第五章微生物的代谢

第五章微生物的代谢和发酵第一节代谢概论第二节微生物分解代谢第一节代谢概论第二节微生物分解代谢一、生物氧化二、异养微生物的生物氧化

底物脱氢的四种途径

EMP途径

HMP途径

ED途径

磷酸酮解途径

有氧呼吸

无氧呼吸

三、自养微生物的生物氧化

微生物产能代谢四、能量转换新陈代谢：发生在活细胞中的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢（anabolism）的总和。

新陈代谢

=分解代谢+合成代谢

分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和还原力的作用。

合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子的过程。第一节代谢概论代谢（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]按物质转化方式分：分解代谢：指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。合成代谢：是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子过程。在这个过程中要消耗能量。物质代谢：物质在体内转化的过程。能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化。按代谢产物在机体中作用不同分：初级代谢：

提供能量、前体、结构物质等生命活动所必须的代谢物的代谢类型；产物：氨基酸、核苷酸等。次级代谢：

在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代谢类型；产物：抗生素、色素、激素、生物碱等。代谢意义一、代谢是生命的基本特征二、代谢通过代谢途径完成三、代谢途径是不平衡的稳态体系四、代谢途径的形式多样五、代谢途径有明确的细胞定位六、代谢途径相互沟通七、代谢途径间有能量关联八、关键酶限制代谢途径的流量

第二节微生物产能代谢最初能源有机物还原态无机物日光通用能源（ATP）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。化能异养微生物化能自养微生物光能营养微生物在代谢过程中，微生物通过分解作用（光合作用）产生化学能。这些能量用于：1合成代谢2微生物的运动和运输3热和光。无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由一系列连续的酶反应构成的，前一部反应的产物是后续反应的底物。细胞能有效调节相关的反应，生命活动得以正常进行。某些微生物还会产生一些次级代谢产物。这些物质除有利于微生物生存外，还与人类生产生活密切相关。一、生物氧化生物氧化就是发生在或细胞内的一切产能性氧化反应的总称。生物氧化与燃烧的比较生物氧化的过程一般包括三个环节：

①底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电子供体或供氢体）

②氢（或电子）的传递（需中间传递体，如NAD、FAD等）

③最后氢受体接受氢（或电子）（最终电子受体或最终氢受体）生物氧化的形式:物质与氧结合、脱氢脱电子三种

生物氧化的功能为：产能（ATP）、产还原力[H]产小分子中间代谢物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。在生物氧化过程中释放的能量可被微生物直接利用，也可通过能量转换储存在高能化合物（如ATP）中，以便逐步被利用，还有部分能量以热的形式被释放到环境中。二、异养微生物的生物氧化发酵呼吸有氧呼吸厌氧呼吸生物氧化反应1.发酵(fermentation)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。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。

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。

底物脱氢的四种途径EMP途径HMP途径ED途径磷酸解酮酶途径葡萄糖降解代谢途径（EMP、HMP、ED、PK途径等。）

1）EMP途径（糖酵解途径、三磷酸己糖途径）

葡萄糖

丙酮酸有氧：EMP途径与TCA途径连接；无氧：还原一些代谢产物，(专性厌氧微生物)产能的唯一途径。

产能（底物磷酸化产能：（1）1，3—P--甘油醛3—P--甘油酸+ATP；（2）PEP丙酮酸+ATP10步反应ATPADPATPADPADPATPADPATPNAD+NADH+H+aa:预备性反应bb:氧化还原反应底物水平磷酸化底物水平磷酸化EMP途径（Embden-Meyerhofpathway）EMP途径意义：为细胞生命活动提供ATP和NADH葡萄糖葡糖-6-磷酸果糖-6-磷酸果糖-1，6-二磷酸磷酸二羟丙酮甘油醛-3-磷酸1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸EMP途径关键步骤1.

葡萄糖磷酸化→1.6二磷酸果糖(耗能)2.

