水处理生物学(8)(1)
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1mol丙酮酸在TCA循环中共生产12+1+2＝ 15molATP。 葡萄糖代谢产能多少？
1mol葡萄糖可在EMP途径形成2mol丙酮酸，则在 TCA循环中可形成:
2×15＝30molATP;
水处理生物学(8)(1)
由于葡萄糖的好氧呼吸包括两部分，TCA已知产生 30mol。那EMP途径呢，在发酵时净剩2molATP，在 发酵过程中，可产生2mol的NADH2,则可换算成
多数好氧和兼性菌都存在HMP途径，通常与
EMP途径同时存在.
水处理生物学(8)(1)
3.ED途径（2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖途径） 这个过程一些微生物在缺乏EMP途径时的一种
替代途径。该过程将葡萄糖经过4步反应得到EMP途 径10步才能形成的丙酮酸。（p104t） ED途径的总反应式
这个途径可以和EMP途径、HMP途径、TCA循 环相联，因此和其它途径一起满足微生物对能量等 代谢产物的需要。
水处理生物学(8)(1)
4.TCA途径（三羧酸循环／柠檬酸循环） 这个过程丙酮酸经过一系列循环式反应而彻底
氧化、脱羧形成CO2、H2O和NADH2的过程。各种 好氧微生物普遍存在的脱氢途径；真核生物TCA循 环在线粒体中进行；原核生物大部分在细胞质中进 行，少部分在细胞膜上进行。（p106t） TCA途径的总反应式
1).硝酸盐呼吸 以NO3-为最终电子受体无氧呼吸。 NO3-接受电子，形成NO2-、N2O水、处理N生物2学。(8)(1（) p109）
NO3-
NO2-
N2
这个过程称为脱氮作用。亦称为反硝化作用或硝
酸盐还原作用。
2）硫酸盐呼吸（硫酸盐还原菌） 3）碳酸盐呼吸（乙酸菌和甲烷菌）
3.发酵 在无氧条件下，基质脱氢后所产生的还原力[H]
水处理生物学(8)(1)
（3）第三阶段：3-磷酸甘油醛 2-磷酸甘油 酸
水处理生物学(8)(1)
（4）第四阶段：2-二磷酸甘油酸 丙酮酸
水处理生物学(8)(1)
丙酮酸是微生物糖酵解的必然产物，如果进一步 发酵，可形成多种产物。因此，有可将发酵分为很多 类型：如乙醇发酵；混合酸发酵等。其中，混合酸发 酵是多数大肠杆菌的特征。
光能转换
O2或无机物 电子传递或基质水平 化能异养型
O2
电子传递或基质水平 化能自养型
光合磷酸化
光能自养异养
水处理生物学(8)(1)
呼吸 类型 发酵
好氧 呼吸
无氧 呼吸
最终电 子受体
中间代 谢产物
参与反应的酶与电子 传递体系
最终产物
脱氢酶、脱羧酶 辅酶NAD
低分子有机物、 CO2、ATP
氧气 NO3CO32SO42-
脱氢酶、脱羧酶 CO2、H2O、ATP、
辅酶NAD、FAD辅酶Q
SO42-
细胞色素a、a3、b、c、 c1
脱氢酶、脱羧酶、 CO2、H2O、N2、
硝酸还原酶、
ATP
硫酸还原酶
辅酶NAD、
细胞色素b、c
水处理生物学(8)(1)
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/22
好氧呼吸分为两种：外源呼吸和内源呼吸。 1）.外源呼吸：正常条件下的呼吸，利用外界营养、 能源进行呼吸。 2）.内源呼吸：外界不能供给能源，利用自身贮存的 能源物质进行呼吸。
2.无氧呼吸 无氧呼吸的最终电子受体不是未彻底氧化的有
机物，也不是O2，而是除了O2以外的含氧无机物， 如NO3-、SO42-、CO32-及CO2、CO等（利用了呼吸链 传递电子）。
