酵解途径（glycolysis）又称EMP途径（Embden-Myerhof Pathway，简写为EMP），这条途径是生物界共有的。从生命起源来看，最古老的生物是在缺氧的大气中产生的，无氧发酵是生物以有机分子作能源的最简单和最原始的生化途径。现在的好氧生物中大多数（包括哺乳动物）仍保持着这种“原始”的能力，但将这种原始途径作为它们用氧进一步氧化发酵产物的准备阶段，而厌氧微生物是以此途径作为获得能量的唯一方式。功能:①提供能量和还原力，是厌氧微生物获得能量的唯一方式；②提供一些中间代谢产物；③逆过程可以进行糖的合成；④链接其他几个代谢途径的桥梁；⑤与乙醇，乳酸发酵有重要的关系。
除了通过糖酵解氧化葡萄糖外，大多数微生物还有一条彻底分解葡萄糖为CO2和水的途径，即是葡萄糖在转化成6-磷酸葡萄糖酸后就分解为CO2和5-磷酸核酮糖，也就是在单磷酸己糖的基础上开始降解，故称单磷酸
己糖途径（hexose monophosphate pathway，简称HMP途径）。HMP途径在微生物生命活动中意义重大，主要有：（1）供应5-磷酸核糖，以合成嘌呤和嘧啶核苷酸，最后合成核酸、辅酶等；（2）提供大量的还原力NADPH＋H+，除了部分被转氢酶催化变为NADH＋H+，再进入呼吸链氧化，可生成大量的ATP外，主要还是作为细胞合成脂肪酸、胆固醇、谷氨酸等需氢的一种重要来源；（3）途径中的4-赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、碱基合成、及多糖合成；（4）磷酸戊糖循环的功能对于光能和化能自养菌具有重要作用，这两类微生物细胞中的含碳成分都是由CO2和1,5-二磷酸核酮糖缩合而成，而后者是由5-磷酸核糖转变而来；（5）生成的6-磷酸果糖、3-磷酸甘油醛等可进入EMP途径，进而代谢为丙酮酸，这样HMP途径与EMP
途径相联系，可以调剂戊糖供需关系；（6）途径中存在C3～C7碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用的碳源谱更为广泛；（7）通过该途径可产生许多种重要的发酵产物，如核苷酸、若干氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等；HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活动对其中间产物的需要量相关。
ED途径是少数EMP途径不完整的细菌所特有的利用葡萄糖的替代途径。由于它可与EMP途径、HMP途径和TCA循环等代谢途径相联，故可相互协调，满足微生物对能量、还原力和不同中间代谢产物的需要。所以ED途径也是微生物的一条重要代谢途径，广泛分布在细菌尤其是革兰氏阴性菌中。ED途径的生理功能在于：（１）ED途径的中间产物可以参与嘌呤、嘧啶、芳香族氨基酸及辅酶等物质的合成；（２）提供了ATP及还原力（NADPH＋H+、 NADH＋H+）。
3. 试述酵母菌的呼吸与发酵之间的调节机制。
    答：兼性细胞在无氧和有氧条件下都能利用葡萄糖，这种细胞在无氧条件下利用葡萄糖生成乳酸。当兼性细胞从发酵转回呼吸代谢（即引入氧）时，立即出现两种情况：一是葡萄糖消耗速率迅速下降许多倍；二是乳酸的生成几乎降至零。葡萄糖的消耗受到抑制，乳酸的堆积终止，同时开始耗氧的现象称作巴斯德效应（Pasteur effect）。这是150多年前法国生物学家巴斯德在研究酿酒发酵过程中发现发酵作用与氧的浓度成反比所得知的，但这是所有兼性细胞的共性。
目前的研究表明，这种效应的主要原因在于酵解途径与TCA环对ADP和pi的竞争作用。在有氧条件下，每摩尔葡萄糖完全氧化产生的ATP比酵解途径产生的多得多，因而细胞在厌氧条件下要求在单位重量和单位时间内产生与有氧条件下相同数量的ATP，则需要消耗葡萄糖量大得多，所以耗氧一开始葡萄糖的消耗就减慢。在有氧代谢中产生大量的ATP和柠檬酸是磷酸果糖激酶的负效应子，而该酶的正效应子ADP又因线粒体对其有很高的亲和力而竞争去了，因此它往往处于失活状态。另外，由于6-磷酸果糖积累，6-磷酸葡萄糖也增多，反馈抑制了磷酸己糖激酶。还由于ADP优先进入线粒体，磷酸甘油酸激酶和丙酮酸激酶因缺乏磷酸基团受体而使反应受阻。后一种情况是由于在有氧的情况下呼吸链对NADH＋H+有高度的亲和力，因此几乎没有NADH＋H+用于丙酮酸还原为乳酸。因此，总的结果是有氧（呼吸）抑制了无氧呼吸（发酵）。这表明细胞在能够更有效地进行能量代谢时，就宁可“关闭”低效率的代谢途径。例如，酵母菌的酒精发酵，在有氧情况下由于进行呼吸作用，使酒精产量大量降低，糖的消耗速率也大为减慢，经对巴斯德效应的研究得出，每单位葡萄糖在有氧条件下比无氧条件下生成的酵母量多5～10倍左右，并且通过氧化途径菌体消耗葡萄糖的速率比发酵作用时低。
