水处理生物学(第六讲).ppt

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1、2.3微生物代谢——细菌的呼吸（产能代谢）一、呼吸作用的本质高等生物的呼吸作用：需氧气呼吸细菌的呼吸作用：需氧气呼吸；不需氧气呼吸（1）呼吸作用的本质生物的氧化和还原的统一过程。即，在生物氧化中，呼吸基质脱下的氢和电子经载体传递，最终交给受体的生物学过程。（2）发生哪些生物学现象呢？酶的催化复杂的有机物变成简单的物质CO2、H2O等。发生能量的转换（合成物质、维持生命活动）产生中间产物（继续分解、作为原料合成机体物质。吸收、同化各种营养。二、细菌的呼吸类型脱下氢和电子——氧化接受氢和电子——还原最终接受电子的物质是谁？根据是否是氧气来分类：

2、好氧呼吸厌氧呼吸（1）好氧呼吸（respiration）最终电子受体：游离的氧气（O2）举例自养微生物硫磺细菌氧化H2S（无机物）：H2S+2O2→H2SO4+ATP异养微生物大肠杆菌氧化葡萄糖（有机物）：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+ATP在好氧呼吸过程中，基质被氧化较彻底，获得的ATP多，最终产物积累少。活性污泥法处理有机废水，即采用好氧呼吸。葡萄糖的有氧呼吸过程可分为3个阶段：第一阶段：葡萄糖经EMP途径分解形成中间产物丙酮酸，同时产生ATP和NADH+H+；第二阶段：丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系的作用下生成乙酰CoA，并释放

3、CO2和NADH+H+；第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环，产生大量的ATP、CO2、NADH+H+和FADH2。微生物氧化分解lmol葡萄糖总共可产生38molATP。糖酵解的三个阶段（2）厌氧呼吸（anaerobicrespiration)最终电子受体：除氧气以外的物质无机物（NO3-、NO2-、SO42-、CO32-）有机物（小分子）分为：分子内无氧呼吸类型分子外无氧呼吸类型分子内无氧呼吸类型（又称发酵）最终电子受体：小分子有机物常见的发酵有：乳酸发酵，乙酸发酵，乙醇发酵（生产酒精）葡萄糖→3-磷酸甘油醛→1，3-二磷酸甘油醛→丙酮

4、酸→乙醛→乙醇产能量少（2个ATP），大部分储存在乙醇中。底物：葡萄糖最终电子受体：乙醛（代谢中间产物）分类主要末端产物典型微生物丙酸发酵丁酸发酵丙酮丁醇发酵同型乳酸发酵异型乳酸发酵混合酸发酵乙醇发酵丙酸、乙酸和CO2丁酸、乙酸、H2和CO2丁醇、丙酮乳酸乳酸、乙醇、乙酸和CO2乳酸、乙酸、琥珀酸、乙醇、甲酸、H2和CO2乙醇、CO2丙酸杆菌属(Propionibacterium)梭状芽孢杆菌属(Clostridium)梭状芽孢杆菌属(Clostridium)乳酸杆菌属(Latobacillus),链球菌属(Streptococcus)明串

5、球菌属(Leuconostoc)埃希菌属(Escherichia),假单胞菌属(Psudomonas)酵母属(Saccharomyces)碳水化合物发酵的主要类型分子外无氧呼吸类型(无氧呼吸）最终电子受体：无机物（NO3-、NO2-、SO42-、CO32-）一般生活在河流、湖泊和池塘的底部淤泥等缺氧的环境中。硝酸盐呼吸：将NO3−还原为N2以及NO和N2O。硫酸盐呼吸：使SO42−逐步还原为H2S。碳酸盐呼吸：以CO2作为最终的电子受体，通过厌氧呼吸将CO2还原为甲烷。呼吸类型最终电子受体参与反应的酶与电子传递体系最终产物释放总能量／kJ乙

6、醇发酵中间代谢产物脱氢酶，脱羧酶，乙醛还原酶辅酶：NAD底分子有机物，CO2,ATP238.3好氧呼吸O2脱氢酶，脱羧酶，细胞色素氧化酶，辅酶：NAD,FAD，辅酶Q，细胞色素b、cl、c、a、a3CO,H2O,ATP,S,NO3−，SO42−,Fe3+2876无氧呼吸NO3−，NO2−,SO42−,CO32−,CO2脱氢酶，脱羧酶，硝酸还原酶，硫酸还原酶，辅酶：NAD，细胞色素b、cH2O,CO2,NH3,N2,H2S,CH4,ATP反硝化作用：1756反硫化作用：1125乙醇发酵、好氧呼吸、无氧呼吸的比较三、化能自养型微生物的产能代谢（

7、1）氢细菌：H2+1/2O2→H2O+237.2kJ（2）硝化细菌：NH4++3/2O2→NO2−+H2O+2H++270.7kJNO2−+1/2O2→NO3−+77.4kJ（3）硫细菌：S2−+2O2→SO42−+794.5kJS+3/2O2+H2O→SO42−+2H++584.9kJ（4）铁细菌：4FeCO3+O2+6H2O→4Fe(OH)3+4CO2+167.5kJ四、细菌与氧气的关系（微生物与氧气的关系）需氧（好气）菌厌氧（嫌气）菌兼性厌氧菌（1）好氧菌呼吸类型－有氧呼吸，生活时需要氧气培养方式－固体表面，液体浅层，通气，振荡。如：

8、多数细菌（枯草杆菌等）、真菌、藻类。有机物→CO2+H2O好氧分解（2）厌氧菌呼吸类型－无氧呼吸和发酵，在无氧气的环境生长培养方式－抽真空；在N2、H2条件下。如：乳酸杆菌，梭状