环境工程微生物学第五章微生物能量代谢
微生物学第五章微生物的代谢
通过改变细胞膜的通透性，控制代谢底物和产物的进出，从而调 节代谢过程。
微生物代谢的基因调控
01
原核生物的基因调 控
通过操纵子模型实现基因表达的 调控，包括正调控和负调控两种 方式。
02
真核生物的基因调 控
通过转录因子和顺式作用元件的 相互作用，实现基因表达的精确 调控。
03
基因表达的诱导和 阻遏
03 氮的转化代谢
微生物还可以通过氮的转化代谢将一种含氮化合 物转化成另一种含氮化合物，如硝酸盐还原成氨 的过程。
04Βιβλιοθήκη 微生物代谢的调节与控制代谢调节的方式与机制
酶活性的调节
通过改变酶的构象或修饰酶活性中心，从而调节代谢途径中关键 酶的活性。
代谢物浓度的调节
代谢物浓度的变化可以影响酶的活性，从而调节代谢速率。
用、液相色谱-质谱联用等。
核磁共振法
利用核磁共振技术对微生物代 谢产物进行结构和构象分析， 可以获得代谢产物的详细化学
信息。
生物信息学分析
利用生物信息学方法对微生物 代谢组学数据进行处理和分析， 包括代谢途径分析、代谢网络 构建、代谢物鉴定和代谢调控 研究等。
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微生物代谢产物的生物活性与应用
抗生素
由微生物代谢产生的具有抗菌活 性的化合物，用于治疗细菌感染。
酶
微生物代谢产生的生物催化剂，广 泛应用于食品、医药、化工等领域。
激素
某些微生物代谢产物具有激素活性， 可用于调节动植物生长发育。
微生物代谢在环境保护和能源领域的应用
污水处理
利用微生物代谢降解污水中的有机污染物，净化水质。
02
微生物的能量代谢
能量代谢的基本过程
环境工程微生物学课后答案
环境工程微生物学课后答案环境工程微生物学课后答案介绍1.微生物是如何分类的？答:根据它们的客观生物学特性(如个体形态和大小、染色反应、菌落特征、细胞结构、生理生化反应、与氧的关系、血清学反应等)。
)和它们的遗传关系，各种微生物从大到小排列成一个系统，并按边界、门、纲、目、科、属、种等分类。
物种是最小的分类单位，“植物”不是分类单位。
2.微生物是如何命名的？举个例子。
答:微生物的命名是基于生物学中的二项式方法，即用两个拉丁字符来命名一种微生物。
这个物种的名字由一个属名和一个特定的名字组成。
类属名和物种名用斜体表示，类属名在前面，使用拉丁名词，第一个字母大写。
这个特定的名字在拉丁语形容词之后，用拉丁语形容词来表达。
第一个字母是小写的。
例如，大肠杆菌的名称是大肠杆菌。
3.写出大肠杆菌和桔杆菌的拉丁全名。
答:大肠杆菌的名字是大肠杆菌，桔杆菌的名字是枯草杆菌。
微生物的特征是什么？答:(1)个体很小微生物非常小，从几纳米到几微米不等，只能通过光学显微镜才能看到。
病毒小于0.2微米，只能通过光学显微镜可见范围之外的电子显微镜才能看到。
(2)分布广泛，类型多样环境的多样性，如极端高温、高盐度和极端酸碱度，导致了微生物的大量和多样性。
(3)快速繁殖大多数微生物通过分裂繁殖后代。
在合适的环境条件下，一个世代可以在十分钟到二十分钟内繁殖。
在物种竞争中获得优势是生存竞争的保证。
(4)易变大多数微生物是结构简单的单细胞。
整个细胞与环境直接接触，很容易受到外部环境因素的影响，导致遗传物质DNA的变化和变异。
或者变异成优秀的菌株或者降解菌株。
第一章是超级微生物——病毒的非细胞结构1.病毒是什么样的微生物？它的特点是什么？答:病毒没有细胞结构，特别寄生在活的敏感宿主体内。
它们可以通过细菌过滤器，是尺寸小于0.2微米的微小微生物。
特点:尺寸小于0.2微米，所以在光学显微镜下看不到。
你必须在电子显微镜下合成蛋白质——核糖体。
你也没有合成细胞物质和繁殖所需的酶系统。
