微生物的生理专家讲座.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、微生物生物氧化和产能,微生物生物氧化本质是,氧化与还原,统一过程，是细胞内一系列产能代谢总称。,此过程有,能量产生和转移,；有,还原力,H,产生以及小,分子中间代谢产物,产生。,微生物的生理专家讲座,第1页,1,、微生物产能方式和种类,电能（电子移动产生）,化学能,（氧化有机物和无机物化学反应中释放能量）,机械能（,鞭毛运动、细胞质流动等,运动产生）,光能（发光细菌产生）,这些能量有被用于,合成反应和生命其它活动,，有以热量形式散发，有被贮存在,ATP,（三磷酸腺苷）,中。,微生物的生理专家讲座,第2页,ATP,含有高能磷酸键（,31.4KJ,），但仅是能量暂时贮存物质，若要长久储存能量，,ATP,将转化成储能物，如聚,羟基丁酸，淀粉等。,2,、生物能量转移中心,ATP,化能异养菌,光能营养菌,化能自养菌,ATP,日光,有机物,最初能源,还原态无机物,通用能源,微生物的生理专家讲座,第3页,ATP(,腺苷三磷酸,),ATP,化学组成和功效,7.3,千卡,/,摩尔,微生物的生理专家讲座,第4页,（,1,）氧化磷酸化,微生物在好氧呼吸和无氧呼吸时，经过,电子传递体系产生,ATP,过程。,递氢（电子）和受氢过程与磷酸化反应相偶联产生,ATP,。,3,、,ATP,生成方式,ADP+H,3,PO,4,ATP,AMP+2H,3,PO,4,ATP,ATP,生成反应式,微生物的生理专家讲座,第5页,（,2,）底物水平磷酸化,厌氧微生物和兼性厌氧微生物在底物氧化过程中，产生一个含高自由能中间体，这一中间体将高能键交给,ADP,，,使,ADP,磷酸化而生成,ATP,。,底物水平磷酸化作用与氧化磷酸化作用区分：,底物水平磷酸化作用是指,ATP,形成直接与一个,中间代谢物上磷酸基团转移相偶联,。,氧化磷酸化作用是指,ATP,生成基于,电子传递相偶联,磷酸作用。,微生物的生理专家讲座,第6页,（,3,）光合磷酸化,光引发叶绿素、菌绿素或菌紫素逐出电子，经过电子传递体系产生,ATP,过程。,ADP+H,3,PO,4,ATP,AMP+2H,3,PO,4,ATP,ATP,生成反应式,微生物的生理专家讲座,第7页,二、各种营养类型微生物产能代谢,（一）化能异氧型微生物产能代谢,（二）化能自氧型微生物产能代谢,（三）光能自氧型微生物产能代谢,（四）光能异氧型微生物产能代谢,微生物的生理专家讲座,第8页,依据最终电子受体（受氢体）可将微生物呼吸分为：,发酵、好氧呼吸、无氧呼吸,三种。,（一）化能异养型微生物产能代谢,AH,2,+B A+BH,2,供氢体 受氢体,AH,2,A+2H,+,+2e,-,失去电子伴随脱氢,B+2H,+,+2e,-,BH,2,得到电子伴随加氢或脱氧,微生物的生理专家讲座,第9页,1,、发酵,定义,：,无,外源电子受体条件下，底物脱氢后所产生,还原力,H,未,经呼吸链传递而直接交给某一,内源性中间代谢物接收,，以实现底物水平磷酸化产能一类生物氧化反应。,有少许能量释放,，多数能量仍保留在产物中。,发酵种类有很多，可发酵底物有糖类、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为主要。,微生物的生理专家讲座,第10页,两大步骤，三小步骤,一、糖酵解：（,1,）,预备反应,，不发生氧化还原反应，消耗,ATP,，产物是,3,磷酸甘油醛。（,2,）,氧化还原反应,，产生,ATP,，产物为丙酮酸,二、,氧化还原,反应，丙酮酸深入发酵可产生乙醇和,CO,2,乙醇发酵路径,微生物的生理专家讲座,第11页,葡萄糖被分解为,丙酮酸,过程称为,糖酵解,，主要分为四种路径：,EMP,、,HMP,、,ED,、磷酸解酮酶路径。