1.6二磷酸果糖→2分子3-磷酸甘油醛3.

3-磷酸甘油醛→丙酮酸总反应式：葡萄糖+2NAD+2Pi+2ADP→2丙酮酸+2NADH2+2ATPCoA↓丙酮酸脱氢酶

乙酰CoA，

进入TCA分为两个阶段：1、3个分子6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶等催化下经氧化脱羧生成6个分子NADPH+H+，3个分子CO2和3个分子5-磷酸核酮糖2、5-磷酸核酮糖在转酮酶和转醛酶催化下使部分碳链进行相互转换，经三碳、四碳、七碳和磷酸酯等，最终生成2分子6-磷酸果糖和1分子3-磷酸甘油醛。2）HMP途径（磷酸戊糖途径、旁路途径）6-磷酸果糖出路：可被转变重新形成6-磷酸葡糖，回到磷酸戊糖途径。甘油醛-3-磷酸出路：a、经EMP途径，转化成丙酮酸，进入TCA途径b、变成己糖磷酸，回到磷酸戊糖途径。总反应式：66-磷酸葡萄糖+12NADP++3H2O→56-磷酸葡萄糖+6CO2+12NADPH+12H++Pi

特点：a

、不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，无ATP生成，b、产大量的NADPH+H+还原力；c、产各种不同长度的重要的中间物（5-磷酸核糖、4-磷酸-赤藓糖）d、单独HMP途径较少，一般与EMP途径同存

e、HMP途径是戊糖代谢的主要途径。HMP途径从6-磷酸-葡萄糖开始，即在单磷酸已糖基础上开始降解的故称为单磷酸已糖途径。HMP途径与EMP途径有着密切的关系，HMP途径中的3-磷酸-甘油醛可以进入EMP途径，—磷酸戊糖支路。HMP途径的一个循环的最终结果是一分子葡萄糖-6-磷酸转变成一分子甘油醛-3-磷酸、3个CO2、6个NADPH。一般认为HMP途径不是产能途径，而是为生物合成提供大量还原力（NADPH）和中间代谢产物。HMP途径：葡萄糖经转化成6-磷酸葡萄糖酸后，在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的催化下，裂解成5-磷酸戊糖和CO2。磷酸戊糖进一步代谢有两种结局：①磷酸戊糖经转酮—转醛酶系催化，又生成磷酸己糖和磷酸丙糖（3-磷酸甘油醛），磷酸丙糖借EMP途径的一些酶，进一步转化为丙酮酸。称为不完全HMP途径。HMP途径的总反应：6葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H2O

5葡萄糖-6-磷酸+12NADPH+12H++12CO2+Pi②由六个葡萄糖分子参加反应，经一系列反应，最后回收五个葡萄糖分子，消耗了1分子葡萄糖（彻底氧化成CO2

和水），称完全HMP途径。HMP途径关键步骤：1、葡萄糖→6-磷酸葡萄糖酸2、6-磷酸葡萄糖酸→5-磷酸核酮糖→5-磷酸木酮糖↓

5-磷酸核糖→参与核酸生成3、5-磷酸核酮糖→6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛(进入EMPHMP途径的重要意义产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提供还原力，另方面可通过呼吸链产生大量的能量。与EMP途径在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可以调剂戊糖供需关系。为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、碱基合成、及多糖合成。途径中存在3~7碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用利用的碳源谱更为更为广泛。通过该途径可产生许多种重要的发酵产物。如核苷酸、若干氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活动对其中间产物的需要量相关。