环境工程微生物学复习资料
环境工程微生物学复习资料1、微生物的含义：微生物是肉眼看不到的，务必在电子显微镜或者光学显微镜才能看见的所有微小生物的统称。
2、分类地位：五界系统：1969年魏克提出微生物五界分类系统：（1）原核生物界：细菌、放线菌、蓝绿细菌（2）原生生物界：蓝藻以外的藻类及原生动物（3）真菌界（酸性土壤中真菌较多）：酵母菌、霉菌（4）动物界（5）植物界。
三域系统：（1）古菌域（Archaea）：“三菌”产甲烷菌、极端嗜盐菌、嗜热嗜酸菌（2）细菌域（Bacteria）：细菌（化）、蓝细菌（光）、放线菌（化）、立克次氏体（寄生）、支原体（人工培养基，最小）、衣原体（寄生）、螺旋体（原核，是细菌与原虫的过度）“三体”支原体、立克次氏体、衣原体（3）真核生物域（Eukarya）：真菌、藻类、动物、水生植物（原生动物、真菌、藻类）3、按细胞结构的有无分为分为：非细胞结构微生物（病毒、类病毒：类病毒是比病毒小的超小微生物）与细胞结构微生物。
按细胞核器、有丝分裂的有无分为：原核与真核4、分类根据：形态学特征、生理特征、生态特征、血清学反应、噬菌体反应、DNA中的G+C（%）、DNA杂交、DNA-rRNA杂交、16SrRNA碱基顺序分析与比较（按客观存在的属性及它们的亲缘关系，如个体形态及大小，染色反应，菌落特征，细胞结构，生理生化反应，与氧的关系，血清学反应等）5、分类单位：域界门纲目科属种（柱）6、原核微生物与真核微生物的区别：5、微生物的特点：（1）体积小，比表面积大（2）分布广，种类繁多（3）汲取多，转化快（4）生长旺，繁殖快（5）习惯性强（6）易变异第一章：原核生物1、细菌（PH=7.2，C:N=25:1）形态、大小（最小的纳米细菌，最大的硫磺细菌）、繁殖与菌落：形态：杆菌（最常见，长短不一致长短杆菌、某部位是否膨大棒状梭状杆菌、芽孢有无）、球菌（单球菌双球链球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌）、螺旋菌、丝状菌。
大小：球菌：通常直径在0.5~2.0μm；杆菌：长×宽（0.5~1.0）μm×（1~5）μm；螺旋菌：宽×弯曲长度（0.25~1.7）μm×（2~60）μm。
第五章 微生物工程的代谢调节和代谢工程
二、酶活性的调节
代谢调节是指在代谢途径水平上酶活性 和酶合成的调节。 酶活性调节： 激活剂→酶激活作用； 抑制剂→酶抑制作用； 可以是外源物，也可是自身代谢物。
1、酶激活作用与抑制作用
微生物代谢中，普遍存在酶既有激活作 用又有抑制作用的现象。 如：天门冬氨酸转氨甲酰酶受ATP激活， 受CTP抑制（终产物）。 大肠杆菌糖代谢过程中，许多酶都有 激活剂和抑制剂（表5-1）。共同控制糖 代谢。
酶的共价修饰。
生产目的：高浓度地积累人们所期望的产物。 办法：①育种，得到根本改变代谢的基因突变株；
②控制微生物培养条件，影响其代谢过程。 代谢工程：利用基因工程技术，扩展和构建、连接，形 成新的代谢流。（也称途径工程）
一、微生物的代谢类型和自我调节
1.代谢类型：分解代谢和合成代谢。 相互关联，相互制约。 细胞优先合成异化可维持更快生长的化合物 的酶。利用完后，再合成下一个酶。 2.微生物自我调节部位： ①细胞膜的屏障作用（多数亲水分子）和通道； ②控制通量，调节酶量和改变酶分子活性； ③限制基质的有形接近，可存在于不同细胞 器各个代谢库中，其酶量差别大。
价连接物（腺苷酰基）。
五、能荷调节
细胞的能荷计算式：
[ATP]+1/2[ADP] 能荷=—————————— [ATP]+ [ADP]+[AMP]
能荷高时，ATP的酶合成系统受抑制， ATP消耗酶系统被活化。 呈抑制与活化的中间状态的能荷大约是 0.85，此时两种酶系统达到平衡。
