生物以有机物为基质，以有机物为最终电子受体的生物氧化过程。即：为缺氧条件下糖类的分解。有机物 中间代谢产物 发酵产物碳流碳流电子流50.乙醇、甘油发酵乳酸发酵丙酸发酵丁酸、丙酮-丁醇发酵混合酸发酵与丁二醇发酵51.4.4.1 酵母菌乙醇发酵型酒精发酵C C6 6H H1212O O6 6 +2ADP 2 +2ADP 2乙醇乙醇2 CO2 CO2 2+2ATP+2ATP52.COCO2 2NaHSONaHSO3 3NADNADNADH+HNADH+HNADH+HNADH+HNADNADH H2 2O OPiPi葡葡萄萄糖糖1.6-1.6-二磷二磷酸果酸果糖糖3-3-磷酸甘磷酸甘油油醛醛磷酸二磷酸二羟羟丙丙酮酮丙丙酮酮酸酸乙乙醛醛乙乙醛醛HSO3HSO3-磷酸甘磷酸甘油油甘甘油油 型酒精型酒精发发酵酵C6H12O6+NaHSO3 甘油甘油+磺化磺化羟羟乙乙醛醛53.葡葡萄萄糖糖1 1、6-6-二二磷酸果糖磷酸果糖3-3-磷酸磷酸甘油甘油醛醛丙丙酮酮酸酸乙乙醛醛乙乙醇醇磷酸二磷酸二羟羟丙丙酮酮-磷磷酸甘油酸甘油甘油甘油NADH+HNADH+HNADNAD型酒精发酵2ADP2ADP2ATP2ATPCOCO2 2乙酸乙酸加加Na2CO3Na2CO3或或NaOHNaOH2C2C6 6H H1212O O6 6 2 2甘油乙酸乙醇甘油乙酸乙醇2CO2CO2 254.丁酸的丁酸的产产生生G2 Pyr2ATP2NADH丙丙酮酮酸酸还还原原酶酶2 CO2CoA2乙乙酰酰-CoA硫硫解解酶酶CoA脱脱氢氢酶酶-羟羟丁丁酰酰CoA乙乙酰酰乙乙酰酰CoA丁丁烯烯酰酰CoA水水解解酶酶丁丁酰酰CoA脱脱氢氢酶酶H2O丁丁酰酰CoA丁丁酸酸CoA转转移移酶酶乙酸乙酸乙乙酰酰CoA2 H4.4.2 丁酸型发酵（专性厌氧菌）当pH低于4.5时，开始丙丙酮酮、丁醇的生、丁醇的生产产。55.丙丙酮酮、丁醇的、丁醇的产产生生G硫硫解解酶酶CoA羟羟丁丁酰酰CoA乙乙酰酰乙乙酰酰CoA丁丁烯烯酰酰CoAH2O丁丁酰酰CoA丁丁醛醛CoA4 H2 CO22ATPCoA丁丁醇醇2乙乙酰酰-CoA乙酸乙酸乙乙酰酰CoA乙乙酰酰乙酸乙酸丙丙酮酮自自发发脱脱羧羧CO2CoA转转移移酶酶2 H2 H2 H2 H56.乙醇、乙酸的乙醇、乙酸的产产生生G4 H2 CO22ATPCoA2乙乙醛醛2乙醇乙醇2乙乙酰酰-CoAG4 H2 CO22ATPCoA2乙乙酰酰磷酸磷酸2乙酸乙酸2乙乙酰酰-CoA2 CoA2 Pi2 ATP2 ADP乙乙醛醛脱脱氢氢酶酶乙醇脱乙醇脱氢氢酶酶2 CoA57.含氮化合物的分解（氨基酸、碱基）脂类物质的分解烃类化合物的分解芳香族化合物的分解聚-羟基丁酸的分解4.5 其它化合物的生物氧化58.