第五章 微生物的新陈代谢 -1
新陈代谢 (metabolism),简称代谢，是指发生在活
细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。
?分解代谢（ catabolism）,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,ATP形式
的能量和还原力的作用。又称异化作用。
? 合成代谢（ anabolism）,是指在合成代谢酶系的
催化下，由简单小分子,ATP形式的能量和 [H]形式
的还原力，一起合成复杂的大分子的过程。又称同
化作用。
? 分解代谢和合成代谢间有着极其密切的关系。可
表示为：
复杂分子 简单分子 +ATP+[H]
? 能量代谢、物质代谢
分解代谢酶系
合成代谢酶系
,生物化学, 王镜岩 第三版 下册
本章的内容：
第一节 微生物对有机物的分解
第二节 微生物的能量代谢
第三节 分解代谢和合成代谢的联系
第四节 微生物独特合成代谢途径举例
第五节 微生物的代谢调节与发酵生产
第一节 微生物对有机物的分解
不含氮,淀粉、纤维素、半纤维素、果胶物质、木素、芳香族化合物
含氮,蛋白质、几丁质、尿素
含硫、磷有机物
一、不含氮有机物的分解, 产物 CO2+H2O
1,淀粉
? 种子、块茎、球茎、鳞茎、块根等。 淀粉是葡萄糖通过糖苷键连接而成的一种大分子物质。 淀粉有两类，一类是由 α-1,4糖苷键
连接而成的直链淀粉，另一类是在直链淀粉的基础上，又产生 α-1，
6糖苷键连接而成的分支的支链淀粉。直链淀粉（ 80%）和支链淀
粉（ 20%）
? 能将淀粉分解成葡萄糖与双糖的酶称为淀粉酶。淀粉酶是一系列
与淀粉分解有关酶的总称，这些酶以不同方式联合作用，催化淀粉转化为葡萄糖。淀粉酶包括 α-淀粉酶,β-淀粉酶、糖化酶与异
淀粉酶 4种类型。
? 多种微生物。 许多微生物在生长过程中能合成分解淀粉的酶，并
将这些酶分泌到细胞外部。
? 水解产物,麦芽糖、麦芽三糖、其他低聚糖 ----葡萄糖
2、纤维素
? 植物细胞壁，植物体内含量很高，作物含 15-45%，木材中
达 50%。
? 纤维素由 200-1000个葡萄糖亚基通过 ?-1,4糖苷键组成。天
然纤维分子不溶于水。
? 分解纤维素的微生物很多，但分解能力较强的微生物主要
是真菌。如木霉、根霉、黑曲霉及青霉等。细菌与 放线菌
中有些菌种也有较强的分 解纤维素能力。纤维素在纤维素
酶作用下水解为葡萄糖。纤维素酶也是由许多密切相关酶
组成的酶系。
? 酶,C1,C2酶,?-葡萄糖苷酶。
? 产物：纤维素低聚糖、纤维二糖、葡萄糖。
3、半纤维素
? 植物细胞壁的重要组成分，含量仅次于纤维素。如玉
米的根、茎中含量可达 30%。
? 由戊糖（木糖、阿拉伯糖）和己糖（半乳糖和甘露糖）
缩合而成，易分解。
? 多种微生物，真菌中的曲霉、青霉及木霉等均能分解
半纤维素，细菌中的噬纤维菌，梭菌中的某些种类
? 酶：内切酶、外切酶、糖苷酶等。
? 产物：相应的单糖。
4、果胶质的分解
?果胶质是构成植物细胞间质的组分。
?果胶质由半乳糖醛酸单体聚合而成。聚合态半乳糖醛酸称为
