微生物的新陈代谢23.pptx
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1、 思考题思考题1.什么是新陈代谢?分解代谢?合成什么是新陈代谢?分解代谢?合成代谢?代谢?2.四种糖酵解途径的终产物及各自特四种糖酵解途径的终产物及各自特点?点?3.什么是同型乳酸发酵、异型乳酸发什么是同型乳酸发酵、异型乳酸发酵?它们的异同?酵?它们的异同?4.什么叫什么叫stickland反应?反应?l1、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化l l物质在生物氧化过程中,常生成一些含有高能键化合物质在生物氧化过程中,常生成一些含有高能键化合物质在生物氧化过程中,常生成一些含有高能键化合物质在生物氧化过程中,常生成一些含有高能键化合物,将其高能磷酸根交给物,将其高能磷酸根交给物,将其高能磷酸根交给物,
2、将其高能磷酸根交给ADPADP而生成而生成而生成而生成ATPATP的过程的过程的过程的过程。l2、氧化磷酸化、氧化磷酸化l l物质在生物氧化过程中形成的物质在生物氧化过程中形成的物质在生物氧化过程中形成的物质在生物氧化过程中形成的NADHNADH和和和和FADHFADH通过位通过位通过位通过位于线粒体和细菌膜上的电子传递系统将电子传递给氧于线粒体和细菌膜上的电子传递系统将电子传递给氧于线粒体和细菌膜上的电子传递系统将电子传递给氧于线粒体和细菌膜上的电子传递系统将电子传递给氧或其他氧化性物质或其他氧化性物质或其他氧化性物质或其他氧化性物质,在这个过程中偶连在这个过程中偶连在这个过程中偶连在这个过
3、程中偶连ATPATP的生成。的生成。的生成。的生成。l3、光合磷酸化、光合磷酸化l l在光能的驱动下通过电子的传递产生在光能的驱动下通过电子的传递产生在光能的驱动下通过电子的传递产生在光能的驱动下通过电子的传递产生ATPATP的磷酸化反的磷酸化反的磷酸化反的磷酸化反应。应。应。应。能量转化的形式能量转化的形式ATP形成的方式形成的方式二、自养微生物的生物氧化(产二、自养微生物的生物氧化(产ATP和产还原力)和产还原力)营养类型营养类型 能源能源 氢供体氢供体基本碳源基本碳源 实实 例例光能无机营养型光能无机营养型(光能自养型光能自养型)光光无机物无机物CO2蓝细菌蓝细菌,紫硫细菌紫硫细菌,绿绿
4、硫细菌硫细菌,藻类藻类光能有机营养型光能有机营养型(光能异养型光能异养型)光光有机物有机物CO2及简单及简单有机物有机物红螺菌科的细菌红螺菌科的细菌(即紫即紫色无硫细菌色无硫细菌)化能无机营养型化能无机营养型(化能自养型化能自养型)无机无机物物无机物无机物CO2硝化细菌硝化细菌,硫化细菌硫化细菌,铁细菌铁细菌,氢细菌氢细菌,硫磺硫磺细菌等细菌等化能有机营养型化能有机营养型(化能异养型化能异养型)有机有机物物有机物有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部绝大多数细菌和全部真核微生物真核微生物四大营养类型能量来源及产能方式(一)化能自养微生物的生物氧化(一)化能自养微生物的生物氧化定义:氧化无机物而获
5、得能量的微生物。定义:氧化无机物而获得能量的微生物。化能自养微生物必须从氧化磷酸化所获得的能量化能自养微生物必须从氧化磷酸化所获得的能量中,花费一大部分中,花费一大部分ATPATP以逆呼吸链传递的方式把以逆呼吸链传递的方式把无机氢(无机氢(H H+e+e-)转变成还原力)转变成还原力HH(一)化能自养微生物的生物氧化(一)化能自养微生物的生物氧化 化能自养微生物还原化能自养微生物还原COCO2 2所需要的所需要的ATPATP和和HH是通是通过氧化无机底物,例如过氧化无机底物,例如NHNH+4 4、NONO-2 2、H H2 2S S、S S0 0、H H2 2和和FeFe2+2+等而获得的。等
