分享：我个人整理出来的厦大微生物笔记

　　Chap 5 微生物的代谢和发酵
　　1、新陈代谢（metabolism） 2、分解代谢与合成代谢的联系与调节
　　3、大分子营养物质的降解
　　§1 微生物的产能代谢§2 微生物的合成代谢§3 微生物的代谢调控与发酵生产
　　Chap 6 微生物的代谢和发酵
　　1、新陈代谢（metabolism）
　　●概念：新陈代谢简称代谢，包括分解代谢和合成代谢。
　　分解代谢(catabolism)/异化作用（dissimilation）/产能代谢(energy-yielding metabolism);
　　合成代谢(anabolism)/同化作用(assimilation)/耗能代谢 (energy-expended metabolism)。
　　2、分解代谢与合成代谢的联系与调节
　　●联系：十分不同、紧密联系、伴同发生的两个过程。
　　●调节：最基本方式为调节代谢流（酶活性调节和酶合成调节）。
　　此外，营养物质运送、酶的定位等调节。
　　3、大分子营养物质的降解
　　●淀粉：α-淀粉酶（芽孢杆菌属、曲霉属），β-淀粉酶（多粘芽孢杆菌，根霉），淀粉葡萄糖酶（黑曲霉、米曲霉），异淀粉酶（黑曲霉、米曲霉）。
　　●纤维素：纤维素酶（木霉、纤维单孢菌、纤维素放线菌）。

　　天然纤维素（c1酶）-水合非结晶纤维素（CX1、CX2 酶）-纤维二糖+葡萄糖（纤维二糖酶）——葡萄糖
　　●果胶质：细菌（芽孢杆菌、假单胞菌）、真菌（青霉、曲霉、 根霉）。
　　天然果胶质（原果胶酶）-水可溶性果胶（果胶甲酯水解酶）-果胶酸（果胶酸酶）-半乳糖醛——糖代谢途径
　　●几丁质：细菌（梭菌病、芽孢杆菌病）、放线菌。
　　甲壳素（甲壳素酶）甲壳=糖（甲壳=糖酶）N-乙酰氨基葡萄糖
　　●脂肪(脂酶)：微生物种类较少，真菌以及霉菌
　　脂肪——甘油（糖酵解、TCA循环）各种中间产物、能量
　　——脂肪酸（β-氧化）乙酰COA——TCA循环/乙醛酸循环
　　●蛋白质：霉菌、细菌。
　　蛋白质（蛋白质）——肽（肽酶）——氨基酸
　　●内源代谢：贮存物质耗尽之后，利用细胞蛋白质和RNA作为能源。
　　§1. 微生物的产能代谢
　　I 、能量来自有机物--化能异养微生物的生物氧化与产能
　　●微生物生命活动所需的能量来源：氧化有机物（化能异养菌）、氧化还原态的无机物 （化能自养菌）、来自日光辐射能（光能营养菌）。
　　●生物氧化：定义、形式（氧结合、脱氢、失电子）、阶段。
　　●通用能源：ATP，跨膜质子电化学梯度
　　(△H)/质子动势。
　　一、单糖的分解代谢（以葡萄糖为例）
　　●葡萄糖分解代谢（氧化脱氢）途径。
　　1、EMP途径（Embdem-Meyerhof-Parnas Pathway）
　　● EMP途径的简图
　　● EMP途径的主要产物
　　● ATP和NADH的生成：位置、数量，底物水平磷酸化。
　　●总反应式：葡萄糖+2ADP+2NADT+2PI--2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+
　　●EMP途径的生理功能
　　2、HMP途径（hexose monophosphate pathway）
　　（1）特点：
　　●HMP途径又称已糖单磷酸途径,是在单磷酸已糖基础上开始降解。
　　●三种 戊糖相互转化。
　　● C4、C7（芳香族氨基酸前体）和C5（核酸前体）的生成。
　　●产生大量NADPH2形式的还原剂。
　　（2）总反应式：6葡-6-磷酸+12NADP+6H2O →5葡糖- 6磷酸+12NADPH+12H+12CO2+pi
　　（3）HMP途径的生理功能
　　3、ED途径（Enter-Doudoroff pathway）
　　●反应细节
　　●关键酶及关键反应
　　●主要产物（ATP、NADH、NADPH的生成数量）
　　4、三种途径比较（见下图）
　　●存在 ：
