第五章微生物的代谢
第五章 微生物的代谢
为混合酸发酵。
EMP
葡萄糖
乳酸、乙酸、甲酸 丙酮酸 乙醇 、CO2 、H2 琥珀酸
五 丙酮-丁醇发酵
——严格厌氧菌进行的唯一能大规模生产的发酵产 品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3：6：1）
——丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyricum
2丙酮酸 2乙酰-CoA
缩合
乙酰-乙酰 CoA
• 为细胞生命活动提供ATP 和 NADH • 是连接其它几个重要代谢途径的桥梁 • 为生物合成提供多种中间代谢物
2. HM途径（磷酸戊糖支路， 单磷酸己糖途径)
ATP 12NADPH+H+ 36ATP 35ATP
6C6
6C5
经过系列反应后合成己糖 6CO2
5C6
C6为己糖或己糖磷酸;C5为核酮糖-5-磷酸;打方框的为终产物; NADPH+H+必须先由转氢酶将其上的氢转到NAD+上并变成 NADPH+H+后,才能进入呼吸链产ATP;
NADH + H+ NAD+
•异型乳酸发酵途径：肠膜明串珠菌，短乳杆菌
PK/ HK
葡萄糖
乳酸 + 乙醇 + CO2 + 1ATP
•双岐发酵途径：双岐杆菌
PK/ HK 葡萄糖 乳酸 + 乙酸 + CO2 + 2.5ATP
三 丙酸发酵（丙酸细菌，厌氧菌）
葡萄糖
EMP
丙酮酸
丙酸
乳酸
四 混合酸发酵
由于代谢产物中含有多种有机酸，故将其称
生活在盐湖及海边的岩池等盐浓度很高环境
胞内积累高浓度的甘油从而使细胞的渗透压保持平衡
第五章-微生物的新陈代谢
2+8*(=30ATP
*在TCA循环的异柠檬酸至-酮戊二酸反应中，有的微生物产生的是NADPH+H+ **在葡萄糖转变为葡糖-6-磷酸过程中消耗1ATP
***真核生物的呼吸链组分在线粒体膜上，NADH+H+进入线粒体要消耗2ATP。
递氢和受氢ATP的产生
经上述脱氢途径生成的NADH、NADPH、FADH等 还原型辅酶通过呼吸链等方式进行递氢，最终与 受氢体（氧、无机或有机氧化物）结合，以释放 其化学潜能。
生物氧化（biological oxidation） 在活细胞中的一系列产能性氧化反应的总称。
氧化的形式包括：得氧、脱氢和失去电子。 过程包括脱氢(电子)、递氢(电子)和受氢(电子)3个阶段。 功能：产ATP，[H]，小分子中间代谢产物。 类型：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵。
底物脱电子的四种方式 以葡萄糖为例
C6H12O6 →2CO2+2C2H5OH
发酵的特点
微生物部分氧化有机物获得发酵产物，释放少量能量；
氢供体与氢受体(内源性中间代谢产物)均为有机物
还原力[H]不经过呼吸链传递； 产能方式：底物水平磷酸化反应。
底物磷酸化：指在发酵过程中往往伴随着高能化合物生 成，如EMP途径中的1，3-二磷酸甘油酸和磷酸烯醇氏丙 酮酸，其可直接偶联ATP和GTP的产生。
Pentose phosphate pathway，旧称HMP途径(Hexose monophasphate pathway)，此途径存在于大多数生物体内。
C6
C3
C6
C4
C7 C3 C5 C5
C5
1ATP
12NADPH
→ → → 36ATP →
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
第五章 微生物的代谢
（三）半纤维素的分解 半纤维素也是植物细胞壁的重要组成成分，在植
物体内的含量很高，仅次于纤维素，半纤维素是由戊 糖（主要是木糖和阿拉伯糖）和己糖（主要是半乳糖 和甘露糖）缩合而成的聚合物，有些种类植物在组成 半纤维素的亚基中，还有糖醛酸（主要是半乳糖醛酸 和葡萄糖醛酸）。
半纤维素比纤维素容易分解，能够分解它的微生 物种类也比较多，例如细菌中的噬纤维菌，梭菌中的 某些种类，真菌中的曲霉、青霉、木霉等的某些种类。 半纤维素在相应酶的作用下，分解为相应的单糖。
•反应步骤简单，产能效率低.
• 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连 接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不 同中间代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌 氧时进行乙醇发酵.
