微生物的代谢
代谢是细胞内发生的各种化学反应的总称。主要由分解代谢与合成代谢两个过程组 成。
分解代谢是指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。
合成代谢是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子物质的过程，在这个过程中要消耗能量。
合成代谢所利用的小分子物质来源于分解代谢过程中产生的中间产物或环境中的小分子营养 物质。合成代谢与分解代谢既有明显的差别，又紧密相关。分解代谢为合成代谢的基础，它 们在生物体中偶联进行，相互对立而统一，决定着生命的存在与发展。合成代谢为吸收能量 的同化过程，分解代谢为释放能量的异化过程。
微生物代谢是从分解环境中的营养物质开始，通过呼吸作用合成自身所需的营养成 分、细胞结构成分、酶系及各种生命活动所需的能量。微生物的代谢活动与食品关系 较为密切。食品中含有丰富的营养物质，如碳水化合物、蛋白质、脂肪和无机盐等， 可为微生物提供一切营养物质。如果环境条件适宜，腐败或病原微生物就能在食品中 大量生长繁殖，通过它们的代谢活动使食品营养成分分解或产生毒素，引起食品腐败 变质或食物中毒。同时人们利用一些有益微生物的代谢活动，生产新的发酵食品、药 品和饲料等。因此，通过了解微生物的代谢活动，可以有意识地控制其危害，充分利 用其有益活动为人类服务。
一、微生物的呼吸作用
微生物生命活动需要的能量来源于微生物的呼吸作用。
微生物的呼吸作用是在细胞内酶的催化下，将某种营养物质或在同化过程中合成的某些物质氧化，并释放能量，以供给细胞生长所需要的物质和能量。因此，呼吸作用包括一系列生物化学反应和能量转移的生物氧化 还原过程，亦被称为“能量代谢”或“生物氧化”。
微生物生物氧化的三种方式、三项功能、三步过程、三种类型。
生物氧化的三种类型（重点）
1.有氧呼吸是指微生物在氧化底物时，以分子氧作为最终电子受体的生物氧化过程。许多异养微生物以有机物作为氧化基质进行有氧呼吸获得能量。这种呼吸作用必须有脱氢酸、氧化酶以及电子传递链参与。脱氢酶使基质脱氧，通过细胞色素C将电子和氢传递给氧，氧化酶使分子状态的氧活化，成为氢受体，最终产物为CO2和和H2O。
2.无氧呼吸是以外源的无机氧化物作为最终电子受体的生物氧化过程。有少数微生物（厌氧菌和兼性厌氧菌）以无机氧化物（如NO3-、NO2- . SO4 2-、S2O3 2-、CO2）为最终电子受体，进行无氧呼吸。在无氧呼吸过程中，从底物脱下的氢和电子经过部分呼吸链的传递，最终由氧化态的无机物接受氢（电子）并伴随氧化磷酸化作用产生ATP。底物也可被彻底氧化，但与有氧呼吸相比，产生的能量较少。
例如，硝酸盐还原细菌，在无氧条件下葡萄糖被彻底氧化时，以NO3-作为呼吸链的最终电子受体，在硝酸盐还原酶作用下，将NO3-还原成NO2-，NO2-在亚硝酸盐还原酶作用下可再进一步还原成NO，N2O直至N2。这是一种异化硝酸盐还原作用，又称反硝化作用。作为这类无氧呼吸的氧化基质的一般为有机物，如葡萄精、乙酸等，它们可被彻底氧化成CO2和H2O，并有ATP的合成。
3.发酵
（1）狭义的发酵概念：是指在无氧条件下，微生物在能量代谢中最终电子受体是被氧化基成本身所产生的，而未被彻底氧化的中间产物。即有机物既是被氧化的基质，又作为最终电子受体，而且作为最终电子受体的有机物是基质未被彻底氧化的中间产物。在此种发酵过程中，一般由底物脱下的电子和氢交给NAD(P)，使之还原成NAD(P)H，后者将电子和氢直接交给作为最终电子受体的某一内源氧化性中间代谢产物（有机物），完成氧化还原反应，电子的传递不经过细胞色素等中间电子传递体，而是分子内部的转移。由于发酵作用对有机物的氧化不彻底，发酵结果是积累有机物，且产生能量较少。
（2） 广义的发酵概念：是指在有氧或无氧条件下，利用好氧或兼性厌氧、厌氧微生物的新陈代谢活动，将有机物氧化转化为有用的代激产物，从而获得发酵产品和工业原料的过程。它包括好氧呼吸、厌氧呼吸和发酵三个方面的过程。因此，微生物中的狭义发酵和工业生产中广义发酵概念的含义是有区别的。
补充一个小链接，大家可以复习一下生物化学中学习的电子传递链
二、不同呼吸类型的微生物
在呼吸和发酵的过程中，根据微生物的呼吸作用的不同，所含呼吸酶系统是否完全，作为最终电子受体的物质是否为氧，以及微生物与分子氧的关系不同，可将微生物分为以下五种呼吸类型。
（备注：教材中的图略有偏差，以此图为准）
关于超氧阴离子自由基
与超氧化物歧化酶（SOD）
超氧阴离子自由基是活性氧的形式之一，因有奇数电子，故带负电荷。它既有分子性质，又有离子性质，其反应力极强，性质极不稳定，在细胞内可破坏各各种生物高分子和膜，也可形成其他活性氧化物，故对生物体十分有害。在体内・O2- 可由酶促（如黄嘌呤氧化酶）或非酶促反应生成。
生物在长期进化过程中，逐渐形成了消除・O2- 等各种有害活性氧的机制。
三、化能异养微生物能量代谢及发酵类型
微生物在生命活动过程中主要通过生物氧化反应获得能量。生物氧化是发生在活细 胞内的一系列氧化还原反应的总称。多数微生物是化能异养微生物，只能通过降解有机物而获得能量。
以葡萄糖作为微生物氧化的典型底物，它在生物氧化的脱氢阶段中， 可通过EMP途径、HMP途径、ED途径、TCA循环等完成脱氢反应，并伴随还原力[H] 和能量的产生。葡萄糖在厌氧条件下经EMP途径产生丙酮酸，这是多数厌氧和兼性厌氧 微生物进行葡萄糖无氧降解的共同途径。丙酮酸以后的降解，因不同种类微生物具有不 同的酶系统，使之有多种发酵类型，可产生不同的发酵产物。
在此主要介绍与食品发酵 工业关系密切的几种发酵类型，即由EMP途径、HMP途径、PK途径、双歧途径、ED途 径、TCA循环等代谢途径产生的主要发酵产物，如酒精、甘油、乳酸、丙酸、丁酸、柠 標酸、谷氨酸等发酵类型。
EMP途径及其产生的主要发酵产物
由EMP途径中的关键产物丙酮酸出发有多种发
酵途径，并可产生多种重要的发酵产品，下面介绍
乙醇、甘油、乳酸、丙酮和丁醇等常见的几种发酵
类型。
（1）酵母菌的酒精发酵
（2）同型乳酸发酵
（3）丙酸发酵
（4）丁酸发酵
（5）混合酸发酵
应用：
2. HMP途径
3. PK途径
4. 双歧途径
5. ED途径
6. 三羧酸循环
视频1：微生物的新陈代谢-张晓静
视频2：微生物的呼吸作用-张晓静
视频3：不同呼吸类型的微生物-张晓静
视频4：好氧及厌氧培养方式-张晓静
视频5 ：化能异养微生物的能量代谢及发酵类型-张晓静
了解：化能自养型微生物的生物氧化
