微生物學整理微生物的代謝

微生物學整理微生物的代謝第一頁，共九十二頁，2022年，8月28日新陳代謝（metabolism）：細胞內(nèi)發(fā)生的各種化學反應的總稱。代謝分解代謝(catabolism)合成代謝(anabolism)復雜分子（有機物）分解代謝合成代謝簡單小分子ATP[H]第二頁，共九十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)微生物的產(chǎn)能代謝

——將最初能源轉(zhuǎn)換成通用的ATP過程第三頁，共九十二頁，2022年，8月28日

葡萄糖降解代謝途徑生物氧化：

發(fā)酵作用產(chǎn)能過程呼吸作用（有氧或無氧呼吸）1、化能異養(yǎng)微生物的生物氧化與產(chǎn)能一、概述過程：脫氫（或電子）遞氫（或電子）受氫（或電子）功能：產(chǎn)能（ATP）、還原力、小分子代謝產(chǎn)物等。第四頁，共九十二頁，2022年，8月28日生物氧化的形式：某物質(zhì)與氧結(jié)合、脫氫或脫電子三種自養(yǎng)微生物利用無機物異養(yǎng)微生物利用有機物生物氧化能量微生物直接利用儲存在高能化合物（如ATP）中以熱的形式被釋放到環(huán)境中第五頁，共九十二頁，2022年，8月28日化能自養(yǎng)型細菌，通常是好氧菌。產(chǎn)能途徑主要借助于無機電子供體(NH4+,H2S等)的氧化，從無機物脫下的氫(電子)直接進入呼吸鏈通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。2、化能自養(yǎng)微生物的生物氧化與產(chǎn)能特點:1）無機底物脫下的氫（電子）從相應位置直接進入呼吸鏈

2）存在多種呼吸鏈

3）產(chǎn)能效率低。第六頁，共九十二頁，2022年，8月28日指可以利用光能并將它用于合成ATP和產(chǎn)生NADH或NADPH的微生物。分為不產(chǎn)氧光合微生物(光合細菌:菌綠素)

產(chǎn)氧光合微生物

(藍細菌)前者利用還原態(tài)無機物H2S，H2或有機物作還原C02的氫供體以生成NADH和NADPH(污水處理）。后者由H2O分子光解產(chǎn)物H+和電子形成還原力(NADPH+H+)3、光能自養(yǎng)或異養(yǎng)微生物的產(chǎn)能代謝第七頁，共九十二頁，2022年，8月28日二、葡萄糖降解代謝途徑

EMP途徑HMP途徑ED途徑PK途徑第八頁，共九十二頁，2022年，8月28日EMP途徑（Embdem-Meyerhof-ParnasPathway）

又稱糖酵解途徑（glycolysis）或己糖二磷酸途徑（hexosediphosphatepathway）可概括成:兩個階段（耗能和產(chǎn)能）三種產(chǎn)物（NADH＋H+、丙酮酸和ATP）第九頁，共九十二頁，2022年，8月28日EMP途徑的10步反應第十頁，共九十二頁，2022年，8月28日EMP途徑:在有O2條件下，與TCA連接，將丙酮酸徹底氧化成二氧化碳和水,產(chǎn)生6ATP;在無氧條件下，NADH＋H+可還原丙酮酸產(chǎn)生乳酸或乙醇。

glucose+2NAD++2ADP+2Pi→

2pyruvate+2NADH+2H++2ATP+2H2OTheoverallprocessofglycolysisis:第十一頁，共九十二頁，2022年，8月28日①提供能量和還原力(ATP,NADH)；②連接其它代謝途徑的橋(TCA,HMP,ED)；③提供生物合成的中間產(chǎn)物(丙酮酸，甘油醛-3磷酸）④逆向合成多糖（淀粉、纖維糖、果膠）。EMP途徑的意義:第十二頁，共九十二頁，2022年，8月28日分為兩個階段：6-磷酸葡萄糖在脫氫酶等催化下經(jīng)氧化脫羧生成NADPH+H+，CO2和5-磷酸核酮糖。5-磷酸核酮糖在轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶催化下使部分碳鏈進行相互轉(zhuǎn)換，經(jīng)三碳、四碳、七碳等，最終生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。(2)HMP途徑（HexoseMonophophatePathway）（戊糖磷酸途徑）第十三頁，共九十二頁，2022年，8月28日