3）ED途径

——2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途径

1952年Entner-Doudoroff：嗜糖假单胞

过程：（4步反应）

1葡萄糖

6-磷酸-葡萄糖

6-磷酸-葡糖酸

KDPG6-磷酸-葡萄糖-脱水酶3--磷酸--甘油醛+丙酮酸KDPG醛缩酶特点:

a、步骤简单b、产能效率低：1ATPc、关键中间产物KDPG，特征酶：KDPG醛缩酶

细菌：铜绿、荧光假单胞菌,根瘤菌,固氮菌,农杆菌,运动发酵单胞菌等。ED途径ED途径又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途径。1952年在Pseudomonassaccharophila中发现，后来证明存在于多种细菌中（革兰氏阴性菌中分布较广）。ED途径可不依赖于EMP和HMP途径而单独存在，是少数缺乏完整EMP途径的微生物的一种替代途径，未发现存在于其它生物中。ED途径ED途径是在研究嗜糖假单孢菌时发现的。ED途径过程：葡萄糖→→→KDPGKDPG醛缩酶甘油醛-3-磷酸丙酮酸EMP丙酮酸→

ED途径结果：一分子葡萄糖经ED途径最后生成2分子丙酮酸、1分子ATP，1分子NADPH、1NADH。ED途径在革兰氏阴性菌中分布较广ED途径可不依赖于EMP与HMP而单独存在ED途径不如EMP途径经济。ED途径的特点葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸后，经脱氧酮糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油醛再经EMP途径转化成为丙酮酸。结果是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，1分子ATP。ED途径的特征反应是关键中间代谢物2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛。ED途径的特征酶是KDPG醛缩酶。反应步骤简单，产能效率低。

此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中间代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌氧时进行乙醇发酵。ED途径的总反应（续）关键反应：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解催化的酶：6-磷酸脱水酶，KDPG醛缩酶相关的发酵生产：细菌酒精发酵优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成少，代谢副产物少，发酵温度较高，不必定期供氧。缺点：pH5，较易染菌；细菌对乙醇耐受力低。4）PK途径（磷酸酮解酶途径）a、磷酸戊糖酮解酶途径（肠膜明串珠菌、番茄乳杆菌、甘露醇乳杆菌、短杆乳杆菌）

G5-磷酸-木酮糖乙酰磷酸+3-磷酸-甘油醛特征性酶木酮糖酮解酶乙醇丙酮酸乳酸1G乳酸+乙醇+1ATP

+NADPH+H+

G6-磷酸-果糖b、磷酸己糖酮解酶途径——又称HK途径（两歧双歧杆）

4-磷酸-赤藓糖+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6-磷酸-果糖乳酸

乙酸1G乳酸+1.5乙酸+2.5ATP

磷酸酮解途径存在于某些细菌如明串珠菌属和乳杆菌属中的一些细菌中。进行磷酸酮解途径的微生物缺少醛缩酶，所以它不能够将磷酸己糖裂解为2个三碳糖。磷酸酮解酶途径有两种：磷酸戊糖酮解途径（PK）途径磷酸己糖酮解途径（HK）途径磷酸己糖解酮途径2葡萄糖2葡萄糖-6-磷酸6-磷酸果糖6-磷酸-果糖同EMP4-磷酸-赤藓糖乙酰磷酸2木酮糖-5-磷酸磷酸己糖解酮酶戊逆HMP途径2甘油醛-3-磷酸2乙酰磷酸2乳酸2乙酸乙酸乙酸激酶磷酸戊糖酮解途径的特点:①分解1分子葡萄糖只产生1分子ATP，相当于EMP途径的一半;②几乎产生等量的乳酸、乙醇和CO2。磷酸己糖酮解途径的特点：①有两个磷酸酮解酶参加反应；②在没有氧化作用和脱氢作用的参与下，2分子葡萄糖分解为3分子乙酸和2分子3-磷酸-甘油醛，3-磷酸-甘油醛在脱氢酶的参与下转变为乳酸；乙酰磷酸生成乙酸的反应则与ADP生成ATP的反应相偶联；③每分子葡萄糖产生2.5分子的ATP；④许多微生物（如双歧杆菌）的异型乳酸发酵即采取此方式。（五）三羧酸循环又称TCA循环、Krebs循环或柠檬酸循环。在绝大多数异养微生物的呼吸代谢中起关键作用。其中大多数酶在真核生物中存在于线粒体基质中，在细菌中存在于细胞质中；只有琥珀酸脱氢酶是结合于细胞膜或线粒体膜上。主要产物：C3CH3CO~CoANADH+4HFADHGTP3CO2呼吸链呼吸链（底物水平）12ATP2ATPATP在物质代谢中的地位：枢纽位置工业发酵产物：柠檬酸、苹果酸、延胡索酸、琥珀酸和谷氨酸丙酮酸在进入三羧酸循环之先要脱羧生成乙酰CoA，乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸再进入三羧酸循环。循环的结果是乙酰CoA被彻底氧化成CO2和H2O，每氧化1分子的乙酰CoA可产生12分子的ATP，草酰乙酸参与反应而本身并不消耗。TCA循环的生理意义：（1）为细胞提供能量。（2）三羧酸循环是微生物细胞内各种能源物质彻底氧化的共同代谢途径。（3)三羧酸循环是物质转化的枢纽。