,葡萄糖酵解,微生物的生理专家讲座,第12页,生成,乙醇,糖 酵 解,微生物的生理专家讲座,第13页,糖酵解反应式：,C,6,H,12,O,6,+2NAD+2Pi+2ADP2CH,3,COCOOH+2NADH+2H,+,+2ATP,丙酮酸还原为乙醇反应式：,CH3COCOOH+NADH+H,+,CH,3,CH,2,OH+CO,2,乙醇发酵总反应式：,C,6,H,12,O,6,+2Pi+2ADP 2CH,3,CH,2,OH+2CO,2,+2ATP,238.3KJ,能量利用率：,微生物的生理专家讲座,第14页,依据代谢产物和代谢路径不一样，有各种不一样发酵类型。,乙醇发酵,乳酸发酵,混合酸发酵,丙酮丁醇发酵,微生物的生理专家讲座,第15页,酵母菌一型发酵,（,1,）氧化基质：葡萄糖,（,2,）最终受氢体：乙醛,发酵特点,C,6,H,12,O,6,+2ADP+2Pi 2CH,3,CH,2,OH+2CO,2,+2ATP,葡萄糖,1,6-,二磷酸果糖,3-,磷酸甘油醛,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,乙醇,乙醛,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,2NAD,+,2NADH,2ATP,2ADP,2ADP,2ATP,2ADP,2ATP,O,H,丙酮酸,脱羧酶,自丙酮酸开始各种发酵,巴斯德效应,微生物的生理专家讲座,第16页,（磺化羟基乙醛）,酵母菌二型发酵,CO,2,丙酮酸,乙醛,NADH,NAD+,乙醇,磷酸,二羟丙酮,NADH,NAD+,磷酸甘油,甘油,3%,亚硫酸氢钠（,pH7,）,微生物的生理专家讲座,第17页,酵母菌三型发酵,CH,2,COOH,CH,2,CHO,CH,2,CHO,CH,2,CH,2,OH,H,2,O,NADH,2,NAD,在碱性条件下,，两分子乙醛之间发生岐化反应，即相互进行氧化还原反应，一分子乙醛被氧化成,乙酸,，另一分子乙醛被还原为,乙醇,。,微生物的生理专家讲座,第18页,同型乳酸发酵,C,6,H,12,O,6,+2ADP+2Pi 2CH,3,CHOHCOOH+2ATP,葡萄糖,1,6-,二磷酸果糖,3-,磷酸甘油醛,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,乳酸,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,2NAD,2NADH,2ATP,2ADP,2ADP,2ATP,2ADP,2ATP,O,H,（,1,）氧化基质：,葡萄糖,（,2,）最终受氢体：,丙酮酸,发酵特点,乳酸发酵类型,发酵产物只有一个：乳酸,乳酸细菌：,利用葡萄糖产生乳酸细菌。,微生物的生理专家讲座,第19页,异型乳酸发酵,发酵产物除了乳酸，还有乙醇或乙酸,PK,路径,PK,路径,微生物的生理专家讲座,第20页,不一样发酵类型及其相关微生物,发酵类型,产物,微生物,乙醇发酵,乙醇、,CO,2,酵母菌属（,Saccharomyces),乳酸同型发酵,乳酸,乳酸细菌属（,Lactobacillus,),乳酸异型发酵,乳酸、乙酸、乙醇、,CO,2,明串球菌属（,Leuconostoc,),混合酸发酵,乳酸、乙酸、乙醇、甲酸、,CO,2,、,H,2,大肠埃希氏菌（,Escherichia coli,),丁二醇发酵,丁二醇、乳酸、乙酸、乙醇、,CO,2,、,H,2,肠道杆菌（,Aerobacter,),丁酸发酵,丁酸、乙酸、,CO,2,、,H,2,丁酸梭菌（,Clostridium,),丙酮,-,丁酸发酵,丁醇、丙醇、乙醇,丙醇丁醇梭菌属（,Clostridium,),丙酸发酵,丙酸,丙酸杆菌属（,Propionibacterium,),微生物的生理专家讲座,第21页,微生物的生理专家讲座,第22页,混合酸发酵,用于细菌分类判定,V.P,反应,：反应过程中产生红色化合物,葡萄糖,3-,羟基丁酮,二乙酰,红色化合物,丁二醇发酵中中间产物,3-,羟基丁酮是,V.P,试验基础,。