第十四頁，共九十二頁，2022年，8月28日66-磷酸葡萄糖+12NADP++3H2O→56-磷酸葡萄糖+6CO2+12NADPH+12H++Pi

6-磷酸果糖出路：被轉(zhuǎn)變重新形成6-磷酸葡糖，回到HMP途徑。甘油醛-3-磷酸出路：

a、經(jīng)EMP途徑，轉(zhuǎn)化成丙酮酸，進入TCA途徑

b、變成己糖磷酸，回到HMP途徑?？偡磻剑旱谑屙?，共九十二頁，2022年，8月28日供應合成原料，該途徑可產(chǎn)生從3C到7C的碳化合物，如戊糖-磷酸、赤蘚糖-4-磷酸;HMP途徑是戊糖代謝的主要途徑，作為固定CO2的中介（Calvin）單獨HMP途徑較少，一般與EMP途徑同存;產(chǎn)生大量的NADPH+H+形式的還原力

。HMP途徑的意義:第十六頁，共九十二頁，2022年，8月28日

(3)ED途徑

——2-酮-3-脫氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途徑(KDPG)

研究嗜糖假單胞菌時發(fā)現(xiàn)，在G-菌分布較廣

過程：（4步反應）

1葡萄糖

6-磷酸-葡萄糖

6-磷酸-葡糖酸

KDPG6-磷酸-葡萄糖-脫水酶丙酮酸+3--磷酸--甘油醛KDPG醛縮酶

特點:

a、步驟簡單

b、產(chǎn)能效率低：1ATPc、關(guān)鍵中間產(chǎn)物KDPG，

特征酶：KDPG醛縮酶

丙酮酸第十七頁，共九十二頁，2022年，8月28日意義：ED途徑是微生物所特有的利用葡萄糖的替代途徑,可與EMP、HMP途徑相互協(xié)調(diào)，滿足微生物對能量、還原力和不同中間代謝產(chǎn)物的需要。細菌酒精發(fā)酵（運動發(fā)酵單胞菌）第十八頁，共九十二頁，2022年，8月28日（4）PK途徑（磷酸酮解酶途徑）a、磷酸戊糖酮解酶途徑（腸膜明串珠菌、短桿乳桿菌等）

G5-磷酸-木酮糖乙酰磷酸+3-磷酸-甘油醛特征性酶：磷酸戊糖酮解酶乙醇丙酮酸乳酸反應式：1G乳酸+乙醇+1ATP+NADPH+H+第十九頁，共九十二頁，2022年，8月28日

G6-磷酸-果糖b、磷酸己糖酮解酶途徑（HK途徑）（兩歧雙歧桿菌）

4-磷酸-赤蘚糖+乙酰磷酸特征性酶磷酸己糖酮解酶3--磷酸甘油醛+乙酰磷酸5-磷酸-木酮糖，5-磷酸-核糖乙酸戊糖酮解酶乳酸

乙酸反應式：1G乳酸+1.5乙酸+2.5ATP第二十頁，共九十二頁，2022年，8月28日

1、定義

廣義：利用微生物生產(chǎn)有用代謝一種生產(chǎn)方式。

狹義：厭氧條件下，以自身內(nèi)部某些中間代謝產(chǎn)物作為最終氫（電子）受體的產(chǎn)能過程

特點：

1）通過底物水平磷酸化產(chǎn)ATP；

2）葡萄糖氧化不徹底，大部分能量存在于發(fā)酵產(chǎn)物中；

3）產(chǎn)能率低；

4）產(chǎn)多種發(fā)酵產(chǎn)物。

三、發(fā)酵（fermentation）第二十一頁，共九十二頁，2022年，8月28日2、發(fā)酵類型1）乙醇發(fā)酵

a、酵母型乙醇發(fā)酵（釀酒酵母、少數(shù)細菌如胃八疊球菌等）

Ⅰ型：pH3.5~4.5,厭氧

1G2丙酮酸2乙醛+CO22乙醇+2ATP

Ⅱ型：加入NaHSO4（3%）

NaHSO4+乙醛磺化羥乙醛（難溶），磷酸二羥丙酮作為氫受體，經(jīng)水解去磷酸生成甘油-甘油發(fā)酵

Ⅲ型：弱堿性（pH7.5）

2乙醛1乙酸+1乙醇（歧化反應）EMP第二十二頁，共九十二頁，2022年，8月28日b、細菌型乙醇發(fā)酵

同型酒精發(fā)酵(發(fā)酵單胞菌和嗜糖假單胞菌)