果胶酸，果胶酸羧基甲基化的产物称果胶，果胶又分为可溶
性果胶与不溶性果胶 (又称原果胶 )。
?多种真菌和细菌。
?果胶酶：原果胶酶、果胶甲基酯酶、聚半乳糖醛酸酶。
?产物,原果胶酶
原果胶 (不溶解 ) 可溶性果胶
果胶甲基酯酶
可溶果胶 +H2O 果胶酸 +甲醇
聚半乳糖醛酸酶
果胶酸 +H2O 半乳糖醛酸
? 分解果胶酸的微生物可用来进行麻类的脱胶处理。
? 麻纤维脱胶就是利用果胶分解酶完成的。麻类植物
纤维的化学成分为纤维素，存在于茎杆的韧皮部内，
纤维素与果胶类物质结合在一起。麻纤维脱胶就是
利用果胶分解微生物有分解果胶能力而不分解纤维
素的特点，将果胶分解掉，使纤维完好地脱离出来。
5、木素和芳香族化合物
? 植物细胞壁中，如禾本科植物茎杆中约含木素 20%。
? 化学复杂，是由许多芳香族亚基缩合而成的聚合物。
? 真菌中木素木霉、乳酸镰孢菌。
? 通过解聚、氧化，分解为乙酸和琥珀酸，合成细胞物
质、氧化分解，中间产物是一些芳香族化合物。
6、脂肪的分解
? 脂肪是甘油和脂肪酸形成的酯。在动植物残体中含有一定
量脂类物质。一般作物茎叶中，脂类约占干物质的 0.5%～
2.0%，油料作物种子中，脂类约为 30%～ 50%。土壤中的脂
类主要来自植物残体，少量来自动物与微生物。
? 分解脂肪的微生物都具有脂肪酶。
? 在脂肪酶作用下，脂肪水解为甘油和脂肪酸。许多微生物
能以脂肪或脂肪酸作为碳源和能源，但分解缓慢。细菌中
的荧光假单胞菌、灵杆菌，真菌中的白地霉、青霉及曲霉
均能分解利用脂肪。
二、含氮有机物的分解：氨化作用
蛋白质、几丁质、尿素
1、蛋白质
? 蛋白质含量丰富。蛋白酶与肽酶作用下，蛋白质水解为肽及氨基
酸。氨基酸直接进入细胞后参与细胞内的一系列复杂的生化反应。
氨基酸主要作为微生物生长的氮源，在碳、能源不足时也可用作
碳源与能源物质。
? 许多微生物能分解蛋白质产生氨。如细菌中有好气的枯草芽孢杆
菌、厌氧的腐败梭菌和兼性的大肠杆菌等。
? 脱氨基三种方式：氧化脱氨、水解脱氨、还原脱氨。
? 产物：氨基酸、中间产物,— 氨。
菌种鉴定,如大肠杆菌能使色氨酸脱氨，生成物中有吲哚，和二
甲基苯甲醛试剂显红色。
蛋白酶 肽酶
蛋白质 → → → 肽 → → → 氨基酸
关于蛋白酶的几点说明：
蛋白酶是一种胞外酶。不同的蛋白质需要不同的蛋白酶催化
才能降解。 如明胶、酪蛋白、胶原蛋白和角蛋白分别由明
胶蛋白酶、酪蛋白酶、胶原蛋白酶及角蛋白酶水解。
微生物不同，分解利用蛋白质的能力不同。 真菌分解蛋白质
的能力较细菌强，且能利用天然蛋白质。大多数细菌不能
利用天然蛋白质，只能利用某些变性蛋白及蛋白胨、肽等
蛋白质的降解产物，这与大多数细菌能合成肽酶有关。
蛋白质也是人类的重要营养物质。 蛋白质被蛋白酶及肽酶降
解后得到的含有多种氨基酸的混合物，也是一种容易被人
们直接吸收利用的营养物质。混合氨基酸注射液，可作为
危重病人的营养物质。人类日常食用的调味品酱油，就是
大豆蛋白在米曲霉分泌的蛋白酶作用下分解而成的混合氨
基酸溶液。酱油的鲜味是由其中的谷氨酸钠产生的。
2、几丁质
? 几丁质是一些真菌细胞壁和某些甲壳动物甲壳的成分，
其化学结构为多缩氨基葡萄糖。