TCA循环柠檬酸循环或Krebs循环TCA循环的重要特点1、循环一次的结果是乙酰CoA的乙酰基被氧化为2分子CO2,并重新生成1分子草酰乙酸；2、整个循环有四步氧化还原反应，其中三步反应中将NAD+还原为NADH+H+，另一步为FAD还原；3、为糖、脂、蛋白质三大物质转化中心枢纽。4、循环中的某些中间产物是一些重要物质生物合成的前体；5、生物体提供能量的主要形式；6、为人类利用生物发酵生产所需产品提供主要的代谢途径。如柠檬酸发酵；Glu发酵等。递氢、受氢和ATP的产生★经上述脱氢途径生成的NADH、NADPH、FAD等还原型辅酶通过呼吸链等方式进行递氢，最终与受氢体（氧、无机或有机氧化物）结合，以释放其化学潜能。★根据递氢特别是受氢过程中氢受体性质的不同,把微生物能量代谢分为呼吸作用和发酵作用两大类。发酵作用：没有任何外源的最终电子受体的生物氧化模式；呼吸作用：有外源的最终电子受体的生物氧化模式；★呼吸作用又可分为两类：

有氧呼吸——最终电子受体是分子氧O2;

无氧呼吸——最终电子受体是O2以外的

无机氧化物，如NO3-、SO42-等。呼吸、无氧呼吸和发酵示意图C6H12O6-[H]A-[H][H]B-[H]CA、B或CAH2，BH2或CH2-[H]（发酵产物：乙醇、CO2乳酸等）脱氢递氢受氢经呼吸链①呼吸②无氧呼吸③发酵1/2O2H2ONO3-，SO42-，CO2NO2-，SO32-，CH4概念：在生物氧化中发酵是指无氧条件下，底物脱氢后所产生的还原力不经过呼吸链传递而直接交给一内源氧化性中间代谢产物的一类低效产能反应。在发酵工业上，发酵是指任何利用厌氧或好氧微生物来生产有用代谢产物的一类生产方式。发酵途径：葡萄糖在厌氧条件下分解葡萄糖的产能途径主要有EMP、HMP、ED和PK途径。发酵类型：在上述途径中均有还原型氢供体——NADH+H+和NADPH+H+产生，但产生的量并不多，如不及时使它们氧化再生，糖的分解产能将会中断，这样微生物就以葡萄糖分解过程中形成的各种中间产物为氢（电子）受体来接受NADH+H+和NADPH+H+的氢（电子），于是产生了各种各样的发酵产物。根据发酵产物的种类有乙醇发酵、乳酸发酵、丙酸发酵、丁酸发酵、混合酸发酵、丁二醇发酵、及乙酸发酵等。发酵作用

