1、第五章 微生物的新陈代谢习题及答案一、名词解释1.生物氧化：发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。2.P/O 比：每消耗 1mol 氧原子所产生的 ATPmol 数，用来定量表示呼吸链氧化磷酸化效率的高低。3.无氧呼吸：又称厌氧呼吸，指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。4.延胡索酸呼吸：以延胡索酸作为末端的氢受体还原产生琥珀酸的无氧呼吸。5.发酵：指在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力H未经呼吸链传递而直接交某一内源中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。6.异型乳酸发酵：凡葡萄糖经发酵后除主要产生乳酸外，还产生乙醇
2、、乙酸和CO2 等多种产物的发酵，称异型乳酸发酵。7.Stickland 反应 ：以一种氨基酸作底物脱氢（即氢供体） ，另一种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能的发酵类型，称为 Stickland 反应。8.循环式光合磷酸化：可在光能驱动下通过电子的循环式传递而完成磷酸化产能的反应，是一种存在于光合细菌中的原始光合作用机制。9.非循环式光合磷酸化：电子循环途径属非循环式的光合磷酸化反应，是各种绿色植物、藻类和蓝细菌所共有的利用光能产生 ATP 的磷酸化反应。10.生物固氮：是指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程。生物界中只有原核生物才具有固氮能力。12.反硝化作用：又称硝酸盐呼
3、吸。是指在无氧条件下，某些兼性厌氧微生物利用硝酸盐作为呼吸链的最终氢受体，把它还原成亚硝酸、NO、N 2O 直至 N2 的过程，称为异化性硝酸盐还原作用，又称硝酸盐呼吸或反硝化作用。13.同型酒精发酵：丙酮酸经过脱羧生成乙醛，以乙醛为氢受体生成乙醇，若发酵产物中只有乙醇一种有机物分子称为同型酒精发酵。14.次生代谢物：指某些微生物生长到稳定期前后，以结构简单、代谢途径明确、产量较大的初生代谢物作前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的各种结构复杂的化合物。15.细菌酒精发酵:运动发酵单胞菌等微好氧菌经 ED 途径形成丙酮酸脱羧成乙醛，进一步被还原成乙醇，这种经 ED 途径发酵生产乙醇的方法称为细菌
4、酒精发酵。二、问答题（一）试述 HMP 途径在微生物生命活动中的重要性。答：供应合成原料：为核酸、核苷酸、NADP(P) +、FAD(FMN)和 CoA 等的生物合成提供无糖-磷酸；途径中的赤藓糖-4-磷酸是合成芳香族、杂环族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸）的原料。产还原力：产生大量 NADPH2 形式的还原力，不仅可以供脂肪酸、固醇等生物合成之需，还可以通过呼吸链产生大量能量之需。作为固定 CO2 的中介：是光能自养微生物和化能自养微生物固定 CO2 的重要中介（HMP 途径中的核酮糖 -5-磷酸在羧化酶的催化下可固定 CO2 并形成核酮糖-1， 5-二磷酸）。扩大碳源利用范围：为
5、微生物利用 C3C7 多种碳源提供了必要的代谢途径。连接 EMP 途径：通过 EMP 途径的连接（在果糖 -1,6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处），可谓生物合成提供更多的戊糖。（二）列表比较同型乳酸发酵与异型乳酸发酵。答：类型 途径 产物/1 葡萄糖 产能/1 葡萄糖 菌种代表同型 EMP 2 乳酸 2 ATP 德氏乳杆菌 粪链球菌1 乳酸1 乙醇1 CO21 ATP 肠膜明串珠菌1 乳酸1 乙酸 *1 CO22 ATP 短乳杆菌异型 HMP1 乳酸1.5 乙酸 2.5 ATP 两歧双歧杆菌3.细菌酒精发酵与酵母菌的酒精发酵有何异同？答：共同点：葡萄糖降解为丙酮酸，丙酮酸脱羧为乙醛，乙醛再还原成