ED途径的总反应
•
• •
ATP
• • •
ATP
C6H12O6
ADP
KDPG
2ATP NADH2 NADPH2 2丙酮酸
HMP途径的重要意义
•为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。
•产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提 供还原力，另一方面可通在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可 以调剂戊糖供需关系。
•途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、 碱基合成、及多糖合成。
醛再氧化成有机酸，最后按脂肪酸β-氧化的方
式分解，为机体生长提供必要的能量与小分子 化合物。
（二）脱氨作用 脱氨基主要有氧化脱氨基（大肠杆菌等参与）、水解
脱氨基（酵母菌等参与）和还原脱氨基（大肠杆菌等参 与）三种方式。 1.氧化脱氨基 CH3CHNH2COOH+1/2O2→CH3COCOOH+NH3 2.水解脱氨基 RCHNH2COOH+H2O→RCH2OH+CO2+NH3 3.还原脱氨基 HOOCCH2CHNH2COOH→HOOCCH=CHCOOH+ NH3
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
10-12 第五章 微生物的代谢
1、生物氧化的形式：
包括脱氢或脱电子
①失电子：
Fe2+ → Fe3+ + e CH3-CHO
②化合物脱氢、递氢: CH3-CH2-OH
NAD NADH2
2、生物氧化的过程： 脱氢（或电子）、递氢（或电子）和受氢（或电子）三 个阶段
3、生物氧化的功能： 产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物
德国： （Carl Neuberg）
目前甘油生产中使用的微生物 Dunaliella aslina（一种嗜盐藻类） 生活在盐湖及海边的岩池等盐浓度很高环境
胞内积累高浓度的甘油使细胞的渗透压保持平衡
由EMP途径中丙酮酸出发的发酵
②同型乳酸发酵：发酵产物只有乳酸
丙酮酸
NADH2
乳酸
同型乳酸发酵菌株有： 德氏乳杆菌(L.delbruckii)、嗜酸乳杆菌(L.acidophilus)、植物乳杆菌 (L.plantarum)、干酪乳杆菌(L.casei)、粪链球菌(Streptococcus faecalis)
（5）Stickland反应
氨基酸同时为碳源、氮源和能源 以一种氨基酸为H供体，而另一种氨基酸为H受体来实现 生物氧化产能的发酵类型。
3乙酸
丙氨酸
+
2甘氨酸
3NH3
CO2 ATP
Stickland反应特点：
部分氨基酸的氧化与另一些氨基酸的还原相偶联； 产能效率低，1ATP/1G。
各途经的相互关系
H2O
2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸
丙酮酸
~~醛缩酶
（KDPG）
有氧时与TCA循环连接 无氧时进行细菌乙醇发酵
葡萄糖只经过4步反应即可快速获得由EMP途径须经10步 才能获得的丙酮酸。
大学课程微生物第五章 微生物的代谢课件
15
HMP途径在微生物生命活动中意义重大，主要有： ①. 供应合成原料 为核酸、核苷酸、NAD（P）+、FAD（FMN） 和CoA等生物合成提供戊糖-磷酸； 途径中的赤藓糖-4-磷酸是合成芳香族、杂环 族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨 酸）的原料。 ②. 产还原力 产生大量NADPH形式的还原力，不仅可供脂 肪酸、固醇等生物合成之需，还可通过呼吸链 产生大量能量。
✓ 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连接，可 互相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中间代谢物 的需要。好氧时与TCA循环相连，厌氧时进行乙醇发酵。
23
4. TCA循环
（10）PEP将磷酸基团转移给ADP生成ATP,同时形 成丙酮酸。丙酮酸激酶。底物水平磷酸化。
12
2. HMP途径
又称己糖一磷酸途径、己糖一磷酸支路、戊糖磷 酸途径。磷酸葡萄糖酸途径或WD途径。
其特点是葡萄糖不经EMP途径和TCA循环而得 到彻底氧化，并能产生大量NADPH+H形式的还原 力以及多种重要中间代谢产物。 总反应式为：
16
