污师必备的微生物代谢知识汇总!


能量代谢的中心任务是生物体如何把外界环境中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 。对微生物来说,它们可利用的最初能源有三大类即:有机物、日光和还原态无机物。

一、异养微生物的生物氧化

生物氧化是发生在活细胞内的一系列产能性氧反应的总称。生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢或失去电子;生物氧化的过程可分为脱氢(或电子)、递氢(或电子)和受氢(或电子)三个阶段;生物氧化的功能则有产能、产还原力和产小分子中间代谢物三种。异养微生物氧化有机物的方式,根据氧化还原反应中电子受体的不同可分成发酵和呼吸两种类型,而呼吸以可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种方式。

1 、发酵

发酵是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完成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。在发酵条件下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,可发酵的底物有糖类、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,主要分为四种途径:EMP 、 HMP 、 ED 、磷酸解酮酶途径。

EMP 途径

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整个 EMP 途径大致可分为两个阶段。第一阶段可认为是不涉及氧化还原反应及能量释放的准备阶段,只是生成两分子的主要中间代谢产物:甘油醛 -3- 磷酸。第二个阶段发生氧化还原反应,合成 ATP 并形成两分子的丙酮酸。在糖酵解过程中,有两分子 ATP 用于糖的磷酸化,但合成出四个分子的 ATP ,因此每氧化一个分子的葡萄糖净得两个 ATP 。

在两分子的 1,3-二磷酯甘油酸的合成过程中,两分子 NAD + 被还成为 NADH 。然而,细胞中的 NAD + 供应是有限的,假如所有的 NAD + 都转化为 NADH ,葡萄糖的氧化就得停止。因为甘油 -3- 磷酸的氧化反应只有在 NAD + 存在时才能进行。这一路径可以通过将丙酮酸还原,使 NADH 氧化重新成为 NAD + 而得以克服。

例如在酵母细胞中丙酮酸被还原成为乙醇,并伴有 CO2 的释放。而在乳酸菌细胞中,丙酮酸被还原成乳酸。对于原核生物细胞,丙酮酸的还原途径是多样的,但有点是一致的:NADH 必须重新被还原成 NAD + ,使得酵解过程中的产能反应得以进行。

EMP 途径可为微生物的生理活动提供 ATP 和 NADH ,其中间产物又可为微生物的合成代谢提供碳骨架,并在一定的条件下可逆转合成多糖。