1G2丙酮酸

代謝速率高，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率高，發(fā)酵周期短等。缺點是生長pH較高，較易染雜菌，并且對乙醇的耐受力較酵母菌低。

ED乙醇

+

1ATP

異型酒精發(fā)酵(乳酸菌、腸道菌等）

1G2丙酮酸（丙酮酸甲酸解酶）乙醛乙醇甲酸

+乙酰--CoA乙醛脫氫酶EMP第二十三頁，共九十二頁，2022年，8月28日反應式：C6H12O6＋2ADP2CH3CHOHCOOH＋2ATP同型乳酸發(fā)酵是將1分子葡萄糖轉(zhuǎn)化為2分子乳酸，消耗能量少。應用：食品加工業(yè)的應用（鮮奶加工酸奶；腌制泡菜）；農(nóng)業(yè)上用于青飼料的發(fā)酵；工業(yè)上用于規(guī)?；a(chǎn)乳酸。2）乳酸發(fā)酵同型乳酸發(fā)酵：德氏乳桿菌（Lactobacillusdelbruckii）嗜酸乳桿菌（L.acidophilus）EMP第二十四頁，共九十二頁，2022年，8月28日異型乳酸發(fā)酵反應式：C6H12O2＋ADPCH3CHOHCOOH＋C2H5OH＋CO2＋ATP

異型乳酸發(fā)酵是將1分子葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸、乙醇及CO2各1分子，因而消耗能量較多。HMP腸膜明串珠菌（Leuconostocmesenteroides）乳脂乳桿菌（Lactobacilluscremoris）第二十五頁，共九十二頁，2022年，8月28日第二十六頁，共九十二頁，2022年，8月28日酵母、細菌的酒精發(fā)酵途徑：①酵母的“同型酒精發(fā)酵”：由Saccharomycescerevisiae（釀酒酵母）等通過EMP途徑進行葡萄糖+2ADP+2Pi→2乙醇+2CO2+2ATP②細菌的“同型酒精發(fā)酵”：由Zymomonasmobilis（運動發(fā)酵單胞菌）等通過ED途徑進行葡萄糖+ADP+Pi→2乙醇+2CO2+ATP③細菌的“異型酒精發(fā)酵”：由Leuconostocmesenteroides等通過HMP途徑進行。葡萄糖+ADP+Pi→乳酸+乙醇+CO2+ATP第二十七頁，共九十二頁，2022年，8月28日3)混合酸發(fā)酵—腸道菌（E.coli、沙氏菌、志賀氏菌等）1G丙酮酸乳酸乳酸脫氫酶

乙酰-CoA+甲酸丙酮酸甲酸解酶草酰乙酸丙酸PEP羧化酶磷酸轉(zhuǎn)乙?；敢胰┟摎涿敢宜峒っ敢掖济摎涿敢宜嵋掖糃O2+H2EMP第二十八頁，共九十二頁，2022年，8月28日4）丁二醇發(fā)酵

——

產(chǎn)氣腸桿菌、沙雷氏菌等丙酮酸乙酰乳酸3-羥基丁酮乙二酰紅色物質(zhì)（乙酰乳酸脫氫酶）（OH-、O2）中性（桔黃色）丁二醇精氨酸其中兩個重要的鑒定反應：

1、V．P．實驗2、甲基紅（M.R）反應產(chǎn)氣腸桿菌：V.P.試驗（+），甲基紅（-）

E.coli：V.P.試驗（-），甲基紅（+）V.P.試驗原理：第二十九頁，共九十二頁，2022年，8月28日特點：氨基酸的氧化與另一些氨基酸還原相偶聯(lián)；產(chǎn)能效率低（1ATP）

5）氨基酸的發(fā)酵產(chǎn)能（stickland反應）少數(shù)厭氧梭菌如生孢梭菌、肉毒梭菌等。氧化丙氨酸丙酮酸-NH3NAD+NADH乙酰-CoANAD+NADH乙酸