1、定义

广义：利用微生物生产有用代谢一种生产方式。

狭义：厌氧条件下，以自身内部某些中间代谢产物作为最终氢（电子）受体的产能过程

特点：1）通过底物水平磷酸化产ATP；2）葡萄糖氧化不彻底，大部分能量存在于发酵产物中；3）产能率低；4）产多种发酵产物。发酵（fermentantion）

C6H12O62CH3COCOOH2CH3CHO2CH3CH2OHNADNADH2-2CO2EMP2ATP乙醇脱氢酶※该乙醇发酵过程只在pH3.5~4.5以及厌氧的条件下发生。酵母菌的乙醇发酵：

当发酵液处在碱性条件下，酵母的乙醇发酵会改为甘油发酵。原因：该条件下产生的乙醛不能作为正常受氢体，结果2分子乙醛间发生歧化反应，生成1分子乙醇和1分子乙酸；CH3CHO+H2O+NAD+CH3COOH+NADH+H+CH3CHO+NADH+H+CH3CH2OH+NAD+

此时也由磷酸二羟丙酮担任受氢体接受3-磷酸甘油醛脱下的氢而生成-磷酸甘油，后者经-磷酸甘油酯酶催化，生成甘油。2葡萄糖2甘油+乙醇+乙酸+2CO2概念：有氧条件下，发酵作用受抑制的现象（或氧对发酵的抑制现象）。意义：合理利用能源通风对酵母代谢的影响现象：巴斯德效应(ThePasteureffect)葡萄糖2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸3-磷酸甘油醛

丙酮酸丙酮酸乙醇

乙醛2乙醇2CO22H2H+ATP2ATP菌种：运动发酵单胞菌等途径：ED细菌的乙醇发酵酵母菌（在pH3.5-4.5时）的乙醇发酵~脱羧酶~脱氢酶

丙酮酸乙醛乙醇通过EMP途径产生乙醇，总反应式为：C6H12O6+2ADP+2Pi2C2H5OH+2CO2+2ATP

细菌(Zymomonasmobilis)的乙醇发酵通过ED途径产生乙醇，总反应如下：葡萄糖+ADP+Pi2乙醇+2CO2+ATP细菌(Leuconostocmesenteroides)的乙醇发酵通过HMP途径产生乙醇、乳酸等，总反应如下：葡萄糖+ADP+Pi乳酸+乙醇+CO2+ATP同型乙醇发酵：产物中仅有乙醇一种有机物分子的酒精发酵异型乙醇发酵：除主产物乙醇外，还存在有其它有机物分子的发酵。乙醇发酵发酵类型

a、酵母型乙醇发酵

1G

2丙酮酸2乙醛+CO2

2乙醇+2ATP

条件：pH3.5~4.5,厌氧菌种：酿酒酵母、少数细菌（胃八叠球菌、解淀粉欧文氏菌等）

i、加入NaHSO4NaHSO4+乙醛磺化羟乙醛（难溶）ii、弱碱性（pH7.5）2乙醛1乙酸+1乙醇（歧化反应）磷酸二羟丙酮作为氢受体，经水解去磷酸生成甘——甘油发酵（EMP）---亚硫酸氢钠必须控制亚适量（3%）

b、细菌型乙醇发酵

(发酵单胞菌和嗜糖假单胞菌)同型酒精发酵1G2丙酮酸

代谢速率高，产物转化率高，发酵周期短等。缺点是生长pH较高，较易染杂菌，并且对乙醇的耐受力较酵母菌低.

（ED）乙醇+

1ATP

异型酒精发酵(乳酸菌、肠道菌和一些嗜热细菌）

1G2丙酮酸（丙酮酸甲酸解酶）乙醛乙醇甲酸+乙酰--CoA无丙酮酸脱羧酶而有乙醛脱氢酶

2）乳酸发酵

同型乳酸发酵（德氏乳杆菌、植物乳杆菌等）——EMP途径（丙酮酸乳酸）

异型乳酸发酵（PK途径）肠膜明串株菌（PK）产能：1ATP

双歧双歧杆菌（PK、HK）

产能：2G5ATP即1G2.5ATP

乳酸发酵乳酸细菌能利用葡萄糖及其他相应的可发酵的糖产生乳酸，称为乳酸发酵。由于菌种不同，代谢途径不同，生成的产物有所不同，将乳酸发酵又分为同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧杆菌发酵。