　　EMP、HMP是微生物降解葡萄糖的主要途径，二者在同一种微生物中往往同时存在，但在代谢的作用中的比例不同，ED途径存在嗜糖假单胞菌和运动发酵单胞菌等细菌。
　　●关键酶
　　产能效率：EMP（2ATP/葡糖）、ED （1ATP/葡糖）
　　●还原力的产生：EMP
　　（2NADH2）,ED（1NADH2+1NADPH2）、HMP （12NADPH2）
　　二、丙酮酸代谢
　　1、概述
　　●单糖经不同途径降解，产生丙酮酸和同化力[NAD（P）H2、ATP]，产物的去向取决不同微生物及不同培养条件。
　　●大多数好气和兼性好气性微生物，在有氧情况下：TCA循环，电子传递磷酸化、呼吸作用（respiration）。
　　●一些厌气菌和兼性好气菌，在无氧条件下，无氧呼吸。（anaerobic respiration）
　　●大多数厌气和兼性厌气有机化能营养微生物，在无氧条件下：发酵作用（fermentation）
　　2、三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle）
　　●反应部位：真核微生物（线粒体基质）、原核微生物（细胞质）
　　●反应历程：能量的产生（15个ATP/丙酮酸）。
　　●TCA循环的意义：枢纽地位，有机酸、谷氨酸 发酵。
　　三、生物氧化中递氢和受氢
　　●依据受氢体性质不同，生物氧化分：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵三种类型。
　　1、有氧呼吸（respiration）
　　●定义：呼吸链、最终受氢体（O2）。
　　●呼吸链（respiratorychain,RC）/电子传递链（electrontransport chain,ETC）
　　●氧化磷酸化机理与效率：化学渗透学说（chemiosmotic hypothesis）、 P/O比（molTAP/mol氧原子）。
　　2、无氧呼吸（anaerobic respiration）
　　●定义：最终受氢体为外源无机氧化物（个别是延胡索酸）
　　●类型：硝酸 盐 呼 吸（nitrate respiration）/反 硝 化 作 用（denitrification）
　　硫酸盐呼吸（sulfate respiration）、延胡索酸呼吸（fumarate respiration）
　　碳酸盐呼吸（carbanate respiration）、硫呼吸（sulphur respiration）
　　3、发酵（fermentation）
　　●定义：发酵工业、微生物生理（代谢）
　　●主要类型：由EMP途径中丙酮酸出发的发酵（6种类型）
　　通过HMP途径的发酵（异型乳酸发酵，肠膜状明患珠菌）
　　通过ED途径的发酵（细菌酒精发酵）
　　氨基酸发酵产能（Stickland反应）
　　● 发酵中的产能反应：底物水平磷酸化，高能磷酸化
　　合物，乙酰磷酸产能是厌氧微生物产能的主要方式。
　　II、能量来自无机物--化能自养菌的生物氧化与产物
　　1、概述
　　●两类自养菌还原CO2所需能量和还原力的来源不同。
　　●化能自养菌还原CO2时ATP和[H]的来源。
　　●微生物生理特性及种类：多数好氧性、少数兼性厌
　　氧、种类有硝化细菌、硫细菌、氢细菌、铁细菌等。
　　2、化能自养菌氧化产能的特点：
　　●还原性无机物氧化直接与
　　呼吸链相联。其过程比异养菌（经EMP/TCA等）简单。
　　●呼吸链的组分多样化。
　　●主要通过电子传递磷酸化产能、少数硫杆菌（氧
　　化亚铁硫杆菌）也能部分地进行底物水平磷酸
　　化产能。产能效率（P/O）比异养菌低。
　　3、列举：硝化细菌的能量代谢。
　　III、能量来自光能--光能自养菌的产能代谢
　　1、循环式光合磷酸化（cyclic photophosphorylation）
　　特点 过程：
　　●存在：光合细菌[着色菌属 （chromatium）、
　　红螺菌属 （Rhodospirillum）、绿菌属 （Chlorobium） 等18属]
