第五章第五章 微生物的代谢微生物的代谢 第一节第一节 微生物的能量代谢微生物的能量代谢 第第二节二节 微生物特有的合成代谢途径微生物特有的合成代谢途径 第三节第三节 微生物次级代谢与次级代谢产物微生物次级代谢与次级代谢产物 第四节第四节 微生物代谢与生产实践微生物代谢与生产实践新陈代谢（新陈代谢（metabolism）：）：细胞内发生的各种化学反应的总称细胞内发生的各种化学反应的总称代谢代谢分解代谢分解代谢(catabolism)合成代谢合成代谢(anabolism)复杂分子复杂分子（有机物）（有机物）分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢简单小分子简单小分子ATPH第一节第一节 微生物的产能代谢微生物的产能代谢 将最初能源转换成通用的ATP过程 葡萄糖降解代谢途径生物氧化：发酵作用 产能过程 呼吸作用（有氧或无氧呼吸）1、化能异养微生物的生物氧化与产能一、概述过程：脱氢（或电子）递氢（或电子）受氢（或电子）功能：产能（ATP）、还原力、小分子代谢产物等生物氧化的生物氧化的形式形式：某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种：某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种自养微生物利用自养微生物利用无机物无机物异养微生物利用异养微生物利用有机物有机物生物生物氧化氧化能量能量微生物直接利用微生物直接利用储存在高能化合物（如储存在高能化合物（如ATP）中）中以热的形式被释放到环境中以热的形式被释放到环境中化能自养型细菌，通常是化能自养型细菌，通常是好氧菌好氧菌。
产能途径主要借助于产能途径主要借助于无机电子供体无机电子供体(NH(NH4 4+,H,H2 2S S等等)的氧化，从无机物的氧化，从无机物脱下的氢脱下的氢(电子电子)直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生ATPATP2、化能自养微生物的生物氧化与产能、化能自养微生物的生物氧化与产能特点特点:1）无机底物脱下的氢（电子）从相应位置直接进入呼吸链 2）存在多种呼吸链 3）产能效率低指可以利用光能并将它用于合成ATP和产生NADH或NADPH的微生物分为 不产氧光合微生物(光合细菌:菌绿素)产氧光合微生物(蓝细菌)前者利用还原态无机物H2S，H2或有机物作还原C02的氢供体以生成NADH和NADPH(污水处理）后者由H2O分子光解产物H+和电子形成还原力(NADPH+H+)3、光能自养或异养微生物的产能代谢、光能自养或异养微生物的产能代谢二、葡萄糖降解代谢途径 EMPEMP途径途径HMPHMP途径途径EDED途径途径PKPK途径途径(1)EMP途径（Embdem-Meyerhof-Parnas Pathway）又称糖酵解途径（glycolysis）或己糖二磷酸途径（hexosediphosphate pathway）可概括成:两个阶段（耗能和产能）三种产物（NADHH+、丙酮酸和ATP）EMPEMP途径的途径的1010步反应步反应EMP途径途径:在有O2条件下，与TCA连接，将丙酮酸彻底氧化成二氧化碳和水,产生6ATP;在无氧条件下，NADHH+可还原丙酮酸产生乳酸或乙醇。
glucose+2 NAD+2 ADP+2 Pi 2 pyruvate+2 NADH+2 H+2 ATP+2 H2O The overall process of glycolysis is:提供能量和还原力(ATP,NADH)；连接其它代谢途径的桥(TCA,HMP,ED)；提供生物合成的中间产物(丙酮酸，甘油醛-3磷酸）逆向合成多糖（淀粉、纤维糖、果胶）EMP途径的意义途径的意义:分为两个阶段：6-磷酸葡萄糖在脱氢酶等催化下经氧化脱羧生成NADPH+H+，CO2和5-磷酸核酮糖5-磷酸核酮糖在转酮酶和转醛酶催化下使部分碳链进行相互转换，经三碳、四碳、七碳等，最终生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛2)HMP 途径（Hexose Monophophate Pathway）（戊糖磷酸途径）6 6-磷酸葡萄糖+12NADP+3H2O 5 6-磷酸葡萄糖+6CO2+12NADPH+12H+Pi 6-6-磷酸果糖磷酸果糖出路：被转变重新形成6-磷酸葡糖，回到HMP途径甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸出路：a、经EMP途径，转化成丙酮酸，进入TCA 途径 b、变成己糖磷酸，回到HMP途径总反应式：总反应式：供应合成原料，该途径可产生从3C到7C的碳化合物，如戊糖-磷酸、赤藓糖-4-磷酸;HMP途径是戊糖代谢的主要途径，作为固定CO2的中介（Calvin）单独HMP途径较少，一般与EMP途径同存;产生大量的NADPH+H+形式的还原力。