6、乙醇不同点：产生丙酮酸的途径不同 酵母型酒精发酵是通过 EMP 途径，而细菌酒精发酵是通过 ED 途径。净产 ATP 不同 与酵母乙醇发酵相比，细菌乙醇发酵净产生 ATP 只有 1个菌种不同：参与酵母型酒精发酵的是酿酒酵母，细菌酒精发酵是运动发酵单胞菌等微好氧菌。4.试述嗜盐菌紫膜光合作用的基本原理。答：细菌的视紫红质的功能与叶绿素相似，能吸收光能，并在光量子的驱动下起着质子泵的作用。这时，它将反应中产生的质子一一逐出细胞膜外，从而使紫膜内外形成一个质子梯度差。根据化学渗透学说，这一梯度差（即质子动势）在驱逐 H 通过 ATP 酶的孔道进入膜内以达到质子平衡时，就会产生ATP。当环境中 O2
7、浓度很低时，嗜盐菌无法利用氧化磷酸化来满足其正常需求，若光照条件适宜，它就能合成紫膜，并利用紫膜的光介导 ATP 合成机制获得必要的能量。5.生物固氮需要满足哪些条件？答： ATP 的供应还原力H 及其载体固氮酶组分 I ：真正“固氮酶”，又称钼铁蛋白 （MF） 、钼铁氧还蛋白（MoFd ） 组分 II：（AzoFd ） 固氮酶还原酶，不含钼，又称铁蛋白、固氮铁氧还蛋白还原性底物氮Mg 2严格的厌氧微环境6.简述不同类型好氧固氮菌的抗氧机制？答：固氮酶对氧极其敏感，因此固氮作用必须在严格的厌氧条件下进行。大多数固氮菌是好氧菌，它们有以下一些保护固氮酶免受氧伤害的机制：1固氮菌保护固氮酶的机制（
8、1）呼吸保护 固氮菌属的许多细菌以其较强的呼吸强度迅速耗去固氮部位周围的氧，以使固氮酶处于无氧的微环境中而免受氧的伤害。（2）构象保护 褐球固氮菌等有一种起着构象保护功能的蛋白质Fe-S 蛋白质，在氧分压增高时，它与固氮酶结合，固氮酶构象发生改变并丧失固氮活力；一旦氧浓度降低，该蛋白便自酶分子上解离，固氮酶恢复原有的构象和固氮能力。2蓝细菌保护固氮酶的机制进行产氧光合作用的蓝细菌普遍有固氮能力，其具有独特的保护固氮酶机制。 （1）异形胞是部分蓝细菌适应于有氧条件下进行固氮作用的特殊细胞。机制：很厚的细胞壁；缺乏产氧光合系统；有高的脱氢酶和氢化酶活力；这些特性使异形胞保持高度的无氧或还原状态，固
9、氮酶不会受氧的伤害。此外，异形胞还有高的超氧化物歧化酶活力，有解除氧毒害的功能；其呼吸强度也高于邻近的营养细胞。（2）没有异形胞分化的蓝细菌：将固氮作用与光合作用分开进行(黑暗下固氮，光照下进行光合作用)，如织线蓝细菌属等；在束状群体中央失去光合系统的细胞中进行固氮作用，如束毛蓝细菌属；提高细胞内过氧化物酶或超氧化物歧化酶活力以解除氧毒害，如粘球蓝细菌属等，以保护固氮酶。3根瘤菌保护固氮酶的机制（1）与豆科植物共生的根瘤菌以类菌体形式生活在豆科植物根瘤中，根瘤不仅提供根瘤菌以良好的营养环境，还为根瘤菌固氮酶提供免受氧伤害的场所。类菌体周围有类菌体周膜包着，膜上有一种能与氧发生可逆性结合的蛋白豆
10、血红蛋白(Lb)，它与氧的亲合力极强，起着调节根瘤中膜内氧浓度的功能，氧浓度高时与氧结合；氧浓度低时又可释放出氧。既保证了类菌体生长所需的氧，又不致对其固氮酶产生氧伤害。（2）非豆科植物共生根瘤菌：共生在糙叶山麻黄根瘤中的豇豆根瘤菌依靠非豆科植物所含的植物血红蛋白( 具有与豆血红蛋白类似功能的蛋白)保护着固氮酶免受氧伤害。共生在赤杨、杨梅和山麻黄等非豆科植物根瘤中的弗兰克氏属放线菌在其营养菌丝末端膨大的球形囊泡囊中进行固氮作用。泡囊与蓝细菌的异形胞相似，有保护固氮酶免受氧伤害的功能。7.为何青霉素只能抑制代谢旺盛的细菌，试述其作用机制。答：原因：青霉素抑制肽聚糖的合成过程，形成破裂的细胞壁，代谢旺盛的细菌才存在肽聚糖的合成，因此此时有青霉素作用时细胞易死亡。作用机制：青霉素是肽聚糖单体五肽尾末端的 D-丙氨酰-D- 丙氨酸的结构类似物，两者可相互竞争转肽酶的活力中心。转肽酶一旦被青霉素结合，前后两个肽聚糖单体间不能形成肽桥，因此合成的肽聚糖是缺乏机械强度的“次品” ，由此产生了原生质体或球状体之类的细胞壁缺损细菌，当它们处于不利的环境下时，极易裂解死亡。因为青霉素的作用机制是抑制肽聚糖分子中肽桥的生物合成，因此对处于生长繁殖旺盛阶段的细菌具有明显的抑制作用，相反，对处于停滞状态的休止细胞，却无抑制作用。
