《环境工程微生物学》课程PPT教学课件（讲稿）第四章 微生物的生理 第一节 代谢概论 第二节 微生物产能代谢

第四章微生物的生理

第四章 微生物的生理

第一节代谢概论 代谢( metabolism): 细胞内发生的各种化学反应的总称 分解代谢( catabolism) 代谢 合成代谢( anabolism) 分解代谢 复杂分子 简单小分子AITP●[H (有机物) 合成代谢

第一节 代谢概论 代谢（metabolism）： 细胞内发生的各种化学反应的总称 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]

第二节微生物产能代谢 切生命活动都是耗能反应,因此,能量代谢是一切生物代谢 的核心问题 能量代谢的中心任务,是生物体如何把外界环境中的多种形式的 最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源-ATP 这就是产能代谢 化能异养微生物 有机物 最初还原态无机物 化能自养微生物 通用能源 能源 (ATP) 光能营养微生物 日光

第二节 微生物产能代谢 一切生命活动都是耗能反应，因此，能量代谢是一切生物代谢 的核心问题。 能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中的多种形式的 最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源------ATP。 这就是产能代谢。 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）

生物氧化 生物氧化就是发生在或细胞内的一切产能性氧化反应的总称 生物氧化与燃烧的比较 比较项目 燃烧 生物氧化 反应步骤 步式快速反应顺序严格的系列反应 条件 激烈 由酶催化,条件温和 产能形式 热、光 大部分为ATP 能量利用率

一． 生物氧化 生物氧化就是发生在或细胞内的一切产能性氧化反应的总称 比较项目 燃烧 生物氧化 反应步骤 一步式快速反应 顺序严格的系列反应 条件 激烈 由酶催化，条件温和 产能形式 热、光 大部分为 ATP 能量利用率 低 高 生物氧化与燃烧的比较

生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种 生物氧化的功能为: 产能(ATP)、产还原力[H和产小分子中间代谢物 Reduction ●H+ Organic molecule NAD coenzyme that includes two (electron carrier Oxidized organic NADH+ H*(proton) 在 hydrogen atn?3 molecule (reduced electron carrier) Oxidatio igure 5.9 Axpresenaatiye bio cgicai ox an. Iwc, electrons ard wo)p:tcrs Fi alto ther e quivalen: to two hydrogen atons)are transferred from an organIc substrate molecule to a coenzyme, NAD". NAD* actually receives one hydrogen atom and one electro 异养微生物利用有机物,自养微生物则利用无机物, ent 通过生物氧化来进行产能代谢

生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种 生物氧化的功能为： 产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物 在生物氧化过程中释放的能量可被微生物直接利用，也可通过 能量转换储存在高能化合物（如ATP）中，以便逐步被利用， 还有部分能量以热的形式被释放到环境中。 异养微生物利用有机物，自养微生物则利用无机物， 通过生物氧化来进行产能代谢

二、异养微生物的生物氧化 发酵 生物氧化反应 有氧呼吸 呼吸 厌氧呼吸 1.发酵 fermentation) 有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物 同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。 有机化合物只是部分地被氧化,因此,只释放出一小部分的能量。 发酵过程的氧化是与有机物的还原偶联在一起的。被还原的有机 物来自于初始发酵的分解代谢,即不需要外界提供电子受体

二、异养微生物的生物氧化 生物氧化反应 发酵 呼吸 有氧呼吸 厌氧呼吸 1. 发酵(fermentation) 有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物， 同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。 有机化合物只是部分地被氧化，因此，只释放出一小部分的能量。 发酵过程的氧化是与有机物的还原偶联在一起的。被还原的有机 物来自于初始发酵的分解代谢，即不需要外界提供电子受体

发酵的种类有很多,可发酵的底物有碳水化合物、有机 酸、氨基酸等,其中以微生物发酵葡萄糖最为重要 生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解( glycolysis) 糖酵解是发酵的基础 主要有四种途径: EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径

发酵的种类有很多，可发酵的底物有碳水化合物、有机 酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。 生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解（glycolysis） 糖酵解是发酵的基础 主要有四种途径： EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径

(1)EMP途径( Embden-Meyerhof pathway) igure 5.17 Fermentation Glycolysis The inset indicates the relationship of fermentation to the overall G ucose energy-producing processes. (a) An overview of fermentation, The first step is glycolysis, the con- version of glucose to pyruvic acid 2 NAD+ 2 ADP In the second step, the reduce coenzymes from glycolysis or its 2(NADH 2< ATP ternatives(NADH, NADPH) onate their electrons and hydro gen ions to pyruvic acid or a derivative to form a fermentation RESPIRATION 2 Pyruvic acid end-product.(b) End-products of Glycolysis NADH various microbial fermentations NADH In fermentation, ATP is gener- ated only during glycolysis Krebs cycle 2( NADH Pyruvic acid (or derivative) 2 NAD+ Formation of fermentation end-products transport chain and chemiosmosis

(1)EMP途径（Embden-Meyerhof pathway）

Glucose NAD NAD NADH +H NADH+H 1. 3-bisphosphoglycerate NAdH +H. Pyruvate 日本人肠内酵母感染导致醉酒(P99) Lactate X NADH +H NAD Pyruvic Acld Streptococcus, Saccharomyces Propionica Clostridium Escherichia Enterobacter Organism Lactobacillus. (yeast) Salmonella Bacillus Lactic acid Ethanol Propionic acid, Butyric acid, Ethanol Ethanol, lactic Fermentation and cO2 acetic acid butanol, acetone, lactic acid, acid, formic acid CO2, and H2 isopropyl alcohol, succinic acid, butanediol, acetoin, CO acetic acid, CO2, and H2 CO2, and H

日本人肠内酵母感染导致醉酒（P99）

3%的亚硫酸氢钠(pH7) 德国: Carl Neuberg) NADH AD+ 丙酮酸 乙醛 乙醇 (磺化羟基乙醛) NADH NAD+ 磷酸二羟基丙酮 磷酸甘油 Saccharomyces cerevisiae厌氧发酵 微生物学与第一次世界大战 甘油

微生物学与第一次世界大战 德国： （Carl Neuberg） 丙酮酸 CO2 乙醛 NADH NAD+ 乙醇 磷酸二羟基丙酮 NADH NAD+ 磷酸甘油 甘油 3%的亚硫酸氢钠（pH7） Saccharomyces cerevisiae厌氧发酵 （磺化羟基乙醛）