HMP途径的意义途径的意义:(3)ED途径 2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途径(KDPG)研究嗜糖假单胞菌时发现，在 G-菌分布较广 过程：（4步反应）1 葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖 6-磷酸-葡糖酸 KDPG6-磷酸-葡萄糖-脱水酶丙酮酸+3-磷酸-甘油醛KDPG醛缩酶醛缩酶 特点:a、步骤简单 b、产能效率低：1 ATP c、关键中间产物 KDPG，特征酶：KDPG醛缩酶 丙酮酸意义：意义：ED途径是微生物所特有的利用葡萄糖的替代途径是微生物所特有的利用葡萄糖的替代途径途径,可与可与EMP、HMP途径相互协调，满足微生物对能量、途径相互协调，满足微生物对能量、还原力和不同中间代谢产物的需要还原力和不同中间代谢产物的需要细菌酒精发酵（运动发酵单胞菌）（4）PK途径（磷酸酮解酶途径）a、磷酸戊糖酮解酶途径（肠膜明串珠菌、短杆乳杆菌等）G 5-磷酸-木酮糖 乙酰磷酸+3-磷酸-甘油醛特征性酶：特征性酶：磷酸戊磷酸戊糖酮解酶糖酮解酶乙醇丙酮酸乳酸反应式：反应式：1 G 1 G 乳酸乳酸 +乙醇乙醇 +1 ATP+NADPH+H+1 ATP+NADPH+H+G 6-磷酸-果糖b、磷酸己糖酮解酶途径（HK途径）（两歧双歧杆菌）4-磷酸-赤藓糖+乙酰磷酸特征性酶特征性酶 磷酸己糖酮解酶磷酸己糖酮解酶 3-磷酸甘油醛+乙酰磷酸5-磷酸-木酮糖，5-磷酸-核糖乙酸戊糖酮解酶戊糖酮解酶乳酸 乙酸反应式：1 G 乳酸+1.5乙酸+2.5 ATP 1、定义 广义：利用微生物生产有用代谢一种生产方式。
狭义：厌氧条件下，以自身内部某些中间代谢产物作为最终氢 （电子）受体的产能过程 特点：1）通过底物水平磷酸化产ATP；2）葡萄糖氧化不彻底，大部分能量存在于发酵产物中；3）产能率低；4）产多种发酵产物三、发酵（fermentation）2、发酵类型1）乙醇发酵 a a、酵母型乙醇发酵、酵母型乙醇发酵（酿酒酵母、少数细菌如胃八叠球菌等）（酿酒酵母、少数细菌如胃八叠球菌等）型型：pH 3.54.5,pH 3.54.5,厌氧厌氧 1 G 2丙酮酸 2 乙醛+CO2 2 乙醇+2 ATP 型：型：加入加入NaHSO4NaHSO4（3%3%）NaHSO4+NaHSO4+乙醛乙醛 磺化羟乙醛（难溶）磺化羟乙醛（难溶），磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮作为氢受体，经水解去磷酸生成甘油作为氢受体，经水解去磷酸生成甘油-甘油发酵甘油发酵 型型：弱碱性（弱碱性（pH pH 7.5 7.5）2 2 乙醛乙醛 1 1 乙酸乙酸 +1+1 乙醇乙醇 （歧化反应）（歧化反应）EMPb、细菌型乙醇发酵 同型酒精发酵(发酵单胞菌和嗜糖假单胞菌)1 G 2 丙酮酸 代谢速率高，产物转化率高，发酵周期短等缺点是生长pH较高，较易染杂菌，并且对乙醇的耐受力较酵母菌低。
ED乙醇乙醇+1ATP 异型酒精发酵(乳酸菌、肠道菌等）1 G 2 丙酮酸（丙酮酸甲酸解酶）（丙酮酸甲酸解酶）乙醛 乙醇乙醇甲酸甲酸+乙酰-CoA乙醛脱氢酶EMP反应式：C6H12O62ADP 2CH3CHOHCOOH2ATP同型乳酸发酵是将1分子葡萄糖转化为2分子乳酸，消耗能量少应用：食品加工业的应用（鲜奶加工酸奶；腌制泡菜）；农业上用于青饲料的发酵；工业上用于规模化生产乳酸2）乳酸发酵同型乳酸发酵：同型乳酸发酵：德氏乳杆菌（德氏乳杆菌（Lactobacillus delbruckiiLactobacillus delbruckii ）嗜酸乳杆菌（嗜酸乳杆菌（L.acidophilus L.acidophilus）EMP异型乳酸发酵反应式：C6H12O2ADP CH3CHOHCOOHC2H5OHCO2ATP 异型乳酸发酵是将1分子葡萄糖转化为乳酸、乙醇及CO2各1分子，因而消耗能量较多HMP肠膜明串珠菌肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）乳脂乳杆菌乳脂乳杆菌（Lactobacillus cremoris）酵母、细菌的酒精发酵途径：酵母酵母的的“同型酒精发酵同型酒精发酵”：由由Saccharomycescerevisiae（酿酒酵母）等通过（酿酒酵母）等通过EMP途径途径进行进行 葡萄糖葡萄糖+2ADP+2Pi2乙醇乙醇+2CO2+2ATP细菌细菌的的“同型酒精发酵同型酒精发酵”：由由Zymomonasmobilis（运动发酵单胞菌）等通过（运动发酵单胞菌）等通过ED途径途径进行进行 葡萄糖葡萄糖+ADP+Pi2乙醇乙醇+2CO2+ATP细菌细菌的的“异型酒精发酵异型酒精发酵”：由由Leuconostocmesenteroides等通过等通过HMP途径途径进行。
进行葡萄糖葡萄糖+ADP+Pi乳酸乳酸+乙醇乙醇+CO2+ATP3)混合酸发酵肠道菌（E.coli、沙氏菌、志贺氏菌等）1 G丙酮酸乳酸乳酸乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 乙酰-CoA+甲酸甲酸丙酮酸甲酸解酶丙酮酸甲酸解酶草酰乙酸丙酸丙酸PEP羧化酶羧化酶磷酸转乙酰基酶磷酸转乙酰基酶乙醛脱氢酶乙醛脱氢酶乙酸激酶乙酸激酶乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶乙酸乙酸 乙醇乙醇CO2+H2 EMP4 4）丁二醇发酵丁二醇发酵 产气肠杆菌、沙雷氏菌等丙酮酸乙酰乳酸3-羟基丁酮乙二酰红色物质（乙酰乳酸脱氢酶）（乙酰乳酸脱氢酶）（OHOH-、O O2 2）中性（桔黄色桔黄色）丁二醇丁二醇精氨酸其中两个重要的鉴定反应：1、VP实验 2、甲基红（M.R）反应产气肠杆菌：V.P.试验（+），甲基红（-）E.coli：V.P.试验（-），甲基红（+）V.P.试验原理：特点：氨基酸的氧化与另一些氨基酸还原相偶联；产能效率低（1ATP）5）氨基酸的发酵产能（）氨基酸的发酵产能（stickland反应）反应）少数厌氧梭菌如生孢梭菌、肉毒梭菌等少数厌氧梭菌如生孢梭菌、肉毒梭菌等氧化 丙氨酸丙酮酸-NH3NADNAD+NADHNADH乙酰-CoANADNAD+NADHNADH乙酸乙酸 +ATPATP甘氨酸乙酸乙酸甘氨酸-NH3还原四、呼吸（respiration）有氧呼吸（aerobic respiration）无氧呼吸（anaerobic respiration）1 有氧呼吸从葡萄糖或其他有机物质脱下的电子或氢经过系列载体最终传递给外源从葡萄糖或其他有机物质脱下的电子或氢经过系列载体最终传递给外源O2O2或其他氧化型化合物并产生较多或其他氧化型化合物并产生较多ATPATP的生物氧化过程。
的生物氧化过程原核微生物：细胞膜上 真核微生物：线粒体内膜上 2 个产能的环节：TCA循环、电子传递CAT TCATCA循环为细胞提供能量循环为细胞提供能量TCATCA循环是微生物细胞内各种能源物质彻底氧化的共同代谢途径循环是微生物细胞内各种能源物质彻底氧化的共同代谢途径TCATCA循环是物质转化的循环是物质转化的枢纽枢纽1）TCA循环的生理意义：（2 2）呼吸链）呼吸链 位于位于原核生物细胞膜上原核生物细胞膜上或真核生物或真核生物线粒体线粒体膜上的由一系列氧膜上的由一系列氧化还原势不同的氢（或电子）传递体组成的一组链状传递顺化还原势不同的氢（或电子）传递体组成的一组链状传递顺序序(电子传递链电子传递链)；把氢或电子从低氧化还原势的化合物处传递给高氧化还原势把氢或电子从低氧化还原势的化合物处传递给高氧化还原势的分子氧或其他无机、有机氧化物，并使它们还原；的分子氧或其他无机、有机氧化物，并使它们还原；通过与氧化磷酸化反应发生偶联，就可产生通过与氧化磷酸化反应发生偶联，就可产生ATP形式的能量形式的能量1 1）电子传递链电子传递链载体载体NADH脱氢酶黄素蛋白（FP）辅酶Q（CoQ）铁-硫蛋白（Fe-S）及细胞色素类蛋白（Cyt）2 