由于糖分解而产生的呼吸抑制，称为克奈特瑞效应（Crabtree effect），是与巴斯德效应相反的现象，又称为反巴斯德效应。在好气条件下，当葡萄糖浓度超过5％时，会阻滞酵母细胞中呼吸酶的合成和线粒体的形成，迫使酵母菌进入发酵，酵母也由于发酵而增殖。这些受阻遏的细胞呼吸能力低，细胞内线粒体数目少，完整形态的线粒体几乎不存在，尤其内膜发育不好，只看到膜状的不明显的结构，合成蛋白质能力也低。在去阻遏过程中，线粒体数目增加，并出现具完整形状的嵴发达的线粒体。果糖也与葡萄糖一样，即使在好氧条件下，酵母菌大部分因发酵而增殖，抑制呼吸体系。与巴斯德效应一样，影响呼吸能力发达的葡萄糖作用机制中，ATP、ADP和pi都是重要的调节因子，克奈特瑞效应是由于糖酵解夺去了氧化磷酸化的基质而引起的，而且还由于蛋白质合成受阻，以及伴随已有线粒体分解的复杂机制而发生的现象。由此可见，巴斯德效应和克奈特瑞效应同为糖代谢中重要的调节机制。
4.细菌酒精发酵可能有哪些途径？细菌酒精发酵与传统酵母酒精发酵有哪些优缺点？前景如何？
  ① EMP途径：一些生长在极酸性条件下的专性厌氧菌比如胃八叠球菌
  ②ED途径：一分子葡萄糖通过ED途径分解生成两分子丙酮酸，脱羧形成乙醛，在还原成乙醇。运动假单胞菌
   ③ppk途：肠明模串珠菌在进行异型乳酸发酵时，在生成乳酸的同时有乙醇的生成。
优点：耐高糖，耐乙醇，低生物产量高乙醇产量，比生长速率和发酵速率快。
缺点: 底物范围狭窄，细菌发酵容易染菌，对ph的控制比较复杂，产生胞外物导致培养基粘度增加形成稳定的泡沫。
前景：用高温菌生产代谢速度快，耐高温，与酵母菌的生产能力相当；温度高，粘性低节省搅拌所需动力；温度高，氧气的溶解度低，有利于厌氧菌的生长；染菌问题不严重。
5. 细菌乳酸发酵有哪些类型，请写出反应式。
   答：细菌发酵的常见产物是乳酸。能够大量产生乳酸的细菌统称为乳酸菌，它们可分别利用3种不同的代谢途径产生乳酸。（1）同型乳酸发酵。发酵产物中只有乳酸的称为同型乳酸发酵。能进行同型乳酸发酵的乳酸菌只要是乳杆菌属和链球菌属中的许多细菌。工业上多用德氏乳杆菌生产乳酸，该菌是一种耐热性菌，在50℃高温下生酸力强。同型乳酸发酵途径是葡萄糖经由EMP途径降解为丙酮酸后，丙酮酸直接作为受氢体而还原为乳酸：CH3COCOOH+NADH+H+→CH3CHOHCOOH+NAD+ 从葡萄糖开始，总反应式为：C6H12O6+2ADP+2Pi→2CH3CHOHCOOH+2ATP    （2）异型乳酸发酵发酵产物中，除乳酸外还有乙醇、二氧化碳等其他发酵产物的称谓异型乳酸发酵。异型乳酸发酵走的是磷酸戊酮糖途径，每分解1分子ATP，相当于同型乳酸发酵的一半。真菌中的根霉和细菌中的肠膜状明串珠菌和葡聚糖明串珠菌等都可进行异型乳酸发酵。C6H12O6+ADP+Pi→CH3CHOHCOOH+ATP+C2H5OH+CO2     （3）双歧途径。两歧双歧杆菌是利用磷酸己酮糖途径、HMP途径的非氧化阶段以及PPK途径有机结合而成的双歧发酵途径，将葡萄糖降解成乳酸和乙酸。在没有氧化作用和脱氢作用的反应参与下，2分子葡萄糖分解为3分子乙酰磷酸和2分子3-磷酸甘油醛，后者在3-磷酸甘油醛脱氢酶和乳酸脱氢酶参与下转变为乳酸，乙酰磷酸则与ATP的生成反应相偶联成为乙酸。CH3COOPO3H2+ADP→乙酸激酶→→CH3COOH+ATP对所有生成乙酸的厌氧菌来说，上述反应非常重要，因为它们依靠此底物水平磷酸化作用获得ATP。从葡萄糖开始，总反应式为：2C6H12O6+5ADP+5Pi→3CH3COOH+ 2CH3CHOHCOOH+ 5ATP 可见双歧途径的产能水平比同型和异型乳酸发酵要高。