是一种最普遍最重要的生物氧化或产能的方式。 代谢体系电子的最终受体为O2，并有大量ATP产生。 在好氧呼吸过程中，电子并不是直接传递给O2，而是 先转移给NAD，成为NADH2，然NADH2被氧化后， 电子传递给电子传递体系，最后由电子传递体系转给 O2。得到电子的O2与H结合形成H2O水。处理生(P物学1wenku.baidu.com80)(17) t6-11)
部分氧化，用氧化产物作为最终电子受体。能量有 少量释放，多数仍保留在产物中。
水处理生物学(8)(1)
糖酵解是微生物所共有的代谢途径。
糖酵解分为两大步骤： 1.预备反应，不发生氧化还原反应。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
整个过程，1mol葡萄糖产生4molATP，用去 2mol，净剩2molATP，即产生能量2×31.4KJ＝ 62.8KJ。产能斜率为2/8＝25％。
2.HMP途径（戊糖磷酸途径） 这个过程，将葡萄糖不经过EMP途径和TCA循
环，而直接将葡萄糖彻底氧化，并产生大量的 NADPH+H+还原力及多种中间代谢产物。（p103t）
HMP途径的总反应式
HMP途径的三个阶段：１、葡萄糖氧化成核酮糖-5磷酸和CO2，2、核酮糖-5-磷酸转化成核糖-5-磷酸、 木酮糖-5-磷酸，3、戊糖进行重排形成己糖磷酸。
2×3＝6molATP , 因此， 1mol葡萄糖可产生：
30+2+6＝38molATP. 好氧微生物氧化分解1 mol葡萄糖分子总共可生成 38molATP，共有1193kJ的能量转变为ATP。1 mol葡 萄糖分子完全氧化产生的总能量大约为2876 kJ。这 样，好氧呼吸利用能量的效率大约是42％，其余的能 量以热的形式散发掉。
糖酵解产能效率低，但生理功能极其重要。 提供ATP和还原力；是其他几个代谢途径的桥梁； 提供较多的中间代谢产物；逆反应可以合成多糖。
水处理生物学(8)(1)
水处理生物学(8)(1)
（1）第一阶段：葡萄糖 1, 6-二磷酸果糖
水处理生物学(8)(1)
（2）第二阶段： 1, 6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛
乳酸脱氢酶 丙酮酸 + NADH ======== L-乳酸 + NAD+
催化此反应的酶为乳酸脱氢酶。在供氧不足时，
人体的大多数组织都能通过糖酵解途径生成乳酸。 人在激烈运动时，肌肉细胞中乳酸含量增高，会产 生酸疼感。
乳酸可以通过血液进入肝、肾等组织内，重新
转变成丙酮酸，再合成葡萄糖和肝糖元，或进入三 羧酸循环氧化。肌肉中的乳酸可以被氧化，为肌肉 运动提供能量。
TCA循环特点：氧不直接参与反应，但必须在有氧 条件下运转；将丙酮酸彻底氧化，产能效率高；处 于分解代谢和合成代谢的枢纽位置。（p106图）
水处理生物学(8)(1)
NADH2被氧化后，电子传递给电子传递体系，最后 由电子传递体系转给O2。得到电子的O2与H结合形 成H2O。(P107t6-11) 仍然以葡萄糖为例子，降解好氧呼吸过程。 葡萄糖的好氧呼吸分为两个阶段： 1.糖酵解阶段，形成丙酮酸，即EMP途径酵解阶段； 2.丙酮酸有氧分解阶段，即三羧酸循环（TCA循环） 阶段。
未经呼吸链而直接交给某内源中间代水谢处理物生物学，(8)(1实) 现基质
水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
基质（底物）水平的磷酸化 底物在其氧化过程中形成某些具有高能磷酸键
的中间产物，这类中间产物，可将其高能键通过酶 的作用转给ADP而形成ATP的过程。
有机物 氧化的基质
氧化
有机物 最终受氢体
有机物
水处理生物学(8)(1)
可见，进行发酵的厌氧微生物为了满足能量的需要， 消耗的营养物要比好氧微生物多。
水处理生物学(8)(1)