2）呼吸链中的氢和电子通路）呼吸链中的氢和电子通路呼吸链的主要组分都是类似的，一般为：NAD（P）FP FeS CoQ CytbCytcCytaCyta33）氧化磷酸化）氧化磷酸化：在氧化磷酸化过程中，通过呼吸链有关酶在氧化磷酸化过程中，通过呼吸链有关酶系的作用，可将底物分子上的质子从膜的内侧传递到膜的外系的作用，可将底物分子上的质子从膜的内侧传递到膜的外侧，导致膜内外出现质子浓度差，从而将能量隐藏在质子势侧，导致膜内外出现质子浓度差，从而将能量隐藏在质子势中，推动质子由膜外进入膜内，通过中，推动质子由膜外进入膜内，通过F1F1F0ATPF0ATP酶酶偶联，产偶联，产生生ATPATP。
2 无氧呼吸（厌氧呼吸）无氧呼吸（厌氧呼吸）是一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（个别为有机氧化物）的生物氧化无氧呼吸的特点：a常规途径脱下的氢，经部分呼吸链传递；b氢受体：氧化态无机物（个别：延胡索酸）c产能效率低1）硝酸盐呼吸硝酸盐呼吸（反硝化作用）即硝酸盐还原作用 特点：a 有其完整的呼吸系统；b 只有在无氧条件下，才能诱导出反硝化作 用所需的硝酸盐还原酶A亚硝酸还原酶等 c 兼性厌氧细菌 铜绿假单胞、地衣芽孢杆菌等硝酸盐呼吸（反硝化作用）同化性硝酸盐还原：NO3-NH3-N R-NH2（氨基酸）异化性硝酸盐还原：无氧条件下，利用NO3 3-为最终氢受体 NO3-NO2 NO N2O N2 反硝化意义：1）使土壤中的氮（硝酸盐NO3-）还原成氮气而消失，降低土壤的肥力；2）反硝化作用在氮素循环中起重要作用亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶氧化氮还原酶氧化氮还原酶氧化亚氮还原酶氧化亚氮还原酶硝酸盐还原酶硝酸盐还原酶 2）硫酸盐呼吸（硫酸盐还原）厌氧时，SO42-、SO32-、S2O32-等为末端电子受体的呼吸过程 特点：a、严格厌氧；b、大多为古细菌 c、极大多专性化能异氧型，少数混合型；d、最终产物为H2S；SO42-SO32-SO2 S H2S e、利用有机质（有机酸、脂肪酸、醇类）作 为氢供体或电子供体；f、环境：富含SO42-的厌氧环境（土壤、海水、污水等）3 3）碳酸盐呼吸（碳酸盐还原）碳酸盐呼吸（碳酸盐还原）以CO2、HCO3-为末端电子受体产甲烷菌:利用H2作电子供体（能源）、CO2为受体，产物CH4；产乙酸细菌:H2/CO2 进行无氧呼吸，产物为乙酸第二节 微生物特有的合成代谢途径一、细菌的光合作用 真核生物：藻类及其他绿色植物 产氧 原核生物：蓝细菌光能营养型生物 不产氧（仅原核生物有）：光合细菌1、光合细菌类群1）产氧光合细菌好氧菌 各种绿色植物、藻类 蓝细菌：专性光能自养。
H2S环境中，只利用光合系统 I 进行不产氧作用)2）不产氧光合细菌a、紫色细菌只含菌绿素a 或 b紫硫细菌紫硫细菌（着色菌科）（着色菌科）含紫色类胡萝卜素，菌体较大S沉积胞内氢供体：H2S、H2 或 有机物H2S S SO42-；少数暗环境以S2O32-作为电子供体氧化铁紫硫细菌（氧化铁紫硫细菌（Chromatium属）利用FeS,或Fe2+2+氧化产生Fe(OH)3沉淀b、绿色细菌（绿硫细菌）含较多的菌绿素c、d 或 e，少量 a电子供体：硫化物 或 元素硫，S沉积胞外；暗环境中不进行呼吸代谢，还可同化乙酸、丙酸、乳酸等简单有机物2、细菌光合色素 1）叶绿素（chlorophyll）：680、440nm 2）菌绿素 a、b、c、d、e、ga：与叶绿素 a 基本相似；850nm处b：最大吸收波长84010303）辅助色素：提高光利用率 类胡萝卜素：藻胆素：篮细菌独有 藻红素（550nm）、藻蓝素（620 640 nm）藻胆蛋白：与蛋白质共价结合的藻胆素3、细菌光合作用1）循环光合磷酸化细菌菌绿素将捕获的光能传输给其反应中心菌绿素P870，P870吸收光能并被激发，使它的还原电势变得很负，被逐出的电子经过由脱镁菌绿素(bacteriopheophytin，Bph)、CoQ、细胞色素b和c组成的电子传递链传递返回到细菌菌绿素P870，同时造成了质子的跨膜移动，提供能量用于合成ATP。
