环境工程微生物学第五章微生物的能量代谢

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1、第一节微生物的生物氧化第二节发光微生物与其应用第五章微生物的能量代谢1第一节微生物的生物氧化一ATP的生成方式第五章微生物的能量代谢二异养微生物的生物氧化三自养微生物的生物氧化2代谢（metabolism）：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]＋＋34一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。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。

2、第一节微生物的生物氧化5最初能源有机物还原态无机物日光化能异养微生物化能自养微生物光能营养微生物通用能源（ATP）第一节微生物的生物氧化6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第一节微生物的生物氧化7第一节微生物的生物氧化8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。第一节微生物的生物氧化9一ATP的生成方式1、基质（底物）水平磷酸

3、化(substratephosphorylation)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。第一节微生物的生物氧化10一ATP的生成方式2、氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)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。第一节微生物的生物氧化11一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。第一节微生物的生物氧化12

4、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第一节微生物的生物氧化13二、异养微生物的生物氧化1.发酵(fermentation)何为“发酵”？14二、异养微生物的生物氧化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。第一节微生物的生物氧化15二、异养微生

5、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、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。16二、异养微生物的生物氧化1.发酵(fermentation)EMP途径:共分两个阶段,十步反应.17二、异养微生物的生物氧化1.发酵(fermentation)EMP途径:18EMP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：C6H12

6、O6+2NAD+2Pi+2ADP→2CH3COCOOH（丙酮酸）+2NADH+2H+2ATP+2H2O。1.发酵(fermentation)(1)EMP途径（Embden-Meyerhofpathway）19日本人肠内酵母感染导致醉酒20二、异养微生物的生物氧化1.发酵(fermentation)丙酮酸CO2乙醛NADHNAD+乙醇磷酸二羟基丙酮NADHNAD+磷酸甘油甘油3%的亚硫酸氢钠（pH7）Saccharomycescerevisiae厌氧发酵（磺化羟基乙醛）21二、异养微生物的生物氧化1.发酵(fermentation)22第一次世界大战期间德国主要用这种

7、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：Dunaliellaaslina（一种嗜盐藻类）胞内积累高浓度的甘油从而使细胞的渗透压保持平衡23二、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24二、异养微生物的生物氧化1.发酵(fermentation)英国：（ChaimWeizmann）丙酮酸乙酰乙酸丙酮丙酮丁醇羧菌发酵生产丙酮、丁醇（19