+ATP甘氨酸乙酸甘氨酸-NH3還原第三十頁，共九十二頁，2022年，8月28日四、呼吸（respiration）

有氧呼吸（aerobicrespiration）無氧呼吸（anaerobicrespiration）

1有氧呼吸——從葡萄糖或其他有機物質(zhì)脫下的電子或氫經(jīng)過系列載體最終傳遞給外源O2或其他氧化型化合物并產(chǎn)生較多ATP的生物氧化過程。

原核微生物：細胞膜上真核微生物：線粒體內(nèi)膜上

2個產(chǎn)能的環(huán)節(jié)：TCA循環(huán)、電子傳遞。第三十一頁，共九十二頁，2022年，8月28日CAT第三十二頁，共九十二頁，2022年，8月28日

TCA循環(huán)為細胞提供能量。TCA循環(huán)是微生物細胞內(nèi)各種能源物質(zhì)徹底氧化的共同代謝途徑。TCA循環(huán)是物質(zhì)轉(zhuǎn)化的樞紐。（1）TCA循環(huán)的生理意義：第三十三頁，共九十二頁，2022年，8月28日（2）呼吸鏈位于原核生物細胞膜上或真核生物線粒體膜上的由一系列氧化還原勢不同的氫（或電子）傳遞體組成的一組鏈狀傳遞順序(電子傳遞鏈)；。把氫或電子從低氧化還原勢的化合物處傳遞給高氧化還原勢的分子氧或其他無機、有機氧化物，并使它們還原；通過與氧化磷酸化反應發(fā)生偶聯(lián)，就可產(chǎn)生ATP形式的能量第三十四頁，共九十二頁，2022年，8月28日1）電子傳遞鏈載體NADH脫氫酶黃素蛋白（FP）輔酶Q（CoQ）鐵-硫蛋白（Fe-S）及細胞色素類蛋白（Cyt）

2）呼吸鏈中的氫和電子通路呼吸鏈的主要組分都是類似的，一般為：

NAD（P）→FP→Fe·S→CoQ→Cytb→Cytc→Cyta→Cyta33）氧化磷酸化：在氧化磷酸化過程中，通過呼吸鏈有關(guān)酶系的作用，可將底物分子上的質(zhì)子從膜的內(nèi)側(cè)傳遞到膜的外側(cè)，導致膜內(nèi)外出現(xiàn)質(zhì)子濃度差，從而將能量隱藏在質(zhì)子勢中，推動質(zhì)子由膜外進入膜內(nèi)，通過F1－F0ATP酶偶聯(lián)，產(chǎn)生ATP。第三十五頁，共九十二頁，2022年，8月28日2無氧呼吸（厭氧呼吸）是一類呼吸鏈末端的氫受體為外源無機氧化物（個別為有機氧化物）的生物氧化。第三十六頁，共九十二頁，2022年，8月28日無氧呼吸的特點：

a常規(guī)途徑脫下的氫，經(jīng)部分呼吸鏈傳遞；

b氫受體：氧化態(tài)無機物（個別：延胡索酸）

c產(chǎn)能效率低。1）硝酸鹽呼吸（反硝化作用）即硝酸鹽還原作用特點：

a有其完整的呼吸系統(tǒng)；

b只有在無氧條件下，才能誘導出反硝化作用所需的硝酸鹽還原酶A亞硝酸還原酶等

c兼性厭氧細菌銅綠假單胞、地衣芽孢桿菌等。第三十七頁，共九十二頁，2022年，8月28日硝酸鹽呼吸（反硝化作用）同化性硝酸鹽還原：

NO3-

NH3-NR-NH2（氨基酸）

異化性硝酸鹽還原：無氧條件下，利用NO3-為最終氫受體

NO3-NO2NON2ON2

反硝化意義：1）使土壤中的氮（硝酸鹽NO3-）還原成氮氣而消失，降低土壤的肥力；2）反硝化作用在氮素循環(huán)中起重要作用。

亞硝酸還原酶氧化氮還原酶氧化亞氮還原酶硝酸鹽還原酶第三十八頁，共九十二頁，2022年，8月28日

2）硫酸鹽呼吸（硫酸鹽還原）厭氧時，SO42-

、SO32-、S2O32-等為末端電子受體的呼吸過程特點：

a、嚴格厭氧；

b、大多為古細菌

c、極大多專性化能異氧型，少數(shù)混合型；

d、最終產(chǎn)物為H2S；

SO42-SO32-SO2SH2S

e、利用有機質(zhì)（有機酸、脂肪酸、醇類）作為氫供體或電子供體；

f、環(huán)境：富含SO42-的厭氧環(huán)境（土壤、海水、污水等）

第三十九頁，共九十二頁，2022年，8月28日3）碳酸鹽呼吸（碳酸鹽還原）

——以CO2、HCO3-

為末端電子受體產(chǎn)甲烷菌:利用H2作電子供體（能源）、CO2為受體，產(chǎn)物CH4；產(chǎn)乙酸細菌:H2/CO2

進行無氧呼吸，產(chǎn)物為乙酸第四十頁，共九十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)微生物特有的合成代謝途徑一、細菌的光合作用

