新陈代谢:是生物维持生命的动力源泉,是细胞内发
生的各种化学反应的总称。
分解代谢:又称异化作用,是指复杂有机大分子通过分解代谢酶系的催化产生简单分子、能量(一般以ATP形式存在)和还原力(一般以[H]表示)的作用。
合成代谢:又称同化作用,是指合成酶系的催化下,由简单小分子、ATP和[H]形式的还原力一起共同合成复杂的生物大分子的过程。
微生物代谢的特点是:1、代谢旺盛;2、谢极为多样化;3、代谢的严格调节和灵活性。
生物氧化:发生在生物细胞内的氧化还原反应。
微生物产能代谢可归纳为两类途径和三种形式:发酵、呼吸;底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化。
发酵:广义的发酵:利用微生物生产有用代谢产物的一种方式。狭义的发酵:指有机物氧化释放的电子未经电子传递链传递,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。
糖酵解:生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程。
EMP途径:又称糖酵解途径,以1分子葡萄糖为起始底物,经历10步反应,产生2分子ATP,同时生成2分子NADH2和2分子丙酮酸。或己糖二磷酸途径。
EMP途径生理功能:供应ATP能量和NADH2还原力;连接其他几个重要代谢途径的桥梁;为生物合成提供多种中间代谢产物;逆向反应可进行多糖合成。
HMP途径又称磷酸戊糖途径或支路,是循环途径。葡萄糖未经EMP途径和TCA 途径而彻底氧化,由6分子葡萄糖以6-磷酸葡萄糖的形式参与,循环一次用去1分子葡萄糖,产生大量NADPH2形式的还原力和多种中间代谢产物。
HMP途径的生理功能:微生物合成提供多种碳骨架,5-磷酸核糖可以合成嘌呤、嘧啶核苷酸,进一步合成核酸,5-磷酸核糖也是合成辅酶[NADP,FAD和CoA]的原料,4-磷酸赤藓糖是合成芳香族氨基酸的前提;HMP途径中的5-磷酸核酮糖可以转化为1,5-二磷酸核酮糖,在羟化酶催化下固定CO2,这对光能自养和化能自养菌有重要意义;为生物合成提供还原力(NADPH2)
ED途径:又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸途径,6-磷酸葡萄糖脱氢产生6-磷酸葡萄糖酸,在脱水酶和醛缩酶的作用下,生成1分子3-磷酸甘油醛和1分子丙酮酸。3-磷酸甘油醛随后进入EMP途径转变成丙酮酸。1分子葡萄糖经ED 途径最后产生2分子丙酮酸,以及净得各1分子的ATP、NADPH2和NADH2。
ED途径特点:1、2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸(KDPG)裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛是有别于其他途径的特征性反应
2、2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶是ED途径特有的酶
3、ED途径中最终产物,即2分子丙酮酸来历不同:1分子是由KDPG直接裂解产生,另1分子是由磷酸甘油醛经EMP途径获得。
4、1mol葡萄糖经ED途径只产生1molATP,从产能效率而言,ED 途径不如EMP 途径。