,3-,羟基丁酮在碱性条件下被空气中氧气氧化成二乙酰，它能与精氨酸胍基反应生成,红色物质,。产气肠杆菌产生大量,3-,羟基丁酮，结果为阳性，大肠杆菌极少或不产生,3-,羟基丁酮，结果为阴性。,微生物的生理专家讲座,第23页,微生物的生理专家讲座,第24页,甲基红反应,：产气肠杆菌产生丁二醇是中性，而大肠杆菌产物中有各种有机酸，发酵液,pH,很低，,甲基红试验结果为大肠杆菌阳性，产气肠杆菌为阴性,。,微生物的生理专家讲座,第25页,2,、好氧呼吸,好氧呼吸是一个最普遍和最主要生物氧化方式，其特点是在,有氧条件,下，底物按常规方式脱氢后，经完整,呼吸链递氢,，最终由,分子氧,接收氢并产生水和释放能量。,微生物的生理专家讲座,第26页,依然以葡萄糖为例子，讲解好氧呼吸过程,葡萄糖好氧呼吸分为两个阶段：,1,、,糖酵解阶段,，形成丙酮酸，即,EMP,路径,酵解阶段,2,、丙酮酸有氧分解阶段，即,三羧酸循环（,TCA,循环,）阶段,微生物的生理专家讲座,第27页,丙酮酸氧化脱羧反应,是连接糖酵解和三羧酸循环中间步骤。,微生物的生理专家讲座,第28页,三羧酸循环（,TCA,）,（,Krebs,循环、克雷伯斯循环、柠檬酸循环）,丙酮酸氧化脱羧产物,乙酰,CoA,与,草酰乙酸,结合生成,柠檬酸,进入循环。,在循环过程中，乙酰,CoA,被氧化成,H,2,O,和,CO,2,，并释放出大量能量,。,微生物的生理专家讲座,第29页,微生物的生理专家讲座,第30页,呼吸链,电子传递链,：,电子从电子亲和力低（氧化能力弱）电子传递体传向电子亲和力强（氧化能力强）传递体。,电子传递体系在细胞中部位,原核微生物,细胞质膜,真核微生物,线粒体,电子传递体系功效：,接收电子,合成,ATP,，把电子传递过程释放能量贮存,微生物的生理专家讲座,第31页,有氧呼吸中传递电子一系列偶联反应，由,NAD,或,NADP,、,FAD,或,FMN,、辅酶,Q,、细胞色素等组成。其功效是,传递电子和产生,ATP,。,在好氧呼吸中，由,EMP,和,TCA,产生,H,（,NADH+H,+,和,FADH,2,），经过电子传递体系（呼吸链），最终抵达分子氧，形成水。在这一传递过程中，产生,ATP,（称为氧化磷酸化）。,微生物的生理专家讲座,第32页,NADH,NAD,+,2,FADH,2,2,FAD,FAD,FeS,FMN,FeS,Q,FeS,Cyt,b,Cyt,c,1,Cyt,c,Cyt,a,Cyt,a,3,IV,Free energy(,G,)relative to O,2,(kcal/mol),50,40,30,20,10,2,0,O,2,H,2,O,e,e,e,呼吸链,（,1,）,NADH,（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）氧化呼吸链,（,2,）,FADH,2,（黄素腺嘌伶二核苷酸）氧化呼吸链,微生物的生理专家讲座,第33页,H,+,H,+,H,+,Cyt,c,Q,V,FADH,2,FAD,NAD,+,NADH,2 H,+,+,1,/,2,O,2,H,2,O,ADP+,P,i,氧化磷酸化,H,+,H,+,ATP,合成酶,ATP,2,1,NADH,3ATP,FADH2,2ATP,产生能量,微生物的生理专家讲座,第34页,微生物的生理专家讲座,第35页,三羧酸循环反应式：,CH,3,COCOOH+4NAD,+,+,Pi+GDP+FAD+3H,2,O,3CO,2,+4NADH+4H,+,+FADH,2,+GTP,GTPATP,好氧呼吸总反应式：,C,6,H,12,O,6,+6O,2,38Pi+38ADP 6CO,2,+6H,2,O+38ATP,糖酵解反应式：,C,6,H,12,O,6,+2NAD+2Pi+2ADP 2CH,3,COCOOH+2NADH+2H,+,+2ATP,问题,：,为何是产生,38molATP?,微生物的生理专家讲座,第36页,1mol,葡萄糖分子完全氧化产生总能量大约为,2876 KJ,。