微生物的生理3

1、生生理理微生物的酶（組成，結(jié)構(gòu)，分類，催微生物的酶（組成，結(jié)構(gòu)，分類，催化特征，影響酶活的因素）化特征，影響酶活的因素）營養(yǎng)（微生物的化學(xué)組成，營養(yǎng)物及營養(yǎng)（微生物的化學(xué)組成，營養(yǎng)物及營養(yǎng)類型，營養(yǎng)物進(jìn)入微生物的方式）營養(yǎng)類型，營養(yǎng)物進(jìn)入微生物的方式）產(chǎn)能代謝（呼吸類型，產(chǎn)能代謝與呼產(chǎn)能代謝（呼吸類型，產(chǎn)能代謝與呼吸作用的關(guān)系，發(fā)光現(xiàn)象）吸作用的關(guān)系，發(fā)光現(xiàn)象）環(huán)境工程微生物學(xué)n代謝代謝是細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱，它主要由分解代分解代謝謝和合成代謝合成代謝兩個過程組成。n分解代謝分解代謝是指細(xì)胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)，并在這個過程中產(chǎn)生能量產(chǎn)生能量。n合成代謝合成代謝是指細(xì)胞利用簡

2、單的小分子物質(zhì)合成復(fù)雜大分子的過程，在這個過程中要消耗能量消耗能量。n合成代謝所利用的小分子物質(zhì)來源于分解代謝過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或環(huán)境中的小分子營養(yǎng)物質(zhì)。環(huán)境工程微生物學(xué)一、微生物的生物氧化和產(chǎn)能一、微生物的生物氧化和產(chǎn)能1. 微生物的代謝微生物的代謝物質(zhì)代謝物質(zhì)代謝能量代謝能量代謝產(chǎn)能代謝產(chǎn)能代謝耗能代謝耗能代謝分解代謝分解代謝合成代謝合成代謝 核核心心問問題題 環(huán)境工程微生物學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)2. 呼吸呼吸呼吸本質(zhì)：呼吸本質(zhì)：化能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型分解產(chǎn)能分解產(chǎn)能光能營養(yǎng)型光能營養(yǎng)型光合產(chǎn)能光合產(chǎn)能呼吸（生物氧化）：呼吸（生物氧化）：生物體內(nèi)的物質(zhì)經(jīng)過一系列連續(xù)的生物體內(nèi)的物質(zhì)經(jīng)過一系列連

3、續(xù)的氧化還原反應(yīng)分解并釋放能量的過程氧化還原反應(yīng)分解并釋放能量的過程。產(chǎn)能代謝的總稱。呼吸作用的本質(zhì): 氧化與還原反應(yīng)氧化與還原反應(yīng)的統(tǒng)一過程。n3.微生物產(chǎn)能的方式和種類：微生物產(chǎn)能的方式和種類：電能電能（電子移動產(chǎn)生）化學(xué)能化學(xué)能（氧化有機物和無機物的化學(xué)反應(yīng)中釋放的能量）機械能機械能（運動產(chǎn)生的）光能光能（發(fā)光細(xì)菌產(chǎn)生的）微生物能量的轉(zhuǎn)化微生物能量的轉(zhuǎn)化 (1) 變?yōu)闊?，散失?(2) 供合成反應(yīng)和生命的其他活動； (3) 貯存在ATP（三磷酸腺苷）中。環(huán)境工程微生物學(xué)能量轉(zhuǎn)移中心能量轉(zhuǎn)移中心環(huán)境工程微生物學(xué)4. 能量的轉(zhuǎn)移中心能量的轉(zhuǎn)移中心ATP太陽光太陽光有機物有機物 還原態(tài)無機物還