六、代谢调控
根据代谢调节理论,通过改变发酵工艺条 件(温度、PH、风量、培养基组成)和菌 种遗传特性，达到改变菌体内的代谢平 衡，过量产生所需产物的目的。 1.发酵条件的控制 2.改变细胞透性 3.菌种遗传特性的改变
《环境工程微生物学》PPT演示课件
目录
• 微生物学基础 • 环境工程中的微生物应用 • 微生物检测与评价方法 • 环境工程微生物实验技术 • 环境工程微生物学前沿研究动态 • 总结与展望
01
微生物学基础
微生物概述
微生物的定义与特点 01
微生物的多样性 02
微生物在环境工程中的意义 03
微生物分类与形态
常见环境工程微生物实验操作
微生物的分离与纯化
介绍从环境样品中分离和纯化微生物的方法和步骤，如平板划线 法、稀释涂布法等。
微生物的培养与计数
详细讲解微生物的培养条件、培养基的配制以及微生物的计数方法， 如平板计数法、比浊法等。
微生物的生理生化实验
介绍常见的微生物生理生化实验，如糖发酵实验、蛋白质分解实验 等，用于鉴定不同种类的微生物。
免疫学方法
通过抗原-抗体反应，检测微生物特定抗原或抗体的存在，具有高 度的特异性和敏感性。
生物传感器法
利用生物活性物质（如酶、抗体等）作为识别元件，结合换能器将生 物信号转换为电信号进行检测，具有快速、准确、自动化等优点。
环境工程微生物评价指标体系
微生物多样性指数
通过测定环境中微生物的种类、数量 及其分布情况，评价环境的微生物多
废气处理中的微生物技术
01 生物滤池法
利用附着在滤料上的微生物降解废气中的有机物， 如挥发性有机化合物（VOCs）。
02 生物洗涤法
将废气通入含有微生物的营养液中，通过微生物 的代谢活动去除废气中的污染物。
03 生物滴滤法
在生物滤池的基础上，通过向滤料上喷洒营养液， 提高微生物的活性，增强废气处理效果。
环境工程领域的微生物技术应用需要稳定的微生物群落支持，如何维持
环境工程微生物学-第三版周群英王士芬
第一篇微生物学基础1、叙述大肠杆菌T系噬菌体的繁殖过程。
答：大肠杆菌T系噬菌体的繁殖过程有：吸附、侵入、复制、聚集与释放。
首先，大肠杆菌T系噬菌体以它的尾部末端吸附到敏感细胞表面上某一特定的化学成分，或是细胞壁，或是鞭毛，或是纤毛。
噬菌体侵入宿主细胞后，立即引起宿主的代谢改变，宿主细胞内的核酸不能按自身的遗传特性复制和合成蛋白质，而由噬菌体核酸所携带的遗传信息所控制，借用宿主细胞的合成机构复制核酸，进而合成噬菌体蛋白质，核酸和蛋白质聚集合成新的噬菌体，这个过程叫装配。
大肠杆菌T系噬菌体的装配过程如下：先合成含DNA的头部，然后合成尾部的尾鞘、尾髓和尾丝，并逐个加上去就装配成一个完整的新的大肠杆菌T系噬菌体。
噬菌体粒子成熟后，噬菌体的水解酶水解宿主细胞壁而使宿主细胞破裂，使菌体被释放出来重新感染新的宿主细胞一个宿主细胞可释放10到1000个噬菌体粒子。
2、什么叫毒性噬菌体？什么叫温和噬菌体？答：侵入宿主细胞后，随即引起宿主细胞裂解的噬菌体称作毒性噬菌体。
侵入宿主细胞后，不引起宿主细胞裂解的噬菌体称作温和噬菌体。
3、什么叫噬菌斑？什么是PFU？答：将噬菌体的敏感细菌接种在琼脂固体培养基上生长形成多个菌落，当接种适度的噬菌体悬液后引起点性感染，空斑单位，空斑就是原代或传代单层细胞被病毒感染后，一个个细胞被病毒蚀空形成的空斑。
一个空斑表示一个病毒。
所以，通过病毒空斑单位的计数可知单位体积中含病毒数第二章原核微生物1、细菌有哪些一般结构和特殊结构？它们各有哪些生理功能？答：细菌是单细胞生物。
所有细菌均有：细胞壁、细胞质膜、细胞质及其内含物、细胞核物质。
部分细菌有特殊结构：芽孢、鞭毛、荚膜、粘液层、菌胶团、衣鞘及光合作用片层等。
细胞壁是包围在细菌体表面最外层的、具有坚韧而带有弹性的薄膜。
可以起到：①保护原生质体免受渗透压引起破裂的作用。