? 化学：乙酰氨基葡萄糖以 ?-1,4糖苷键聚合而成。
? 少数微生物，如嗜几丁质菌、链霉菌、诺卡氏菌等。
几丁质酶。
? 产物：乙酸 +氨基葡萄糖，氨基葡萄糖脱氨作用氨 +葡
萄糖。
3,尿素
? 人、畜尿的重要成分。
? 很多细菌中含有尿酶。如尿芽孢八叠球菌。
? 产物：碳酸氨 — 氨、二氧化碳、水。
三、含磷有机物的分解
植物体中含磷有机物：核酸、植素、磷脂
1、核酸,在细胞核、细胞质中
? 核酸是由单核苷酸通过 3,5-磷酸二酯键连接而成的大分子聚
合物。核酸一般不作为微生物生长的主要营养物质，但在特
殊情况下，微生物在短期内可通过核酸酶将胞内核酸降解，
以维持生命。另外，微生物在其生长过程中通过核酸酶作用
使胞内核酸不断更新。
? 解磷巨大芽孢杆菌。核酸酶、核苷酸酶。
? 产物：核苷酸 — 核苷 +磷酸 酸降解产物嘌呤及嘧啶进一步分
解为有机酸,NH3及 CO2，这些有机酸与核苷分解产物 核糖进
入糖分解途径进一步氧化。
2、磷脂
? 磷脂是微生物细胞质膜的重要组成分。死亡细胞中的磷
脂经微生物分解后重新利用。卵磷脂是含胆碱的磷酸脂，
在微生物 卵磷脂酶 作用下水解为甘油、脂肪酸和胆碱。
胆碱进一步分解形成 NH3,CO2及有机酸 (醇 )。
? 微生物：节杆菌、假单胞杆菌、曲霉、根霉等。
3、植素
? 植物体内的植素是植酸（肌醇六磷酸）钙镁盐。肌醇六
磷酸在 肌醇六磷酸酶 作用下水解为肌醇和磷酸。
? 微生物：解磷巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌等。
【 finish】
新陈代谢 (metabolism),简称代谢，是指发生在活
细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。
?分解代谢（ catabolism）,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,ATP形式
的能量和还原力的作用。又称异化作用。
? 合成代谢（ anabolism）,是指在合成代谢酶系的
催化下，由简单小分子,ATP形式的能量和 [H]形式
的还原力，一起合成复杂的大分子的过程。又称同
化作用。
? 分解代谢和合成代谢间有着极其密切的关系。可
表示为：
复杂分子 简单分子 +ATP+[H]
? 能量代谢、物质代谢
分解代谢酶系
合成代谢酶系
,生物化学, 王镜岩 第三版 下册
本章的内容：
第一节 微生物对有机物的分解
第二节 微生物的能量代谢
第三节 分解代谢和合成代谢的联系
第四节 微生物独特合成代谢途径举例
第五节 微生物的代谢调节与发酵生产
第一节 微生物对有机物的分解
不含氮,淀粉、纤维素、半纤维素、果胶物质、木素、芳香族化合物
含氮,蛋白质、几丁质、尿素
含硫、磷有机物
一、不含氮有机物的分解, 产物 CO2+H2O
1,淀粉
? 种子、块茎、球茎、鳞茎、块根等。 淀粉是葡萄糖通过糖苷键连接而成的一种大分子物质。 淀粉有两类，一类是由 α-1,4糖苷键
连接而成的直链淀粉，另一类是在直链淀粉的基础上，又产生 α-1，
6糖苷键连接而成的分支的支链淀粉。直链淀粉（ 80%）和支链淀
