《微生物的营养》课件.ppt

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1、小测验:一.填空1.金黄色葡萄球菌的细胞壁主要由_和_构成，革兰氏染色反应为_色。2.大肠杆菌的细胞壁外层主要由_构成，内层由_构成，革兰氏染色反应为_色。3.荚膜的主要作用是_。二问答题1.什么叫原生质体？2.简述革兰氏染色反应的方法步骤。,第三章 微生物的营养,第一节 微生物的营养元素和细胞成分第二节 营养物质进入细胞的方式第三节 微生物的营养类型第四节 培养基,第一节 微生物的营养元素和细胞的化学组成,1 微生物细胞的化学组成:构成微生物细胞的物质基础有两类:主要元素和微量元素，主要元素有碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钠、镁、钙、铁等，碳、氢、氧、氮、磷、硫这六种元素占细胞干重的97%；微

2、量元素包括锌、锰、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。,水是细胞维持正常生命活动必须的物质，一般可占细胞重量的70-90%。水分是微生物细胞的主要组成成分，水分占微生物细胞鲜重的70-90%，不同的微生物细胞含水量不同，微生物处于不同的生长时期含水量也有差异，一般幼龄菌含水量较多，衰老菌和休眠体含水量较少以下是各类微生物细胞含水量表。表3-2各类微生物细胞中的含水量,2 微生物的六大营养元素,现在知道，不论从元素水平还是从营养要素的水平来看，微生物的营养与摄食型的动物（包括人类）和光合自养型的植物非常相似，它们之间存在着“营养上的统一性”（见表4-1）。具体地说，微生物的营养要素有六种，即是碳源、氮

3、源、能源、生长因子、无机盐和水。表3-3微生物和动物、植物营养要素的比较,（1）碳源,碳源凡能够提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，称为碳源（carbon source）。碳源在微生物体内通过一系列复杂的化学变化合成细胞物质并为机体提供生理活动所需要的能量。微生物可利用的碳源范围是极其广泛的，可从表3-4中看到。碳源的种类：有机碳源：凡必需利用有机碳源的微生物，称为异养微生物。无机碳源：凡能利用无机碳源的微生物，则是自养微生物。下表3-4中已把碳源在元素水平上归为七种类型，其中第五类的“C”是假设的，至少目前还未发现单纯的碳元素可作为微生物的碳源。从另外六类来看，说明微生物能利用的碳源

4、类型大大超过了动物界或植物界所能利用的碳化合物。因而有人认为，任何高明的有机化学家，只要他将其新合成的产品投放到自然界，在那里早就有相应的能破坏、利用它的微生物在等待着了。碳源的功能：构成微生物细胞物质和微生物生命活动的能量物质。,表3-4 微生物的碳源谱,X指除C、H、O、N外的任何其他一种或几种元素。,微生物的碳源谱虽然很广，但对异养微生物来说，其最适碳源是“C H O”型。其中，糖类是最广泛利用的碳源，其次是醇类、醛类、有机酸类和脂类等。在糖类中，单糖优于双糖和多糖，已糖优与于戊糖，葡萄糖、果糖优于半乳糖、甘露糖；在多糖中，淀粉明显优于纤维素或几丁质等纯多糖，纯多糖优于琼脂等杂多糖和其他

5、大分子多糖如木质素。对异养微生物来说，它的碳源同时又作能源，这时，可认为碳源是一种双功能的营养物。值得注意的是，异养细菌虽必须利用各种有机碳源，但不少种类尤其是生长在动物的血液、组织、和肠道中的致病微生物。还需要少量二氧化碳才能正常生长，因此，在培养它们时，常要提供10%CO2（V/V）；在其他好氧微生物生长时，如果用KOH除去CO2，也往往对其生长有所抑制。在微生物发酵工业中，常根据不同微生物的营养需要，利用各种农副产品如玉米粉、米糠、麦麸、马铃薯、甘薯以及各种野生植物的淀粉，作为微生物生产廉价的碳源。这类碳源往往包含了几种营养要素，只是其中各要素的比例不一定适合各种微生物的要求罢了（表3-