同型乳酸发酵：（经EMP途径）

异型乳酸发酵：（经HMP途径）

双歧杆菌发酵:（经HK途径—磷酸己糖解酮酶途径）葡萄糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮2(1,3-二-磷酸甘油酸）

2乳酸2丙酮酸2NAD+2NADH4ATP4ADP2ATP2ADP同型乳酸发酵葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛乳酸乙酰磷酸NAD+NADHNAD+NADHATPADP乙醇乙醛乙酰CoA2ADP2ATP-2H-CO2异型乳酸发酵：同型乳酸发酵与异型乳酸发酵的比较Lactobacillusbrevis2ATP1乳酸1乙酸1CO2HMP异型Leuconostocmesenteroides1ATP1乳酸1乙醇1CO2HMP异型Lactobacillusdebruckii2ATP2乳酸EMP同型菌种代表产能/葡萄糖产物途径类型3)混合酸、丁二醇发酵a混合酸发酵：

——肠道菌（E.coli、沙氏菌、志贺氏菌等）1G丙酮酸乳酸乳酸脱氢酶

乙酰-CoA+甲酸丙酮酸甲酸解酶草酰乙酸丙酸PEP羧化酶磷酸转乙酰基酶乙醛脱氢酶乙酸激酶乙醇脱氢酶乙酸乙醇E.coli与志贺氏菌的区别：葡萄糖发酵试验：E.coli、产气肠杆菌

甲酸CO2+H2

（甲酸氢解酶、H+）志贺氏菌无此酶，故发酵G不产气。CO2+H2

b丁二醇发酵（2，3--丁二醇发酵）

——肠杆菌、沙雷氏菌、欧文氏菌等丙酮酸乙酰乳酸3-羟基丁酮乙二酰红色物质（乙酰乳酸脱氢酶）（OH-、O2）中性丁二醇精氨酸胍基其中两个重要的鉴定反应：1、V．P．实验2、甲基红（M.R）反应产气肠杆菌：V.P.试验（+），甲基红（-）

E.coli：V.P.试验（-），甲基红（+）V.P.试验的原理：

葡萄糖

乳酸

丙酮酸乙醛

乙酰CoA甲酸乙醇

乙酰乳酸

二乙酰3-羟基丁酮

2,3-丁二醇CO2H2-乙酰乳酸合成酶-乙酰乳酸脱羧酶2,3-丁二醇脱氢酶概念：肠杆菌、沙雷氏菌、和欧文氏菌属中的一些细菌具有-乙酰乳酸合成酶系而进行丁二醇发酵。发酵途径：生化实验中M-R及V-P实验的鉴定原理EMP2,3-丁二醇发酵概念：埃希氏菌、沙门氏菌、志贺氏菌属的一些菌通过EMP途径将葡萄糖转变成琥珀酸、乳酸、甲酸、乙醇、乙酸、H2和CO2等多种代谢产物，由于代谢产物中含有多种有机酸，故将其称为混合酸发酵。发酵途径：

葡萄糖琥泊酸

草酰乙酸

磷酸烯醇式丙酮酸

乳酸

丙酮酸

乙醛

乙酰

CoA甲酸

乙醇

乙酰磷酸

CO2H2

乙酸丙酮酸甲酸裂解酶乳酸脱氢酶甲酸-氢裂解酶磷酸转乙酰酶乙酸激酶PEP羧化酶乙醛脱氢酶+2HpH﹤6.2混合酸发酵4）丙酮-丁醇发酵

——严格厌氧菌进行的唯一能大规模生产的发酵产品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3：6：1）——丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutyricum)2丙酮酸2乙酰-CoA乙酰-乙酰CoA丙酮