真核生物：藻類及其他綠色植物

產(chǎn)氧原核生物：藍細菌光能營養(yǎng)型生物不產(chǎn)氧（僅原核生物有）：光合細菌1、光合細菌類群1）產(chǎn)氧光合細菌——好氧菌各種綠色植物、藻類藍細菌：專性光能自養(yǎng)。

(H2S環(huán)境中，只利用光合系統(tǒng)I進行不產(chǎn)氧作用)。第四十一頁，共九十二頁，2022年，8月28日2）不產(chǎn)氧光合細菌a、紫色細菌—只含菌綠素a或b。紫硫細菌（著色菌科）含紫色類胡蘿卜素，菌體較大。S沉積胞內(nèi)。氫供體：H2S、H2

或有機物。H2SSSO42-；少數(shù)暗環(huán)境以S2O32-作為電子供體。氧化鐵紫硫細菌（Chromatium屬）利用FeS,或Fe2+氧化產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀第四十二頁，共九十二頁，2022年，8月28日b、綠色細菌（綠硫細菌）含較多的菌綠素c、d或e，少量a。電子供體：硫化物或元素硫，S沉積胞外；暗環(huán)境中不進行呼吸代謝，還可同化乙酸、丙酸、乳酸等簡單有機物。第四十三頁，共九十二頁，2022年，8月28日2、細菌光合色素

1）葉綠素（chlorophyll）：680、440nm2）菌綠素——a、b、c、d、e、g。

a：與葉綠素a基本相似；850nm處。

b：最大吸收波長840~1030。

3）輔助色素：提高光利用率

類胡蘿卜素：藻膽素：籃細菌獨有藻紅素（550nm）、藻藍素（620~640nm）

藻膽蛋白：與蛋白質(zhì)共價結(jié)合的藻膽素。

第四十四頁，共九十二頁，2022年，8月28日3、細菌光合作用1）循環(huán)光合磷酸化細菌菌綠素將捕獲的光能傳輸給其反應中心菌綠素P870，P870吸收光能并被激發(fā)，使它的還原電勢變得很負，被逐出的電子經(jīng)過由脫鎂菌綠素(bacteriopheophytin，Bph)、CoQ、細胞色素b和c組成的電子傳遞鏈傳遞返回到細菌菌綠素P870，同時造成了質(zhì)子的跨膜移動，提供能量用于合成ATP。特點：

a、光驅(qū)使下，電子自菌綠素上逐出后，經(jīng)過類似呼吸鏈的循環(huán)，又回到菌綠素；

b、產(chǎn)ATP和還原力[H]分別進行，還原力來自H2S等無機物；

c、不產(chǎn)氧（O2）。第四十五頁，共九十二頁，2022年，8月28日紫色細菌循環(huán)光合磷酸化過程

第四十六頁，共九十二頁，2022年，8月28日

2）非循環(huán)光合磷酸化特點：

a、電子傳遞非循環(huán)式；

b、在有氧的條件下進行；

c、存在兩個光合系統(tǒng)

d、ATP、還原力、O2同時產(chǎn)生藍細菌等的產(chǎn)氧光合作用——非循環(huán)光合磷酸化過程第四十七頁，共九十二頁，2022年，8月28日3）依靠菌視紫紅質(zhì)的光合作用無葉綠素或菌綠素參與的獨特的光合作用，是迄今為止最簡單的光合磷酸化反應。

——極端嗜鹽古細菌

菌視紫紅質(zhì)：

以“視黃醛”（紫色）為輔基。與葉綠素相似，具質(zhì)子泵作用。與膜脂共同構(gòu)成紫膜；埋于紅色細胞膜（類胡蘿卜素）內(nèi)。

第四十八頁，共九十二頁，2022年，8月28日ATP合成機理：視黃醛吸收光，構(gòu)型改變，質(zhì)子泵到膜外，膜內(nèi)外形成質(zhì)子梯度差和電位梯度差，是ATP合成的原動力，驅(qū)動ATP酶合成ATP。第四十九頁，共九十二頁，2022年，8月28日化能自養(yǎng)型細菌，通常是好氧菌。