6、5）。开展以纤微素、石油、CO2和H2作为碳源与能源来培养微生物的发酵是研究的热点。,表3-5 糖蜜的化学成分,*包括24种氨基酸（等）、4种核苷酸和少量蛋白质。*包括5种以上有机酸，如乌头酸，柠檬酸，苹果酸，甲基反丁烯二酸和琥珀酸等。,（2）氮源,氮源凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，称为氮源（nitrogen source）。与碳源相似，微生物能利用的氮源种类即氮源谱也是十分广泛的（表3-6）。分子态的氮N2：少数微生物可利用分子氮，如根瘤菌、蓝细菌、巴氏固氮梭状芽孢杆菌等。有机氮：大多数微生物以有机氮作为氮源，一般可利用无机氮的微生物，通常可利用有机氮。无机氮：主要是铵盐类，如硫

7、酸铵、磷酸铵、氯化铵、硝酸钾、尿素、氨等，一般腐生菌、肠道菌和动植物致病菌都能利用铵盐或硝酸盐作为氮源，放线菌可利用硝酸钠作氮源。NH4+细胞 氨基酸 菌体蛋白氨基酸自养菌 凡是微生物利用分子态、无机氮合成菌体蛋白的氨基酸，这类微生物我们称为氨基酸自养菌。,种类,在实验室和发酵工业生产中，常以铵盐、硝酸盐、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、血粉、蚕蛹粉、豆饼粉和花生饼粉作为微生物的氮源。表3-6微生物的氮源谱氮源的功能：主要用于构建细胞物质中含氮物质的原料。,（3）能源：能为微生物提供生命活动的能量来源的营养物或辐射能，称为能源。各种异养微生物的能源就是碳源，因此，它们的能源谱就是显得十分简单。有

8、机物：化能异养微生物的能源是碳源 化学物质（化能营养型）无机物：化能自养微生物的能源化学能微生物能源谱 辐射能（光能营养型）：光能自养和光能异养微生物的能源是光能。功能：提供生命活动的能量。,(4)生长因子：是一类调节微生物正常代谢所必须而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足细胞生长需要的有机化合物。各种微生物需要的生长因子的种类和数量是不同的；同种微生物对生长 因子的需求也会随着环境条件的变化而变化；例如鲁氏毛霉在厌氧条件下生长时需要维生素B1与生物素，而在好氧条件下生长时自身能合成两种物质，不需要外加这两种生长因子。生长因子分为三类：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶，维生素的功能

9、是酶的辅基或辅酶，氨基酸是构成细胞物质，嘌呤及嘧啶是酶的辅基或辅酶以及合成核苷、核苷酸和核酸。（5）无机盐：是微生物生长必不可少的一类营养物质，一般有磷酸盐、硫酸盐、氯化物以及含有钠、钾、钙、镁、铁等金属元素的化合物。,主要元素：硫、磷、钾、钠、钙、镁、铁无机盐 微量元素：铜、锌、钴、锰、硒、镍等。功能：它们是体内酶的组成部分；维持生物大分子和细胞结构的稳定性、调节并维持细胞的渗透压。（6）水：除少数微生物（如蓝细菌）能利用水中的氢来还原CO2合成糖类外，其他微生物并非把水当作真正的营养物，而是微生物代谢活动中必不可少的物质。功能：A 水是良好的溶剂，保证细胞内生化反应的进行；B 可维持各种生

10、物大分子结构的稳定性，并参与某些重要的生物化学反应；,食品的水分活度,一些食品的水分活度Aw值,奶粉 0.2鲜肉 0.97新鲜水果 面包 0.86大米面粉(含水量13-14%)0.65蔗糖饱和溶液 0.76,第二节 微生物吸收营养物质的方式,除原生动物外，其他各类有细胞的微生物都是通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸取营养物的。细胞膜运送营养物质有4种方式，即单纯扩散、促进扩散、主动运输、基团移位。1 单纯扩散：指疏水性双分子层细胞膜，在没有载体蛋白的参与下，单纯依靠物理扩散方式让小分子，尤其是亲水性分子由高浓度的细胞外（内）环境向低浓度的细胞内（外）环境进行扩散。通过这种方式运送的物质种类