(二) 微生物的呼吸类型
根据代谢体系最终电子受体不同分为好氧呼吸、 厌氧呼吸、发酵。（P107t6-10）
有氧呼吸：最终电子受体：分子氧；
厌氧呼吸：最终电子受体：无机氧化物；
发 酵：最终电子受体：有机物； 1.好氧呼吸
发酵不是彻底氧化，产能效率低。 是利用EMP、HMP、ED等脱氢途径的产物丙 酮酸进行进一步发酵。
水处理生物学(8)(1)
发酵类型
混合酸发酵
正型乳酸发酵 丁酸丁醇发酵
丙酮酸
丁二醇发酵
酒精发酵
丙酸发酵
水处理生物学(8)(1)
（1）丙酮酸 乳酸（乳酸发酵）
在无氧条件下，糖酵解产生的丙酮酸能够被NADH 还原成乳酸：
水处理生物学(8)(1)
（3）丙酮酸 乙酸和丁酸 丙酮酸氧化脱羧产生的乙酰CoA可以与磷酸作
用，生成乙酰磷酸，再在乙酸激酶催化下产生乙酸。
水处理生物学(8)(1)
不同产能方式特征的比较
产能方式 底物 电子受体
ATP产生方式
微生物营养型
发酵
有机物 中间产物
底物水平磷酸化
化能异养型
呼吸
有机物
无机物氧化 无机物
人们利用V.P试验进行大肠埃希氏杆菌和产气杆 菌的区分。
大肠埃希氏杆菌的发酵产物为甲酸、乙酸、乳 酸、CO2等。产气杆菌也能进行混合酸发酵，丙酮 酸经过缩合、脱羧后形成乙酰甲基甲醇，可在碱性 条件下被迅速氧化为二乙酰，二乙酰可与蛋白胨水 解出的精氨酸所含胍基反应形成红色化合物。称为 阳性反应。
水处理生物学(8)(1)
水处理生物学(8)(1)
2020/11/22
水处理生物学(8)(1)
(一) 基质脱氢的４条途径
1、糖酵解途径(EMP途径) 2、戊糖磷酸途径(HMP途径) 3、2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖途径(ED途径) 4、三羧酸循环(TCA循环)（p101图6-5）
１. EMP途径(糖酵解途径) 这个过程，不存在外在的电子受体，底物进行
水处理生物学(8)(1)
（2）丙酮酸 乙醇（酒精发酵）
在酵母作用下，糖可以转变成乙醇，这是酿酒 和发酵法生产乙醇的基本过程，称为生醇发酵。
酵母中含有多种酶系，可以催化不同的反应过 程。生醇发酵的化学反应中，从葡萄糖到丙酮酸这 一段反应与葡萄糖的酵解完全相同。生成的丙酮酸 在酵母催化下，脱羧产生乙醛，乙醛在醇脱氢酶催 化下被NADH还原成乙醇。乙醇在人体及动物体中 可以氧化成乙醛，再转变成乙酰CoA进入三羧酸循 环氧化。
c.
脱羧时形成1mol。
2.TCA循环的能量问题 1mol丙酮酸在TCA循环中，可产生4mol的NADH2, 1 molNADH2通过电子传递体系重新氧化成为NAD，
同时可生成3 mol ATP，则4molNADH2被氧化生成 12molATP。
水处理生物学(8)(1)
可生成1 molGTP，1 mol的GTP转变成1 molATP； 可生成1molFADH2, 1 mol的FADH2转变成2 molATP; 则，
水处理生物学(8)(1)
水处理生物学(8)(1)
1.TCA循环
也称为柠檬酸（CAC）循环。从丙酮酸开始，先
形成乙酰辅酶A，乙酰辅酶A进入TCA循环，最终被
彻底氧化成为CO2和H2O。 1mol丙酮酸经过TCA循环后形成了3mol的CO2： a.丙酮酸形成乙酰辅酶A时，产生1mol；
b.草酰琥珀酸脱羧时产生1mol；
1mol葡萄糖可在EMP途径形成2mol丙酮酸，则在 TCA循环中可形成:
2×15＝30molATP;
水处理生物学(8)(1)
由于葡萄糖的好氧呼吸包括两部分，TCA已知产生 30mol。那EMP途径呢，在发酵时净剩2molATP，在 发酵过程中，可产生2mol的NADH2,则可换算成
多数好氧和兼性菌都存在HMP途径，通常与
EMP途径同时存在.