4、原態(tài)無機物 化能異養(yǎng)菌化能自養(yǎng)菌通用通用能源能源最初最初能源能源ATP 能量代謝的主要內(nèi)容：研究微生物如何利用這三類最初能源，轉(zhuǎn)化并釋放出ATP的。 氧化分解底物 合成細(xì)胞組織和生命活動 產(chǎn)能 耗能ATPATP(adenosine-triphosphate)，其中A表示腺苷，T表示其數(shù)量為三個，P表示磷酸基，即一個腺苷上連接三個磷酸基。 其結(jié)構(gòu)簡式是：APPP，其相鄰的兩個磷酸基之間的化學(xué)鍵非?；钴S，水解時可釋放約30.5kJ/mol的能量，因此稱為高能磷酸鍵，用“”表示,大量化學(xué)能就儲存在高能磷酸鍵中。ATP三磷酸腺苷三磷酸腺苷環(huán)境工程微生物學(xué) ATP是生命活動能量的直接來源，但本身在體內(nèi)含

5、量并不高。人體預(yù)存的ATP能量只能維持15秒,跑完一百公尺后就全部用完，不足的繼續(xù)通過呼吸作用等合成ATP。純凈的ATP呈白色粉末狀，能溶于水。作為藥品可以提供能量并改善患者新陳代謝。ATP片劑可以口服，注射液可供肌肉注射或靜脈注射。功能：各種生命活動能量的直接來源 .環(huán)境工程微生物學(xué)5. 產(chǎn)生產(chǎn)生ATP的三種形式的三種形式環(huán)境工程微生物學(xué)（1）氧化磷酸化）氧化磷酸化 好氧微生物呼吸時，通過電子傳遞體系產(chǎn)生好氧微生物呼吸時，通過電子傳遞體系產(chǎn)生ATP的過程。的過程。氧化磷酸化的過程表示為：氧化磷酸化的過程表示為：NADH+H+ 3ADP+3Pi+1/2O2NAD+4H2O+ 3ATP1個個NA

6、DH產(chǎn)產(chǎn)生生3個個ATPn電子傳遞體系電子傳遞體系 電子傳遞體系由電子傳遞體系由NAD（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）或（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）或NADP（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）、（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）、FAD（黃素腺嘌呤（黃素腺嘌呤二核苷酸）或二核苷酸）或FMN（黃素單核苷酸）、輔酶（黃素單核苷酸）、輔酶Q、細(xì)胞色素、細(xì)胞色素b、細(xì)胞色素細(xì)胞色素c1等組成。等組成。n電子傳遞體系的功能電子傳遞體系的功能 a. 接受電子；接受電子； b. 合成合成ATP，把電子傳遞過程釋放的能量貯存。把電子傳遞過程釋放的能量貯存。環(huán)境工程微生物學(xué)n電子傳遞體系在細(xì)胞中的部位電子傳遞體系在細(xì)胞中的部位 原核微

7、生物細(xì)胞質(zhì)膜 真核微生物線粒體電子傳遞體系產(chǎn)能情況NADH3ATPFADH2ATP環(huán)境工程微生物學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)（2）底物水平磷酸化）底物水平磷酸化 厭氧微生物和兼性厭氧微生物在底物氧化過程中，產(chǎn)厭氧微生物和兼性厭氧微生物在底物氧化過程中，產(chǎn)生一種含高自由能的中間體，這一中間體將高能鍵交給生一種含高自由能的中間體，這一中間體將高能鍵交給ADPADP，使，使ADPADP磷酸化而生成磷酸化而生成ATPATP。底物水平磷酸化作用與氧化磷酸化作用的區(qū)別底物水平磷酸化作用與氧化磷酸化作用的區(qū)別 底物水平磷酸化作用是指ATP的形成直接與一個中間代謝物中間代謝物上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)