11、不多，主要是O2、CO2、乙醇和某些氨基酸分子。由于单纯扩散对营养物的运送缺乏选择能力和逆浓度梯度的“浓缩”能力，因此，这种方式不是细胞获取营养物的主要方式。2 促进扩散：指营养物质在运送的过程中，必须借助于细胞膜上的载体蛋白的帮助才能进入细胞，而且每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性，但不消耗能量的一类扩散性运送方式，载体蛋白有时称作渗透酶、移位酶、移位蛋白。被运输物质与载体之间亲和力大小变化是通过载体分子的构象变化而实现的，在运送的过程中不发生化学变化，而且在促进扩散中不消耗能量，仍然是由膜外高浓度的溶质扩散到膜内，浓度差越大促进扩散的速率越快，当膜内外的浓度达到相等时为止。通过促进

12、扩散的进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。,3 主动运输：是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。其特点：营养物质在运输的过程中需要特异性的载体蛋白、要消耗能量，而且可以逆浓度运输，大多数的营养物质是通过这种方式进入细胞的，如主要的无机离子、有机离子和一些糖类（乳糖、麦芽糖、蜜二糖等）。4 基团移位：是指一类需要特异性的载体蛋白的参与，还要耗能的一种物质运送的方式，其特点是溶质在运送前后还会发生分子结构的变化，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。表3-1 运输营养物质方式的比较,（1）单纯扩散 膜外,（4）基团移位 膜外,营养物质的吸收主动运输

13、,营养物质的吸收-基团转位,细胞膜的结构及其物质运输方式,图3-4膜泡运输示意图,除以上四种运输方式外，在原生动物特别是变形虫中存在着膜泡运输（membrane vesicle transport）。膜泡运输是这类微生物的一种营养物质的运输方式。变形虫通过趋向性运动靠近营养物质，并将该物质吸附到 膜表面，然后在该物质附近的细胞膜开始内陷，逐步将营养物质包围，最后形成一个含有该营养物质的膜泡，膜泡脱离细胞膜而游离于细胞质中，营养物质通过这种方式由胞外进入胞内。如果膜泡中包含的是固体营养物质，则将这种营养物质运输方式称为胞吞作用；如果膜泡中包含的是液体，则称为胞饮作用。膜泡运输营养物质的过程一般分

14、五个时期（图6-2），即吸附期、膜伸展期、膜泡迅速形成期，附着膜泡形成期和膜泡释放期。,测验:一 名称解释:生长因子 碳源 氮源 二 问答题1.微生物的六大营养元素有哪些?2.微生物吸收营养物质的方式有哪些?有什么特点?三 填空1.噬菌体繁殖的五个阶段、。2.放线菌的菌体形态由、三部分构成。四 图解酵母菌和黑曲霉的细胞形态图,第三节 微生物的营养类型,营养类型是根据微生物生长所需要的主要营养物质如碳源和能源的不同，而划分的微生物类型。微生物营养类型划分的方法很多，较多的是按它们对能源、氢供体和基本碳源的需要来划分的四种类型，具体内容见表。目前所知的大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微

15、生物，对这类微生物而言，有机物既是碳源，又是能源，食品的腐败菌和食品中的致病菌也属于这类类型。,表4-10 微生物营养类型的分类,表3-2 微生物营养类型的分类,表3-3 微生物的营养类型,*NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等,在上述营养类型的分类中，其名称都是按能源和供氢体的顺序来表达的。上述四大类微生物的划分不是绝对的，它们在不同条件下生长时，往往可以互相转变。例如紫色非硫细菌在有光和厌气条件下生长时，可以利用光来还原CO2，这时它们属于光能自养型微生物，但当它们在有机物存在的条件时，又可以利用有机物与光能生长，此时它们属于光能异养型微生物。异养微生物也不是绝对不能利用CO2

16、，它们当中有许多可以利用CO2，只是它们不能以CO2作为唯一碳源或主要碳源进行生长，而是在有机物存在的条件下也可以利用CO2，将其还原成部分的细胞物质。自养微生物是能利用作为唯一碳源进行生长，但不是说它们绝对不能利用有机物进行生长。,营养缺陷的菌株,营养缺陷型某些菌株由于自然突变或人工诱变后遗传生物发生突变，失去合成某种或某些菌株生长必不可少的物质或合成的量不足，这些物质通常是生长因子如氨基酸、维生素、嘌呤或嘧啶或其衍生物，必须从外界补充该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为营养缺陷型(auxotroph)，相应的野生型菌株称为原养型(prototroph)。营养缺陷型菌株经常用来进行微生物遗

