微生物复习第五章

第五章 微生物的新陈代谢
新陈代谢：是指发生在活细胞中的各种分解代谢与合成代谢的总和。其中，分解代谢是指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸(ATP)形式的能量或还原力(或称还原当量，以[H]表示)的作用；合成代谢则与分解代谢相反，是指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量与[H]形式的还原力一起合成大分子的过程。
生物氧化：生物氧化是指发生在活细胞中的一系列产能性氧化反应的总称。
呼吸：呼吸是指底物按常规方式脱氢后，经完整的呼吸链递氢，最终由分子氧接受氢并产生水和释放能量(ATP)的生物氧化方式。呼吸必须在有氧条件下进行，因此又叫有氧呼吸。
无氧呼吸：无氧呼吸又称厌氧呼吸，是一类呼吸链末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。
发酵：无氧条件下，底物脱氢后产生的还原力不经呼吸链而直接传递给某一中间代谢物的低效产能反应。
氧化磷酸化：又称电子传递磷酸化，是指呼吸链的递氢（或电子）和受氢过程与磷酸化反应相偶联并产生ATP的作用。
光合磷酸化：由光照引起的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程成为光合磷酸化。
底物水平磷酸化：是指在生物氧化过程中产生一些含有高能磷酸键的化合物，并且这些高能磷酸化合物的高能磷酸键键能可以直接偶联ATP合成。
Stickland反应 :以一种氨基酸作氢供体和以另一种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能的独特发酵类型，称为stickland反应。stickland反应的产能效率很低，每分子氨基酸仅产1个ATP。
2、试述生物氧化的形式、过程、功能及类型。
形式：某物质与氧结合、脱氢或失去电子
过程:一般包括三个环节：
①底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电子供体或供氢体）
②氢（或电子）的传递（需中间传递体，如NAD、FAD等）
③最后氢受体接受氢（或电子）（最终电子受体或最终氢受体）
功能：产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间还原产物。
类型：呼吸、无氧呼吸、发酵
3、途径途径 在化能异养微生物的生物氧化中，其基质脱氢和产能的途径主要有哪几条？试比较各途径的主要特点。
脱氢和产能的途径：EMP、HMP、ED、TCA
特点：EMP 当葡萄糖转化成1.6-二磷酸果糖后，在果糖二磷酸醛缩酶作用下，裂解为两 个3Ｃ化合物，再由此转化为2分子丙酮酸。
HMP 当葡萄糖经一次磷酸化脱氢生成6-磷酸葡萄糖酸后，在6-磷酸葡萄糖酸脱酶作用下，再次脱氢降解为1分子CO2和1分子磷酸戊糖。
ED 是少数EMP途径

不完整的细菌所特有的利用葡萄糖的替代途径。一分子葡萄糖经ED途径可生成两个丙酮酸并净生成一个ATP、一个NADH+H+和一个NADPH+H+。
TCA (1)氧虽不直接参与其中反应，但必须在有氧条件下运转；
(2)丙酮酸在进入三羧酸循环之先要脱羧生成乙酰CoA，乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸再进入三羧酸循环。
(3)循环的结果是乙酰CoA被彻底氧化成CO2和H2O，每氧化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。
(4)产能效率极高；
(5)TCA位于一切分解代谢和合成代谢中的枢纽地位。
4、试述EMP途径在微生物生命活动中的重要性。
①供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原力；②是连接其它几个重要代谢途径的桥梁，包括TCA、HMP和ED途径等；③为生物合成提供多种中间代谢物；④通过逆向反应可进行多糖合成。
5、试述HMP途径在微生物生命活动中的重要性。
①供应合成原料；②产还原力；③作为固定CO2的中介；④扩大碳源的利用范围；⑤连接EMP途径。
6、试述TCA循环在微生物产能和发酵生产中的重要性。
TCA位于一切分解代谢和合成代谢中的枢纽地位，产能效率极高，不仅可为微生物的生物合成提供各种碳架原料，而且还与人类的发酵生产紧密相关。
7、在微生物能量代谢中ATP的产生途径有哪几条？
EMP、HMP、ED、TCA、呼吸、无氧呼吸、发酵
8、试比较呼吸、无氧呼吸、发酵的异同点。

产能 呼吸 无氧呼吸 发酵
环境条件 有氧 无氧 无氧
终电子受体 来源 环境，外源性 环境，外源性 胞内、内源性
性质 分子氧 化合物（通常为无机物） 代谢中间物
能进行代谢产能方式的微生物 专性好氧微生物、兼性好氧微生物、微嗜氧微生物 专性厌氧微生物、兼性好氧微生物 兼性好氧微生物、耐氧厌氧微生物、专性厌氧微生物

10、细菌的酒精发酵途径如何？它与酵母菌的酒精发酵有何不同？细菌的酒精发酵有何优缺点？
酒精发酵途径ED, 酵母菌的酒精发酵EMP
优缺点:
a.优点：代谢速率高；产物转化率高；菌体生成少；代谢副产物少；发酵温度高；不必定期供氧；细菌为原核生物，易于用基因工程改造菌种；厌氧发酵，设备简单。
b.缺点：生长pH为5，较易染菌；细菌耐乙醇力较酵母菌为低（细菌7%乙醇，酵母菌耐8-10%乙醇）；底物范围窄（葡萄糖、果糖）。
11、青霉素为何只能抑制代谢旺盛的细菌？其制菌机制如何？
原因：青霉素抑制肽聚糖的合成过程，形成破裂的细胞壁，代谢旺盛的细菌才存在

肽聚糖的合成，因此此时有青霉素作用时细胞易死亡。
作用机制：青霉素破坏肽聚糖合成过程中肽尾与肽桥间的转肽作用。
12、如何运用代谢调控理论使微生物合成比自身需求量更多的有用代谢产物？举例说明。
①应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节
如赖氨酸发酵、肌苷酸的生产；
②应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节
如黄色短杆菌的抗α—氨基—β—羟基戊酸菌株能累积苏氨酸；
③控制细胞膜的渗透性
如在谷氨酸发酵生产中只要把生物素浓度控制在亚适量的情况下，才能分泌出大量的谷氨酸，