產(chǎn)能的途徑主要是借助于無機電子供體(能源物質(zhì))的氧化，從無機物脫下的氫(電子)直接進入呼吸鏈通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。最普通的電子供體是氫、還原型氮化合物、還原型硫化合物和亞鐵離子(Fe2＋)。利用卡爾文循環(huán)固定C02作為它們的碳源。最重要反應：

CO2還原成[CH20]水平的簡單有機物，進一步合成復雜細胞成分

——大量耗能、耗還原力的過程。二、細菌化能自養(yǎng)作用

第五十頁，共九十二頁，2022年，8月28日①無機底物脫下的氫（電子）從相應位置直接進入呼吸鏈氧化磷酸化產(chǎn)能。②電子可從多處進入呼吸鏈，所以呼吸鏈有多種多樣。③產(chǎn)能效率，即氧化磷酸化效率(P／0值)通常要比化能異養(yǎng)細菌的低。④生長緩慢，產(chǎn)細胞率低。有以下特點：無機底物上脫下的氫(電子)直接進入呼吸鏈。化能自養(yǎng)細菌的能量代謝特點：第五十一頁，共九十二頁，2022年，8月28日1硝化細菌

能氧化氮的化能無機營養(yǎng)型細菌

將氨氧化成硝酸鹽的過程稱為硝化作用。

a、亞硝化細菌

NH3+O2+2H+NH2OH+H2OA氨單加氧酶羥氨氧化酶HNO2

+4H++4e-b、硝化細菌NO2-+H2O

亞硝酸氧化酶NO3-+2H++2e-根據(jù)它們氧化無機化合物的不同也稱氨氧化細菌(產(chǎn)生1分子ATP)第五十二頁，共九十二頁，2022年，8月28日

2氫細菌（氧化氫細菌）

能利用氫作為能源的細菌組成的生理類群稱氫細菌或氫氧化細菌(hydrogenoxidizingbacteria)。兼性化能自養(yǎng)菌主要有假單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)、副球菌屬、芽孢桿菌屬、黃桿菌屬(Flavobacterium)、水螺菌屬(Aquaspirillum)、分支桿菌屬(Mycobacterium)和諾卡氏菌屬(Nocardia)等。

產(chǎn)能：2H2+O2

2H2O

合成代謝反應：2H2+CO2[CH2O]+H2O。

第五十三頁，共九十二頁，2022年，8月28日氫細菌的自養(yǎng)作用：存在2種氫酶：膜結(jié)合氫酶：涉及質(zhì)子動勢；細胞質(zhì)中的氫酶：為Calvincycle提供還原力NADH。第五十四頁，共九十二頁，2022年，8月28日3硫細菌（硫氧化細菌）利用H2S、S02、S2O32-等無機硫化物進行自養(yǎng)生長,主要指化能自氧型硫細菌嗜酸型硫細菌能氧化元素硫和還原性硫化物外，還能將亞鐵離子(Fe2＋)氧化成鐵離子(Fe3＋)。第五十五頁，共九十二頁，2022年，8月28日第五十六頁，共九十二頁，2022年，8月28日第一階段：H2S、S0和S2O32－等硫化物被氧化為SO32－第二階段：形成的SO32－進一步氧化為SO42－和產(chǎn)能。1、由細胞色素－亞硫酸氧化酶將SO32－直接氧化成為SO42－，并通過電子傳遞磷酸化產(chǎn)能，普遍存在于硫桿菌中。2、磷酸腺苷硫酸(adenosinephosphosulfate，APS)途徑。在這條途徑中，亞硫酸與腺苷單磷酸反應放出2個電子生成一種高能分子

APS，放出的電子經(jīng)細胞電子傳遞鏈的氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。由腺苷酸激酶的催化，每氧化1分子SO32－產(chǎn)生1．5分子ATP。硫細菌產(chǎn)能途徑：第五十七頁，共九十二頁，2022年，8月28日4鐵細菌和細菌瀝濾(1)鐵細菌（多數(shù)為化能自養(yǎng)，少數(shù)兼性厭氧，產(chǎn)能低。）