17、传学方面的研究，或作为工业发酵菌种发酵生产特殊氨基酸等。,第四节 培养基,培养基（medium）是人工配制的,适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。无论是以微生物为材料的研究,还是利用微生物生产生物制品,都必须进行培养基的配制，它是微生物学研究和微生物发酵工业的基础。1 培养基制备的原则和方法：在研究工作中制备培养基要综合文献资料和实践经验，大的原则如下：（1）目的明确：是培养细胞还是产物？是种子培养基还是发酵培养基？是生产含氮量低的还是含氮量高的发酵产物？（2）营养要协调：除水分外，一般碳源最多，其次是氮源、常量元素和生长因子，它们之间大致是10倍序列的递减趋势，碳源与氮源之比称碳氮比

18、（C/N），是指在培养基中所含的碳源中的碳原子摩尔数和氮源中的氮原子摩尔数之比。,（3）理化适宜：指培养基的pH值、渗透压、水活度和氧化还原电位等物理化学条件较为适宜。（4）经济节约：A 以粗代精：B 以“野”代“家”：如以粗的木薯粉代替优质淀粉等。C 以废代宝：指生产中以一些废弃的原料代替培养基中的成分，如豆制品厂的废水用以培养白地霉等。D 以简代繁：生产上改进培养基成分时，一般存在着越作改进，其成分总是有越来越丰富和复杂的趋势，应该注意简单一些。E 以氮代蛋白质氨基酸：能用廉价的N2、铵盐、硝酸盐或尿素的，就不用蛋白质或氨基酸。F 以纤代糖：G 以烃代粮：H 以国产的代进口：,2 培养基的

19、种类,培养基的种类繁多，根据成分物理状态和用途可将培养基分成多种类型：(一)按成份不同划分(1)天然培养基(complex medium)这类培养基主要以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成，牛肉膏蛋白胨培养基和麦芽汁培养基就属于此类。基因克隆技术中常用的LB(Luria-Bertani)培养基也是一种复合培养基，其组成见表6-9。常用的天然有机营养物质包括牛肉浸膏、蛋白胨、酵母浸膏(表6-10)、豆芽汁、玉米粉、土壤浸液、麸皮牛奶、血清、稻草浸汁、羽毛浸汁、胡萝卜汁、椰子汁等，嗜粪微生物(coprophilous microorganisms)可以利用粪水作为营养物质。复合培养基

20、成本较低，除在实验室经常使用外，也适于用来进行工业上大规模的微生物发酵生产。(2)合成培养基(synthetic medium)合成培养基是由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基(chemically defined medium)。高氏1号培养基和查氏培养基就属于此种类型。配制合成培养基时重复性强，但与天然培养基相比其成本较高，微生物在其中生长速度较慢，一般适于在实验室用来进行有关微生物营养需求、代谢、分类鉴定、生物量测定、菌种选育及遗传分析等方面的研究工作。,（二）根据物理状态划分 根据培养基中凝固剂的有无及含量的多少，可将培养基划分为固体培养基、半固体培养基和液体培

21、养基三种类型。(1)固体培养基(solid medium)在液体培养基中加入一定量凝固剂即为固体培养基。理想的凝固剂应具备以下条件:1.不被所培养的微生物分解利用；2.在微生物生长的温度范围内保持固体状态。在培养嗜热细菌时，由于高温容易引起培养基液化，通常在培养基中适当增加凝固剂来解决这一问题；3.凝固剂凝固点温度不能太低，否则将不利于微生物的生长；4.凝固剂对所培养的微生物无毒害作用；5.凝固剂在灭菌过程中不会被破坏；6.透明度好，粘着力强；7.配制方便且价格低廉。常用的凝固剂有琼脂(agar)、明胶(gelatin)和硅胶(silica gel)。表3-6列出琼脂和明胶的一些主要特征。对绝

22、大多数微生物而言,琼脂是最理想的凝固剂,琼脂是由藻类(海产石花菜)中提取的一种高度分支的复杂多糖；明胶是由胶原蛋白制备得到的产物,是最早用来作为凝固剂的物质,但由于其凝固点太低,而且某些细菌和许多真菌产生的非特异性胞外蛋白酶以及梭菌产生的特异性胶原酶都能液化明胶,目前已较少作为凝固剂；硅胶是由无机的硅酸钠(Na2SiO3)及硅酸钾(K2SiO3)被盐酸及硫酸中和时凝聚而成的胶体,它不含有机物,适合配制分离与培养自养型微生物的培养基。,表3-6 琼脂与明胶主要特征比较,除在液体培养基中加入凝固剂制备的固体培养基外，一些由天然固体基质制成的培养基也属于固体培养基。例如由马铃薯块、胡萝卜条、小米、麸

