文档介绍：3、微生物的合成代谢
微生物的合成主要指与细胞结构、生长和生命活动有关的生物大分子物质的合成,这些物质包括蛋白质、核酸、多糖及脂类等化合物。在微生物的合成代谢中有许多过程与其他生物是基本相同的,如蛋白质和核酸等物质的合成,在生物化学中已作了专门介绍。
本节仅介绍微生物合成过程的原料、基本路线及微生物特有的部分合成反应。
微生物合成反应的类型
微生物合成反应类型
分类依据
合成反应类型
举例
产物分子量
氨基酸,单糖,单核苷酸 蛋白质,多糖,核酸
产物性质
蛋白质,多糖,核酸,脂类 抗生素,激素,毒素,色素
合成反应在生物体中的分布
初级代谢产物的合成 肽聚糖合成,固氮,微生物次级代谢反应
微生物合成作用需要小分子物质、能量和还原力NAD(P)H2
细胞中的分解代谢是合成代谢的基础,二者密切相关。
小分子物质、能量和还原力NAD(P)H2
来源:
直接自外界环境中吸取
从分解代谢中获得。
(1)还原力--主要指还原型烟酰胺腺嘌呤核苷酸类物质,即NADPH2或NADH2,这两种物质在转氢酶作用下可以互换。
化能异养微生物:
化能自养型细菌:
通过发酵或呼吸过程形成
氢酶催化H2形成NAD(P)H2 (氢细菌等)
电子逆转,在消耗ATP的前提下,电子通过在电子传递链上的逆转过程(由高电位向低电位流动)产生NAD(P)H2
(2) 小分子前体碳架物质--这类物质指直接被机体用来合成细胞物质基本组成成分的前体物(氨基酸、核苷酸及单糖等)。
形成这些前体物的小分子碳架主要有12种:乙酰CoA、磷酸二羟丙酮、3-磷酸甘油醛、PEP、丙酮酸、4-磷酸赤藓糖、α-酮戍二酸、琥珀酸、草酰乙酸、5-磷酸核糖、6-磷酸果糖及6-磷酸葡萄糖,它们可通过单糖酵解途径及呼吸途径由单糖等物质产生
中间代谢产物
分解代谢起源
在生物合成中的作用
葡萄糖-1-磷酸
葡萄糖-6-磷酸
核糖-5-磷酸
赤藓糖-4-磷酸
磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸
3-磷酸甘油酸
a-酮戊二酸
草酰乙酸
乙酰辅酶A
葡萄糖半乳糖多糖
EMP途径
HMP途径
HMP途径
EMP途径
EMP途径 ED途径
EMP途径
三羧酸循环
三羧酸循环
丙酮酸脱羧脂肪氧化
核苷糖类
戊糖多糖贮藏物
核苷酸脱氧核糖核苷酸
芳香氨基酸
芳香氨基酸葡萄糖异生 CO2固定
胞壁酸合成糖的运输
丙氨酸缬氨酸亮氨酸 CO2固定
丝氨酸甘氨酸半胱氨酸
谷氨酸脯氨酸精氨酸赖氨酸
天冬氨酸赖氨酸蛋氨酸苏氨酸异亮氨酸
脂肪酸类异戊二烯甾醇
◆在自养微生物中,小分子前体碳架的合成主要通过Calvin循环进行
(3) 能量--微生物合成代谢所需能量来自发酵、呼吸和光合磷酸化过程形成的ATP和其他高能化合物。
微生物独特合成代谢举例
肽聚糖生物合成
微生物特有的结构大分子:
细菌:肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、各种荚膜成分等
真菌:葡聚糖、甘露聚糖、纤维素、几丁质等
肽聚糖:绝大多数原核微生物细胞壁所含有的独特成分;在细菌的生命活动中有重要功能,尤其是许多重要抗生素如青霉素、头孢霉素、万古霉素、环丝氨酸(恶唑霉素)和杆菌肽等呈现其选择毒力(selective toxicity)的物质基础。是在抗生素治疗上有特别意义的物质。
合成特点:①合成机制复杂,步骤多,且合成部位几经转移;②合成过程中须要有能够转运与控制肽聚糖结构元件的载体(UDP和细菌萜醇)参与。
合成过程:依发生部位分成三个阶段:
细胞质阶段:合成派克(Park)核苷酸
细胞膜阶段:合成肽聚糖单体
细胞膜外阶段:交联作用形成肽聚糖
第一阶段:
在细胞质中合成N-乙酰胞壁酸五肽(“Park”核苷酸)。
☆这一阶段起始于N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸,它是由葡萄糖经一系列反应生成的;
☆自N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸开始,以后的N-乙酰葡萄糖胺、 N-乙酰胞壁酸,以及胞壁酸五肽,都是与糖载体UDP结合的;
葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸果糖-6-磷酸
ATP ADP
Gln Glu
葡糖胺-6-磷酸 N-乙酰葡糖胺-6-磷酸
乙酰CoA CoA
N-乙酰胞壁酸-UDP
磷酸烯醇式丙酮酸 Pi
NADPH NADP
N-乙酰葡糖胺-1-磷酸 N-乙酰葡糖胺-UDP
UTP PPi
由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸
“Park”核苷酸的合成