定義：能氧化Fe2＋成為Fe3＋并產(chǎn)能的細菌被稱為鐵細菌(ironbacteria)或鐵氧化細菌(ironoxidizingbacteria)。包括亞鐵桿菌屬(Ferrobacillus)、泉發(fā)菌屬(Crenothrix)等。有些氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillusfrrooxidans)和硫化桿菌的一些成員，除了能氧化元素硫和還原性硫化物外，還能將亞鐵離子(Fe2＋)氧化成鐵離子(Fe3＋)，所以它們既是硫細菌，也是鐵細菌。大多數(shù)鐵細菌還是嗜酸性的。

第五十八頁，共九十二頁，2022年，8月28日利用嗜酸性氧化鐵和硫細菌氧化礦物中硫和硫化物的能力，讓其不斷制造和再生酸性浸礦劑，將硫化礦中重金屬轉(zhuǎn)化成水溶性重金屬硫酸鹽而從低品位礦中浸出的過程。又稱細菌浸出或細菌冶金。原理：a、浸礦劑的生成

2S+3O2+2H2O2H2SO44FeSO4+2H2SO4+O22Fe2（SO4）3+2H2Ob、低品位銅礦中銅以CuSO4形式浸出

CuS+2Fe2（SO4）3+2H2O+O2CuSO4

+4FeSO4+2H2SO4

c、鐵屑置換CuSO4中的銅

CuSO4+FeFeSO4+Cu

——適于次生硫化礦和氧化礦的浸出，浸出率達70%~80%。

TfTf(2)細菌瀝濾第五十九頁，共九十二頁，2022年，8月28日(1)溶礦Cu2O+Fe2(SO4)3+H2SO42CuSO4+FeSO4+H2O(2)置換CuSO4+FeFeSO4+Cu(3)再生浸礦劑4FeSO4+2H2SO4+O2

2Fe2(SO4)3+2H2O2S+3O2+2H2O2H2SO4第六十頁，共九十二頁，2022年，8月28日一、自養(yǎng)微生物的CO2固定微生物中固定CO2的途徑有4條：

Calvin循環(huán)厭氧乙酰-CoA途徑逆向TCA循環(huán)羥基丙酸途徑第三節(jié)微生物獨特合成代謝途徑舉例第六十一頁，共九十二頁，2022年，8月28日1、Calvin循環(huán)是光能自養(yǎng)生物和化能自養(yǎng)生物固定CO2的主要途徑。核酮糖二磷酸羧化酶和磷酸核酮糖激酶是本途徑的兩種特有酶。本循環(huán)分三個階段：羧化反應、還原反應、CO2受體的再生。第六十二頁，共九十二頁，2022年，8月28日又稱活性乙酸途徑，非循環(huán)式，主要存在于一些化能自養(yǎng)細菌中，如產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌等。2、厭氧乙酰-CoA途徑第六十三頁，共九十二頁，2022年，8月28日又稱還原性TCA循環(huán)，通過逆向TCA循環(huán)固定CO2

，存在于綠色硫細菌中。3、逆向TCA循環(huán)第六十四頁，共九十二頁，2022年，8月28日少數(shù)綠色硫細菌在以H2或H2S作電子供體進行自養(yǎng)生活時所特有的一種固定CO2的機制。4、羥基丙酸途徑第六十五頁，共九十二頁，2022年，8月28日1、固氮微生物的種類

一些特殊類群的原核生物能夠?qū)⒎肿討B(tài)氮還原為氨，然后再由氨轉(zhuǎn)化為各種細胞物質(zhì)。微生物利用其固氮酶系催化大氣中的分子氮還原成氨的過程稱為固氮作用。

自生固氮菌：獨立固氮（氧化亞鐵硫桿菌等）

共生固氮菌：與它種生物共生才能固氮形成根瘤及其他形式

聯(lián)合固氮菌：必須生活在植物根際、葉面或動物腸道等處才能固氮的微生物。根際—芽孢桿菌屬；葉面—固氮菌屬。二、微生物固氮作用第六十六頁，共九十二頁，2022年，8月28日2、固氮機制1）固氮反應的條件

aATP的供應：b還原力[H]及其載體c固氮酶d還原底物N2e鎂離子Mg2+f嚴格的厭氧微環(huán)境第六十七頁，共九十二頁，2022年，8月28日（1）ATP的供應固氮過程中需要消耗大量的能量，據(jù)試驗，固定1molN2約要消耗10～15molATP。這些ATP是由呼吸、厭氧呼吸、發(fā)酵或光合作用所提供的。