水处理生物学(8)(1)
3.ED途径（2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖途径） 这个过程一些微生物在缺乏EMP途径时的一种
替代途径。该过程将葡萄糖经过4步反应得到EMP途 径10步才能形成的丙酮酸。（p104t） ED途径的总反应式
这个途径可以和EMP途径、HMP途径、TCA循 环相联，因此和其它途径一起满足微生物对能量等 代谢产物的需要。
水处理生物学(8)(1)
4.TCA途径（三羧酸循环／柠檬酸循环） 这个过程丙酮酸经过一系列循环式反应而彻底
氧化、脱羧形成CO2、H2O和NADH2的过程。各种 好氧微生物普遍存在的脱氢途径；真核生物TCA循 环在线粒体中进行；原核生物大部分在细胞质中进 行，少部分在细胞膜上进行。（p106t） TCA途径的总反应式
1).硝酸盐呼吸 以NO3-为最终电子受体无氧呼吸。 NO3-接受电子，形成NO2-、N2O水、处理N生物2学。(8)(1（) p109）
NO3-
NO2-
N2
这个过程称为脱氮作用。亦称为反硝化作用或硝
酸盐还原作用。
2）硫酸盐呼吸（硫酸盐还原菌） 3）碳酸盐呼吸（乙酸菌和甲烷菌）
3.发酵 在无氧条件下，基质脱氢后所产生的还原力[H]
水处理生物学(8)(1)
（3）第三阶段：3-磷酸甘油醛 2-磷酸甘油 酸
水处理生物学(8)(1)
（4）第四阶段：2-二磷酸甘油酸 丙酮酸
水处理生物学(8)(1)
丙酮酸是微生物糖酵解的必然产物，如果进一步 发酵，可形成多种产物。因此，有可将发酵分为很多 类型：如乙醇发酵；混合酸发酵等。其中，混合酸发 酵是多数大肠杆菌的特征。
光能转换
O2或无机物 电子传递或基质水平 化能异养型
O2
电子传递或基质水平 化能自养型
光合磷酸化
光能自养异养
水处理生物学(8)(1)
呼吸 类型 发酵
好氧 呼吸
无氧 呼吸
最终电 子受体
中间代 谢产物
参与反应的酶与电子 传递体系
最终产物
脱氢酶、脱羧酶 辅酶NAD
低分子有机物、 CO2、ATP
氧气 NO3CO32SO42-
脱氢酶、脱羧酶 CO2、H2O、ATP、
辅酶NAD、FAD辅酶Q
SO42-
细胞色素a、a3、b、c、 c1
脱氢酶、脱羧酶、 CO2、H2O、N2、
硝酸还原酶、
ATP
硫酸还原酶
辅酶NAD、
细胞色素b、c
水处理生物学(8)(1)
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/22
好氧呼吸分为两种：外源呼吸和内源呼吸。 1）.外源呼吸：正常条件下的呼吸，利用外界营养、 能源进行呼吸。 2）.内源呼吸：外界不能供给能源，利用自身贮存的 能源物质进行呼吸。
2.无氧呼吸 无氧呼吸的最终电子受体不是未彻底氧化的有
机物，也不是O2，而是除了O2以外的含氧无机物， 如NO3-、SO42-、CO32-及CO2、CO等（利用了呼吸链 传递电子）。
是一种最普遍最重要的生物氧化或产能的方式。 代谢体系电子的最终受体为O2，并有大量ATP产生。 在好氧呼吸过程中，电子并不是直接传递给O2，而是 先转移给NAD，成为NADH2，然NADH2被氧化后， 电子传递给电子传递体系，最后由电子传递体系转给 O2。得到电子的O2与H结合形成H2O水。处理生(P物学1wenku.baidu.com80)(17) t6-11)
