第六章微生物的代谢2

第二节微生物的产能代谢微生物的能量代谢有机物最初能源日光通用能源还原态无机物化能异养菌光能营养菌化能自养菌(ATP)相当于货币、电力一样一、产能代谢与呼吸作用的关系微生物产生能量的方式有多种，产生的能量也有多种:•电能（电子移动产生的能量〕•化学能（氧化有机物和无机物的化学反应中释放的能量）•机械能（在细胞运动、鞭毛和纤毛的摆动、细胞质流动、线粒体和叶绿体的移动等情况下产生的能）•光能（发光细菌产生的能量）微生物所产生的能量中，有一部分变为热散发掉，有一部分供合成反应和生命的其他活动所需，另有一部分被贮存在ATP（三磷酸腺苷）中，以备生长、运动及其他活动用。在微生物的呼吸过程中，底物的氧化分解产生能量；同时，微生物将能量用于细胞组分的合成。在这两者之间存在能量转移的中心——ATP。ATP生成的具体方式如下：•基质（底物）水平磷酸化•氧化磷酸化•光合磷酸化ADP是能量的载体，ATP是能量库。基质（底物）水平磷酸化:•厌氧微生物和兼性厌氧微生物在基质氧化过程中，产生一种含高自由能的中间体，如发酵中产生高能健的1，3－二磷酸甘油酸。这一中间体将高能键（～）交给ADP，使ADP磷酸化而生成ATP。→氧化磷酸化:好氧微生物在呼吸时，通过电子传递体系产生ATP的过程叫氧化磷酸化。→光合磷酸化: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的过程叫光合磷酸化。•产氧光合生物包括藻类和蓝细菌，它们依靠叶绿素通过非环式的光合磷酸化合成ATP；•不产氧的光合细菌则通过环式光合磷酸化合成ATP。二、产能代谢与呼吸类型微生物的呼吸类型划分为3类：发酵有氧呼吸无氧呼吸（一）发酵概念：发酵是微生物在厌氧（无外在电子受体）的条件下，部分氧化有机物，形成的中间代谢产物（即分子内的低分子有机物）作为最终电子受体，接受部分氧化有机物产生的电子，同时释放少量能量，其余的能量保留在最终产物中。特征：发酵在微生物细胞质中进行，在发酵过程中，通过底物水平磷酸化合成ATP•有机物氧化不彻底•大部分能量依然存留在发酵产物中•产能效率低•产生多种代谢产物。2.发酵类型由上述各种发酵途径可知，不同的微生物可以通过不同的发酵类型得到多种发酵产物。back发酵类型产物代表微生物乙醇发酵乙醇、CO2啤酒酵母、解淀粉欧文氏菌、胃八叠球菌同型乳酸发酵乳酸植物乳酸杆菌、乳酸乳球菌异型乳酸发酵乳酸、乙醇、乙酸、CO2明串珠菌混合酸发酵乳酸、乙醇、乙酸、甲酸、CO2、H2大肠埃希氏菌、沙门氏菌、志贺氏菌丁二醇发酵丁二醇、乳酸、乙醇、乙酸、CO2、H2肠道菌、欧文氏菌丁酸发酵丁酸、乙酸、CO2、H2丁酸弧菌、梭状芽孢杆菌丙酮－丁醇发酵丁醇、丙醇、乙醇真杆菌、丙醇丁醇梭菌丙酸发酵丙酸丙酸杆菌属（二）有氧呼吸概念：以分子态氧（O2）作为最终电子受体，将底物全部氧化生成CO2和H2O，并产生ATP的呼吸作用称为有氧呼吸。特征：•在有氧呼吸过程中，能源氧化释放出的电子首先转移给NAD，使NAD还原为NADH2•NADH2再氧化释放电子而成氧化型NAD，电子转移给电子传递体系•电子传递体系再将电子转移给最终电子受体——O2，O2得到电子被还原，与能源脱下的H结合生成H2O。back（三）无氧呼吸特征：无氧呼吸因为没有氧的参与，在电子传递体系中：•氧化NADH2时的最终电子受体不是氧气，而是一些无机化合物，如NO2－、NO3－、SO42－、CO32－及CO2等•氧化底物一般为有机物，如葡萄糖、乙酸和乳酸等，它们被氧化为CO2，同时生成ATP。•无氧呼吸也能产生较多的能量，但由于部分能量随电子传递给最终电子受体，所以生成的能量不如有氧呼吸过程产生的多。