8、。 氧化磷酸化作用是指ATP的生成基于電子傳遞相偶聯(lián)電子傳遞相偶聯(lián)的磷酸作用。1個個ADP生成生成1個個ATP產(chǎn)生產(chǎn)生ATP的三種形式的三種形式p136環(huán)境工程微生物學(xué)（3）光合磷酸化）光合磷酸化 光引起葉綠素、菌綠素或菌紫素逐出電子，通過電子傳遞產(chǎn)生ATP的過程。ADP+H3PO4ATPAMP+2H3PO4ATPATP生成的反應(yīng)式生成的反應(yīng)式產(chǎn)生產(chǎn)生ATP的三種形式的三種形式環(huán)境工程微生物學(xué)二二.生物氧化（呼吸）類型與產(chǎn)能代謝生物氧化（呼吸）類型與產(chǎn)能代謝AH2A輔酶輔酶輔酶輔酶H2受氫體受氫體受氫體受氫體H2脫氫酶脫氫酶氧化酶氧化酶生物氧化（呼吸）類型：生物氧化（呼吸）類型：脫氫（電子）脫

9、氫（電子）傳遞氫（電子）傳遞氫（電子）受氫（電子）受氫（電子）根據(jù)電子最終受體，可將微生物的呼吸類型分為：根據(jù)電子最終受體，可將微生物的呼吸類型分為： 發(fā)酵發(fā)酵好氧呼吸好氧呼吸無氧呼吸無氧呼吸供氫體環(huán)境工程微生物學(xué)1. 發(fā)酵發(fā)酵廉價的原料廉價的原料 有用的代謝產(chǎn)物有用的代謝產(chǎn)物有有O2、無、無O2有益微生物有益微生物工業(yè)中的發(fā)酵工業(yè)中的發(fā)酵有機物有機物氧化的基質(zhì)氧化的基質(zhì)有機物有機物氧化氧化有機物有機物最終受氫體最終受氫體發(fā)酵發(fā)酵- -呼吸產(chǎn)生呼吸產(chǎn)生ATP廣義廣義: 利用微生物代謝生產(chǎn)有用代謝物等的一類生產(chǎn)方式。利用微生物代謝生產(chǎn)有用代謝物等的一類生產(chǎn)方式。狹義定義狹義定義: 無氧等外源受體

10、的條件下，底物脫氫后所產(chǎn)生的還無氧等外源受體的條件下，底物脫氫后所產(chǎn)生的還原力原力H未經(jīng)呼吸鏈傳遞而直接交給某一內(nèi)源性中間代謝未經(jīng)呼吸鏈傳遞而直接交給某一內(nèi)源性中間代謝物接受，以實現(xiàn)底物水平磷酸化產(chǎn)能的一類生物氧化反應(yīng)。物接受，以實現(xiàn)底物水平磷酸化產(chǎn)能的一類生物氧化反應(yīng)。底物H底物ADP+PiATP中間代謝物中間代謝物H（發(fā)酵產(chǎn)物）環(huán)境工程微生物學(xué) 發(fā)酵的種類有很多，可發(fā)酵的底物有糖類、有機酸、氨基酸等，其中以微生物發(fā)酵葡萄糖最為重要微生物發(fā)酵葡萄糖最為重要。 生物體內(nèi)葡萄糖被降解成丙酮酸的過程稱為生物體內(nèi)葡萄糖被降解成丙酮酸的過程稱為糖酵解糖酵解。 主要分為四種途徑： EMP途徑途徑 HMP

11、途徑 ED途徑 PK途徑環(huán)境工程微生物學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)n兩大步驟兩大步驟 第一步：不涉及氧化還原反應(yīng)的預(yù)備性反應(yīng)，生成2分子中間產(chǎn)物 3 3磷酸甘油醛磷酸甘油醛； 第二步：發(fā)生氧化還原反應(yīng)，合成ATP并形成兩分子的丙酮酸。EMPEMP途徑途徑環(huán)境工程微生物學(xué)葡萄糖ATPADPHCOHCOHHOCHCH2OHHCOHHCOH6-磷酸葡萄糖HCOHCOHHOCHHCOHHCOHHCOHCOHHOCHCH2OPO3H2HCOHHCOH6-磷酸果糖COHOCHHCOHHCOHCH2OPO3H2HCOHHCOHCH2OHCH2OHATP ADP1，6-二磷酸果糖COHOCHHCOHHCOHCH2OPO