6.说明糖有氧降解的调节机制，并阐明黑曲霉能大量积累柠檬酸的原因。
7. 试述微生物由非糖前体物合成细胞多糖的过程及其主要控制点。
 主要有两种途径：一种是通CO2生成葡萄糖；一种是通过TCA循环的中间产物先合成丙酮酸，再由丙酮酸合成6-磷酸葡萄糖。前者是自养微生物特有，后者是所有生物共有，称为糖异生。6-磷酸葡萄糖可以进一步转化成葡萄糖，双糖和多糖等化合物。糖异生的作用：①丙酮酸合成PEP:在线粒体内，由丙酮酸先合成草酰乙酸，草酰乙酸在苹果酸脱氢酶的作用下形成苹果酸；苹果酸跨膜到细胞液，转化为草酰乙酸，草酰乙酸在PEP羧化酶的作用下生成PEP。②PEP逆过程合成1,6-二磷酸果糖，经过磷酸果糖磷酸酶水解得到6-磷酸果糖④变成6-磷酸葡萄糖，经过葡萄糖磷酸酶水解得到葡萄糖。卡尔文循环; 先CO2与1,5二磷酸核酮糖合成一个6化合物，分解形成两个3-磷酸甘油醛，再进一步合成葡萄糖。
8. 阐述G＋细菌细胞肽聚糖合成过程以及青霉素的抑制机制。
    答：细菌细胞壁具有保护细胞的作用，维持胞内可溶性物质比环境高出数百倍的浓度，承受着体内高渗透压力，并保持细菌所特有的形态。肽聚糖还是青霉素、万古霉素环丝氨酸与杆菌肽等许多抗生素作用的靶点，所以肽聚糖是一种重要而且在抗生素治疗上有特别意义的物质。(1)肽聚糖的生物合成：简单说可以分为3步进行。1、在细胞质中合成胞壁酸五肽，这一阶段起始于N-乙酰葡糖胺-1-磷酸，自N-乙酰葡萄胺-1-磷酸开始，以后的N-乙酰葡糖胺、N-乙酰胞壁酸以及胞壁酸五肽都是与糖载体UPD相结合。（2）在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽与N-乙酰葡糖胺合成肽聚糖单体——二糖肽亚单位。这一阶段中有一种称为细菌萜醇的脂质载体参与，这是一种由11个类异戊二烯单位组成的C55类异戊二烯醇，它通过两个磷酸基与N-乙酰胞壁酸相连，载着在细胞质中形成的UDP-N-乙酰胞壁酸五肽转到细胞膜上，在那里与N-乙酰葡糖胺结合形成磷脂中间体，并借助细胞膜上的酶，在膜外合成直链状聚合物（此过程又成为磷脂循环），并在L-Lys上接上五肽形成二糖肽亚单位。（3）已合成的二糖肽插入细胞膜外的细胞壁生长点上作为引物的肽聚糖骨架（至少含6-8个肽聚糖单体的分子）中，通过转糖基作用使多糖链延伸一个双糖单位；第二步通过转肽酶的转肽作用使相邻多糖链交联。转肽时先是D-丙氨酸-D-丙氨酸间的肽链断裂，释放出一个D-丙氨酸残基，然后倒数第2个D-丙氨酸的游离羧基与邻链甘氨酸五肽的游离氨基间形成肽键而实现交联。
青霉素、头孢菌素等β-内酰胺类抗生素的主要作用是抑制肽聚糖和成的最后阶段，即作用于短肽的交叉联结。在转肽反应中，通过酶的作用，一个五肽的倒数第二个D-丙氨酸的羧基赚到另一个短肽连的游离氨基上，在形成肽键的同时，有末端D-丙氨酸释出。在青霉素存在下，转肽作用被抑制，使成长的细胞壁发生解体，因而生长在低渗环境中的细菌就裂解死亡。这是由于青霉素等β-内酰胺类抗生素的结构与肽聚糖的D-丙氨酰-D-丙氨酸末端结构类似，两者互相竞争转肽酶的活性中心，竞争的结果是青霉素等代替了原来的底物而与酶的活性中心结合。β-内酰胺环的CO-N键易起反应，该键裂开后就与转肽酶结合形成青霉素噻唑酰基酶。当转肽酶与青霉素结合后，双糖肽间的的肽桥无法交联，这样的肽聚糖就缺乏应有的强度，结果就形成原生质体或球状体这样的细胞壁缺损的细胞，它们在不利的渗透压环境下极易破裂而死亡。由于青霉素的抑菌作用在与抑制肽聚糖的生物合成，所以青霉素只对生长繁殖的细菌有一只作用，而对不生长状态的静止细胞无抑制作用，因此青霉素等又被称作繁殖期杀菌剂。

第五章     微生物的代谢调控
1. 请解释下列名词：初级代谢、次级代谢、基因表达、操纵子学说、外显子、内含子、两次生长、葡萄糖效应、代谢互锁
    初级代谢：微生物生长过程中产生的对细胞生长、分化和繁殖必需的物质的代谢称为初级代谢
    次级代谢：从初级代谢的中间产物出发，合成一些生理功能不够明确、化学结构特殊，与维持生命活动无关，并不影响生命活动的代谢产物，这一过程称为次级代谢