（四）发酵、有氧呼吸与无氧呼吸的比较呼吸类型最终电子受体参与反应的酶与电子传递系统终产物释放总能量/kJ乙醇发酵中间代谢产物脱氢酶、脱羧酶、乙醛还原酶辅酶：NAD低分子有机物、CO2、ATP238.3有氧呼吸O2脱氢酶、脱羧酶、细胞色素氧化酶辅酶：NAD、FAD、CoQ、细胞色素b、c、c1、a、a3CO、H2O、ATP、S、SO42－、NO3－、Fe3＋2876无氧呼吸NO2－、NO3－、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、cCO2、H2O、NH3、N2、H2S、CH4、ATP反硝化作用：1756反硫化作用：1125第三节光能微生物的能量代谢光合细菌（Photosyntheticbacteria，简称PSB）是一类能将光能转化为ATP的原核生物的总称。特征：•体内具有光合色素，包括菌绿素a或b、类胡萝卜素•呈现红色•在厌氧和光照条件下利用CO2或简单有机物进行光合作用•在黑暗中微量好氧和好氧条件下进行氧化代谢。•在细胞形态、分裂方式、运动方式、代谢能力等方面具有多样性。球形红假单胞菌度光红螺菌废水处理系统中常见的光合细菌荚膜红假单胞菌万尼氏红微菌深红螺菌万尼氏红微菌胶化红假单胞菌沼泽红假单胞菌光合细菌的获能形式也有几种类型:一是通过光合作用获得能量。只要供氢体和碳源合适，所有光合细菌都能在光照厌氧条件下，通过光合磷酸化过程获得能量。二是通过呼吸作用获得能量。这是在有氧黑暗条件下进行的，从有机物的氧化磷酸化中取得能量。三是通过发酵或脱氮获得能量。这是在厌氧黑暗条件下进行的，是由有机酸发酵所产生的能量，或是在反硝化过程中从有机物放出的能量。光合细菌在污水治理中的应用（一）利用光合细菌处理高浓度有机废水光合细菌在豆制品、罐头食品、水产加工、淀粉、染料、屠宰、化肥、造纸、制酒及生活污水等高浓度有机废水的处理中得到了实际应用，并取得了满意的效果。净化机理：光合细菌直接参与水体的自净过程，其净化机理主要是通过微生物生态演替过程变化而实现的。当处理高浓度有机废水时：•先是异养微生物大量繁殖，将大分子有机物分解成小分子有机物•随后异养菌逐渐减少，此时光合细菌以小分子有机物作为养料而迅速增殖，使有机物浓度大大降低•随着光合细菌数量的下降，取而代之的是活性污泥微生物和绿藻，进一步去除有机物。因此，光合细菌对高浓度有机废水具有很高的忍耐力及降解能力。（二）利用光合细菌处理有毒有机废水能在较“恶劣”的环境条件下发挥其处理有机废水的作用。•PSB对多种有机物有较强的分解转化能力，•PSB是紫外线耐受菌，且能忍受lmg/L浓度的余氯，•还能除油，忍受酚、氰等毒物以及高达20％的NaCl。我国近年来由PSB与物化超声法相结合，完成了多种化工医药等废水的处理，取得了良好的环境、社会和经济效益。（三）利用光合细菌处理残留农药PSB用于处理农药残留量分别为0.2％diazinon（二嗪农，地亚农），0.1％benomyl（苯菌灵、苯来特），0.8％Thiuram（福美联）的废水时，10d后的TOC去除率超过99.5％。表现出对环境残留农药良好的耐受能力和降解能力。问题：采用PSB法进行废水治理，在菌种培养及调试技术要求较高同时由于该法要求与活性污泥法及球藻培养等方法相结合，因此工艺流程也相应加长了。思考题酶是什么？它有哪些组成？各有什么生理功能？什么是辅基？什么是辅酶？有哪些物质可作辅基或辅酶？简述酶蛋白的结构及酶的活性中心。影响酶活力（酶促反应速度）的主要因素有哪些？微生物呼吸作用的本质是什么？可分为哪几种类型？