+CO2（CoA转移酶）丁醇缩合5）氨基酸的发酵产能（stickland反应）发酵菌体：生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、双酶梭菌等。特点：氨基酸的氧化与另一些氨基酸还原相偶联；产能效率低（1ATP）氢供体（氧化）氨基酸：Ala、Leu、Ile、Val、His、Ser、Phe、Tyr、Try等。氢受体（还原）氨基酸：Gly、Pro、Arg、Met、Leo、羟脯氨酸等。

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还原2.呼吸作用有氧呼吸（aerobicrespiration）：以分子氧作为最终电子受体无氧呼吸（anaerobicrespiration）：以氧化型化合物作为最终电子受体

电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体。2.呼吸作用呼吸作用与发酵作用的根本区别：概念：是以分子氧作为最终电子(或氢)受体的氧化。过程：是最普遍、最重要的生物氧化方式。途径：EMP,TCA循环。特点：在有氧呼吸作用中，底物的氧化作用不与氧的还原作用直接偶联，而是底物在氧化过程中释放的电子先通过电子传递链（由各种电子传递体，如NAD,FAD,辅酶Q和各种细胞色素组成）最后才传递到氧。

由此可见，

TCA循环与电子传递是有氧呼吸中两个主要的产能环节。(1)有氧呼吸(1)有氧呼吸糖酵解作用有氧无氧葡萄糖丙酮酸发酵三羧酸循环各种发酵产物被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。定义：由一系列氧化还原势不同的氢传递体组成的一组链状传递顺序。在氢或电子的传递过程中，通过与氧化磷酸化反应发生偶联，就可产生ATP形式的能量。部位：原核生物发生在细胞膜上，真核生物发生在线粒体内膜上。成员：电子传递是从NAD到O2，电子传递链中的电子传递体主要包括FMN、CoQ、细胞色素b、c1、

c、a、a３和一些铁硫旦白。这些电子传递体传递电子的顺序，按照它们的氧化还原电势大小排列，电子传递次序如下：电子传递与氧化呼吸链电子传递链1）电子传递链载体:NADH脱氢酶黄素蛋白辅酶Q（CoQ）铁-硫蛋白及细胞色素类蛋白在线粒体内膜中以4个载体复合物的形式从低氧化还原势的化合物到高氧化还原势的分子氧或其他无机、有机氧化物逐级排列。

MH2→→

→NAD FMN C0Q b

(-0.32v) (0.0v) C1 C a a3 O2 H2O

(+0.26)

(+0.28)(+0.82v)呼吸链中NAD+/NADH的E0’值最小，而O2/H2O的E0’值最大，所以，电子的传递方向是：NADH O2上式表明还原型辅酶的氧化，氧的消耗，水的生成。NADH+H+和FADH2的氧化，都有大量的自由能释放。证明它们均带电子对，都具有高的转移势能，它推动电子从还原型辅酶顺坡而下，直至转移到分子氧。电子传递伴随ADP磷酸化成ATP全过程，故又称为氧化呼吸链。自EMP2NADH2自乙酰CoA2NADH2自TCA6NADH2自TCA2FADH2高能水平低氧化还原势氧化态