12、3H2HCOHHCOHCH2OPO3H23-磷酸甘油醛HCOHCOHCH2OPO3H2磷酸二羥丙酮COCH2OPO3H2CH2OH2NAD+NADH2ADPATPCH2OHCH2OHHCOPO3H2COOH2-磷酸甘油酸HCOHCH2OPO3H2OCOPO3H21,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸HCOHCH2OPO3H2COOHH2OCOPO3H2COOHCH2磷酸烯醇丙酮酸ADPATP產(chǎn)生第二個ATP丙酮酸COOHCOCH3底物水平底物水平磷酸化磷酸化 丙酮酸是葡萄糖酵解的產(chǎn)丙酮酸是葡萄糖酵解的產(chǎn)物，在各種微生物的作用下，物，在各種微生物的作用下，發(fā)酵生成各種最終產(chǎn)物。發(fā)酵生成各種最終產(chǎn)物。

13、 無無機機磷磷酸酸結(jié)結(jié)合合PiNAD+NADH2產(chǎn)生第一個產(chǎn)生第一個ATP底物水平底物水平磷酸化磷酸化 丙酮酸是葡萄糖酵解的產(chǎn)物，在各種微生物的作用下，丙酮酸是葡萄糖酵解的產(chǎn)物，在各種微生物的作用下，發(fā)酵生成各種最終產(chǎn)物。發(fā)酵生成各種最終產(chǎn)物。 不同發(fā)酵的類型不同發(fā)酵的類型丙酮酸丙酮酸丁酸丁醇發(fā)酵丁酸丁醇發(fā)酵丙酸發(fā)酵丙酸發(fā)酵混合酸發(fā)酵混合酸發(fā)酵丁二醇發(fā)酵丁二醇發(fā)酵正型乳酸發(fā)酵正型乳酸發(fā)酵乙醇發(fā)酵乙醇發(fā)酵乳酸異型發(fā)酵乳酸異型發(fā)酵丁酸發(fā)酵丁酸發(fā)酵環(huán)境工程微生物學(xué) 通過這些發(fā)酵，微通過這些發(fā)酵，微生物可獲得生命活動生物可獲得生命活動需要的能量，人類則需要的能量，人類則可獲得代謝產(chǎn)物?？色@得代謝產(chǎn)物。

14、環(huán)境工程微生物學(xué)作為發(fā)酵底物必須具備兩點：作為發(fā)酵底物必須具備兩點：1）不能過分氧化也不能過分還原，過分還原不能作為電子受體，因為電子受體還要進(jìn)一步還原，過分氧化不能產(chǎn)生足以維持生長的能量。2）必須轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓞⑴c底物水平磷酸化的中間產(chǎn)物。環(huán)境工程微生物學(xué) 氧化氧化1mol葡萄糖分子合成葡萄糖分子合成4molATP-磷酸化葡萄糖消耗磷酸化葡萄糖消耗了了2 molATP= 反應(yīng)得到反應(yīng)得到2 molATP關(guān)于能量關(guān)于能量C6H12O62NAD2ADP2Pi2CH3COCOOH+2NADH2+2ATP 2 31.4KJ100%26%238.3KJ1mol葡萄糖葡萄糖2 molATPP139V.PV.P

15、試驗、甲基紅試驗試驗、甲基紅試驗 大腸埃希氏桿菌和產(chǎn)氣桿菌的區(qū)分大腸埃希氏桿菌和產(chǎn)氣桿菌的區(qū)分 產(chǎn)氣桿菌在混合酸發(fā)酵時會產(chǎn)生中性的乙酰甲基醇，但大腸埃希氏桿產(chǎn)氣桿菌在混合酸發(fā)酵時會產(chǎn)生中性的乙酰甲基醇，但大腸埃希氏桿菌的混合酸發(fā)酵產(chǎn)生多種有機酸，使培養(yǎng)液呈酸性，菌的混合酸發(fā)酵產(chǎn)生多種有機酸，使培養(yǎng)液呈酸性，p Hp H在在4.24.2左右甚至左右甚至更低。更低。 當(dāng)用甲基紅滴入時當(dāng)用甲基紅滴入時 ，大腸埃希氏桿菌培養(yǎng)液為紅色，稱之為陽性反，大腸埃希氏桿菌培養(yǎng)液為紅色，稱之為陽性反應(yīng)；產(chǎn)氣桿菌培養(yǎng)液為橙黃色，為甲基紅反應(yīng)陰性。應(yīng)；產(chǎn)氣桿菌培養(yǎng)液為橙黃色，為甲基紅反應(yīng)陰性。 大腸埃希氏桿菌大腸埃希

