2021届高中生物竞赛理论辅导课件-微生物学(发酵)3.3化能异养型微生物的生物氧化

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与呼吸关系最密切的细胞器 是线粒体，对于原核细胞则是细 胞质膜。线粒体内膜和原核细胞 的质膜包含电子传递链、ATP酶， 以及与呼吸有关的输送蛋白。
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根据Neil A Campbell & Jane B Reece,Essential Biology,2001改制
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线粒体基质中包含线粒体的DNA 和核糖体，以及与蛋白质合成、氨基 酸分解代谢、 脂肪酸 β- 氧化有关的 酶和TCA环的酶（其中琥珀酸脱氢酶 与内膜相联）。线粒体内外膜之间的 膜间腔内也含有特殊的酶，如腺苷酸 激酶。
化还原反应。用氧化数来表示物质 中元素的表观电荷数，这样就可以 把氧化和还原分别定义为反应物质 中元素的氧化数的升高和下降。元 素的氧化数升高，说明它已被氧化 了；元素的氧化数下降，说明它已 被还原了。
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在有机体生命活动中，参与氧化
还原反应的往往是有机化合物，或者 反应的一方是有机化合物，采用氧化 数这个概念来讨论氧化还原反应比较 方便。在有机体生命活动中，氢元素 不论是以氢离子的形式存在于细胞内 外的溶液中，还是与其他原子共价相 连的形式，存在于组成细胞的有机化 合物分子中，其氧化数均规定为+1。
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生物氧化与一般的氧化还原反应
相比较，氧化还原的本质是一样的， 但进行的过程和结果大不一样。生物 氧化是按一定顺序进行的、酶催化的、 受到严密控制的逐级释放能量的过程， 以这种方式释放的能量中的一部分可 直接用来支撑生命活动。因此，没有 生物氧化就没有代谢能，没有代谢能 的支撑就没有生命活动。
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化能异养型微生物将有机营养 物质储存的化学能，转化成可以被 自身直接利用的能量形式（ATP或 质子运动势Δp 等 ）的代谢过程， 叫做化能异养型微生物的产代谢能 的代谢，一般称产能代谢。
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化能异养型微生物产能代谢， 始于能源化合物（还原性有机化 合物 ） 的生物氧化（ 即能源化 合物释放电子）。生物氧化归根 到底属于氧化还原反应。
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根据Neil A Campbell & Jane B Reece,Essential Biology,2001改制
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真核微生物才有线粒体，前 图大致描绘了其结构和功能。线 粒体的外膜上镶嵌着一些起非特 异性孔道作用的蛋白质，它们允 许相对分子质量小于10 000道尔 顿的溶质通过，但像细胞色素那 样大的分子是不能通过的。
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通常把在氧化还原反应中失 去电子而被氧化的物质称为还原 剂，把得到电子而被还原的物质 称为氧化剂。在一个氧化还原反 应中，氧化剂获得的电子总数必 然等于还原剂失去的电子总数。
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对于组成和结构比较复杂的化
合物，特别是有机化合物，可以采 用 “ 氧化数 ” 这个概念来讨论氧
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2.3.2 微生物进行生物氧化的 细胞器及ATP合成酶
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2.3.2.1 线粒体的膜与原核细胞的质膜 2.3.2.2 ATP合成酶
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微生物细胞可直接利用的 能量供体（以ATP为代表）的 生成依赖于微生物细胞内进行 的生物氧化（呼吸和发酵）。 而经生物氧化生成的ATP又为 一切生物学过程及时、准确地 提供代谢能。
2021届
高中生物竞赛理论辅导课件
微生物学
（发酵部分）
第三节 化能异养型微生物 的生物氧化
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2.3.1 氧化还原反应 2.3.2 微生物进行生物氧化的细胞器
及ATP合成酶 2.3.3 生物氧化过程中辅酶的关键作
用
2.3.4 化能异养型微生物生物氧化的 方式
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线粒体内膜含有较多的蛋 白质，它不但对溶质的通过具 有选择性，而且具有不同形式 的能量之间的转换功能。它实 际上依靠载体让离子和分子通 过，是控制各种生理物质进出 线粒体的屏障。
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内膜中的蛋白质包括电子传递 链的多肽成员、各种输送蛋白质和 ATP合成酶等。还有一些酶（如以 FAD为辅基的琥珀酸脱氢酶）与内 膜内侧相连，而已经观察到的内膜 内侧的球状突起物则是ATP合成酶 的具催化功能的亚单位。
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2.3.1 氧化还原反应
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反应物之间有电子得失的反应， 总称为氧化还原反应。在这类反应 中必有一种原子失去电子而被氧化， 同时另一种原子得到电子而被还原， 它们分别作为氧化还原反应的两个 半反应，合在一起就是一个氧化还 原反应。
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在活细胞内进行的涉及电子从一
个分子到另一个分子转移的产能反应， 总称为生物氧化。在一般的氧化还原 反应中，还原剂将电子直接交给氧化 剂并放出能量；在生物氧化过程中， 还原剂首先将电子交给一级电子载体， 再由一级电子载体将电子转交给氧化 剂，并把化学能转化成生物可以直接 利用的能量形式——代谢能。
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微生物的呼吸和发酵作用在细 胞特定部位或特定的细胞器里进行。 在这些细胞部位和细胞器里包含着 各种氧化还原酶（包括它们的辅酶 和辅基）、电子传递链、输送蛋白 和ATP合成酶。
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2.3.2.1 线粒体的膜与原核细胞的质膜
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在生物氧化过程中，尽管还原剂 释放的电子并不直接交给氧化剂，但 是最终还是转交给氧化剂，同样完成 了氧化和还原这两个“半反应”。因 此生物氧化本质上还是氧化还原反应。 因为细胞内的这些氧化还原反应向着 能源化合物氧化降解和放能的方向进 行，因而有生物氧化之称。