部分氧化，用氧化产物作为最终电子受体。能量有 少量释放，多数仍保留在产物中。
水处理生物学(8)(1)
糖酵解是微生物所共有的代谢途径。
糖酵解分为两大步骤： 1.预备反应，不发生氧化还原反应。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
整个过程，1mol葡萄糖产生4molATP，用去 2mol，净剩2molATP，即产生能量2×31.4KJ＝ 62.8KJ。产能斜率为2/8＝25％。
2.HMP途径（戊糖磷酸途径） 这个过程，将葡萄糖不经过EMP途径和TCA循
环，而直接将葡萄糖彻底氧化，并产生大量的 NADPH+H+还原力及多种中间代谢产物。（p103t）
HMP途径的总反应式
HMP途径的三个阶段：１、葡萄糖氧化成核酮糖-5磷酸和CO2，2、核酮糖-5-磷酸转化成核糖-5-磷酸、 木酮糖-5-磷酸，3、戊糖进行重排形成己糖磷酸。
2×3＝6molATP , 因此， 1mol葡萄糖可产生：
30+2+6＝38molATP. 好氧微生物氧化分解1 mol葡萄糖分子总共可生成 38molATP，共有1193kJ的能量转变为ATP。1 mol葡 萄糖分子完全氧化产生的总能量大约为2876 kJ。这 样，好氧呼吸利用能量的效率大约是42％，其余的能 量以热的形式散发掉。
糖酵解产能效率低，但生理功能极其重要。 提供ATP和还原力；是其他几个代谢途径的桥梁； 提供较多的中间代谢产物；逆反应可以合成多糖。
水处理生物学(8)(1)
水处理生物学(8)(1)
（1）第一阶段：葡萄糖 1, 6-二磷酸果糖
水处理生物学(8)(1)
（2）第二阶段： 1, 6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛
乳酸脱氢酶 丙酮酸 + NADH ======== L-乳酸 + NAD+
催化此反应的酶为乳酸脱氢酶。在供氧不足时，
人体的大多数组织都能通过糖酵解途径生成乳酸。 人在激烈运动时，肌肉细胞中乳酸含量增高，会产 生酸疼感。
乳酸可以通过血液进入肝、肾等组织内，重新
转变成丙酮酸，再合成葡萄糖和肝糖元，或进入三 羧酸循环氧化。肌肉中的乳酸可以被氧化，为肌肉 运动提供能量。
TCA循环特点：氧不直接参与反应，但必须在有氧 条件下运转；将丙酮酸彻底氧化，产能效率高；处 于分解代谢和合成代谢的枢纽位置。（p106图）
水处理生物学(8)(1)
NADH2被氧化后，电子传递给电子传递体系，最后 由电子传递体系转给O2。得到电子的O2与H结合形 成H2O。(P107t6-11) 仍然以葡萄糖为例子，降解好氧呼吸过程。 葡萄糖的好氧呼吸分为两个阶段： 1.糖酵解阶段，形成丙酮酸，即EMP途径酵解阶段； 2.丙酮酸有氧分解阶段，即三羧酸循环（TCA循环） 阶段。
未经呼吸链而直接交给某内源中间代水谢处理物生物学，(8)(1实) 现基质
水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
基质（底物）水平的磷酸化 底物在其氧化过程中形成某些具有高能磷酸键
的中间产物，这类中间产物，可将其高能键通过酶 的作用转给ADP而形成ATP的过程。
有机物 氧化的基质
氧化
有机物 最终受氢体
有机物
水处理生物学(8)(1)
可见，进行发酵的厌氧微生物为了满足能量的需要， 消耗的营养物要比好氧微生物多。