23、皮及米糠等制成固体状态的培养基就属于此类。如生产酒的酒曲、生产食用菌的棉子壳培养基。,(2)半固体培养基(semisolid medium)半固体培养基中凝固剂的含量比固体培养基少，培养基中琼脂量一般为0.20.7%。半固体培养基常用来观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定等。(3)液体培养基(liquid medium)液体培养基中未加任何凝固剂。在用液体培养基培养微生物时，通过振荡或搅拌可以增加培养基的通气量，同时使营养物质分布均匀。液体培养基常用于大规模工业生产以及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的研究。(4)脱水培养基（dehydrated culture media）又

24、称脱水商品培养基（dehydrated commercial media）或预制干燥培养基（pre-fabricated dried culture media），指含有除水以外的一切成分的商品培养基，使用时只要加入适量水分并加以灭菌即可，是一类成分精确又使用方便的现代化培养基。,（三）按用途划分(1)基础培养基(minimum medium)尽管不同微生物的营养需求各不相同，但大多数微生物所需的基本营养物质是相同的。基础培养基是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。基础培养基也可以作为一些特殊培养基的基础成分，再根据某种微生物的特殊营养需求

25、，在基础培养基中加入所需营养物质。(2)加富培养基(enrichment medium)加富培养基也称营养培养基，即在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基，这些特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等。加富培养基一般用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物，如培养百日咳博德氏菌(Bordetella pertussis)需要含有血液的加富培养基。加富培养基还可以用来富集和分离某种微生物，这是因为加富培养基含有某种微生物所需的特殊营养物质，该种微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并逐渐富集而占优势，逐步淘汰其它微生物，从而容易达到分离该种微生物的目的。从某

26、种意义上讲，加富培养基类似选择培养基，两者区别在于，加富培养基是用来增加所要分离的微生物的数量，使其形成生长优势，从而分离到该种微生物；选择培养基则一般是抑制不需要的微生物的生长，使所需要的微生物增殖，从而达到分离所需微生物的目的。(3)选择培养基(selective medium)选择培养基是用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基。根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。,(4)鉴别培养基(differential medium)鉴别培养基是用于鉴别不同类型

27、微生物的培养基。在培养基中加入某种特殊化学物质，某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物，而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化，可将该种微生物与其他微生物区分开来。鉴别培养基主要用于微生物的快速分类鉴定，以及分离和筛选产生某种代谢产物的微生物菌种。常用的一些鉴别培养基见表37。EMB(Eosin Methylene Blue)培养基中的伊红和美蓝两种苯胺染料可抑制G+细菌和一些难培养的G-细菌。在低酸度下，这两种染料会接合并形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。因此，试样中多种肠道细菌会在 EMB培养基平板上产生易于用肉眼识别的多

28、种特征性菌落，尤其是E.coli 因其能强烈分解培养基中的乳糖产生大量混合酸，菌体表面带H+，故可染上酸性染料伊红，又因伊红与美蓝接合，故使菌体染上深紫色，且从菌体表面的反射光中还可看到绿色金属闪光，其它几种产酸力弱的肠道菌的菌落也有相应的棕色；如肠杆菌属（Enterobacter）、沙雷氏菌属（Sarratia）克雷伯氏菌属、（Klebsiella）、哈夫尼菌属（Hafnia）等，而不发酵乳糖不产酸的肠道致病菌的菌落是无色透明的，如变形菌属（Proteus）、沙门氏菌属（Salmonella）、志贺氏菌属(Shigella)等。,微生物在鉴别培养基上的生长,Escherichia coli

29、on EMB Agar,Salmonella typhimurium on HE Agar,鉴别运动的培养基,表3-8 一些鉴别培养基,选择性的培养基和鉴别培养基,酪素培养基和淀粉培养基,3 培养基制备的基本过程,称量 溶解 调节pH 过滤 分装 灭菌 斜面 倒平板,涂布平板法示意图,第四章 微生物的代谢,代谢(metabolism)是细胞内发生的各种化学反应的总称，它由分解代谢(catabolism)和合成代谢(anabolism)两个过程组成。各种微生物的初级代谢途径是普遍存在的，而且基本相同、稳定。分解代谢酶系 复杂分子 简单分子+ATP+H（有机物）合成代谢酶系H表示还原力或称还原当量

