微生物應用工業 Ch4. 微生物之發酵代謝 阮雪芬 Sep 30, 2002 NTUT

代謝作用 生物為了要營生活作用和合成細胞成分, 以進行生長並延續生命, 必須不斷地由外 部獲得能量. 因此, 再生物體內營化學變化 的總和, 稱為代謝作用.

代謝作用 代謝作用分二種 : – 合成作用 ( 同化作用,Assinilation; 組成代 謝,Anabolism) – 分解作用 ( 異化作用,Dissimilation; 分解代 謝,Catabolism) 微生物的質能代謝機構,Fig 4-1.

呼吸與發酵 呼吸 (Resipiration): 生物使用分子狀態 之氧, 以氧化基質獲得能量之反應 ; 專用於 高等生物 發酵 (Fermentation): Pasteur 下的定義 ” 酵母在無氧狀態下的呼吸 ” ; 專用於微生物 呼吸和發酵皆是生物獲得能量的方式

發酵 依是否需要氧而分 : – 好氣性發酵 (Aerobic fermentation); 氧化發酵 (Oxidative fermentation) 定義 : 有機化合物受分子狀氧, 進行不完全氧化之反應 發酵細菌的醋酸發酵 黴菌的有機酸發酵 – 厭氣性發酵 (Anaerobic fermentation); 厭氧呼吸 (Anaerobic respiration) 定義 : 發酵係一種能供給能量之氧化還原反應, 這種反應中 有機化合物擔任了氫供與體和氫受容體兩方面任務之反應 酵母的酒精發酵

呼吸與發酵 呼吸 : 比較進化獲得能量的方法 –C 6 H 13 O 6 + 6O 2  6CO 2 + H 2 O, 36ATP 發酵 –C 6 H 12 O 6  2CH 3 CHOHCOOH, 2ATP Fig 4-2 腐敗 (Putrefaction): 微生物分解有機物 的一種作用

微生物的增殖與能源 高能鍵結合形式 :Fig4-4. – 高能鍵物質係一種含氮, 硫或磷之化合物 ATP, Adenosine triphosphate: Fig4-5. AMP, Adenosine monophosphate ATP ADP + Pi + H (6000 cal/mole)

微生物的氧化代謝與電子 傳遞 氧化作用 : Fig4-6 H  Electron acceptor AH2 A NAD FAD Cyt bCyt cCyt aCyt a3 1/2O 2 O 2- ATP

微生物的氧化代謝與電子 傳遞 G 0 = -nF E 0 CHCOCOOH + NADH +H + CH 3 CHOHCOOH ( 乳酸 )+ NAD + CH 3 CHO + NADH +H + CH 3 CH 2 OH ( 乙醇 )+ NAD +

碳水化合物的代謝作用 Fig 4-10 EMP pathway: Anaerobic fermentation TCA cycle: Aerobic fermentation

Anaerobic Fermentation Glycolysis Entner-Doudoroff (ED) pathway Heterolactic fermentation Acetone-butanol and butyric acid fermentation Mixed organic acid fermentation Hexose-monophosphate shunt (HMP)

Aerobic fermentation Tricarboxylic acid cycle (TCA cycle) Glyoxylic acid cycle