16、氏桿菌的發(fā)酵產(chǎn)物為甲酸、乙酸、乳酸、的發(fā)酵產(chǎn)物為甲酸、乙酸、乳酸、COCO2 2等。產(chǎn)氣桿菌等。產(chǎn)氣桿菌也能進(jìn)行混合酸發(fā)酵，丙酮酸經(jīng)過縮合、脫羧后形成乙酰甲基甲醇，可也能進(jìn)行混合酸發(fā)酵，丙酮酸經(jīng)過縮合、脫羧后形成乙酰甲基甲醇，可在堿性條件下被迅速氧化為二乙酰，二乙?？膳c蛋白胨水解出的精氨酸在堿性條件下被迅速氧化為二乙酰，二乙?？膳c蛋白胨水解出的精氨酸所含胍基反應(yīng)形成紅色化合物，稱為陽性反應(yīng)。所含胍基反應(yīng)形成紅色化合物，稱為陽性反應(yīng)。環(huán)境工程微生物學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)大腸桿菌 大腸埃希氏菌(E. coli)通常稱為大腸桿菌，是Escherich在1885年發(fā)現(xiàn)的，在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，一直被當(dāng)作正

17、常腸道菌群的組成部分，認(rèn)為是非致病菌。直到20世紀(jì)中葉，才認(rèn)識到一些特殊血清型的大腸桿菌對人和動物有病原性，尤其對嬰兒和幼畜（禽），常引起嚴(yán)重腹瀉和敗血癥，它是一種普通的原核生物，是人類和大多數(shù)溫血動物腸道中的正常菌群。但也有某些血清型的大腸桿菌可引起不同癥狀的腹瀉。 大腸桿菌O 157：H7血清型屬腸出血性大腸桿菌，自1982年在美國首先發(fā)現(xiàn)以來，包括我國等許多國家都有報道，且日見增加。大腸桿菌O 157：H7引起腸出血性腹瀉，約27的病人會發(fā)展成溶血性尿毒綜合征，兒童與老人最容易出現(xiàn)后一種情況。致病性大腸桿菌通過污染飲水、食品、娛樂水體引起疾病暴發(fā)流行，病情嚴(yán)重者，可危急生命。環(huán)境工程微生

18、物學(xué)2. 好氧呼吸好氧呼吸 當(dāng)存在外在的電子受體當(dāng)存在外在的電子受體OO2 2，底物可全部氧化成，底物可全部氧化成COCO2 2和和H H2 2OO，產(chǎn)生，產(chǎn)生ATPATP。這種有外在電子受體。這種有外在電子受體OO2 2時對能源的氧化稱時對能源的氧化稱為好氧呼吸。為好氧呼吸。 底底物物NAD(P)+FAD或或FMN電子傳遞體系電子傳遞體系釋放的電子釋放的電子eO2H2OATP以葡萄糖為例子，講解好氧呼吸過程。以葡萄糖為例子，講解好氧呼吸過程。葡萄糖的好氧呼吸分為兩個階段：葡萄糖的好氧呼吸分為兩個階段： 1.1.糖酵解階段，形成丙酮酸，即糖酵解階段，形成丙酮酸，即EMP途徑酵解階段；途徑酵解階