释放出来但没被利用能量以热形式散发掉。,能量利用率：,发酵能量利用率：,2ATP/238.3,231.4/238.3,26,好氧呼吸能量利用率：,38ATP/2876,3831.4/2876,42,微生物的生理专家讲座,第37页,定义,：,指一类呼吸链末端氢受体为外源无机氧化物，,如,NO,3,-,、,SO,4,2-,、,CO,3,2-,等（少数为有机氧化物）生物氧化。,氧化底物：普通为有机物，如葡萄糖、乙酸等，被氧化为,CO,2,，生成,ATP,。,主要微生物类群：反硝化细菌、反硫化细菌、甲烷细菌、一些兼性厌氧菌。,依据呼吸链末端氢受体不一样，可有各种呼吸类型。,3,、无氧呼吸,微生物的生理专家讲座,第38页,微生物的生理专家讲座,第39页,1),电子供体在特异性酶作用下被氧化脱下电子，电子沿电子传递链按电势由低到高传递，最终交给电子受体,;,2),在电子传递过程中,偶联,H,+,由细菌胞质向胞外运输,形成跨膜,H,+,浓度电势梯度,把化学能转化为电势能,;,3)H,+,顺着浓度电势梯度,经过菌体膜上,F,0,F,1,ATP,酶分子上特殊通道流回细菌胞质,这个过程释放出自由能偶联,ATP,合成。,微生物的生理专家讲座,第40页,（,1,）硝酸盐呼吸,NO,3,-,作为最终电子受体,NO,3,-,被还原成,NO,2,-,、,N,2,O,和,N,2,，供氢体能够是,葡萄糖、乙酸、甲醇等有机物,，也能够是,H,2,和,NH,3,该过程叫脱氮作用，也叫,反硝化作用,或,硝酸盐还原作用。,能进行硝酸盐呼吸都是,兼性厌氧微生物,反硝化细菌,。,生物处理中，可除去含氮化合物中氮。,无氧呼吸经典类型,微生物的生理专家讲座,第41页,反硝化菌,：,地衣芽孢菌属,、,铜绿假单胞菌、脱氮球菌、脱氮硫杆菌等，都是一些,兼性厌氧微生物,。,C,6,H,12,O,6,+4NO,3,-,=2N,2,+6CO,2,+6H,2,O+1756KJ,5CH,3,COOH+10 NO,3,-,=10CO,2,+6H,2,O+4N,2,+OH,-,CH,3,OH+NO,3,-,=0.5N,2,+2H,2,O+CO,2,6H,2,+4NO,3,-,=N,2,+6H,2,O,2NH,3,+4NO,3,-,=1.5N,2,+3H,2,O,微生物的生理专家讲座,第42页,（,2,）硫酸盐呼吸,异养型,硫酸盐还原菌,(,严格厌氧菌,),在无氧条件下获取能量方式；,特点：底物脱,氢,后，经呼吸链递氢，最终由末端,氢受体硫酸盐,受氢，在递氢过程中与氧化磷酸化作用相偶联而取得,ATP,。硫酸盐呼吸,最终还原产物是,H,2,S,。,生物处理中，该呼吸产生,H,2,S,能够和一些重金属离子结合形成硫化物沉淀，而除去水中重金属污染。,微生物的生理专家讲座,第43页,脱,S,弧菌以有机物为氧化基质，氧化放出电子能够使,SO,4,2-,逐步还原为,H,2,S,。这类细菌通常是以乳酸作为氧化基质，但氧化不彻底，最终积累有机物,乙酸，并放出,H,2,S,。,2,乳酸,+H,2,SO,4,2,乙酸,+2CO,2,+2H,2,O+H,2,S,微生物的生理专家讲座,第44页,在硫酸盐还原为,H,2,S,过程中，除基质水平磷酸化外，可能经过下面电子传递链产生,ATP,。,微生物的生理专家讲座,第45页,（,3,）碳酸盐呼吸,以,CO,2,或重碳酸盐作为呼吸链末端氢受体无氧呼吸。,产甲烷菌可利用甲醇、乙醇、乙酸等作为氢供体，将,CO,2,还原为,CH,4,。,能够用来取得清洁能源甲烷。,有机废物卫生填埋等需要考虑厌氧产生甲烷，能够搜集来作为能源。,微生物的生理专家讲座,第46页,细菌类型,：,产甲烷菌,和,产乙酸菌,。,产甲烷菌,4H,2,+H,+,+HCO,3,-,CH,4,+3H,2,O,产乙酸菌,4H,2,+2H,+,+2HCO,3,-,CH,3,COOH,+4H,2,O,氢起源于发酵,为何相同反应物而出现不一样产物？