　　2、非循环式光合磷酸化（noncyclic photophosphorylation）
　　●过程：●特点：
　　●存在：绿色植物、藻类、蓝细菌。
　　3、嗜盐菌紫膜的光合作用
　　●过程： ●机理（细菌视紫红质、质子泵、△P、化学渗透学说）
　　●存在：盐生盐杆菌（Halobacterium halobium），红皮盐杆菌（H.cutirubrum）
　　§2、微生物的合成代谢
　　●合成代谢（anabolism）/同化作用（assimilaton）耗能代谢（energy-expended metabelism）
　　一、微生和的合成代谢的特点
　　●微生物合成能力很强、但有种属差异。
　　●合成途径多样化比分解途径少、主要物质的合成途径比较一致。
　　●合成代谢条件：能量、还原力、无机物或简单有机物
　　二、自养微生物的CO2固定
　　1、Calvin循环（Calvin cycle）
　　●反应历程：
　　特征酶及其所催化的反应
　　●存在：化能自养菌、光能自养菌中蓝细菌和绝大部分光合细菌、藻类、绝色植物。
　　2、厌氧乙酰-辅酶A途径
　　●反应历程 ：
　　●存在：一些能利用氢的严格厌氧菌（产甲烷菌， 硫酸盐还原菌）。
　　3、还原性TCA循环途径
　　●关键酶及催化反应：a -酮戊二酸合成酶，催化琥珀酰-CoA+CO2→ a-酮戊二酸
　　●存在：少数光合细菌（例，嗜硫代硫酸盐绿菌Chlorobium thiosulfatophilum）。
　　4、三条途径比较：厌氧CO2、固定CO2比好氧更为有效。
　　三、生物固氮（fixation of molecular nitrogen）
　　1、定义及其作用：N2还原成NH3的过程，生态平衡、土壤肥力、节约能源避免污染。
　　2、固氮微生物种类
　　●自生固氮菌：独立进行固氮的微生物,种类繁多 （生理营养类型）
　　●共生固氮菌：与它种生物共生才能固氮。
　　●联合固氮菌：必须生活在水稻、甘蔗、玉米等植 物的根际、叶面或动物肠道等处才能固氮。
　　3、固氮的生化机制
　　●总反应式：N2+be+6H++12ATP——2NH3+12ADP+12Pi
　　● 条件：固氮酶、能量/产能体系、还原力及其载体、还原底物N2、Mg、严格厌氧微环境。
　　●固氮酶测定方法：微量克氏定氮法、同位素法、乙炔还原法。
　　●固氮酶组成及其功能●固氮的生化途径●氨的去路
　　4、好氧性固氮菌固氮酶的抗氧机制
　　●自生固氮菌：呼吸保护、构象保护
　　●蓝细菌：异型胞，非异胞蓝细菌（时间分隔、束状群体、过氧化物酶活力）
　　●根瘤菌：豆科植物共生根瘤菌（类菌体周膜、豆血经蛋白），非豆科植物共生根瘤菌（植物血红蛋白、泡囊）。
　　四、肽聚糖的合成
　　●肽聚糖合成的三个阶段和合成部位。
　　1、在细胞质中的合成。
　　●由葡萄糖合成N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸。 ●由N-乙酰胞壁酸合成 “park”核苷酸。
　　2、在细胞膜中的合成：细菌萜醇（bactoprend）/类脂载体、肽聚糖单体（二糖五肽亚单位）。
　　3、膜外组装：引物（至少含6-8个肽聚糖单体）、转糖基作用 （trans-glycosylation）、转肽酶（transpeptidase）转肽作用。
　　4、某些抗生素对肽聚糖合成的抑制作用：环丝氨酸、万古霉素、杆菌肽、青霉素。
　　§3微生物的代谢调控与发酵生产
　　一、微生物的代谢调节
　　●酶的合成调节：诱导、阻遏。●酶的活力调节：激活、抑制（反馈抑制）。
　　二、代谢调控在发酵工业中的应用
　　●应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节：赖氨酸发酵、肌苷酸（IMP）的生产。
　　●应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节。
　　●控制细胞膜的渗透性：生理学手段，细胞膜缺损突变。