第五章微生物的新陳代謝習(xí)題及答案

1、第五章 微生物的新陳代謝習(xí)題及答案一、名詞解釋1. 生物氧化： 發(fā)生在活細(xì)胞內(nèi)的一系列產(chǎn)能性氧化反應(yīng)的總稱。2. P/O 比：每消耗 1mol 氧原子所產(chǎn)生的 ATPmol 數(shù)，用來定量表示呼吸鏈氧化磷 酸化效率的高低。3. 無氧呼吸： 又稱厭氧呼吸，指一類呼吸鏈末端的氫受體為外源無機(jī)氧化物（少 數(shù)為有機(jī)氧化物）的生物氧化。4. 延胡索酸呼吸： 以延胡索酸作為末端的氫受體還原產(chǎn)生琥珀酸的無氧呼吸。5. 發(fā)酵： 指在無氧等外源氫受體的條件下，底物脫氫后所產(chǎn)生的還原力 H 未經(jīng) 呼吸鏈傳遞而直接交某一內(nèi)源中間代謝物接受， 以實(shí)現(xiàn)底物水平磷酸化產(chǎn)能的一 類生物氧化反應(yīng)。6. 異型乳酸發(fā)酵： 凡葡萄糖

2、經(jīng)發(fā)酵后除主要產(chǎn)生乳酸外，還產(chǎn)生乙醇、乙酸和 CO2等多種產(chǎn)物的發(fā)酵，稱異型乳酸發(fā)酵。7.Stickland 反應(yīng) ：以一種氨基酸作底物脫氫（即氫供體） ，另一種氨基酸作氫 受體而實(shí)現(xiàn)生物氧化產(chǎn)能的發(fā)酵類型，稱為 Stickland 反應(yīng)。8. 循環(huán)式光合磷酸化： 可在光能驅(qū)動(dòng)下通過電子的循環(huán)式傳遞而完成磷酸化產(chǎn)能 的反應(yīng)，是一種存在于光合細(xì)菌中的原始光合作用機(jī)制。9. 非循環(huán)式光合磷酸化： 電子循環(huán)途徑屬非循環(huán)式的光合磷酸化反應(yīng)，是各種綠 色植物、藻類和藍(lán)細(xì)菌所共有的利用光能產(chǎn)生 ATP 的磷酸化反應(yīng)。10. 生物固氮： 是指大氣中的分子氮通過微生物固氮酶的催化而還原成氨的過程。 生物界中只

3、有原核生物才具有固氮能力。12. 反硝化作用： 又稱硝酸鹽呼吸。 是指在無氧條件下，某些兼性厭氧微生物利用硝酸鹽作為呼吸鏈的最終氫受體，把它還原成亞硝酸、NO、N20直至N2的過程，稱為異化性硝酸鹽還原作用，又稱硝酸鹽呼吸或反硝化作用。13. 同型酒精發(fā)酵： 丙酮酸經(jīng)過脫羧生成乙醛，以乙醛為氫受體生成乙醇，若發(fā) 酵產(chǎn)物中只有乙醇一種有機(jī)物分子稱為同型酒精發(fā)酵。14. 次生代謝物： 指某些微生物生長到穩(wěn)定期前后，以結(jié)構(gòu)簡單、代謝途徑明確、 產(chǎn)量較大的初生代謝物作前體， 通過復(fù)雜的次生代謝途徑所合成的各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜 的化合物。15. 細(xì)菌酒精發(fā)酵 :運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌等微好氧菌經(jīng) ED 途徑形成丙酮酸脫

4、羧成乙 醛，進(jìn)一步被還原成乙醇，這種經(jīng) ED 途徑發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的方法稱為細(xì)菌酒精發(fā) 酵。二、問答題（一）試述 HMP 途徑在微生物生命活動(dòng)中的重要性。答：供應(yīng)合成原料：為核酸、核苷酸、NADP（P） +、FAD（FMN）和CoA等的生 物合成提供無糖-磷酸；途徑中的赤蘚糖-4-磷酸是合成芳香族、雜環(huán)族氨基酸（苯 丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和組氨酸）的原料。 產(chǎn)還原力：產(chǎn)生大量NADPH2形式的還原力，不僅可以供脂肪酸、固醇等生 物合成之需，還可以通過呼吸鏈產(chǎn)生大量能量之需。 作為固定CO2的中介：是光能自養(yǎng)微生物和化能自養(yǎng)微生物固定 CO2的重要 中介（HMP途徑中的核酮糖-5-磷酸在羧化酶的催化