细菌酒精发酵:ED途径产生丙酮酸对于运动发酵单细胞菌这类微好氧菌来说,可脱羧成乙醛,乙醛又可以被NADH2还原成乙醇,这种经ED途径发酵生产乙醇的方法。
WD途径:WD途径中的特征性酶是磷酸解酮酶,所以又称磷酸解酮酶途径。根据解酮酶的不同,把具有磷酸戊糖解酮酶的叫PK途径,把具有磷酸己糖解酮酶的叫HK 途径。
PK途径:肠膜明串珠菌,PK途径利用葡萄糖进行异型乳酸发酵,途径中关键反
应5-磷酸木酮糖裂解为乙酰磷酸和3-磷酸甘油醛,催化反应的酶是磷酸戊糖解酮酶,乙酰磷酸进一步生成乙酸,3-磷酸甘油醛转化为乳酸。1分子葡萄糖生成乳酸、乙醇、CO2、ATP和NADH+H+各1分子。
HK途径:两歧双歧杆菌是利用磷酸己糖解酮酶途径分解葡萄糖产生乙酸和乳
酸的。这条途
径中,1分子6-磷酸果糖由磷酸己糖解酮酶催化裂解为4-磷酸赤藓糖和乙酰
磷酸;另1分子6-磷酸果糖则与4-磷酸赤藓糖反应生成2分子磷酸戊糖。其中1分子5-磷酸核糖在磷酸戊糖解酮酶的催化下分解成3-磷酸甘油醛和乙酰磷酸。1分
子葡萄糖经磷酸己糖解酮酶途径生成1分子乳酸、1.5分子乙酸和2.5分子ATP。
Stickland反应:以一种氨基酸作氢供体,另一种氨基酸作为氢受体进行生物
氧化并获得能量的独特产能方式。Stickland反应是经底物水平磷酸化生成ATP,其产能效率相对较低,1分子氨基酸仅产1分子ATP。
发酵途径中的底物水平磷酸化:底物水平磷酸化是指ATP的形成直接由一个代谢中间产物上的高能磷酸基团转移到ADP分子上的作用。
酵母菌的发酵:I型发酵:即酵母菌的乙醇发酵,又称同型乙醇发酵,发酵产物
只有乙醇一种。酵母菌将葡萄糖经EMP途径降解生成2分子终端产物丙酮酸,丙酮酸脱羧生成乙醛,乙醛作为氢受体使NADH2氧化生成NAD+,同时乙醛被还原生成乙醇。
II型发酵:当环境中存在亚硫酸氢钠时,亚硫酸氢钠可与乙醛反应,生成难容的磺化羟基乙醛,该化合物失去了作为受氢体使NADH2脱氢并氧化的性能,而不形成乙醇,转而使磷酸二羟基丙酮替代乙醛作为受氢体,生成α-磷酸甘油,α-磷酸甘油进一步水解脱磷酸生成甘油。
III型发酵:葡萄糖经EMP途径生成丙酮酸后,脱羧生成乙醛,如处于弱碱性环境条件下,乙醛因得不到足够的氢积累,2个乙醛分子间发生歧化反应,1分子乙醛作为氧化剂被还原成乙醇,另1个则作为还原剂被氧化为乙酸。而磷酸二羟丙酮作为NADH2的氢受体,使NAD+再生,产物为乙醇、乙酸和甘油。
歧化反应是氧化还原反应中只有一种元素变价,且一部分化合价升高,一部分化合价降低.
氯气和水反应就是典型的歧化反应.
归中反应可以说与歧化反应刚好到过来,是只有一种元素变价,且部分元素化合价降低,部分升高,最终化合价在反应物中该元素化合价之间
硫化氢和浓硫酸就是典型的归中反应:-2价和+6价的S归中生成0价的硫单质和+4价二氧化硫气体.
细菌乙醇发酵:运动发酵单细胞菌和厌氧发酵单细胞菌利用ED途径分解葡萄糖为丙酮酸,最后生成乙醇。一些生长在极端酸性条件下的严格厌氧菌,胃八叠球菌和肠杆菌是利用EMP 途径进行乙醇发酵。
乳酸发酵:同型乳酸发酵是指1分子葡萄糖经EMP途径生成2分子丙酮酸,而后2分子丙酮酸被2分子NADH2全部还原成2分子乳酸。
异型乳酸发酵:葡萄糖经发酵后产生乳酸、乙醇(或乙酸)和CO2等多种产物的发酵。由于缺乏EMP途径中的醛缩酶和异构酶,因而只能依赖HMP(或WD)途径分解葡萄糖。葡萄糖分解成2-磷酸木酮糖,由磷酸戊糖解酮酶催化裂解成乙酰磷酸和3-