②维持细菌的细胞形态。
③细胞壁是多孔结构的分子筛，阻挡某些分子进入和保留蛋白质在间质（格兰氏阴性菌细胞壁和细胞质之间的区域）④细胞壁为鞭毛提供指点，使鞭毛运动。
环境工程微生物学
环境工程微生物学环境工程微生物学是研究微生物在水、土壤、空气等环境中的生态功能和应用技术的学科。
微生物在环境保护和污染治理中起着重要作用，本文将就环境工程微生物学的相关内容进行阐述。
一、微生物在环境中的生态功能1. 生态秸秆分解微生物在土壤中的重要作用之一就是秸秆分解。
秸秆是农作物的主要剩余物，对于土壤肥力和农作物产量有重要作用。
然而，秸秆的分解过程对于农产品质量、土壤养分的供给以及气候变化有着直接影响。
土壤中的微生物可以利用秸秆中的有机物和其他成分进行分解和生化作用。
这个过程中，微生物可以产生有机酸、多糖、气体和其他分解产物。
同时，微生物也利用分解产物进行自身生长和繁殖，从而形成新的土壤生态系统。
2. 污染物的降解微生物在环境中还有另一个十分重要的功能——污染物的降解与处理。
各类污染物，如重金属、氨氮、磷、有机化合物以及恶臭气体等都可以被微生物进行废弃物的处理和分解。
其中，微生物进行污染物降解的原理是利用原有的微生物群体能够通过代谢作用分解有毒有害的污染物。
这种分解过程包括物理化学过程和生化过程，最终产生无毒物质。
3. 植物生长和改良微生物在土壤中的另一个功能就是对植物的生长以及土壤改良。
微生物在土壤中的代谢过程可以分解出植物所需的养分，如氮、磷、钾等等，从而促进植物的生长。
以一些根系受损的植物为例，微生物可以利用菌根进行代偿，从而帮助植物增加吸收和利用养分的能力，使植物根系更加健康。
同时，微生物还能对土壤结构进行改良，增加土壤通透性和水分，从而改良土壤质量和保持生态环境稳定。
二、微生物在环境工程中的应用1. 废水处理微生物在工业废水处理中有着不可替代的效果。
以活性污泥法为例，低浓度的有机物质，如肉、油脂和产业化学品可以通过微生物代谢代谢产物，最终被分解成可接受的物质。
此时，利用充分的空气供应和氧气流通来改善水体氧气不足，也是一个十分重要的操作环节。
通过微生物的作用，可以将各种污染物分解为无害的物质，大大降低了废水的处理成本和过程。
周群英《环境工程微生物学》(第3版)章节题库(第五章 微生物的生长繁殖与生存因子)【圣才出品】
第五章微生物的生长繁殖与生存因子一、选择题1．生长速率常数最大的时期是（）。
A．停滞期B．对数期C．静止期D．衰亡期【答案】B【解析】B项，对数期的细菌得到丰富的营养，细胞代谢活力最强，合成新细胞物质的速率最快，细菌生长旺盛。
这时的细菌数不但以几何级数增加，而且每分裂一次的时间间隔最短，生长速率常数最大。
2．下列关于恒浊连续培养的描述正确的是（）。
A．是使培养液中细菌的浓度恒定的培养方式B．在恒浊器中微生物始终以最高生长速率进行生长C．是一种设法使培养液的流速保持不变的培养方式D．微生物始终在低于其最高生长速率的条件下进行生长繁殖的方式【答案】A【解析】恒浊连续培养是使细菌培养液的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式。
按实验目的，首先确定细菌的浊度保持在某一恒定值上。
调节进水（含一定浓度的培养基）流速，使浊度达到恒定（用自动控制的浊度计测定）。
3．固氮菌和纤维素分解菌生活在一起时的关系是（）A．拮抗B．共生C．寄生D．互生【答案】D【解析】D项，固氮菌固定的氮为纤维素分解菌提供氮源，纤维素分解菌分解纤维素的产物有机酸被固氮菌用作碳源和能源，也为纤维素分解菌解毒。
两者可以单独生活，共存于同一环境中，相互提供营养及其他生活条件，双方互为有利，相互受益，属于互生关系。
4．细菌的生长曲线中，总菌数和活菌数几乎相等的是（）。