6、而获得的。1 1、产能方式、产能方式无机物氧化无机物氧化 通过氧化还原态的无机底物(脱通过氧化还原态的无机底物(脱H H或或e-e-)实现的。)实现的。借助于经过呼吸链的借助于经过呼吸链的氧化磷酸化氧化磷酸化反应产反应产ATPATP。化能自养菌一般都是好氧菌(以化能自养菌一般都是好氧菌(以O O2 2为受氢体),为受氢体),极少厌氧菌。极少厌氧菌。2、最初能源:、最初能源:NH+4、NO-2、H2S、S0、H2和和Fe2+等无机底物不仅可作等无机底物不仅可作为最初能源产生为最初能源产生ATP,而且其中有些底物还可作为无机,而且其中有些底物还可作为无机氢供体。氢供体。3、还原力、还原力H的产生:
7、的产生:无机氢在充分提供无机氢在充分提供ATP能量的条件下,可通过逆呼吸链能量的条件下,可通过逆呼吸链传递的方式形成还原传递的方式形成还原CO2的还原力的还原力H。化能自养微生物还原化能自养微生物还原CO2时时ATP和和H的来源的来源4、化能自养菌的呼吸链、化能自养菌的呼吸链 还原态的无机物中,还原态的无机物中,H2的氧化还原电位比的氧化还原电位比NAD+/NADH对稍低对稍低些,其余都明显高于它。些,其余都明显高于它。各种无机底物进行氧化时,必须按其相应的氧化还原电位的各种无机底物进行氧化时,必须按其相应的氧化还原电位的位置进入呼吸链,由此化能自养菌呼吸链只具有很低的氧化位置进入呼吸链,由此
8、化能自养菌呼吸链只具有很低的氧化磷酸化效率(磷酸化效率(P/O)。)。由于化能自养微生物产由于化能自养微生物产H以及固定以及固定CO2要大量耗要大量耗ATP,因此它,因此它们的产能效率、生长速率和生长得率都很低。们的产能效率、生长速率和生长得率都很低。每消耗每消耗1mol氧氧原子所产生的原子所产生的ATPmol数数 5、化能自养微生物能量代谢的主要特点、化能自养微生物能量代谢的主要特点 无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系,即由脱无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系,即由脱氢酶或氧化还原酶催化的无机底物脱氢或电子后,氢酶或氧化还原酶催化的无机底物脱氢或电子后,可直接进入呼吸链传递;可直接进入呼吸链
9、传递;呼吸链的组分更为多样化,氢或电子可以从任一呼吸链的组分更为多样化,氢或电子可以从任一组分直接进入呼吸链;组分直接进入呼吸链;产能效率即产能效率即P/OP/O比一般要低于化能异养微生物。比一般要低于化能异养微生物。(二)光能营养微生物(二)光能营养微生物光合磷酸化光合磷酸化 (photophosphorylation)营养类型营养类型 能源能源 氢供体氢供体基本碳源基本碳源 实实 例例光能无机营养型光能无机营养型(光能自养型光能自养型)光光无机物无机物CO2蓝细菌蓝细菌,紫硫细菌紫硫细菌,绿绿硫细菌硫细菌,藻类藻类光能有机营养型光能有机营养型(光能异养型光能异养型)光光有机物有机物CO2及
10、简单及简单有机物有机物红螺菌科的细菌红螺菌科的细菌(即紫即紫色无硫细菌色无硫细菌)化能无机营养型化能无机营养型(化能自养型化能自养型)无机无机物物无机物无机物CO2硝化细菌硝化细菌,硫化细菌硫化细菌,铁细菌铁细菌,氢细菌氢细菌,硫磺硫磺细菌等细菌等化能有机营养型化能有机营养型(化能异养型化能异养型)有机有机物物有机物有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部绝大多数细菌和全部真核微生物真核微生物四大营养类型光能营养微生物的光合作用类型光能营养微生物的光合作用类型 1、环式光合磷酸环式光合磷酸化化2、非环式光合磷酸、非环式光合磷酸化化 3、嗜盐菌紫膜的光合作用、嗜盐菌紫膜的光合作用产能途径:产能途径:
11、3 3、嗜盐菌紫膜的光合作用、嗜盐菌紫膜的光合作用只在只在嗜盐菌嗜盐菌中才有的中才有的无叶绿素或菌绿素无叶绿素或菌绿素参参与的独特光合作用。与的独特光合作用。嗜盐菌:一类必须在高盐(嗜盐菌:一类必须在高盐(3.5 5.0 mol/L NaCl)环境中才能生长的古细菌。)环境中才能生长的古细菌。细胞内富含类胡萝卜素而呈红、橘黄、黄细胞内富含类胡萝卜素而呈红、橘黄、黄色。色。其细胞膜可分离出红色和紫色两部分其细胞膜可分离出红色和紫色两部分3 3、嗜盐菌紫膜的光合作用、嗜盐菌紫膜的光合作用(1)(1)嗜盐菌的细胞膜:嗜盐菌的细胞膜:红膜:红膜:红色部分,是细胞膜的主要部分。含类红色部分,是细胞膜的主
12、要部分。含类胡萝卜素、黄素蛋白、胡萝卜素、黄素蛋白、cytcyt等用于氧化磷酸化反等用于氧化磷酸化反应的呼吸链载体成分;应的呼吸链载体成分;紫膜:紫膜:由称作由称作细菌视紫红质细菌视紫红质的蛋白质和类脂组的蛋白质和类脂组成,在细胞膜上呈斑片分布,能进行独特的光成,在细胞膜上呈斑片分布,能进行独特的光合作用。细菌视紫红质的功能与叶绿素相似,合作用。细菌视紫红质的功能与叶绿素相似,能吸收光能,并在光量子的驱动下起着质子泵能吸收光能,并在光量子的驱动下起着质子泵作用。作用。(2)光介导)光介导ATP合成合成紫膜光合磷酸化紫膜光合磷酸化(photophosphorylation by purple m
13、embrance)ATP酶酶紫紫 膜膜H+H+H+-+-细胞壁细胞壁红 膜H+ADP+PiATP主要特点:不经过电子传递,直接产生主要特点:不经过电子传递,直接产生ATP紫膜的光合磷酸化是迄今知道的最简单的光合紫膜的光合磷酸化是迄今知道的最简单的光合磷酸化反应磷酸化反应(2 2)光介导)光介导ATPATP合成合成 当环境中当环境中O O2 2浓度很低时,嗜盐菌无法利用浓度很低时,嗜盐菌无法利用氧化磷酸化来满足其正常的能量需要,这时,氧化磷酸化来满足其正常的能量需要,这时,若光照条件适宜,它就能合成紫膜,并利用若光照条件适宜,它就能合成紫膜,并利用紫膜的光介导紫膜的光介导ATPATP合成机制获得
14、必要的能量。合成机制获得必要的能量。通过紫膜的光能转化而建立的质子梯度除通过紫膜的光能转化而建立的质子梯度除了可驱动了可驱动ATPATP合成,还可为嗜盐菌在高盐环境合成,还可为嗜盐菌在高盐环境中建立跨膜的钠离子电化学梯度,并由此完中建立跨膜的钠离子电化学梯度,并由此完成一系列的生理生化功能。成一系列的生理生化功能。第三节 微生物独特合成代谢途径举例一、自养微生物的一、自养微生物的CO2固定固定二、生物固氮二、生物固氮三、微生物结构大分子三、微生物结构大分子肽聚糖的生物合成肽聚糖的生物合成一、自养微生物的一、自养微生物的CO2固定固定 各种自养微生物在其生物氧化包括氧化磷酸化、发酵和光合磷酸各种
15、自养微生物在其生物氧化包括氧化磷酸化、发酵和光合磷酸化中获取的能量主要用于化中获取的能量主要用于CO2的固定。在微生物中,至今已了解的固定。在微生物中,至今已了解的的CO2固定的途径有固定的途径有4条。条。将将CO2还原为细胞物还原为细胞物质的过程,称为质的过程,称为CO2固定固定光能光能/化能自养微生物固定化能自养微生物固定CO2的主要途径的主要途径二、生物固氮二、生物固氮 生物固氮作用:将大气中分子态氮生物固氮作用:将大气中分子态氮(N2)(N2)通过微生物通过微生物固氮酶的催化而还原成氨固氮酶的催化而还原成氨(NH3)(NH3)的过程。生物固氮是地的过程。生物固氮是地球上仅次于光合作用的
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