特点：a、光驱使下，电子自菌绿素上逐出后，经过类似呼吸链的循 环，又回到菌绿素；b、产ATP和还原力H分别进行，还原力来自H2S等无机物；c、不产氧（O2）紫色细菌循环光合磷酸化过程 2）非循环光合磷酸化特点：a、电子传递非循环式；b、在有氧的条件下进行；c、存在两个光合系统 d、ATP、还原力、O2同时产生蓝细菌等的产氧光合作用非循环光合磷酸化过程3）依靠菌视紫红质的光合作用无叶绿素或菌绿素参与的独特的光合作用，是迄今为止最简单的光合磷酸化反应极端嗜盐古细菌 菌视紫红质：以“视黄醛”（紫色）为辅基与叶绿素相似，具质子泵作用与膜脂共同构成紫膜；埋于红色细胞膜（类胡萝卜素）内ATPATP合成机理：合成机理：视黄醛吸收光，构型改变，质子泵到膜外，膜内外形成质子梯度差和电位梯度差，是ATP合成的原动力，驱动ATP酶合成ATP化能自养型细菌，通常是好氧菌产能的途径主要是借助于无机电子供体(能源物质)的氧化，从无机物脱下的氢(电子)直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生ATP最普通的电子供体是氢、还原型氮化合物、还原型硫化合物和亚铁离子(Fe2)利用卡尔文循环固定C02作为它们的碳源最重要反应：CO2 还原成CH20水平的简单有机物，进一步合成复杂细胞成分 大量耗能、耗还原力的过程。
二、细菌化能自养作用二、细菌化能自养作用 无机底物脱下的氢（电子）从相应位置直接进入呼吸链氧化磷酸化产能电子可从多处进入呼吸链，所以呼吸链有多种多样产能效率，即氧化磷酸化效率(P0值)通常要比化能异养细菌的低生长缓慢，产细胞率低有以下特点：无机底物上脱下的氢(电子)直接进入呼吸链化能自养细菌的能量代谢特点：化能自养细菌的能量代谢特点：1 硝化细菌 能氧化氮的化能无机营养型细菌将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用a、亚硝化细菌 NH3 3+O2 2+2H+NH2 2OH+H2 2O A氨单加氧酶羟氨氧化酶HNO2+4H+4e-b、硝化细菌NO2-+H2O 亚硝酸氧化酶NO3-+2H+2e-根据它们氧化无机化合物的不同也称氨氧化细菌(产生1分子ATP)2 氢细菌（氧化氢细菌）能利用氢作为能源的细菌组成的生理类群称氢细菌或氢氧化细菌(hydrogen oxidizing bacteria)兼性化能自养菌 主要有假单胞菌属、产碱杆菌属(Alcaligenes)、副球菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属(Flavobacterium)、水螺菌属(Aquaspirillum)、分支杆菌属(Mycobacterium)和诺卡氏菌属(Nocardia)等。
产能：2H2+O2 2 H2O合成代谢反应：2H2 +CO2 CH2O +H2O氢细菌的自养作用：氢细菌的自养作用：存在存在2种种氢酶：氢酶：膜结合氢酶：膜结合氢酶：涉及质子动势；涉及质子动势；细胞质细胞质中的中的氢酶：氢酶：为为Calvin cycle 提供还原力提供还原力NADH3 硫细菌（硫氧化细菌）利用H2S、S02、S2O32-等无机硫化物进行自养生长,主要指化能自氧型硫细菌嗜酸型硫细菌能氧化元素硫和还原性硫化物外，还能将亚铁离子(Fe2)氧化成铁离子(Fe3)第一阶段：H2S、S0和S2O32等硫化物被氧化为SO32第二阶段：形成的SO32进一步氧化为SO42和产能1、由细胞色素亚硫酸氧化酶将SO32直接氧化成为SO42，并通过 电子传递磷酸化产能，普遍存在于硫杆菌中2、磷酸腺苷硫酸(adenosine phosphosulfate，APS)途径在这条途径 中，亚硫酸与腺苷单磷酸反应放出2个电子生成一种高能分子 APS，放出的电子经细胞电子传递链的氧化磷酸化产生ATP由 腺苷酸激酶的催化，每氧化1分子SO32产生15分子ATP硫细菌产能途径：硫细菌产能途径：4 铁细菌和细菌沥滤铁细菌和细菌沥滤(1)铁细菌（多数为化能自养，少数兼性厌氧，产能低。