A．适应期B．对数期C．稳定期D．衰亡期【答案】B【解析】B项，对数期由于营养物质足以供给合成细胞物质使用，因此细菌细胞质的合成速率与活菌数的增加速率一致，细菌总数的增加率和活菌数的增加率一致，总菌数和活菌数几乎相等。
5．常用的消毒酒精的浓度为（）。
A．30％B．70％C．95％D．100％【答案】B【解析】B项，醇是脱水剂和脂溶剂，可使蛋白质脱水、变性，溶解细胞质膜的脂质，进而杀死微生物机体。
体积分数为70％的乙醇杀菌力最强。
乙醇浓度过低无杀菌力，纯乙醇因不含水很难渗入细胞，又因它可使细胞表面迅速失水，表面蛋白质沉淀变性形成一层薄膜，阻止乙醇分子进入菌体内，故不起杀菌作用。
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量代谢
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第一节 微生物的生物氧化 二、异养微生物的生物氧化
生物氧化反应
发酵 呼吸
有氧呼吸 厌氧呼吸
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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1. 发酵(fermentation)
二、异养微生物的生物氧化
何为“发酵”？
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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第一节 微生物的生物氧化
二、异养微生物的生物氧化
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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第一节 微生物的生物氧化
生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种 生物氧化的功能为：
产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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第一节 微生物的生物氧化
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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第一节 微生物的生物氧化
分解代谢实际上是物质在生物体内经过一系列连续的氧化 还原反应，逐步分解并释放能量的过程，这个过程就是 生物氧化，是一个产能代谢过程。
异养微生物利用有机物，自养微生物则利用无机物， 通过生物氧化来进行产能代谢。
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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第一节 微生物的生物氧化
一 ATP的生成方式
1、基质（底物）水平磷酸化(substrate phosphorylation)
EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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1. 发酵(fermentation)
二、异养微生物的生物氧化
EMP途径: 共分两个阶段,十步反应.