粉（ 20%）
? 能将淀粉分解成葡萄糖与双糖的酶称为淀粉酶。淀粉酶是一系列
与淀粉分解有关酶的总称，这些酶以不同方式联合作用，催化淀粉转化为葡萄糖。淀粉酶包括 α-淀粉酶,β-淀粉酶、糖化酶与异
淀粉酶 4种类型。
? 多种微生物。 许多微生物在生长过程中能合成分解淀粉的酶，并
将这些酶分泌到细胞外部。
? 水解产物,麦芽糖、麦芽三糖、其他低聚糖 ----葡萄糖
2、纤维素
? 植物细胞壁，植物体内含量很高，作物含 15-45%，木材中
达 50%。
? 纤维素由 200-1000个葡萄糖亚基通过 ?-1,4糖苷键组成。天
然纤维分子不溶于水。
? 分解纤维素的微生物很多，但分解能力较强的微生物主要
是真菌。如木霉、根霉、黑曲霉及青霉等。细菌与 放线菌
中有些菌种也有较强的分 解纤维素能力。纤维素在纤维素
酶作用下水解为葡萄糖。纤维素酶也是由许多密切相关酶
组成的酶系。
? 酶,C1,C2酶,?-葡萄糖苷酶。
? 产物：纤维素低聚糖、纤维二糖、葡萄糖。
3、半纤维素
? 植物细胞壁的重要组成分，含量仅次于纤维素。如玉
米的根、茎中含量可达 30%。
? 由戊糖（木糖、阿拉伯糖）和己糖（半乳糖和甘露糖）
缩合而成，易分解。
? 多种微生物，真菌中的曲霉、青霉及木霉等均能分解
半纤维素，细菌中的噬纤维菌，梭菌中的某些种类
? 酶：内切酶、外切酶、糖苷酶等。
? 产物：相应的单糖。
4、果胶质的分解
?果胶质是构成植物细胞间质的组分。
?果胶质由半乳糖醛酸单体聚合而成。聚合态半乳糖醛酸称为
果胶酸，果胶酸羧基甲基化的产物称果胶，果胶又分为可溶
性果胶与不溶性果胶 (又称原果胶 )。
?多种真菌和细菌。
?果胶酶：原果胶酶、果胶甲基酯酶、聚半乳糖醛酸酶。
?产物,原果胶酶
原果胶 (不溶解 ) 可溶性果胶
果胶甲基酯酶
可溶果胶 +H2O 果胶酸 +甲醇
聚半乳糖醛酸酶
果胶酸 +H2O 半乳糖醛酸
? 分解果胶酸的微生物可用来进行麻类的脱胶处理。
? 麻纤维脱胶就是利用果胶分解酶完成的。麻类植物
纤维的化学成分为纤维素，存在于茎杆的韧皮部内，
纤维素与果胶类物质结合在一起。麻纤维脱胶就是
利用果胶分解微生物有分解果胶能力而不分解纤维
素的特点，将果胶分解掉，使纤维完好地脱离出来。
5、木素和芳香族化合物
? 植物细胞壁中，如禾本科植物茎杆中约含木素 20%。
? 化学复杂，是由许多芳香族亚基缩合而成的聚合物。
? 真菌中木素木霉、乳酸镰孢菌。
? 通过解聚、氧化，分解为乙酸和琥珀酸，合成细胞物
质、氧化分解，中间产物是一些芳香族化合物。
6、脂肪的分解
? 脂肪是甘油和脂肪酸形成的酯。在动植物残体中含有一定
量脂类物质。一般作物茎叶中，脂类约占干物质的 0.5%～
2.0%，油料作物种子中，脂类约为 30%～ 50%。土壤中的脂
类主要来自植物残体，少量来自动物与微生物。
? 分解脂肪的微生物都具有脂肪酶。
? 在脂肪酶作用下，脂肪水解为甘油和脂肪酸。许多微生物
能以脂肪或脂肪酸作为碳源和能源，但分解缓慢。细菌中
的荧光假单胞菌、灵杆菌，真菌中的白地霉、青霉及曲霉
均能分解利用脂肪。
二、含氮有机物的分解：氨化作用
蛋白质、几丁质、尿素
1、蛋白质
