食品微生物习题第七章

1.名词解释： 发酵：电子供体是有机化合物，而最终电子受体也是有机化合物的生物氧化过程称为发酵作用。工业上发酵无论好氧微生物还是厌氧微生物，用来生产用的均称为发酵。 生物氧化：就是指细胞内一切代谢物所进行的氧化作用。

呼吸作用：微生物在降解底物的过程中，将释放出的电子交给NAD、FAD或FMA等电子载体，再经电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其他还原型产物，并释放出能量的过程。

环式光合磷酸化：光系统I产生的电子经过Fd和Cytb563等传递后，只引起ATP的形成，不伴随其他反应。在这个过程中，电子经过一系列传递后降低了能位，最后经过PC再返回到带正电荷的P700。电子传递是一个闭合的回路，故称环式光合磷酸化。 非环式光合磷酸化：光系统II所产生的电子（水光解释放出的电子），经过一系列传递在细胞色素链上引起ATP的形成，并把电子传递到光系统I上，进一步提高能位，使NADP+还原成NADPH2。在这个过程中，传递不回到原来的起点，是一个开放的道路，故称为非式光合磷酸化。

底物水平磷酸化：物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成。这种产生ATP等高能分子的方式称为底物水平磷酸化。 氧化磷酸化：物质在生物氧化过程中形成的NADH2和FADH2，可通过位于线粒体内膜和细菌质膜上的电子传递系统将电子传递给氧或其他氧化型物质，在这个过程中偶联着ATP的合成，这种产生ATP的方式称为氧化磷酸化。

光合磷酸化：在光能转变为化学能的过程中，当一个叶绿素分子吸收光量子时，叶绿素即被激活，导到叶绿素（或细菌叶绿素）释放一个电子而被氧化。释放出去的电子在电子传递系统的传递过程中偶联着ATP的合成，称为光合磷酸化。

氨化作用：有机含氮化合物经微生物作用后放出氨的生物学过程，称为氨化作用。

初级代谢：是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活所需要的物质和能量的过程。

次级代谢：是指微生物在一定生长时期，以初级代谢产物为前体物质，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。

诱导酶：细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的一类酶。

分批发酵：是一种准封闭式系统，种子接种到培养基后除了气体流通外，发酵液始终留在生物反应器内的发酵方式。

流加发酵：是在分批发酵过程中补入新鲜料液，以克服由于养分的不足，导致发酵过早结束的一种发酵方式。 连续发酵：是一个开放系统，通过连续流加新鲜增养基并以同样的流量连续地排放出发酵液，可使微生物细胞群体保持稳定的生长环境和生长状态，并以发酵中的各个变量多能达到恒定值的一种发酵方式。

微生物的代谢与调控：是指微生物平衡其细胞内进行的各个生物化学反应及其调节反应速率，以确保微生物在严格的自我控制下具有应对环境的变化并将反应过程调整到使生命活动能够继续进行。

2．微生物体内葡萄糖被降解的主要途径有几种？各有什么特点？

主要包括EMP途径、HMP途径、E.D途径和磷酸解酮酶途径（PK和HK途径）

EMP途径：为细胞生命活动提供ATP 和 NADH。关键步骤为1）葡萄糖磷酸化→1.6二磷酸果糖(耗能)。 2）1.6二磷酸果糖→2分子3-磷酸甘油醛。 3）3-磷酸甘油醛→丙酮酸。 HMP途径：从6-磷酸-葡萄糖开始，即在单磷酸已糖基础上开始降解的 故称为单磷酸已

糖途径。HMP途径与EMP途径有着密切的关系，HMP途径中的 3-磷酸-甘油醛可以进入EMP途径， — 磷酸戊糖支路。HMP途径的一个循环的最终结果是一分子葡萄糖-6-磷酸转变成一分子甘油醛-3-磷酸、3个CO2、6个NADPH。一般认为HMP途径不是产能途径，而是为生物合成提供大量还原力（NADPH）和中间代谢产物。

E.D途径：葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸后，经脱氧酮糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-磷酸甘油醛， 3-磷酸甘油醛再经EMP途径转化成为丙酮酸。结果是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，1分子ATP。

ED途径的特征反应是关键中间代谢物2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛。ED途径的特征酶是KDPG醛缩酶。 反应步骤简单，产能效率低。

此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中间代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌氧时进行乙醇发酵。 Pk途径：①分解1分子葡萄糖只产生1分子ATP，相当于EMP途径的一半; ②几乎产生等量的乳酸、乙醇和CO2。 HK途径：①有两个磷酸酮解酶参加反应；

②在没有氧化作用和脱氢作用的参与下，2分子葡萄糖分解为3分子乙酸和2分子3-磷酸-甘油醛， 3-磷酸-甘油醛在脱氢酶的参与下转变为乳酸；乙酰磷酸生成乙酸的反应则与ADP生成ATP的反应相偶联；

③每分子葡萄糖产生2.5分子的ATP；

④许多微生物（如双歧杆菌）的异型乳酸发酵即采取此方式。

3.微生物的有氧呼吸与无氧呼吸有何不同？举例说明之。 好氧呼吸是以分子氧作为最终电子受体的生物氧化过程，而厌氧呼吸是以无机氧化物作为最终电子受体的生物氧化过程。例如一分子葡萄糖经发酵形成的丙丙酮酸在有氧呼吸的情况下经三羧酸循环与电子传递链，彻底分解形成二氧化碳和水，并产生ATP。而硫酸盐还原细菌在无氧呼吸情况下，将发酵产生的有机物（乳酸）作为氧化基质，氧化放出的电子可以使硫酸盐逐步还原成硫化氢，但氧化不彻底，最终积累有机物乙酸，并放出硫化氢。