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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1. 发酵(fermentation)
EMP途径:
二、异养微生物的生物氧化
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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二、异养微生物的生物氧化
1. 发酵(fermentation)
发酵的种类有很多，可发酵的底物有碳水化合物、有机酸、 氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。 生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解（glycolysis）
糖酵解是发酵的基础
主要有四种途径：
EMP途径，又称糖酵解或己糖二磷酸途径，是细胞将葡 萄糖转化为丙酮酸的代谢过程，总反应为：
C6H12O6+2NAD+2Pi+2ADP→2CH3COCOOH（丙酮酸） +2NADH+2H+2ATP+2H2O。
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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(1)EMP途径（Embden-Meyerhof pathway） 1. 发酵(fermentation)
胞内积累高浓度的甘油从而使细胞的渗透压保持平衡
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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二、异养微生物的生物氧化
1. 发酵(fermentation)
第一次世界大战期间，英国对有机溶剂丙酮和丁醇的 需求增加
丙酮：用于生产人造橡胶； 丁醇：用于生产无烟火药；
当时的常规生产方法：对木材进行干热分解
大约80到100吨桦树、山毛榉、或枫木生产1吨丙酮
细胞内发生的各种化学反应的总称
代谢
分解代谢(catabolism) 合成代谢(anabolism)
复杂分子
（有机物）
分解代谢 合成代谢
简单小分子 ＋ ATP ＋ [H]
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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第一节 微生物的生物氧化
一切生命活动都是耗能反应，因此，能量代谢是一切生物代谢 的核心问题。
第五章 微生物的能量代谢
第一节 微生物的生物氧化 第二节 发光微生物与其应用
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
1
第五章 微生物的能量代谢
第一节 微生物的生物氧化 一 ATP的生成方式 二 异养微生物的生物氧化
三 自养微生物的生物氧化
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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代谢（metabolism）：
能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中的多种形式的 最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源------ATP。 这就是产能代谢。
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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第一节 微生物的生物氧化
有机物
化能异养微生物
最初 能源
化能自养微生物
还原态无机物
日光
光能营养微生物
通用能源 （ATP）
1. 发酵(fermentation)
微生物代谢有机物的过程中,有机物氧化释放的电子直接交给本身 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。(不需要电子传递链)
有机化合物只是部分地被氧化，因此，只释放出一小部分的能量。
发酵过程的氧化是与有机物的还原偶联在一起的。被还原的有机 物来自于初始发酵的分解代谢，即不需要外界提供电子受体。
环境工程微生物学第五章微生物能 量代谢
甘油
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1. 发酵(fermentation)
二、异养微生物的生物氧化
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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第一次世界大战期间德国主要用这种方法生产甘油 产量：1000吨/月
目前的甘油生产方法： 使用的微生物：
Dunaliella aslina（一种嗜盐藻类）
微生物在好氧呼 吸或无氧呼吸时 ，通过电子传递 体系产生ATP的 过程。Leabharlann 环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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第一节 微生物的生物氧化
一 ATP的生成方式
3、光合水平磷酸化(photophosphorylation) 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。
环境工程微生物学第五章微生物能
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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1. 发酵(fermentation)
二、异养微生物的生物氧化
英国：
（Chaim Weizmann）
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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日本人肠内酵母感染导致醉酒
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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1. 发酵(fermentation)
二、异养微生物的生物氧化 3%的亚硫酸氢钠（pH7）
丙酮酸
CO2
NADH
NAD+
乙醛
乙醇
（磺化羟基乙醛）
NADH NAD+
磷酸二羟基丙酮
磷酸甘油
Saccharomyces cerevisiae厌氧发酵
微生物在基质氧化过程中，形成含高自由能的中间产物，这一 中间产物将高能键交给ADP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。
环境工程微生物学第五章微生物能
量代谢
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第一节 微生物的生物氧化
一 ATP的生成方式
2、氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)