? 蛋白质含量丰富。蛋白酶与肽酶作用下，蛋白质水解为肽及氨基
酸。氨基酸直接进入细胞后参与细胞内的一系列复杂的生化反应。
氨基酸主要作为微生物生长的氮源，在碳、能源不足时也可用作
碳源与能源物质。
? 许多微生物能分解蛋白质产生氨。如细菌中有好气的枯草芽孢杆
菌、厌氧的腐败梭菌和兼性的大肠杆菌等。
? 脱氨基三种方式：氧化脱氨、水解脱氨、还原脱氨。
? 产物：氨基酸、中间产物,— 氨。
菌种鉴定,如大肠杆菌能使色氨酸脱氨，生成物中有吲哚，和二
甲基苯甲醛试剂显红色。
蛋白酶 肽酶
蛋白质 → → → 肽 → → → 氨基酸
关于蛋白酶的几点说明：
蛋白酶是一种胞外酶。不同的蛋白质需要不同的蛋白酶催化
才能降解。 如明胶、酪蛋白、胶原蛋白和角蛋白分别由明
胶蛋白酶、酪蛋白酶、胶原蛋白酶及角蛋白酶水解。
微生物不同，分解利用蛋白质的能力不同。 真菌分解蛋白质
的能力较细菌强，且能利用天然蛋白质。大多数细菌不能
利用天然蛋白质，只能利用某些变性蛋白及蛋白胨、肽等
蛋白质的降解产物，这与大多数细菌能合成肽酶有关。
蛋白质也是人类的重要营养物质。 蛋白质被蛋白酶及肽酶降
解后得到的含有多种氨基酸的混合物，也是一种容易被人
们直接吸收利用的营养物质。混合氨基酸注射液，可作为
危重病人的营养物质。人类日常食用的调味品酱油，就是
大豆蛋白在米曲霉分泌的蛋白酶作用下分解而成的混合氨
基酸溶液。酱油的鲜味是由其中的谷氨酸钠产生的。
2、几丁质
? 几丁质是一些真菌细胞壁和某些甲壳动物甲壳的成分，
其化学结构为多缩氨基葡萄糖。
? 化学：乙酰氨基葡萄糖以 ?-1,4糖苷键聚合而成。
? 少数微生物，如嗜几丁质菌、链霉菌、诺卡氏菌等。
几丁质酶。
? 产物：乙酸 +氨基葡萄糖，氨基葡萄糖脱氨作用氨 +葡
萄糖。
3,尿素
? 人、畜尿的重要成分。
? 很多细菌中含有尿酶。如尿芽孢八叠球菌。
? 产物：碳酸氨 — 氨、二氧化碳、水。
三、含磷有机物的分解
植物体中含磷有机物：核酸、植素、磷脂
1、核酸,在细胞核、细胞质中
? 核酸是由单核苷酸通过 3,5-磷酸二酯键连接而成的大分子聚
合物。核酸一般不作为微生物生长的主要营养物质，但在特
殊情况下，微生物在短期内可通过核酸酶将胞内核酸降解，
以维持生命。另外，微生物在其生长过程中通过核酸酶作用
使胞内核酸不断更新。
? 解磷巨大芽孢杆菌。核酸酶、核苷酸酶。
? 产物：核苷酸 — 核苷 +磷酸 酸降解产物嘌呤及嘧啶进一步分
解为有机酸,NH3及 CO2，这些有机酸与核苷分解产物 核糖进
入糖分解途径进一步氧化。
2、磷脂
? 磷脂是微生物细胞质膜的重要组成分。死亡细胞中的磷
脂经微生物分解后重新利用。卵磷脂是含胆碱的磷酸脂，
在微生物 卵磷脂酶 作用下水解为甘油、脂肪酸和胆碱。
胆碱进一步分解形成 NH3,CO2及有机酸 (醇 )。
? 微生物：节杆菌、假单胞杆菌、曲霉、根霉等。
3、植素
? 植物体内的植素是植酸（肌醇六磷酸）钙镁盐。肌醇六
磷酸在 肌醇六磷酸酶 作用下水解为肌醇和磷酸。
? 微生物：解磷巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌等。
【 finish】