30、。第一节 化能异养微生物的生物氧化和产能第二节 自养微生物的生物氧化第三节 能量转换第四节 微生物独特的合成代谢,微生物的能量代谢,分解代谢实际上是物质在细胞内经过一系列的氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，这个过程也称为生物氧化。1 化能异养微生物的生物氧化和产能2 自养微生物的生物氧化 分解代谢3 能量转换4 微生物独特的合成代谢,第一节 化能异养微生物的生物氧化和产能,生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢和失去电子3种，其过程可分脱氢（或电子）、递氢（或电子）、受氢（或电子）3个阶段；生物氧化的功能有产能（ATP）、产还原力（H）和产小分子中间代谢物3种；而生物氧化的类型则包括了呼

31、吸、无氧呼吸和发酵3种。（1）EMP途径：糖酵解途径，是大多数生物所共有的一条主流代谢途径。葡萄糖 2丙酮酸+2ATP+2NADH+H+C6O12H6+2NAD+2ADP+2Pi 2CH3COCOOH+2NADH+2H+2ATP+2H2OEMP途径是多种微生物所具有的代谢途径。净生成2ATP。（2）HMP途径：又叫戊糖磷酸途径，特点是葡萄糖不经过EMP和TCA循环而得到彻底氧化，并能产生大量NADP+H的形式的还原力以及多种重要的中间代谢产物。,EMP途径,生物化学中解析EMP途径的特点,葡萄糖转化成1，6二磷酸果糖后，经过醛缩酶的催化，裂解成磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛被进一

32、步氧化生成2分子丙酮酸，1分子葡萄糖可降解成2分子3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP。2分子3-磷酸甘油醛被氧化生成2分子丙酮酸，2分子NADH2和4分子ATP。,HMP的重大意义：供应合成原料如核酸CoA等原料，其中的赤藓糖-4-磷酸是合成芳香簇、杂环簇氨基酸（苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、和组氨酸）的原料。（3）ED途径：ED途径不依赖于EMP和HMP途径，是糖类的厌氧降解途径，这是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有的。也称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸途径，其特点是葡萄糖只经过4步反应即可获得由EMP10步反应才能形成的丙酮酸。在革兰氏阴性细菌中较多，好氧

33、菌中分布不多。见P112。（4）TCA循环：广泛存在于各种生物体中重要的生物化学反应，各类好氧微生物中普遍存在。（5）PK途径：即是磷酸解酮酶途径，磷酸解酮酶有两种，包括戊糖磷酸解酮酶和己糖磷酸解酮酶，常常见于乳酸菌中的肠膜明串珠球菌、短乳杆菌、甘露乳杆菌等采用此途径代谢葡萄糖产生乳酸、乙醇。,HMP途径,丙酮酸脱羧生成乙酰CoA，乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸再进入三羧酸循环。TCA的结果是乙酰CoA被彻底氧化成CO2和H2O，氧化1分子的乙酰CoA可产生12分子的ATP，草酰乙酸参与反应而本身并不消耗。,乳酸菌糖代谢的特点,对葡萄糖代谢：同型发酵：C6H12O6 2CH3CHOHCOOH

34、+2ATP 异型发酵：C6H12O6 1CH3CHOHCOOH+1CH3CH2OH+CO2+1ATP双歧杆菌：C6H12O6 2CH3CHOHCOOH+3CH3COOH+2.5ATP乳糖发酵：乳糖 C6H12 O6+半乳糖 异构化成葡萄糖,第二节 自养微生物的生物氧化,一些微生物可以从氧化无机物获得能量，同化合成细胞物质，这类细菌称为化能自养微生物，它们在无机能源氧化过程中通过氧化磷酸化产生ATP。能进行光能营养的微生物真菌中有藻类及原核生物中蓝细菌。（1）氨的氧化：NH3和NO2-是可以用作能源的最普通的无机氮化合物，能被硝化细菌所氧化，硝化细菌可分为亚硝化细菌。硝化细菌都是G+细菌，以分子

