环境微生物学4微生物的生理3代谢与合成.pdf

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丁二醇发酵
CO2、H2 丁二醇、乳酸、乙酸、
气杆菌属(Aerobacter)
乙醇、 CO2、H2
丁酸发酵
丁酸、乙酸、CO2、H2
丙酮-丁醇发酵 丁醇、丙酮、乙醇
丁酸梭菌(Clostridium butylicum) 梭菌属(Clostridium)
丙酸发酵
丙酸
丙酸杆菌属(Propionibacterium)
(2)氧化磷酸化:微生物在氧化底物后产生的电子,通过电 子传递体系传递,并产生ATP的过程叫氧化磷酸化。
(3)光合磷酸化:光引起叶绿素、菌绿素或菌紫素逐出电子 ,通过电子传递产生ATP的过程叫光合磷酸化。产氧光合生物 包括藻类和蓝细菌,它们依靠叶绿素通过非环式的光合磷酸化 合成ATP。不产氧的光合细菌则通过环式光合磷酸化合成ATP 。
1. ATP的化学组成、功能
ATP(腺苷三磷酸)的分子结构式
细胞的能量循环
2.生成ATP的方式
(1)基质(底物)水平磷酸化:微生物在基质氧化过程中,产 生一种含高自由能的中间体,如常1,3-二磷酸甘油酸。这一 中间体将能量→ADP,使ADP磷酸化而生成ATP。此过程中底 物的氧化与磷酸化反应相偶联并生成ATP,称为底物水平磷酸 化。
(一)发酵
发酵是指在无外在电子受体时,底物脱氢后所产生的还原 力[H]不经呼吸链传递而直接交给某一内源性中间产物接受 ,以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
1.乙醇发酵
以葡萄糖的乙醇发酵为例,可分为两大步骤。 a.不涉及氧化还原反应的预备性反应:葡萄糖(C6H12O6)→3-磷酸甘 油醛; b.涉及氧化还原的反应:→丙酮酸(到此步称为糖酵解)→乙醛( CH3CHO)(二氧化碳)→乙醇(CH3CH2OH),总反应为:
C6H12O6+2NAD++2Pi+2ADP──>2CH3COCOOH+2NADH+2
H++2ATP 生
(2)生成乙醇:


糖酵解终产物中的2NADH+2H+把丙酮酸的脱羧产物乙醛

还原为乙醇。
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(一)发酵
乙醇发酵的能量利用效率为:
从丙酮酸开始,通过各种微生物不同的发酵作用,产生各 种不同的产物。如:混合酸发酵、丁二醇发酵、丙酸发酵等。
不同的发酵类型及其有关微生物
发酵类型
产物
微生物
乙醇发酵 乳酸同型发酵
乙醇、CO2 乳酸
酵母菌属(Saccharomyces) 乳酸细菌属(Lactobacillus)
乳酸异型发酵 乳酸、乙醇、乙酸、CO2 明串珠菌属(Leuconostoc) 混合酸发酵 乳酸、乙酸、乙醇、甲酸、 大肠埃希氏菌(Escherichia coli)
系列步骤的总称。 好氧呼吸总反应式: C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38Pi → 6CO2 + 6H2O + 38ATP
1.三羧酸循环
淀 粉 、 蛋 白 质 和 脂 肪 水 解 与 三 羧 酸 循 环 和 乙 醛 酸 循 环 的 关 系
2.电子传递体系(呼吸链)
好氧呼吸以O2为最终电子受体,底物被全部氧化成CO2和H2O, 并产生ATP。底物氧化释放的电子首先转移给NAD+,使之成为 NADH + H+,然后再转移给电子传递体系(呼吸链),最终到达 分子氧O2。 呼 吸 链 : 有 氧 呼 吸 中 传 递 电 子 的 一 系 列 偶 联 反 应 , 由 NAD 或 NADP、FAD或FMN、辅酶Q、细胞色素等组成。其功能是传递电 子和产生ATP。
二、生物氧化的类型
在微生物体系中,能量的释放、ATP的生成都是通过生物 氧化实现的。根据最终电子受体(或最终受氢体)的不同, 可划分为3种类型:
① 发酵—以分解过程中的中间代谢产物(低分子有机 物)为最终电子受体 ② 好氧呼吸—以O2为最终电子受体 ③ 无氧呼吸—以除O2外的无机化合物,如NO2-、 NO3-、SO42-、CO32-及CO2等作为最终电子受体
C6H12O6+2Pi+2ADP → 2CH3CH2OH + 2CO2+2ATP
(一)发酵
(1)糖酵解:
糖酵解(glycolysis)被认为是生物最古老、最原始获
取能量的一种方式(底物水平磷酸化)。糖酵解途径几乎是

所有具细胞结构的生物所共有的主要代谢途径,也是人们

最早阐明的酶促反应系统。

总反应:
①发酵; ②好氧呼吸; ③无氧呼吸。
(一)生物氧化的概念
无论是哪一种类型,其本质都是氧化还原反应,即在化 学反应中一种物质失去电子而被氧化,另一种物质得到电 子而被还原,微生物从中获得生命活动需要的能量。
生物氧化还原过程不同于一般的化学氧化还原过程,有 以下几个差别:
在酶的作用下,常温常压的温和条件; 复杂有机物被氧化成二氧化碳、水和其他简单的物质; 产生能量供给生物(合成、生命活动、热能); 多步反应,产生许多中间产物;同时吸收和同化各种营养物质。
(二)生物能量的转移中心—ATP
在微生物的生物氧化过程中,底物的氧化分解产生能 量;同时,微生物将能量用于细胞组分的合成。在这两 者之间存在能量转移的中心,即ATP。 ATP是在发酵、好氧呼吸及无氧呼吸中生成的。微生 物(包括各种生物)的能量的产生和转移大多数是通过 ATP进行的。
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(二)好氧呼吸
好氧呼吸(aerobic respiration)是有外在最终电子受体( O2)存在时,对底物(能源)的氧化。它是一种最普遍和最 重要的生物氧化方式。
以葡萄糖为例,葡萄糖的好氧呼吸分两阶段: ① 经EMP(糖酵解)途径 → 丙酮酸; ② 三羧酸循环(TCA):三羧酸循环是丙酮酸有氧氧化过程的一
第一节 微生物的酶 第二节 微生物的营养 第三节 微生物的能量代谢 第四节 微生物的合成代谢
第三节 微生物的能量代谢
一、微生物的生物氧化和产能
(一)生物氧化的概念 微生物的生物氧化(biological oxidation)本质是氧化与还原 的统一过程,是指发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的 总称。 这过程中有能量的产生和转移。微生物的生物氧化有三类:
环境微生物学
第4章 微生物的生理
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内容提示
本章就微生物的酶、营养以及微生物的代谢作了论述。酶是生 物催化剂,微生物的一切生命活动都离不开酶。营养物质的吸 收、分解和合成等一系列过程都是在酶的作用下Hale Waihona Puke Baidu行的。新陈 代谢(metabolism)是微生物进行分解代谢(catabolism)和合 成代谢(anabolism)的总和。因为一切生命活动都是耗能反应 ,因此,能量代谢就成了新陈代谢的核心问题。微生物的能量 代谢是通过三种主要途径来实现的:发酵 、好氧呼吸和无氧呼 吸。
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