微生物的生物氧化

微生物的生物氧化

1. 内容

生物氧化是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。实际上是物质在生物体内经过一系列边连续的氧化还原反应，逐步分解发并释放能量的过程。

在生物氧化过程中释放的能量可被微生物直接利用，也可通过能量转换储存在高能化合物（ATP）中，以便逐步被利用，还有部分能量以热的形式被释放到环境中。

一、化能异养微生物的生物氧化

1.化能异养微生物的生物氧化与产能

（1）发酵

⏹发酵的概念：发酵是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物过程，即微生物细胞以有机物为最终电子受体的生物氧化过程。

⏹发酵的途径：EMP途径、HMP途径、ED途径、HK(PK)途径。

⏹发酵的类型：乙醇发酵、乳酸发酵、混合酸发酵

⏹发酵的特点：

①生物氧化所需能量ATP是借助于基质水平磷酸化的形成

②基质氧化不彻底，产物是较复杂的有机物

③产能少，氧化不完全，故其产物贮存起来

④电子和H传递中，不需细胞色素作递H体，而是分子内递H“分子内呼吸”。

⑤条件：无氧

（2）呼吸

⏹呼吸概念：微生物以分子氧或无机物为最终电子受体的生物氧化过程。

⏹呼吸类型：有氧呼吸、无氧呼吸。

有氧呼吸：微生物在有氧条件下，可将1分子的葡萄糖彻底氧化成H2O、CO2，并可产生38个ATP。

有氧呼吸的特点：

①产生的能量借助于氧化磷酸化过程产生

②将复杂基质氧化成很彻底的产物H2O和CO2

③能量多，全释放出来，是逐步释放的过程，并逐渐贮存

④在有氧条件下进行

无氧呼吸：在厌氧条件下，厌氧或兼性厌氧微生物以外源无机氧化物（NO3-、NO2-、SO42-、CO2、Fe3+等）或有机氧化物（延胡索酸等，但很罕见）作为末端氢（电子）受体时发生的一类产能效率低的特殊呼吸。进行厌氧呼吸的微生物极大多数是细菌。包括有硝酸盐呼吸（反硝化作用）、硫酸盐呼吸（硫酸盐还原）、硫呼吸、碳酸盐呼吸等。

无氧呼吸的特点：

①借氧化磷酸化产生能量

②不需分子氧，但底物分解较彻底

③产能比有氧呼吸少

④氢和电子的传递需中间递氢体，需细胞色素，最终受氢体是无机物中的氧

⑤分子外呼吸，无机物必须通过还原酶作用将H和电子激活O2形成水

2.自养微生物的生物氧化

（1）化能自氧菌的生物氧化：化能自养微生物从氧化无机物中获得能量，同化合成细胞物质，并在无机能源氧化中通过氧化磷酸化产生ATP。有氨的氧化、硫的氧化、铁的氧化、氢的氧化等。

（2）光能自氧菌的生物氧化

根据光合作用中是否有氧气产生，可分成产氧、不产氧光合细菌两大类：

⏹产氧光合细菌：产氧光合细菌是依赖叶绿素进行光合作用的微生物，包括蓝细菌和单细胞藻类。蓝细菌含有叶绿素a、光反应系统Ⅰ和光反应系统Ⅱ，它们的光合作用具有绿色植物的特征。以水作供氢体，通过水的光解，进行放氧型（植物型）光合作用。

⏹不产氧光合细菌：不产氧光合细菌是依赖细菌菌绿素进行光合作用的微生物，这类微生物称光合细菌。光合细菌不含叶绿素，只有光反应系统Ⅰ，没有光反应系统Ⅱ，因而不能以水为供氢体，而是以H2S、H·或丁酸、乳酸、琥珀苹果酸等有机化合物为还原CO2的氢供体，所进行的光合作用为非放氧型的光合作用。细菌菌绿素有a、b、c、d、e五种。

嗜盐菌紫膜光合磷酸化：嗜盐菌在无氧时，利用光能所造成的紫膜蛋白上视黄醛辅基构象的变化，可使质子不断驱至膜外，从而在膜两侧建立质子动势，再由它来推动ATP的合成，这一过程即紫膜光合磷酸化。

2. 练习

1.练习

一、选择题

1. 在下列微生物中（）能进行产氧的光合作用

A. 链霉菌

B. 蓝细菌

C. 紫硫细菌

答案：B

2.细菌PHB生物合成的起始化合物是：（）

A.乙酰CoA

B.乙酰ACP

C.UTP

答案：C

3.氢细菌产生ATP的电子传递系统存在于：（）

答案：B

二、填空

1. 在发酵过程中，葡萄糖首先通过______途径产生2个________。

答案：糖酵解，丙酮酸

2.细菌生长所需要的戊糖、赤藓糖等可以通过______途径产生。

答案：HMP

3. 光合磷酸化有__________和__________两种。

答案：环式，非环式

4.发酵是在__________条件下发生的。

答案：厌氧

5.自养微生物所需能量来自__________或_________。

答案：无机物的氧化，光能

6.发酵的产能水平较__________呼吸作用的产能水平较__________。

答案：低，高

三、简答题

1. EMP途径能为合成代谢提供哪些物质？

答案：EMP途径能为合成代谢提供：

ATP、NADH2. 小分子碳架（6-葡萄糖，磷酸二羟丙酮，3-P甘油酸，PEP，丙酮酸）

2. 试述生物氧化的形式、过程、功能及类型。

答案：形式：某物质与氧结合、脱氢或失去电子

过程：一般包括三个环节：

①底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电子供体或供氢体）

②氢（或电子）的传递（需中间传递体，如 NAD、FAD 等）

③最后氢受体接受氢（或电子）（最终电子受体或最终氢受体）

功能：产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间还原产物。

类型：呼吸、无氧呼吸、发酵

3. 测验

一、选择题

1．氢细菌产生ATP的电子传递系统存在于：（）

A. 细胞壁中

B. 细胞膜中

C. 细胞质中

2. 在Anabaena 细胞中因为存在有（）所以能产NADPH2。

A.光合系统1

B.光合系统2

C. A、B都有

二、填空题

1. 光合磷酸化有__________和__________两种。

2. 一分子葡萄糖通过德氏乳酸杆菌进行正型乳酸发酵可产生________个ATP。

3.正型乳酸发酵的产物有__________，__________。

4. 生物体主要通过__________反应获得能量，并将能量储藏在_________的高能磷酸键

中。

5. 在有氧呼吸过程中，葡萄糖经__________途径产生丙酮酸，丙酮酸进入________被

彻底氧化成________和________，在TCA环中可产生_______ATP。

三、简答题