水处理生物学(8)(1)
(二) 微生物的呼吸类型
根据代谢体系最终电子受体不同分为好氧呼吸、 厌氧呼吸、发酵。（P107t6-10）
有氧呼吸：最终电子受体：分子氧；
厌氧呼吸：最终电子受体：无机氧化物；
发 酵：最终电子受体：有机物； 1.好氧呼吸
发酵不是彻底氧化，产能效率低。 是利用EMP、HMP、ED等脱氢途径的产物丙 酮酸进行进一步发酵。
水处理生物学(8)(1)
发酵类型
混合酸发酵
正型乳酸发酵 丁酸丁醇发酵
丙酮酸
丁二醇发酵
酒精发酵
丙酸发酵
水处理生物学(8)(1)
（1）丙酮酸 乳酸（乳酸发酵）
在无氧条件下，糖酵解产生的丙酮酸能够被NADH 还原成乳酸：
水处理生物学(8)(1)
（3）丙酮酸 乙酸和丁酸 丙酮酸氧化脱羧产生的乙酰CoA可以与磷酸作
用，生成乙酰磷酸，再在乙酸激酶催化下产生乙酸。
水处理生物学(8)(1)
不同产能方式特征的比较
产能方式 底物 电子受体
ATP产生方式
微生物营养型
发酵
有机物 中间产物
底物水平磷酸化
化能异养型
呼吸
有机物
无机物氧化 无机物
人们利用V.P试验进行大肠埃希氏杆菌和产气杆 菌的区分。
大肠埃希氏杆菌的发酵产物为甲酸、乙酸、乳 酸、CO2等。产气杆菌也能进行混合酸发酵，丙酮 酸经过缩合、脱羧后形成乙酰甲基甲醇，可在碱性 条件下被迅速氧化为二乙酰，二乙酰可与蛋白胨水 解出的精氨酸所含胍基反应形成红色化合物。称为 阳性反应。
水处理生物学(8)(1)
水处理生物学(8)(1)
2020/11/22
水处理生物学(8)(1)
(一) 基质脱氢的４条途径
1、糖酵解途径(EMP途径) 2、戊糖磷酸途径(HMP途径) 3、2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖途径(ED途径) 4、三羧酸循环(TCA循环)（p101图6-5）
１. EMP途径(糖酵解途径) 这个过程，不存在外在的电子受体，底物进行
水处理生物学(8)(1)
（2）丙酮酸 乙醇（酒精发酵）
在酵母作用下，糖可以转变成乙醇，这是酿酒 和发酵法生产乙醇的基本过程，称为生醇发酵。
酵母中含有多种酶系，可以催化不同的反应过 程。生醇发酵的化学反应中，从葡萄糖到丙酮酸这 一段反应与葡萄糖的酵解完全相同。生成的丙酮酸 在酵母催化下，脱羧产生乙醛，乙醛在醇脱氢酶催 化下被NADH还原成乙醇。乙醇在人体及动物体中 可以氧化成乙醛，再转变成乙酰CoA进入三羧酸循 环氧化。
c.
脱羧时形成1mol。
2.TCA循环的能量问题 1mol丙酮酸在TCA循环中，可产生4mol的NADH2, 1 molNADH2通过电子传递体系重新氧化成为NAD，
同时可生成3 mol ATP，则4molNADH2被氧化生成 12molATP。
水处理生物学(8)(1)
可生成1 molGTP，1 mol的GTP转变成1 molATP； 可生成1molFADH2, 1 mol的FADH2转变成2 molATP; 则，
水处理生物学(8)(1)
水处理生物学(8)(1)
1.TCA循环
也称为柠檬酸（CAC）循环。从丙酮酸开始，先
形成乙酰辅酶A，乙酰辅酶A进入TCA循环，最终被
彻底氧化成为CO2和H2O。 1mol丙酮酸经过TCA循环后形成了3mol的CO2： a.丙酮酸形成乙酰辅酶A时，产生1mol；
b.草酰琥珀酸脱羧时产生1mol；