5、下可固定CO2并形成核酮糖 -1，5-二磷酸）。 擴(kuò)大碳源利用范圍：為微生物利用C3C7多種碳源提供了必要的代謝途徑。 連接EMP途徑：通過EMP途徑的連接（在果糖-1,6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸 處），可謂生物合成提供更多的戊糖。（二）列表比較同型乳酸發(fā)酵與異型乳酸發(fā)酵。答:類型途徑產(chǎn)物/1葡萄糖產(chǎn)能/1葡萄糖困種代表同型EMP2乳酸2 ATP德氏乳桿菌 糞鏈球菌異型HMP1乳酸1乙醇1 CO21 ATP腸膜明串珠菌1乳酸1乙酸*1 CO22 ATP短乳桿菌1乳酸1.5乙酸2.5 ATP兩歧雙歧桿菌3細(xì)菌酒精發(fā)酵與酵母菌的酒精發(fā)酵有何異同？答：共同點(diǎn)：葡萄糖降解為丙酮酸，丙酮酸脫羧為乙醛，

6、乙醛再還原成乙醇不同點(diǎn)：產(chǎn)生丙酮酸的途徑不同 酵母型酒精發(fā)酵是通過EMP途徑，而細(xì)菌酒 精發(fā)酵是通過ED途徑。 凈產(chǎn)ATP不同與酵母乙醇發(fā)酵相比，細(xì)菌乙醇發(fā)酵凈產(chǎn)生 ATP只有1 個(gè) 菌種不同：參與酵母型酒精發(fā)酵的是釀酒酵母，細(xì)菌酒精發(fā)酵是運(yùn)動(dòng)發(fā)酵 單胞菌等微好氧菌。4試述嗜鹽菌紫膜光合作用的基本原理。答：細(xì)菌的視紫紅質(zhì)的功能與葉綠素相似， 能吸收光能，并在光量子的驅(qū)動(dòng) 下起著質(zhì)子泵的作用。這時(shí)，它將反應(yīng)中產(chǎn)生的質(zhì)子一一逐出細(xì)胞膜外， 從而使 紫膜內(nèi)外形成一個(gè)質(zhì)子梯度差。根據(jù)化學(xué)滲透學(xué)說，這一梯度差（即質(zhì)子動(dòng)勢） 在驅(qū)逐H*通過ATP酶的孔道進(jìn)入膜內(nèi)以達(dá)到質(zhì)子平衡時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生 ATP。當(dāng)環(huán) 境

7、中 O2 濃度很低時(shí)，嗜鹽菌無法利用氧化磷酸化來滿足其正常需求，若光照條 件適宜，它就能合成紫膜，并利用紫膜的光介導(dǎo) ATP 合成機(jī)制獲得必要的能量。5. 生物固氮需要滿足哪些條件？答：ATP的供應(yīng) 還原力H及其載體 固氮酶組分I :真正固氮酶”又稱鉬鐵蛋白 （MF）、鉬鐵氧還蛋白（MoFd） 組分 II：（AzoFd） ?固氮酶還原酶，不含鉬，又稱鐵蛋白、固氮鐵氧還蛋白 還原性底物氮 Mg2+ 嚴(yán)格的厭氧微環(huán)境6. 簡述不同類型好氧固氮菌的抗氧機(jī)制？ 答：固氮酶對氧極其敏感，因此固氮作用必須在嚴(yán)格的厭氧條件下進(jìn)行。大多數(shù)固氮菌是好氧菌，它們有以下一些保護(hù)固氮酶免受氧傷害的機(jī)制： 1固氮菌保護(hù)