35、氧作为最终电子受体，而且大多数是专性无机营养型。（2）硫的氧化：硫杆菌能利用一种或多种还原态或部分还原态的硫化物作能源。每氧化1 SO32-产生2.5个ATP。（3）铁的氧化：从亚铁到高铁状态的铁的氧化，对于少数细菌来说也是一种产能反应，但从这种反应中只有少量的能量可以被利用。（4）氢的氧化：氢细菌都是一些G-的兼性化能自养菌。它们能利用分子氢氧化产生的能量同化CO2，也能利用其他有机物生长。（5）循环光合磷酸化：光能营养微生物（6）非循环光合磷酸化：,（5）循环光合磷酸化：一种存在于光合细菌中的原始光合作用机制，因可在光能的驱动下通过电子的循环式传递而完成磷酸化产能反应。常见的红螺菌目，属于

36、厌氧菌，由于菌体含有菌绿色和类胡萝卜素的量和比例的不同，使菌体呈现出红、橙、蓝绿、紫红、紫或褐等不同的颜色。这是一群典型的水生细菌，广泛分布在缺氧的深层淡水或海水中。由于光合细菌在厌氧条件下所进行的不产氧光合作用可利用有毒的H2S或污水中的有机物（脂肪酸、醇类）作还原CO2时的氢供体因此可用于污水净化。,（6）非循环光合磷酸化：这是各种绿色植物和藻类、蓝细菌所共同的是利用光能产生ATP的磷酸化反应。其特点：电子的传递途径属非循环式的，而且是有氧下进行的。,第三节 能量转换,由上面途径底物脱下的氢通过底物水平的磷酸化和氧化磷酸化将某种物质氧化而释放的能量储存于ATP等高能分子中，对光合微生物而言

37、，则可通过光合磷酸化将光能转变为化学能储存于ATP中。呼吸指生物氧化和产能的过程叫呼吸。（1）氧化磷酸化（有氧呼吸）：物质生物氧化 NADH+FADH2 电子传递系统将电子传递给分子氧或其他氧化型的物质，偶联ATP的合成，产生的能量多。对这类微生物培养要通气培养。终产物为二氧化碳和水。FMN(黄素单核苷酸)FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)NADP、NAD(吡啶核苷酸类)：NADP+、NAD+作为脱氢酶的电子受体。还原型的底物+NAD+氧化型的底物+NADH+H+还原型的底物+NADP+氧化型的底物+NADPH+H+,（2）底物水平的磷酸化（无氧呼吸）：营养物质生物氧化 ATP、GTP。这类呼吸链末

38、端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化，这是一类在无氧条件下进行的、产能效率较低的特殊呼吸。如果无机氧化物充分，产物也能氧化为二氧化碳和水。需氧微生物在呼吸过程中，能利用分子氧做为最终电子受体的的生物氧化过程，称为有氧呼吸，这种微生物称需氧微生物。P104比较有氧呼吸、厌氧呼吸、发酵作用的产能大小。有氧呼吸：C6H6O6 38ATP厌氧呼吸：C6H6O6 1796.14KJ发酵作用：C6H6O6 226KJ,无氧呼吸包括硝酸盐呼吸、硫酸盐呼吸、硫呼吸、铁呼吸等。（3）发酵作用（fermentation）：广义的发酵最早是指从不断冒泡并产生有用发酵产物的一些自然现象开始的；目前

39、发酵泛指任何利用好氧性或厌氧性微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料的一类生产方式。狭义的发酵是指在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力H经呼吸链传递而直接交中间代谢物，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。ADP+Pi ATP 无O2下底物-H 反应物 中间代谢物 中间代谢物-H2（发酵产物）,发酵的类型很多，食品工业中的发酵常见的如下：1 乙醇发酵：EMPC6H12O6 CH3COCOOH CH3CHO CH3CH2OH2 醋酸发酵：CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH实质是醋酸菌将乙醇在有氧的条件下氧化成乙酸。醋酸菌的种类较多，如纹膜醋酸杆菌、许氏醋酸杆菌等。