定义：定义：能氧化Fe2成为Fe3并产能的细菌被称为铁细菌(iron bacteria)或铁氧化细菌(iron oxidizing bacteria)包括亚铁杆菌属(Ferrobacillus)、泉发菌属(Crenothrix)等有些氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus frrooxidans)和硫化杆菌的一些成员，除了能氧化元素硫和还原性硫化物外，还能将亚铁离子(Fe2)氧化成铁离子(Fe3)，所以它们既是硫细菌硫细菌，也是铁细菌铁细菌大多数铁细菌还是嗜酸性的利用嗜酸性氧化铁和硫细菌氧化矿物中硫和硫化物的能力，让其不断制造和再生酸性浸矿剂，将硫化矿中重金属转化成水溶性重金属硫酸盐而从低品位矿中浸出的过程又称细菌浸出或细菌冶金原理：a、浸矿剂的生成 2S +3O2+2H2O 2H2SO4 4FeSO4+2H2SO4+O2 2Fe2（SO4）3+2 H2Ob、低品位铜矿中铜以CuSO4形式浸出 CuS+2 Fe2（SO4）3+2H2O+O2 CuSO4 +4FeSO4+2H2SO4 c、铁屑置换CuSO4中的铜 CuSO4+Fe FeSO4+Cu 适于次生硫化矿和氧化矿的浸出，浸出率达70%80%。
TfTf(2)细菌沥滤细菌沥滤(1)溶矿 Cu2O+Fe2(SO4)3+H2SO42CuSO4+FeSO4+H2O(2)置换 CuSO4+Fe FeSO4+Cu(3)再生浸矿剂 4FeSO4 +2 H2SO4+O2 2 Fe2(SO4)3+2H2O2S+3O2+2H2O2 H2SO4一、自养微生物的一、自养微生物的CO2固定固定微生物中固定CO2的途径有4条：Calvin循环循环 厌氧乙酰厌氧乙酰-CoA途径途径 逆向逆向TCA循环循环 羟基丙酸途径羟基丙酸途径第三节第三节 微生物独特合成代谢途径举例微生物独特合成代谢途径举例1、Calvin循环循环是光能自养生物和化能自养生物固定CO2的主要途径核酮糖二磷酸羧化酶核酮糖二磷酸羧化酶和磷酸核酮糖激酶磷酸核酮糖激酶是本途径的两种特有酶本循环分三个阶段：羧化反应、还原反应、羧化反应、还原反应、CO2受体的再生受体的再生又称活性乙酸途径，非循环式，主要存在于一些化能自养细菌中，如产乙酸菌、产甲烷菌等2、厌氧乙酰、厌氧乙酰-CoA途径途径又称还原性TCA循环，通过逆向TCA循环固定CO2，存在于绿色硫细菌中3、逆向、逆向TCA循环循环少数绿色硫细菌在以H2或H2S作电子供体进行自养生活时所特有的一种固定CO2的机制。
4、羟基丙酸途径、羟基丙酸途径1、固氮微生物的种类 一些特殊类群的原核生物原核生物能够将分子态氮还原为氨，然后再由氨转化为各种细胞物质微生物利用其固氮酶系催化大气中的分子氮还原成氨的过程称为固氮作用固氮作用自生固氮菌自生固氮菌：独立固氮（氧化亚铁硫杆菌等）共生固氮菌共生固氮菌：与它种生物共生才能固氮形成根瘤及其他形式 联合固氮菌联合固氮菌：必须生活在植物根际、叶面或动物 肠道等处才能固氮的微生物根际芽孢杆菌属；叶面固氮菌属二、微生物固氮作用2、固氮机制、固氮机制1）固氮反应的条件）固氮反应的条件 a ATP的供应：b 还原力H及其载体 c 固氮酶d 还原底物N2e 镁离子Mg2+f 严格的厌氧微环境（1）ATP的供应的供应 固氮过程中需要消耗大量的能量，据试验，固定固氮过程中需要消耗大量的能量，据试验，固定1molN2约要消耗约要消耗1015molATP这些ATP是由是由呼吸呼吸、厌氧呼吸厌氧呼吸、发酵发酵或或光合作用光合作用所所提供的2）还原力）还原力H及其载体及其载体 固氮过程所需要的大量还原力固氮过程所需要的大量还原力H或电子由或电子由NAD（P）H2所提供，所提供，它们由电子载体它们由电子载体铁氧还蛋白（铁氧还蛋白（Fd）或或黄素氧还蛋白（黄素氧还蛋白（Fld）传递至固传递至固氮酶氮酶.（3）固氮酶）固氮酶组分组分是真正的是真正的“固氮酶固氮酶”，又称又称钼铁蛋白钼铁蛋白（MF）组分组分是一种是一种“固氮酶还原酶固氮酶还原酶”，又称又称铁蛋白铁蛋白（F）特性：特性：对氧极为敏感；需有对氧极为敏感；需有Mg2+的存在；的存在；专一性：除专一性：除N2外，可还原其他一些化合物外，可还原其他一些化合物 C2H2 C2H4；2H+H2；N2O N2；HCN CH4+NH3 （乙炔反应乙炔反应：可用来测知酶活）可用来测知酶活）固氮的生化途径固氮反应的总式为：固氮的生化途径固氮反应的总式为：N2+6e+6H+12ATP 2NH3+12ADP+12Pi固氮过程及其机制固氮过程及其机制:对氧对氧十分十分敏感敏感由由Fd或或Fld向氧化型组分向氧化型组分的铁原子提供一个电子，使其还原的铁原子提供一个电子，使其还原还原型的组分还原型的组分与与ATP-Mg结合，改变了自己的构象结合，改变了自己的构象组分组分在含在含Mo的位点上与分子氮结合，并与组分的位点上与分子氮结合，并与组分-Mg-ATP复复合物反应，形成一个合物反应，形成一个1 