,不一样酶系,是废水,厌氧处理中关键性,微生物。,微生物的生理专家讲座,第47页,化能异氧型微生物产能代谢三种方式区分,微生物的生理专家讲座,第48页,三种产能代谢方式比较,产能代谢,最终电子受体,参加反应酶与电子传递体系,最终产物,释放能量,乙醇发酵,中间代谢产物,脱氢酶、脱羧酶,辅酶,NAD,低分子有机物、,CO,2,、,ATP(2),238.3KJ,好氧呼吸,氧气和,CO,2,脱氢酶、脱羧酶,辅酶,NAD,、,FAD,辅酶,Q,细胞色素,a,、,a,3,、,b,、,c,、,c,1,CO,2,、,H,2,O,、,ATP(38),SO,4,2-,、,NO,3,-,2876KJ,无氧呼吸,NO,3,-,CO,3,2-,SO,4,2-,脱氢酶、脱羧酶、,硝酸还原酶、,硫酸还原酶,辅酶,NAD,、,细胞色素,b,、,c,CO,2,、,H,2,O,、,N,2,、,ATP,反硝化,1756KJ,反硫化,1125KJ,微生物的生理专家讲座,第49页,（二）化能自养菌产能代谢,有,氧,存在情况下，,氧化,无机物,取得能量和,H,，同时还原,CO,2,合成有机物，好氧呼吸一个方式。,产能路径也是经过电子传递体系氧化磷酸化产生,ATP,微生物的生理专家讲座,第50页,亚硝酸盐氧化细菌,与化能异氧型微生物好氧呼吸有什么区分呢？,相同点,：,经过电子传递体系氧化磷酸化产生,ATP,。,不一样点,：,有机物氧化分解过程中,取得能量和,【H】,氧是最终电子受体,有机物分解成,CO,2,和水,氧化,无机物,取得能量和,【H】,电子按两个方向进行传递，一部分交给最终电子受体,氧,，,一部分形成还原态,NAD(P)H,NAD(P)H,还原,CO,2,合成有机物,微生物的生理专家讲座,第51页,（三）光能自养型微生物能量代谢,光合作用是自然界一个极其主要生物学过程，其实质是经过,光合磷酸化将光能转变成化学能,，以用于,CO,2,合成有机物（细胞物质）。,进行光合作用生物体除了绿色植物外，还包含光合微生物，如,藻类、蓝细菌和光合细菌,(,包含紫色细菌、绿色细菌等,),光合色素是光合生物所特有色素，是将光能转化为化学能关键物质,。共分三类：叶绿素（,chl,）或细菌叶绿素（,Bchl,），类胡萝卜素和藻胆素。,微生物的生理专家讲座,第52页,1,、细菌光合作用,光合细菌在进行光反应时，首先细菌,叶绿素,分子中电子被光击出，氧化还原电位由原来,0.4V,变为,0.2V,，被击出电子被,铁氧还蛋白,接收。接着电子经过电子传递链返回到细菌叶绿素分子，这是一个环式电子传递方式，中间经过电子传递体是,辅酶,Q,、,Cytb,、,Cytc,，,当电子由,Cytb,传到,Cytc,时，因为二者电位差较大，所以能够经过电子传递磷酸化产生,一个,ATP,。,微生物的生理专家讲座,第53页,环式光合磷酸化,微生物的生理专家讲座,第54页,环式光合磷酸化,（,cyclic photophosphorylation,）是光合细菌主要路径，环式磷酸化,只有一个光合系统,，但不等于光合系统,。其,特点,为：,在光能驱动下，电子从菌绿素分子上逐出后，经过类似呼吸链传递循环，又回到菌绿素，其间产生,ATP,；,产,ATP,与产还原力,H,分别进行；,还原力来自,H,2,S,等供氢体；,不产生,O,2,。,微生物的生理专家讲座,第55页,细菌光合作用供氢体为,H,2,S,和,H,2,。因光合细菌种类不一样，其光合反应也有所不一样。有三种生化反应：,（,1,）,绿硫杆菌属（专性厌氧菌）,CO,2,+2,H,2,S,CH,2,O+2S+H,2,O,（,2,）,红硫细菌科（专性厌氧菌）,2CO,2,+,H,2,S,+2H,2,O2CH,2,O+H,2,SO,4,（,3,）,氢单胞菌属（如氢细菌，即紫色非硫细菌）,CO,2,+2,H,2,CH,2,O+H,2,O,光合细菌经过光周期把,CO,2,固定，并转变为高能贮存物,聚,羟基丁酸,（,PHB,）。