第六十八頁，共九十二頁，2022年，8月28日（2）還原力[H]及其載體固氮過程所需要的大量還原力[H]或電子由NAD（P）H2所提供，它們由電子載體鐵氧還蛋白（Fd）或黃素氧還蛋白（Fld）傳遞至固氮酶.第六十九頁，共九十二頁，2022年，8月28日（3）固氮酶組分Ⅰ是真正的“固氮酶”，又稱鉬鐵蛋白（MF）組分Ⅱ是一種“固氮酶還原酶”，又稱鐵蛋白（F）特性：對氧極為敏感；需有Mg2+的存在；專一性：除N2外，可還原其他一些化合物

C2H2

C2H4；

2H+H2；

N2ON2；HCNCH4+NH3

（乙炔反應：可用來測知酶活）固氮的生化途徑固氮反應的總式為：

N2+6e+6H++12ATP→2NH3+12ADP+12Pi第七十頁，共九十二頁，2022年，8月28日固氮過程及其機制:對氧十分敏感第七十一頁，共九十二頁，2022年，8月28日①由Fd或Fld向氧化型組分Ⅱ的鐵原子提供一個電子，使其還原第七十二頁，共九十二頁，2022年，8月28日②還原型的組分Ⅱ與ATP-Mg結(jié)合，改變了自己的構(gòu)象第七十三頁，共九十二頁，2022年，8月28日③組分Ⅰ在含Mo的位點上與分子氮結(jié)合，并與組分Ⅱ-Mg-ATP復合物反應，形成一個1∶1復合物,即固氮酶

第七十四頁，共九十二頁，2022年，8月28日④在固氮酶分子上，有一個電子從組分Ⅱ-Mg-ATP復合物轉(zhuǎn)移到組分Ⅰ的鐵原子上，使組分Ⅱ重新轉(zhuǎn)變成氧化態(tài)，同時ATP也就水解成ADP+Pi；

第七十五頁，共九十二頁，2022年，8月28日⑤通過以上電子轉(zhuǎn)移過程連續(xù)6次的運轉(zhuǎn)，才可使組分Ⅰ釋放出2個NH3分子第七十六頁，共九十二頁，2022年，8月28日

還須指出的是，在以上過程中，固氮酶必須始終受活細胞中各種“氧障”的嚴密保護，以防固氮酶遇氧分子而發(fā)生不可逆的失活。第七十七頁，共九十二頁，2022年，8月28日3、好氧性固氮菌的防氧機制

固N酶遇氧不可逆失活（組分I，半衰期10’；組分II，45s喪失一半活性）

（1）自身固N菌

a呼吸保護固N菌以極強的呼吸作用消耗掉環(huán)境中的氧。

b構(gòu)象保護

氧壓增高，固氮酶與Fe—s蛋白II結(jié)合，構(gòu)象變化，喪失固N能力；

氧濃度降低，蛋白自酶上解離第七十八頁，共九十二頁，2022年，8月28日(2)藍細菌保護固N酶機制

a分化出特殊的還原性異形胞（適宜固氮作用的細胞）

I、厚壁，物理屏障；

II、缺乏氧光合系統(tǒng)II，脫氧酶、氫酶活性高；

III、SOD活性很高；

IV、呼吸強度高

b非異形胞藍細菌固N酶的保護

——缺乏獨特的防止氧對固N酶的損傷機制。

I、固N、光合作用在時間上分隔開

——織線藍菌屬（黑暗：固N；光照：光合作用）

II、形成束狀群體（束毛藍菌屬），利于固N酶在微氧環(huán)境下固N

III、提高胞內(nèi)過氧化酶、SOD的活力，解除氧毒（粘球藍菌屬）第七十九頁，共九十二頁，2022年，8月28日I、豆科植物的共生菌

——以類菌體形式存在于根瘤中

類菌體周膜：豆血紅蛋白，與氧可逆結(jié)合（高時結(jié)合，低時釋放）

豆血紅蛋白：蛋白部分由植物基因編碼；血紅素有根瘤菌基因編碼。

II、非豆科植物共生菌——