③. 作为固定CO2的中介 是光能自养微生物和化能自养微生物固定CO2的 重要中介（HMP途径中的核酮糖-5-磷酸在羧化酶 的 催 化 下 可 固 定 CO2 并 形 成 核 酮 糖 -1 ， 5- 二 磷 酸。）
④. 扩大碳源利用范围 为微生物利用C3—C7多种碳源提供了必要的途径。
⑤. 连接EMP途径 通过与EMP途径的连接（在果糖-1，6-二磷酸和 甘油醛-3-磷酸处）可为生物合成提供更多的戊糖。
第五章微生物的酶与代谢ppt课件
第二节 微生物的能量代谢
能量代谢––––微生物体内的能量转变过程 热力学第二定律 能量守恒 微生物的能量代谢是通过生物氧化反应来实现的 生物氧化–––微生物在细胞内酶作用下把营养物质氧化的过程
附窑睬胁淤豫穿般锑力恰炳应捧菏妥纱普清样掠跋铆祝应藏汉背厚丁吟帐第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
主要内容
微生物的酶 微生物的能量代谢 微生物的分解代谢
包熙候绵元赂吹迟俯瘸镑殷滴请浇辕咖颠希羹狐需疑西净汪雌珐歹伍横劫第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
第一节 微生物的酶
玫综闰惺查居亥巴卓肛斗具琶镇揽薯吻陈煌峨约戚艳演天穗革垢芽锤怔辨第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
3-磷酸甘油醛
(3-磷酸甘油醛脱氢酶)
1,3-二磷酸甘油酸
(磷酸甘油酸激酶)
3-磷酸甘油酸
(磷酸甘油酸变位酶)
2-磷酸甘油酸
烯醇式丙酮酸
磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
(丙酮酸激酶)
脱氢
氧化磷酸化
盒丹吃对虞它腾倾盈捉古句懂铺者射割惧付刽隐化烧仗溢射铱梭瞪御走谴第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
（1）在温和条件下进行(由酶催化) （2）反应步骤繁多，但相互配合、有条不紊、彼此协调，且逐步进行，表征了新陈代谢具有严格的顺序性 （3）对内外环境具有高度的调节功能和适应功能。
新陈代谢的特点
舍惊怔疫脚诉脸咕袁撩救锡蔓愈束昨黑镣馋麻霄碳矢茨剃慢霞亩阅牲馋灼第五章+微生物的酶与代谢第五章+微生物的酶与代谢
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第五章微生物的代谢第一节代谢概论一、代谢（metabolism）的基本概念分解代谢(catabolism) ：又称异化作用，指细胞将复杂大分子物质降解成简单的小分子物质，称为分解代谢。
合成代谢(anabolism) ：又称同化作用，细胞利用简单的小分子物质合成复杂的大分子物质（细胞物质）的作用。
微生物代谢都具有新陈代谢的三大特点：温和条件下由酶催化进行的；顺序性；高度灵敏的自动调节。
根据微生物在代谢过程中产生的代谢产物在生物机体内的作用可分为：初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。
次级代谢：某些生物为了避免在初级代谢过程某种中间产物积累所造成的不利作用而产生的一类有利于生存的代谢类型。
通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产物。
初级代谢与次级代谢的关系，具体有以下几点：存在范围及产物类型不同；对产生者自身的重要性不同；同微生物生长过程的关系明显不同；对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同；相关酶的专一性不同；某些机体内存在的二种既有联系又有区别的代谢类型。
二、酶（一）酶的一般性质：酶是一种具有催化活性的，蛋白质的有机催化剂。
酶具有以下特点：酶催化效率高；酶对催化的反应具有专一性；酶是蛋白质。
（二）酶的结构按酶的组成可以把酶分为两大类：单成分酶：单一的酶蛋白组成，本身直接具有催化活性；双成分酶：除酶蛋白主体外，还有非蛋白质的辅因子部分。
根据辅因子与酶蛋白结合能力的大小可分为两种类型：辅基：与酶蛋白不以共价键相连接，很难将它们分离开的一种成份。
辅酶：与酶蛋白不以共价键相连接，彼此结合很松弛而易分离开的成份。
激活剂：指金属离子，它们的存在使得酶分子或底物具有利于反应进行的稳定的空间构型。
（三）酶促反应机制第二节微生物产能代谢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。