19、段； 2.2.丙酮酸有氧分解階段，即三羧酸循環(huán)（丙酮酸有氧分解階段，即三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)）階段。循環(huán)）階段。n好氧呼吸產(chǎn)能的代表途徑；好氧呼吸產(chǎn)能的代表途徑；n指由丙酮酸經(jīng)過一系列循環(huán)反應(yīng)而徹底氧化、脫羧，形成指由丙酮酸經(jīng)過一系列循環(huán)反應(yīng)而徹底氧化、脫羧，形成COCO2 2、H H2 2O O和和NADHNADH2 2的過程。的過程。n是廣泛存在于各種生物體中的重要化學(xué)反應(yīng)，在好氧微生物中普遍是廣泛存在于各種生物體中的重要化學(xué)反應(yīng)，在好氧微生物中普遍存在，也稱為三羧酸循環(huán)；存在，也稱為三羧酸循環(huán)；n由諾貝爾獎獲得者（由諾貝爾獎獲得者（19531953）、德國學(xué)者）、德國學(xué)者H.A.Kerb

20、sH.A.Kerbs于于19371937年提出。年提出。TCATCA循環(huán)循環(huán)環(huán)境工程微生物學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)2NAD+2NADH22ADP2ATPC6H12O6CH3COCOOHCH3COSCoA 乙酰輔酶乙酰輔酶ATCA循環(huán)循環(huán)CO2底物水平底物水平磷酸化磷酸化ATPCoASHCO2CO2CH2-COOHCH-COOHO=C-COOH1mol丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)后氧化產(chǎn)生丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)后氧化產(chǎn)生 molCO2，生，生成成 mol NADH2， mol FADH2。 341環(huán)境工程微生物學(xué) 1mol丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)后氧化產(chǎn)生丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)后氧化產(chǎn)生3molCO2，生成，

21、生成4mol NADH2，1mol FADH2。 關(guān)于能量關(guān)于能量EMP階段階段1mol葡萄糖酵解成葡萄糖酵解成2mol丙酮酸共生成丙酮酸共生成2molATP 酵解中產(chǎn)生的酵解中產(chǎn)生的2mol NADH2產(chǎn)生產(chǎn)生6molATP TCA階段階段4mol NADH2生成：生成：4312 mol ATP 1mol FADH2生成生成2molATP 底物磷酸化生成底物磷酸化生成1molATP 2=30mol8molC6H12O6+6O2+38ADP+38H3PO46CO2+6H2O+38ATP環(huán)境工程微生物學(xué) 發(fā)酵發(fā)酵l moll mol葡萄糖分子的能量利用率只有葡萄糖分子的能量利用率只有2626。可

22、見，。可見，進(jìn)行發(fā)酵的厭氧微生物為了滿足能量的需要，消耗的營養(yǎng)進(jìn)行發(fā)酵的厭氧微生物為了滿足能量的需要，消耗的營養(yǎng)物要比好氧微生物多。物要比好氧微生物多。1mol葡萄糖完全氧化得到葡萄糖完全氧化得到38molATP；有有1193 KJ能量轉(zhuǎn)化為能量轉(zhuǎn)化為ATP，而其產(chǎn)生的總能量為，而其產(chǎn)生的總能量為2876KJ，好氧呼吸中利用能量的效率是好氧呼吸中利用能量的效率是42。 環(huán)境工程微生物學(xué) 由輔酶由輔酶NAD，NADP，輔酶，輔酶FAD和和FMN，輔酶，輔酶Q，細(xì)胞色，細(xì)胞色素素b，細(xì)胞色素，細(xì)胞色素c1，c，細(xì)胞色素，細(xì)胞色素a和和a3組成。組成。 電子傳遞體系電子傳遞體系O2H2OATP環(huán)境工