,微生物的生理专家讲座,第56页,2,、蓝细菌和真核藻类光合作用,主要经过,非环式光合磷酸化,作用产生,ATP,特点：,光合系统,I,和光合系统,II,光能驱动,光合系统,I,叶绿素高能电子激发，将,NADP+,还原为,NADPH,光合系统,II,叶绿素吸收光子，释放出高能电子，经过电子链到光合系统,I,，同时,推进,ATP,合成,。,还原力来自,H,2,O,光解,产氧,微生物的生理专家讲座,第57页,光合作用是地球上进行 最大有机合成反应。将,太阳能转化为化学能过程,经常称为用“,CO,2,固定,”。,光合作用包含,光反应,和,暗反应,。,光反应将,光能转换成电能，再变成活跃化学能,（,ATP,、,NADPH,中,）；,暗反应将活跃化学能变成稳定化学能,。,光反应为暗反应提供,NADPH,和,ATP,；暗反应产生,ADP,和,Pi,为光反应合成,ATP,提供原料。,微生物的生理专家讲座,第58页,非环式光合磷酸化作用,微生物的生理专家讲座,第59页,光反应系统,叶绿素,P680,，经光照后释放出一个电子，并为,质体醌,所接收，接着电子按以下次序进行传递：,质体醌,细胞色素,b,细胞色素,f,。在这个过程中，从细胞色素,b,到细胞色素,f,时，能够产生,一个,ATP,。当光反应系统,叶绿素,P680,失去电子后带正电，水分子在,Mn,2+,催化下，分解产生电子，质子和氧，电子使带正电叶绿素,P680,还原，将氧放出。,光作用于光反应系统,叶绿素,P700,时，放出电子并被,铁氧还蛋白,接收。铁氧还蛋白将电子交给,NADP,，使其还原为,NADPH2,。光反应系统,叶绿素,P700,放出电子后带正电，要恢复叶绿素分子正常状态必须给予电子。电子由系统,P680,吸收光能后释放电子，经质体醌，,Cytb,，,Cytf,，质体蓝素等传递体传递，最终将电子交给系统,P700,，使其还原。,微生物的生理专家讲座,第60页,第四节 微生物合成代谢,微生物的生理专家讲座,第61页,产甲烷菌利用,1C,和,2C,有机物产生,CH,4,，利用其,中间代谢产物和能量物质,ATP,合成蛋白质、多糖、脂肪和核酸,等物质，用以组成本身细胞。,如：产甲烷菌同化,CO,2,（逆三羧酸循环路径）。,一、产甲烷菌合成代谢,微生物的生理专家讲座,第62页,产甲烷菌同化,CO,2,路径,嗜热自养甲烷杆菌,;,巴氏甲烷八叠球菌,微生物的生理专家讲座,第63页,二、化能自养型微生物合成代谢,微生物的生理专家讲座,第64页,ATP,和,NADPH,产生,E,-0.32 -0.06 0 0.26 0.28 0.82,微生物的生理专家讲座,第65页,亚硝化细菌,进行有机物合成反应以下,NH,4,+,+1.5O,2,NO,2,-,+2 H,+,+H,2,O+271KJ,ATP,CO,2,+4 H CH,2,O +H,2,O,微生物的生理专家讲座,第66页,亚硝化细菌产能反应,微生物的生理专家讲座,第67页,硝化细菌,进行有机物合成反应以下,HNO,2,+0.5O,2,NO,3,-,+H,+,+77KJ,ATP,CO,2,+4 H CH,2,O +H,2,O,微生物的生理专家讲座,第68页,硝化作用：,还原性无机物氧化直接与呼吸链相联。其过程比异养菌（经,EMP/TCA,等）简单。,呼吸链组分简单，多样化；氢或电子直接进入。,产能效率（,P/O,）比异养菌低,(,无机物能量水平低,),。,微生物的生理专家讲座,第69页,硫氧化细菌,进行有机物合成反应以下,H,2,S,+2O,2,SO,4,2-,+2 H,+,+795KJ,ATP,CO,2,+4 H CH,2,O +H,2,O,微生物的生理专家讲座,第70页,铁氧化细菌,进行有机物合成反应以下,Fe,2+,+1/4O,2,Fe,3+,+1/2H,2,O+44.1KJ,ATP,CO,2,+4 H CH,2,O +H,2,O,氧化亚铁硫杆菌及锈铁嘉翁菌经过卡尔文循环固定,CO,2,。