一、生物氧化：生物氧化就是发生在活细胞内的一切产能性氧化反应的总称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（如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。
ATP作为细胞中能量转移中心的原因：细胞内几乎所有的生物化学反应都要酶催化和能量，但大多数酶只能用ATP起偶联作用；ATP所含的自由能在PH7.0时为－7.3千卡，这种分子比较稳定，又易引起反应。
二. 化能异养微生物的生物氧化（一）发酵（fermentation）:发酵是厌氧微生物在生长过程中获得能量的一种方式。
1.发酵作用的途径及特点：生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解.糖酵解（glycolysis）是发酵的基础。
糖酵解主要有四种途径：EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。
⑴发酵的途径⑵发酵的概念: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。
⑶发酵的特点2.发酵的类型根据发酵产物的不同可以分为不同的类型：⑴酒精发酵①酵母菌的酒精发酵：Ⅰ型发酵:酵母菌在PH6条件下将葡萄糖经EMP途径降解成乙醇和CO2。
Ⅱ型发酵:在培养液中加入亚硫酸盐，发酵产物以甘油为主，称为酵母的甘油发酵。
Ⅲ型发酵:碱性条件下，发酵产生甘油，同时产生等量的乙酸和乙醇。
②细菌的酒精发酵——ED途径细菌的酒精发酵是通过ED途径（2－酮－3脱氧－6－磷酸葡萄糖酸裂解途径）实现。
⑵乳酸发酵:指乳酸细菌将葡萄糖分解产生丙酮酸还原成乳酸的生物学过程。
同型乳酸发酵；异型乳酸发酵⑶混合酸发酵:通过发酵将葡萄糖转变成甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸、CO2和H2，由于代谢产物中含有多种有机酸，故称为混合酸发酵。
大肠杆菌：产酸产气。
丙酮酸裂解生成乙酰CoA与甲酸，甲酸在酸性条件下可进一步裂解生成H2和CO2志贺氏菌：产酸不产气丙酮酸裂解生成乙酰CoA与甲酸，但不能使甲酸裂解产生H2和CO2⑷ 2,3丁－二醇发酵:产气气杆菌利用葡萄糖发酵产物主要为2,3丁－二醇。
产气气杆菌：V.P.试验阳性；甲基红试验阴性大肠杆菌：V.P.试验阴性；甲基红试验阳性⑸丁酸型发酵:丁酸发酵主要是一些专性厌氧棱状芽孢杆菌，丁酸是它们特征性的发酵产物，该特征可作为分类学上鉴定菌种的指标之一。
丁酸发酵：其产物为丁酸、乙酸、CO2、H2。
丙酮丁醇发酵：其产物为丙酮、丁醇、丁酸、CO2、H2等。
丁醇异丙酮发酵：其产物为丁醇、异丙酸、丁酸、乙酸、CO2、H2等。
（二）呼吸（respiration）微生物细胞中基质（葡萄糖）在氧化过程中放出的电子交给NAD(P)、FAD等电子载体，再经电子传递链最终交给氧或其它外源电子受体生成H2O或其它还原产物，并释放能量的生物学过程。
呼吸作用与发酵作用的根本区别：电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体。
呼吸链：由许多电子载体按它们的氧化还原电势升高的顺序排列起的链称为电子传递链。
呼吸的特点：基质上脱下的H在由高还原态的电子载体传给高氧化态的载体过程中伴随有ATP的方式称为氧化磷酸化。
1.有氧呼吸：以分子氧作为最终电子受体的生物氧化过程。
⑴有氧呼吸过程①葡萄糖完全分解过程：②ATP的产生：每克分子葡萄糖彻底氧化成CO2，可产生38克分子ATP。
⑵不同微生物的呼吸链①真核微生物呼吸链：真核微生物呼吸链存在于线粒体上。
②原核微生物呼吸链：原核微生物呼吸链存在于细胞质膜上。
细菌呼吸链末端氧化酶可以是多个。
有氧呼吸的特点：基质为有机物，可彻底氧化成无机物H2O、CO2；有机物为供氢体，最终电子受体为分子氧；有氧呼吸产能多，其中少部分来自底物磷酸化，大多数来自呼吸链氧化磷酸化，产能效率高；细菌具有独特的呼吸链组成成员。
2. 无氧呼吸：某些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸。
无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、CO2等无机物，或延胡索酸（fumarate）等有机物。
无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体，并在能量分级释放过程中伴随有磷酸化作用，也能产生较多的能量用于生命活动。
由于部分能量随电子转移传给最终电子受体，所以生成的能量不如有氧呼吸产生的多。