23、程微生物學(xué)3. 3. 乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán) TCA循環(huán)的一個支路循環(huán)的一個支路. .P141 原核微生物體內(nèi)的細(xì)胞膜原核微生物體內(nèi)的細(xì)胞膜 真核微生物存在于線粒體中真核微生物存在于線粒體中 存在的位置存在的位置接受電子，電子從一個組分傳到另一個組分，最后由細(xì)胞色接受電子，電子從一個組分傳到另一個組分，最后由細(xì)胞色素氧化酶的催化反應(yīng)，將電子傳遞給最終電子受體素氧化酶的催化反應(yīng)，將電子傳遞給最終電子受體 O2；合成合成ATP。 基本功能基本功能TCA循環(huán)在微生物分解代謝和合成代謝中的樞紐地位循環(huán)在微生物分解代謝和合成代謝中的樞紐地位環(huán)境工程微生物學(xué)利用外界供給的能源稱為利用外界供給的能源稱為外源性

24、呼吸外源性呼吸 。利用自身內(nèi)部貯存的能源物質(zhì)，稱為利用自身內(nèi)部貯存的能源物質(zhì)，稱為內(nèi)源性呼吸內(nèi)源性呼吸。 好氧呼吸環(huán)境工程微生物學(xué)好氧呼吸的條件：好氧呼吸的條件： 取決于取決于O O2 2的體積分?jǐn)?shù)，微生物環(huán)境中的體積分?jǐn)?shù)，微生物環(huán)境中O O2 2達(dá)到達(dá)到0.20.2（大氣（大氣中氧的體積分?jǐn)?shù)的中氧的體積分?jǐn)?shù)的1 1）或）或0.20.2以上，可以進(jìn)行好氧呼吸以上，可以進(jìn)行好氧呼吸; ;達(dá)達(dá)不到，則無法進(jìn)行好氧呼吸。不到，則無法進(jìn)行好氧呼吸。P145環(huán)境工程微生物學(xué)3. 無氧呼吸無氧呼吸 以有機物為底物，經(jīng)呼吸鏈傳遞氫，最終由氧氣以外的無以有機物為底物，經(jīng)呼吸鏈傳遞氫，最終由氧氣以外的無機化合物

25、，如機化合物，如NONO3 3- -、NONO2 2- -、SOSO4 42-2-、COCO3 32-2-、COCO2 2受氫。受氫。 環(huán)境工程微生物學(xué)NO3- 為電子受體為電子受體C6H12O6CH3OHCH3COOHH2NH3+NO3-N2+ CO2+ H2O+能量能量 硝酸鹽硝酸鹽NO3-在接受電子后變成在接受電子后變成NO2-的過程，叫脫氮，或反的過程，叫脫氮，或反硝化作用。硝化作用。 環(huán)境工程微生物學(xué)SO42- 為電子受體為電子受體CH3CHOHCOOH+H2SO42CH3COOH+2CO2+H2S+2H2O+1125KJ 反硫化反硫化 是一類稱作硫酸鹽還原菌的嚴(yán)格厭氧菌在無氧條件下

26、獲取能量的方式；特點：底物脫氫后，經(jīng)呼吸鏈遞氫，最終由末端氫受體受氫，在遞氫過程中與氧化磷酸化作用相偶聯(lián)而獲得ATP。硫酸鹽呼吸最終還原產(chǎn)物是H2S。 石油管道中，厭氧微生物的硫酸鹽呼吸產(chǎn)生的H2S使管道環(huán)境為酸性，易腐蝕管道； 生物處理中，該呼吸產(chǎn)生的H2S可以和某些重金屬離子結(jié)合形成硫化物沉淀，而除去水中重金屬污染。CO, CO2 為電子受體為電子受體2CH3CH2OH+CO2CH4+2CH3COOHCO2 +4H2CH4 +2H2OCO+3H2CH4 + H2O產(chǎn)甲烷產(chǎn)甲烷以CO2或重碳酸鹽作為呼吸鏈末端氫受體的無氧呼吸?？梢杂脕慝@得清潔能源甲烷氣。有機廢物的衛(wèi)生填埋等需要考慮厭氧產(chǎn)生的