40、3 柠檬酸发酵：关于柠檬酸的发酵，目前大多数的学者认为柠檬酸并非只有TCA循环产生，还可由葡萄糖经EMP途径生存丙酮酸，丙酮酸羧化反应形成草酰乙酸，与乙酰辅酶A形成柠檬酸。葡萄糖 磷酸稀醇式丙酮酸 草酰乙酸 CO2 柠檬酸 丙酮酸 乙酰辅酶A 4 乳酸发酵：乳酸是乳酸菌发酵的最终产物。乳酸菌的种类有许多，发酵的方式有正型乳酸发酵和异型乳酸发酵两种。正型乳酸发酵：C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CHOHCOOH+2ATP异型乳酸发酵：C6H12O6+ADP+Pi CH3CHOHCOOH+CH3CH2OH+CO2+ATP，双歧杆菌等还产生乙酸等。,5 核苷酸的发酵:I+G的发酵生产。6

41、维生素的发酵：阿舒假囊酵母发酵生产维生素B2。此外还有氨基酸的发酵生产、曲酸的发酵生产、抗生素的发酵生产、酶的抑制剂的发酵生产、各种酶的发酵生产等。次生代谢产物微生物在其生命活动中会产生种类繁多的小分子代谢产物，这些代谢产物一般可以分为两类：初级代谢产物和次级代谢产物。初级代谢产物一般属于能量代谢或分解代谢的产物，如乙醇、有机酸、氨基酸等，因此初级代谢产物往往与细胞的生长代谢有着密切的关系。次级代谢产物不是微生物细胞生长所必须的代谢产物，对细胞生长并不具有明显的作用，而且通常以一簇结构相似的化合物组成。它们是微生物细胞正常代谢途径不通畅时增加了支路代谢而产生物质，往往在微生物生长停止后期（即分

42、化期）才开始合成，我们把这些物质叫做微生物的次生代谢产物。,第四节 微生物独特的合成代谢,1 自养微生物的CO2固定：CO2是自养微生物的唯一碳源，异养微生物将CO2作为辅助碳源，将空气中的CO2同化成细胞物质的过程，称为CO2的固定作用。自养微生物+CO2 细胞物质（糖）同化有卡尔文循环、还原性三羧酸循环、还原性的单羧酸循环三个途径。异养微生物+CO2 CO2固定在有机物上。因此，异养微生物即使能同化CO2，最终必须依靠吸收有机碳化合物生存。2 生物固氮（biological nitrogen fixation）：生物固氮是指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化还原成氨的过程。生物界中只有原

43、核生物才具有固氮能力。生物固氮作用的重要性是地球上仅次于光合作用的生物化学反应，它为地球上整个生物界的生存和繁荣发展提供了不可缺少和持续供应的还原态氮化合物。固氮的微生物有根瘤菌属、固氮菌属、红螺菌目、甲基球菌科、蓝细菌、以及芽孢杆菌属等。,自生固氮菌：如鱼腥蓝细菌、多粘芽孢杆菌。固氮菌的分类：共生固氮菌：如根瘤菌属。联合固氮菌：必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能进行固氮的微生物，如生脂固氮螺菌、肠杆菌属等。3 肽聚糖的生物合成：微生物所特有的结构大分子种类很多，原核生物细胞壁中的肽聚糖、磷壁酸、脂多糖以及壁外的糖被等；古生菌细胞壁中的假肽聚糖等；真核微生物细胞壁中的葡聚糖、甘露聚糖、

44、纤微素和几丁质等。（1）在细胞质中合成N-乙酰葡萄糖胺N-乙酰胞壁酸：葡萄糖 N-乙酰葡萄糖胺-UDP葡萄糖 N-乙酰胞壁酸-UDP（2）N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸：N-乙酰胞壁酸 UDP-N-乙酰胞壁酸五肽，分4步完成。P124。（3）在细胞膜中进行把“Park”核苷酸进一步接上N-乙酰葡萄糖胺和甘氨酸五肽“桥”。形成肽聚糖的单体。经过载体携带到细胞膜外合成肽聚糖。（4）细胞膜外合成肽聚糖的大分子，由肽聚糖的单体与引物分子间发生反应。,作业：一 名称解释：营养缺陷型 EMB 加富培养基 发酵作用 正型乳酸发酵 异型乳酸发酵 氨基酸自养菌二 问答题1.微生物分为几大营养类型？分类的依据是什么？每种营养类型有何特点？2.培养基制备的方法步骤是什么？高压灭菌的方法步骤？3.简述乙醇、乳酸、柠檬酸和肽聚糖的合成途径。,本章完 继续,