过程：⑴硝酸盐还原作用:以NO3－作为最终电子受体的生物学过程称为硝酸盐还原作用或硝酸盐呼吸。
反硝化作用： NO3－可被一些细菌还原成NO2－，NO2－可进一步还原成N2，这种有硝酸盐逐步还原为N2的过程称为反硝化作用。
能进行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸还盐原细菌，主要生活在土壤和水环境中，如假单胞菌、依氏螺菌、脱氮小球菌等。
过程：C6H12O6＋4NO3－→6CO2＋6H2O＋2N2＋能量电子传递链：⑵硫酸盐还原作用:以SO42－作为最终电子受体，而将硫酸盐最后还原为硫化氢的无氧呼吸过程。
又称为反硫化作用。
2CH3CHOHCOOH＋H2SO4 →2CH3COOH＋2CO2＋H2S＋2H2O⑶延胡索酸呼吸:兼性厌氧，将延胡索酸还原成琥珀酸，以往都是把琥珀酸的形式作为微生物的一般发酵产物来考虑。
实际上在延胡索酸呼吸中，延胡索酸是最终电子受体，而琥珀酸是还原产物。
无氧呼吸的特点：有机物被氧化，使无机或有机氧化物还原，即无机物或有机物为H受体；可获得大量能量；具有电子传递链，与有氧呼吸不同点在于电子传递链末端氧化酶是由一些特殊的酶代替细胞色素氧化酶，并将电子传给无机氧化物。
三. 化能自养微生物的生物氧化化能无机营养型：（一）氨的氧化:NH3、亚硝酸（NO2-）等无机氮化物可以被某些化能自养细菌用作能源。
亚硝化细菌：将氨氧化为亚硝酸并获得能量。
硝化细菌：将亚硝氧化为硝酸并获得能量。
这两类细菌往往伴生在一起，在它们的共同作用下将铵盐氧化成硝酸盐，避免亚硝酸积累所产生的毒害作用。
这类细菌在自然界的氮素循环中也起者重要的作用，在自然界中分布非常广泛。
电子传递过程（以亚硝酸氧化为例）：NH3、NO2-的氧化还原电势均比较高，以氧为电子受体进行氧化时产生的能量较少，而且进行合成代谢所需要的还原力需消耗ATP进行电子的逆呼吸链传递来产生，因此这类细菌生长缓慢，平均代时在10h以上。
（二）硫的氧化:硫细菌能将元素硫或还原态硫化物(H2S、硫代硫酸盐等)氧化成硫或硫酸获得能量。
为了于光合自养硫细菌区别常称为无色硫细菌。
1.作用过程：H2S＋1/2O2→S＋H2O＋50.1千卡S＋3/2O2＋ H2O →SO42－＋2H+＋139.8千卡2.能量的产生（三）氢的氧化:氢是微生物细胞代谢中的常见代谢产物，很多细菌都能通过对氢的氧化获得生长所需要的能量。
能以氢为电子供体，以O2为电子受体，以CO2为唯一碳源进行生长的细菌被称为氢细菌：H2＋1/2O2→H2O＋56.7千卡氢的氧化可通过电子和氢离子在呼吸链上的传递产生ATP和用于细胞合成代谢所需要的还原力（见P107）。
氢细菌都是一些呈革兰氏阴性的兼性化能自养菌。
它们能利用分子氢氧化产生的能量同化CO2，也能利用其它有机物生长。
产甲烷菌（Methanogenesis）和产已酸菌（Acetogenesis）能以CO2或碳酸盐为电子受体和碳源进行生长。
这类细菌是严格厌氧菌（四）铁的氧化:以嗜酸性的氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）为例：2Fe2+＋1/4O2＋2H+→2Fe3+＋1/2H2O＋10.6千卡从亚铁到高铁状态的铁的氧化，对于少数细菌来说也是一种产能反应，但从这种氧化中只有少量的能量可以被利用。
因此该菌的生长会导致形成大量的Fe3+ （Fe(OH)3）。
（五）化能自养微生物代谢特点:化能自养菌的产能代谢中，被氧化的基质，脱氢、脱电子，直接进入电子传递链，即基质氧化直接与呼吸链发生联系；组成电子传递链的成员比异养菌更复杂，几乎每一种化能自养菌都有自己特定的电子传递链；产能较低。
四. 光能微生物的能量转换作用（一）光合色素1.种类2.光合色素的功能:叶绿素对光合细菌捕获光能、吸收光能、放出电子；作为发生光化学反应的中心。
类胡萝卜素与藻胆素的主要功能：捕获光能，传给叶绿素；保护叶绿素或光合器免受光氧化作用损伤3.光合色素存在的部位位于细胞质膜下的色素囊和载色体。
（二）光合细菌的主要类群蓝细菌及藻类：产氧型光合作用；（三）细菌的光合作用光反应：把光能转化成化学能（ATP），产生还原力NADH2、NADPH2。
暗反应：为酶促反应；不需光，利用光反应产生的ATP、还原力NADPH2，使CO2还原成有机物。
1.光合磷酸化：光能转变为化学能的过程：光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是通过电子传递系统产生ATP。
（1）循环光合磷酸化特点：光合细菌与绿色植物都存在有这种环式光合作用，只是反应中心叶绿素分子有所不同；循环光合磷酸化只产生ATP，没有还原力NADH产生。