1复合物复合物,即固氮酶即固氮酶 在固氮酶分子上，有一个电子从组分在固氮酶分子上，有一个电子从组分-Mg-ATP复合物转移到组复合物转移到组分分的铁原子上，使组分的铁原子上，使组分重新转变成氧化态，同时重新转变成氧化态，同时ATP也就水解也就水解成成ADP+Pi；通过以上电子转移过程连续通过以上电子转移过程连续6次的运转，才可使组分次的运转，才可使组分释放释放出出2个个NH3分子分子 还须指出的是，在以上过程中，固氮酶必须始终受活细还须指出的是，在以上过程中，固氮酶必须始终受活细胞中各种胞中各种“氧障氧障”的严密保护，以防固氮酶遇氧分子而发生的严密保护，以防固氮酶遇氧分子而发生不可逆的失活。
不可逆的失活3、好氧性固氮菌的防氧机制、好氧性固氮菌的防氧机制 固固N N酶遇氧不可逆失活酶遇氧不可逆失活 （组分（组分I I，半衰期，半衰期1010；组分；组分IIII，45s45s丧失一半活性）丧失一半活性）（1 1）自身固）自身固N N菌菌 a a 呼吸保护呼吸保护 固固N N菌以极强的呼吸作用消耗掉环境中的氧菌以极强的呼吸作用消耗掉环境中的氧b b 构象保护构象保护 氧压增高，氧压增高，固氮酶固氮酶与与FesFes蛋白蛋白IIII结合，结合，构象变化构象变化，丧失固，丧失固N N能力；能力；氧浓度降低，蛋白自酶上解离氧浓度降低，蛋白自酶上解离(2)蓝细菌保护固N酶机制 a 分化出特殊的还原性异形胞（适宜固氮作用的细胞）I、厚壁，物理屏障；II、缺乏氧光合系统II，脱氧酶、氢酶活性高；III、SOD活性很高；IV、呼吸强度高 b 非异形胞蓝细菌固N酶的保护 缺乏独特的防止氧对固N酶的损伤机制I、固N、光合作用在时间上分隔开 织线蓝菌属（黑暗：固N；光照：光合作用）II、形成束状群体（束毛蓝菌属），利于固N酶在微氧环境下固N III、提高胞内过氧化酶、SOD的活力，解除氧毒（粘球蓝菌属）I、豆科植物的共 生菌 以类菌体形式存在于根瘤中 类菌体周膜：豆血红蛋白，与氧可逆结合 （高时结合，低时释放）豆血红蛋白：蛋白部分由植物基因编码；血 红素有根瘤菌基因编码。
II、非豆科植物共生菌 含植物血红蛋白（功能相似豆血红蛋白）Frankin放线菌：营养菌丝末端膨大的泡囊类似异形胞c 根瘤菌保护固N酶机制 三、肽聚糖的生物合成整个肽聚糖合成过程的步骤极多，根据反应是在整个肽聚糖合成过程的步骤极多，根据反应是在细胞质中细胞质中、细胞膜上细胞膜上或是在或是在细胞膜外细胞膜外进行，可划成三个阶段：进行，可划成三个阶段：（一）在细胞质中的合成（一）在细胞质中的合成1由葡萄糖合成由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸 2由由N-乙酰胞壁酸合成乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸核苷酸 这一过程需这一过程需尿嘧啶二磷酸（尿嘧啶二磷酸（UDPUDP）作为糖载体作为糖载体,肽聚糖单体亚单位的合成肽聚糖单体亚单位的合成 载体：细菌萜醇载体：细菌萜醇（类脂载体）（类脂载体）C55 C55类异戊二烯醇（含类异戊二烯醇（含1111个异戊二烯单位）个异戊二烯单位）此外，类脂载体还参与胞外多糖、脂多糖的合此外，类脂载体还参与胞外多糖、脂多糖的合 成（磷壁酸、纤维素、几丁质、成（磷壁酸、纤维素、几丁质、甘露聚糖等）甘露聚糖等）万古霉素万古霉素、杆菌肽杆菌肽所抑制这些反应所抑制这些反应 (二)细胞膜中的合成“Park”核苷酸合成肽聚糖单体细胞膜上细胞质中双糖肽位于细胞膜外细胞壁生长点处（三）在细胞膜外的合成（三）在细胞膜外的合成从焦磷酸从焦磷酸类脂载体类脂载体上脱下来的肽聚糖单体，被运送到细胞膜外正在活跃合成肽聚上脱下来的肽聚糖单体，被运送到细胞膜外正在活跃合成肽聚糖的部位，在那里，必须有现成的糖的部位，在那里，必须有现成的细胞壁残余（至少含有细胞壁残余（至少含有6 68 8个肽聚糖单体）作个肽聚糖单体）作为引物为引物 。