27、甲烷氣，可以收集來作為能源。環(huán)境工程微生物學(xué)呼吸呼吸類型類型最終電最終電子受體子受體參與反應(yīng)的酶與電子傳遞參與反應(yīng)的酶與電子傳遞體系體系最終產(chǎn)物最終產(chǎn)物釋放能量釋放能量乙醇乙醇發(fā)酵發(fā)酵中間代中間代謝產(chǎn)物謝產(chǎn)物脫氫酶、脫羧酶脫氫酶、脫羧酶輔酶輔酶NAD低分子有機低分子有機物、物、CO2、ATP(2)238.3KJ好氧好氧呼吸呼吸氧氣氧氣脫氫酶、脫羧酶脫氫酶、脫羧酶輔酶輔酶NAD、FAD輔酶輔酶Q細(xì)胞色素細(xì)胞色素a、a3、b、c、c1CO2、H2O、ATP(38)、SO42-2876KJ無氧無氧呼吸呼吸NO3-CO32-SO42-脫氫酶、脫羧酶、脫氫酶、脫羧酶、硝酸還原酶、硝酸還原酶、硫酸還原酶硫

28、酸還原酶輔酶輔酶NAD、細(xì)胞色素細(xì)胞色素b、cCO2、H2O、N2、ATP反硝化反硝化1756KJ反硫化反硫化1125KJ三種呼吸類型的比較三種呼吸類型的比較環(huán)境工程微生物學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)三、三、 其他代謝途徑其他代謝途徑（1）HMP途徑磷酸己糖（2） ED途徑脫氧核糖酸（3）PK途徑磷酸酮糖裂解環(huán)境工程微生物學(xué)四、微生物發(fā)光現(xiàn)象四、微生物發(fā)光現(xiàn)象 細(xì)菌、真菌、藻類能夠發(fā)光。細(xì)菌、真菌、藻類能夠發(fā)光。 發(fā)光微生物有兩種特殊成分：發(fā)光微生物有兩種特殊成分：蟲熒光素酶蟲熒光素酶和和長鏈脂肪醛長鏈脂肪醛。 發(fā)光過程實際上就是電子的傳遞及能量轉(zhuǎn)移過程：發(fā)光過程實際上就是電子的傳遞及能量轉(zhuǎn)移過程： 電

29、子由電子由NADH2傳給傳給FMN和蟲熒光素酶，從而蟲熒光素酶得和蟲熒光素酶，從而蟲熒光素酶得到激活，在長鏈脂肪醛的催化下，有氧氣存在時就會發(fā)光。到激活，在長鏈脂肪醛的催化下，有氧氣存在時就會發(fā)光。發(fā)光后，蟲熒光素酶由激活態(tài)恢復(fù)到基態(tài)。發(fā)光后，蟲熒光素酶由激活態(tài)恢復(fù)到基態(tài)。 發(fā)光細(xì)菌對氧、二氧化硫、毒藥、麻醉劑和氰化物反應(yīng)敏感，制成生物探測，應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測。一一 、產(chǎn)甲烷菌的合成代謝、產(chǎn)甲烷菌的合成代謝 產(chǎn)甲烷菌利用有機物產(chǎn)生產(chǎn)甲烷菌利用有機物產(chǎn)生CO2和和CH4，利用其中間代謝，利用其中間代謝產(chǎn)物和能量物質(zhì)產(chǎn)物和能量物質(zhì)ATP合成蛋白質(zhì)、多糖、脂肪和核酸等物合成蛋白質(zhì)、多糖、脂肪和核酸等物質(zhì)，用以構(gòu)成自身的細(xì)胞。質(zhì)，用以構(gòu)成自身的細(xì)胞。第四節(jié)第四節(jié) 微生物的合成代謝微生物的合成代謝 環(huán)境工程微生物學(xué)合成代謝合成代謝P151異氧微生物:分解代謝同時提供碳源；自氧微生物：從外界吸收碳源化能自養(yǎng)：有機物光能自養(yǎng)：CO2環(huán)境工程微生物學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)n典型的微生物：硝化菌、亞硝化菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)典型的微生物：硝化菌、亞硝化菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌和氫氧化細(xì)菌等。菌和氫氧化細(xì)菌等。n模式：模式：CO2+4HCH2O+H2On能量：來自于氧化能