环境微生物学4微生物的生理3代谢与合成.pdf

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。
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)
（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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C6H12O6+2NAD++2Pi+2ADP──>2CH3COCOOH+2NADH+2
H++2ATP 生
（2）生成乙醇:
成
乙
糖酵解终产物中的2NADH+2H+把丙酮酸的脱羧产物乙醛
醇
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。
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。
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进行的。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。
（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 。
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
（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：
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
糖
所有具细胞结构的生物所共有的主要代谢途径，也是人们
酵
最早阐明的酶促反应系统。
解
总反应：
（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：
不同的发酵类型及其有关微生物
发酵类型
产物
微生物
பைடு நூலகம்
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)
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。