8、固氮酶的機(jī)制（ 1 ）呼吸保護(hù) 固氮菌屬的許多細(xì)菌以其較強(qiáng)的呼吸強(qiáng)度迅速耗去固氮部位周圍的氧， 以使 固氮酶處于無氧的微環(huán)境中而免受氧的傷害。（ 2 ）構(gòu)象保護(hù)褐球固氮菌等有一種起著構(gòu)象保護(hù)功能的蛋白質(zhì) Fe-S蛋白質(zhì)U,在氧 分壓增高時(shí)， 它與固氮酶結(jié)合， 固氮酶構(gòu)象發(fā)生改變并喪失固氮活力； 一旦氧濃 度降低，該蛋白便自酶分子上解離，固氮酶恢復(fù)原有的構(gòu)象和固氮能力。 2藍(lán)細(xì)菌保護(hù)固氮酶的機(jī)制進(jìn)行產(chǎn)氧光合作用的藍(lán)細(xì)菌普遍有固氮能力，其具有獨(dú)特的保護(hù)固氮酶機(jī)制。（ 1）異形胞是部分藍(lán)細(xì)菌適應(yīng)于有氧條件下進(jìn)行固氮作用的特殊細(xì)胞。機(jī)制：很厚的細(xì)胞壁；缺乏產(chǎn)氧光合系統(tǒng)U；有高的脫氫酶和氫化酶活力； 這

9、些特性使異形胞保持高度的無氧或還原狀態(tài)，固氮酶不會(huì)受氧的傷害。此外， 異形胞還有高的超氧化物歧化酶活力， 有解除氧毒害的功能； 其呼吸強(qiáng)度也高于 鄰近的營養(yǎng)細(xì)胞。（ 2）沒有異形胞分化的藍(lán)細(xì)菌： 將固氮作用與光合作用分開進(jìn)行 （黑暗下固氮，光照下進(jìn)行光合作用 ），如 織線藍(lán)細(xì)菌屬等； 在束狀群體中央失去光合系統(tǒng)U的細(xì)胞中進(jìn)行固氮作用，如束毛藍(lán)細(xì)菌屬； 提高細(xì)胞內(nèi)過氧化物酶或超氧化物歧化酶活力以解除氧毒害， 如粘球藍(lán)細(xì) 菌屬等，以保護(hù)固氮酶。3根瘤菌保護(hù)固氮酶的機(jī)制 （1）與豆科植物共生的根瘤菌以類菌體形式生活在豆科植物根瘤中，根瘤不僅 提供根瘤菌以良好的營養(yǎng)環(huán)境，還為根瘤菌固氮酶提供免受氧傷害

10、的場所。類菌體周圍有類菌體周膜包著，膜上有一種能與氧發(fā)生可逆性結(jié)合的蛋白 豆血紅蛋白（Lb）,它與氧的親合力極強(qiáng)，起著調(diào)節(jié)根瘤中膜內(nèi)氧濃度的功能， 氧濃度高時(shí)與氧結(jié)合； 氧濃度低時(shí)又可釋放出氧。 既保證了類菌體生長所需的氧， 又不致對其固氮酶產(chǎn)生氧傷害。（2）非豆科植物共生根瘤菌： 共生在糙葉山麻黃根瘤中的豇豆根瘤菌依靠非豆科植物所含的植物血紅 蛋白 （具有與豆血紅蛋白類似功能的蛋白 ）保護(hù)著固氮酶免受氧傷害。 共生在赤楊、楊梅和山麻黃等非豆科植物根瘤中的弗蘭克氏屬放線菌在其 營養(yǎng)菌絲末端膨大的球形囊 泡囊中進(jìn)行固氮作用。 泡囊與藍(lán)細(xì)菌的異形胞相 似，有保護(hù)固氮酶免受氧傷害的功能。7. 為何青霉素只能抑制代謝旺盛的細(xì)菌，試述其作用機(jī)制。 答：原因：青霉素抑制肽聚糖的合成過程，形成破裂的細(xì)胞壁，代謝旺盛的 細(xì)菌才存在肽聚糖的合成，因此此時(shí)有青霉素作用時(shí)細(xì)胞易死亡。作用機(jī)制：青霉素是肽聚糖單體五肽尾末端的 D-丙氨酰-D-丙氨酸的結(jié)構(gòu)類 似物，兩者可相互競爭轉(zhuǎn)肽酶的活力中心。 轉(zhuǎn)肽酶一旦被青霉素結(jié)合， 前后