,微生物的生理专家讲座,第71页,氢氧化细菌,进行有机物合成反应以下,H,2,+0.5O,2,H,2,O+237KJ,ATP,CO,2,+2 H,2,CH,2,O +H,2,O,这类细菌有,G,-,噬一氧化碳假单胞菌、灵敏假单胞菌脱氮副球菌等。它们是兼性化能自养菌，在有,H,2,和,O,2,混合气体存在时，以自养方式代谢。经过氢酶催化,H,2,氧化，还原,CO,2,合成有机物，也能够经过卡尔文循环结合,CO,2,。,微生物的生理专家讲座,第72页,三、光能自养型微生物,CO,2,固定,微生物的生理专家讲座,第73页,卡尔文循环（,Calvin cycle,）,藻类、蓝细菌和不产氧紫细菌,均按卡尔文循环固定,CO,2,。这一循环是光能自养微生物和化能自养微生物固定,CO,2,主要路径。,卡尔文循环包含,羧化反应,（,CO,2,固定）、,还原反应,（被固定,CO,2,还原）、以及,CO,2,受体再生,。,总反应为：,6CO,2,+12NAD,（,P,）,H+12H,+,+18ATP C,6,H,12,O,6,+12NAD,+,（,P,）,+18ADP+18Pi+6H,2,O,微生物的生理专家讲座,第74页,+CO,2,CH,2,-O-P,H-C-OH,CH,2,-O-P,C=O,H-C-OH,ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase(rubisco),ribulose-1,5-bisphosphate,CO,2,-,CH,2,-O-P,H-C-OH,CO,2,-,H-C-OH,CH,2,-O-P,3-phosphoglycerate(2 molecules),2 H,+,H,2,O,1,5-,二磷酸核酮糖（,RuBP,）,Rubisco(RuBP,羧化酶,),3-,磷酸甘油酸（,PGA,）,酸能量低，不能贮存更多,能量,A.,羧化阶段：,1,5-,二磷酸核酮糖（,RuBP,）是,CO,2,受体。,磷酸果糖激酶和,1,5-,二磷酸核酮糖羧化酶是卡尔文循环特征酶。,微生物的生理专家讲座,第75页,B.,还原阶段：,O=C-O-P,CH,2,-O-P,H-C-OH,NADPH NADP,+,CHO,CH,2,-O-P,H-C-OH,ATP ADP,P,i,CO,2,-,CH,2,-O-P,H-C-OH,1,3-bisphosphoglycerate,PGA,（,3-,磷酸甘油酸）,DPGA,（,1,3-,二酮酸甘油酸）,GAP,（,3-,磷酸甘油醛）,微生物的生理专家讲座,第76页,C.CO2,受体再生：,大部分,3-磷酸甘油醛,（,GAP,）经一系列转化，重新形成,RuBP,阶段。,C,3,总反应：,6CO,2,+18ATP+12NADPH+11H,2,O,F-6-P+18ADP+12NADP,+,+17Pi+6H,+,12,个,ATP,用于还原，,6,个,ATP,用于再生。同化,1CO,2,，需,3ATP,和,2NADPH,。,微生物的生理专家讲座,第77页,微生物的生理专家讲座,第78页,4,有机光合细菌光合作用,以,光为能源,，以,有机物为供氢体,还原,CO,2,，合成有机物。有机酸和醇是它们供氢体和碳源。,比如，,红螺菌科,细菌能利用异丙醇作供氢体进行光合作用，并积累丙酮。,2(CH,3,),2,CHOH+CO,2,2CH,3,COCH,3,+CH,2,O+H,2,O,微生物的生理专家讲座,第79页,异养微生物利用,现成有机物作碳源和能源,，用分解过程中,中间代谢产物,和分解代谢中得到,ATP,合成,本身细胞组成成份。,生物在长久进化过程中，在分解代谢和合成代谢之间建立了紧密关系，即异化作用和同化作用关系。,四、异养微生物合成代谢,微生物的生理专家讲座,第80页,课后拓展与讨论,微生物厌氧呼吸作用在环境工程中应用。,微生物的生理专家讲座,第81页,