4.微生物在其能量代谢过程中可通过哪几种方式获得ATP？各有何特点？举例说明之。 可通过底物水平磷酸化、电子传递磷酸化、光合磷酸化三种方式获得ATP。

底物水平磷酸化是发酵过程中形成的含高能磷酸键的化合物直接转移给ADP，形成ATP。 电子传递磷酸化是通过呼吸链传递电子，将氧化过程中释放的能量和ADP的磷酸化偶联起来，形成ATP。

光合磷酸化是将光能转变为化学能，形成ATP。

如葡萄糖经EMP途径发酵形成丙酮酸的过程中形成的的1，3-二磷酸甘油酸和磷酸烯醇式丙酮酸转移高能磷酸键给ADP形成ATP，一分子葡萄糖在这一过程中净剩二个ATP。这样形成的ATP属底物水平磷酸化。丙酮酸经三羧酸循环四分子NADH2和一分子FADH2，通过电子传递链被氧化，氧化一分子NADH2可生成三分子ATP，氧化一分子FADH2可形成2分子ATP，这属于电子传递磷酸化。

在光能自养菌中，利用光合色素吸收光能，光系统的叶绿素分子被激活，释放出一个高能电子，经在一系列电子传递物质中的传递与磷酸化偶联形成ATP。这属于光合磷酸化。

5.与高等动植物相比，微生物代谢的多样性表现在哪些方面？ 微生物细胞的化学组成元素与其它生物细胞的相似，但微生物种类的多样性决定了其营养需

求和营养类型的多样性，微生物吸收营养物质的有简单扩散、促进扩散、主动吸收和基团转位等方式，微生物的营养类型可分为化能异养型、化能自养型、光能异养型和光能自养型。微生物通过厌氧发酵与底物水平磷酸化、呼吸（有氧呼吸和无氧呼吸）与氧化磷酸化和光合作用与光合磷酸化实现产能与能量转换。微生物细胞物质核苷酸和核酸、多肽和蛋白质、脂肪酸和脂的生物合成与分解与其他生物相应物质的代谢相似。但有些微生物多糖如细胞壁肽聚糖具有独特的合成方式。许多微生物除了存在对生命活动至关重要的初级代谢外，还有对生命活动不是至关重要的次级代谢。微生物在初级代谢和次级代谢过程中具有许多不同的调控方式来免除自身代谢产物的反馈抑制和其他环境因素的影响。

6．能抑制细菌细胞壁合成的抗生素有哪几种？它们的作用位点和作用机制是什么？ 1) ??--内酰胺类抗生素（青霉素、头孢霉素）：

是D-丙氨酰-D-丙氨酸的结构类似物，两者相互竞争转肽酶的活性中心。当转肽酶与青霉素结合后，双糖肽间的肽桥无法交联，这样的肽聚糖就缺乏应有的强度，结果形成细胞壁缺损的细胞，在不利的渗透压环境中极易破裂而死亡。 2)杆菌肽：

能与十一异戊烯焦磷酸络合，因此抑制焦磷酸酶的作用，这样也就阻止了十一异戊烯磷酸糖基载体的再生，从而使细胞壁（肽聚糖）的合成受阻。 3)衣霉素：

它的结构与十一异戊烯磷酸载体结构相似，因此，它能阻止N-乙酰葡萄糖转移到十一异戊烯－P－P－N－乙酰胞壁酰－五肽上，从而抑制十一异戊烯二糖－五肽的形成。

4)环丝氨酸：由于其结构与D-丙氨酸相似，因此，它能够作为D-丙氨酸的颉颃物影响D-丙氨酸－D－丙氨酸二肽的合成，进而影响park核苷酸的合成。 5) 万古霉素：可抑制肽聚糖分子的延长。

7.举一例重要的中间代谢产物，说明物质分解代谢和合成代谢的交叉关系。

如中间代谢产物6－磷酸葡萄糖。淀粉、纤维素等多糖分解成为单糖（葡萄糖），葡萄糖经酵解形成中间代谢产物6－磷酸葡萄糖。6－磷酸葡萄糖又可用于合成糖原、肽聚糖等。

8．试问次级代谢途径与初级代谢途径之间有何联系？ 初级代谢的关键性中间产物往往是次级代谢的前体物质，次级代谢是建立在初级代谢的基础之上的。

9．微生物细胞是如何进行代谢调节的？主要方式有哪些？有何特点？ 主要通过酶活性调节（包括酶活激活和抑制）、酶合成调节（包括诱导、阻遏）。主要方式包括：酶的激活、反馈抑制、诱导合成、阻遏酶合成等。

酶活性调节特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除。

合成调节特点：通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制，是基因水平上的调节，属于粗放的调节，间接而缓慢。

10．微生物代谢调节在发酵工业中有何重要性？试举例加以说明。 在发酵工业中，为了大量积累人们所需要的某一代谢产物，常常人为地打破微生的细胞内的自动代谢调节机制，使代谢朝人们所希望的方向进行，增加产量。

如谷氨酸生产中，野生型菌株代谢产物谷氨酸不会随意分泌到细胞外，积累在细胞内，当过量积累时就会通过反馈抑制而降代谷氨酸的合成。应用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型菌株，由

于它不能合成油酸，结果会影响细胞膜的完整性，增加了细胞膜的通透性，使代谢产生的谷氨酸较易透过细胞膜分泌到细胞外，从而不会产生反馈抑制而增加谷氨酸产量。

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