双糖肽位于细胞膜外细胞壁生长点处1,4（1 1）转糖基作用（横向连接）转糖基作用（横向连接）（2 2）转肽作用（纵向连接）转肽作用（纵向连接）一般将微生物通过代谢活动所产生的自身繁殖所必需的物质和能量的过程，称为初级代谢初级代谢,该过程所产生的产物即为初级代谢产物，如氨基酸、核苷类，以及酶或辅酶等次级代谢次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对于该微生物没有明显的生理功能，且非生长繁殖所必需的物质的过程这一过程的产物，即为次级代谢产物，如抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等第四节第四节 微生物代谢与生产实践微生物代谢与生产实践 1.微生物代谢产物的利用利用微生物代谢过程中产生的众多代谢产物生产各种发酵产品按照积累产物类型：初级代谢产物，如氨基酸、核苷类，以及酶或辅酶；次级代谢产物，抗生素、激素、生物碱、毒素及维生 素等按照发酵类型：自然发酵：酒精、乳酸等，代谢控制发酵：终端产物，赖氨酸、鸟苷酸、腺苷酸等；中间产物，柠檬酸、-酮戊二酸、琥珀酸等；2发酵条件的控制人们通过对微生物菌种营养和培养条件的控制生产所要的目的产品:1）培养条件：温度、pH值、渗透压的控制；2）营养成分的控制：葡萄糖浓度、碳氮比、生长 因子、无机离子等；3）溶解氧的控制：通气量，搅拌等。
3.代谢调节1 1生物转化生物转化 生物转化生物转化是指利用生物体代谢过程中产生的酶使底物进行有是指利用生物体代谢过程中产生的酶使底物进行有机反应生物转化一般采用微生物细胞或微生物酶作催化机反应生物转化一般采用微生物细胞或微生物酶作催化剂，故又称作剂，故又称作微生物转化微生物转化微生物转化微生物转化的一个重要领域是手性化合物的合成与拆分的一个重要领域是手性化合物的合成与拆分主要应用在主要应用在药物、香料，杀虫剂、杀菌剂，除草剂，昆虫激药物、香料，杀虫剂、杀菌剂，除草剂，昆虫激素等方面素等方面二、微生物代谢活性的利用二、微生物代谢活性的利用2微生物降解秸杆 秸秆成分中的纤维素和半纤维素能够被草食动物的瘤胃微生物充分降解利用，但秸秆成分中的纤维素和半纤维素能够被草食动物的瘤胃微生物充分降解利用，但由于木质素和纤维素之间镶嵌在一起形成坚固的酯键，阻碍了瘤胃微生物对纤由于木质素和纤维素之间镶嵌在一起形成坚固的酯键，阻碍了瘤胃微生物对纤维素的降解，导致秸秆消化率低因此提高秸秆消化率的关键是维素的降解，导致秸秆消化率低因此提高秸秆消化率的关键是降解木质素降解木质素，打断酯键打断酯键英国最近从秸秆堆中分离出一种英国最近从秸秆堆中分离出一种白腐真菌白腐真菌，这种微生物只降解木质素，不降解纤，这种微生物只降解木质素，不降解纤维素，用作处理秸秆，可使秸秆的体外消化率从维素，用作处理秸秆，可使秸秆的体外消化率从19.63%19.63%提高到提高到41.13%41.13%。
白腐真菌分解木质素的机理是白腐真菌分解木质素的机理是：在适宜的条件下，白腐真菌的菌丝首先用其分泌：在适宜的条件下，白腐真菌的菌丝首先用其分泌的超纤维氧化酶溶解表面的蜡质，然后菌丝进入秸秆内部，并产生纤维素酶、的超纤维氧化酶溶解表面的蜡质，然后菌丝进入秸秆内部，并产生纤维素酶、半纤维素酶、内切聚糖酶、外切聚糖酶，降解秸秆中的木质素和纤维素，使其半纤维素酶、内切聚糖酶、外切聚糖酶，降解秸秆中的木质素和纤维素，使其成为含有酶的糖类，从而使秸秆变得香甜可口，易于消化吸收成为含有酶的糖类，从而使秸秆变得香甜可口，易于消化吸收3微生物冶金、采油 人类利用具有氧化硫化物矿中的硫和硫化物能力的微生物将硫化矿中的重金属通过转化成高度水溶性的重金属硫酸盐而从低品位矿中浸出来生产黄金氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferooxidans)的氧化作用可从金矿石中除去硫、砷，浸提黄金，如果用化学方法浸提金的话，其得率不到70；俄罗斯科学家使用多种适于在石油中生存的微生物，将其与催化剂一同置于采油管内，这些微生物新陈代谢的产物可以大大增强石油的流动性，从而提高采油率，而不会影响石油的质量4生物降解 迄今为止,已知的环境污染物达数十万种之多，其中大量的是有机物。
由于微生物的代谢类型极其多样，作为一个整体，微生物分解有机物的能力是惊人的可以说，凡自然界存在的有机物，几乎都能被微生物所分解我们可从中筛选出一些污染物的高效降解菌更可利用这一原理定向驯化、选出污染物的高效降解菌，以使不可降解的或难降解的污染物，转变为能降解的，甚至能使它们迅速、高效地去除。