还原态还原态

氧化态

氧化态

还原态还原态

氧化态氧化态 还原态

醌

脱氢酶NAD FADH2 H2ONADH2 FAD 1/2O2

+2H+低能水平高氧化还原势FP Fe-S Cyt.b Cyt.c Cyt.a Cyt.a3

氧化酶典型的呼吸链NAD：含有它的酶能从底物上移出一个质子和两个电子，成为还原态NDAH+H+。FAD和FMN：黄素蛋白的辅基。铁硫蛋白（Fe-S）：传递电子的氧化还原载体辅基为分子中的含铁硫的中心部分。存在于呼吸链中几种酶复合体中，参与膜上的电子传递。在固氮、亚硫酸还原、亚硝酸还原、光合作用、分子氢的激活和释放以及链烷的氧化作用中也有作用。在呼吸链的“2Fe+2S”中心每次仅能传递一个电子。泛醌（辅酶Q）：脂溶性氢载体。广泛存在于真核生物线粒体内膜和革兰氏阴性细菌的细胞膜上；革兰氏阳性细菌和某些革兰氏阴性细菌则含甲基萘醌。在呼吸链中醌类的含量比其他组分多10~15倍，其作用是收集来自呼吸链各种辅酶和辅基所输出的氢和电子，并将它们传递给细胞色素系统。细胞色素系统：位于呼吸链后端，功能是传递电子。微生物中重要的呼吸链组分ATP的结构和生成2.

ATP的生成方式:

微生物能量代谢活动中所涉及的主要是ATP（高能分子）形式的化学能.

ATP是生物体内能量的载体或流通形式.当微生物获得能量后,都是先将获得的能量转换成ATP.当需要能量时,ATP分子上的高能键水解,重新释放出能量。光合磷酸化氧化磷酸化底物水平磷酸化电子传递磷酸化1.结构:｛｛光合磷酸化:利用光能合成ATP的反应。光合磷酸化作用将光能转变成化学能,以用于从二氧化碳合成细胞物质.主要是光合微生物。光合微生物:藻类、蓝细菌、光合细菌（包括紫色细菌、绿色细菌和嗜盐菌等）。细菌的光合作用与高等植物不同的是，除蓝细菌具有叶绿素、能进行水的裂解进行产氧的光合作用外，其他细菌没有叶绿素，只有菌绿素或其他光合色素，只能裂解无机物（如H2、H2S等）或简单有机物，进行不产氧的光合作用。氧化磷酸化：利用化合物氧化过程中释放的能量生成ATP的反应。氧化磷酸化生成ATP的方式有两种：底物水平磷酸化——不需氧电子传递磷酸化——需氧。底物水平磷酸化：

底物水平磷酸化是在某种化合物氧化过程中可生成一种含高能磷酸键的化合物，这个化合物通过相应的酶作用把高能键磷酸根转移给ADP，使其生成ATP。

这种类型的氧化磷酸化方式在生物代谢过程中较为普遍。催化底物水平磷酸化的酶存在于细胞质内。

在电子传递磷酸化中，通过呼吸链传递电子，将氧化过程中释放的能量和ADP的磷酸化偶联起来，形成ATP。

呼吸链中的电子传递体主要由各种辅基和辅酶组成，最重要的电子传递体是泛琨（即辅酶Q）和细胞色素系统。在不同种类的微生物中细胞色素的成员是不同的。

通过呼吸链生成的ATP数量主要是根据呼吸链成员的多少而不同，而呼吸链的组成因微生物种类而异，如酵母菌可生成3个ATP，而细菌大约只生成1个ATP磷酸化作用是在电子自供体向最终受体的传递过程中发生的。从氧化营养物质产生的一对电子或氢原子向最终电子受体转移时，中间经过一系列电子传递体，每个电子传递体构成一个氧化还原系统，这一系列电子传递体在不同生物中有其自己一定的排列次序，构成一条电子传递链，因而称为呼吸链。流动的电子通过呼吸链时逐步释放出能量生成ATP。电子传递磷酸化呼吸链在传递氢或电子的过程中，通过与氧化磷酸化作用的偶联，产生生物的通用能源——ATP。目前获得多数学者接受的是化学渗透学说。主要观点：在氧化磷酸化过程中，通过呼吸链酶系的作用，将底物分子上的质子从膜的内侧传递至外侧，从而造成了质子在膜两侧分布的不均衡，即形成了质子梯度差（又称质子动势、pH梯度等）。这个梯度差就是产生ATP的能量来源，因为它可通过ATP酶的逆反应，把质子从膜的外侧再输回到内侧，结果一方面消除了质子梯度差，同时就合成了ATP。氧化磷酸化产能机制（2）无氧呼吸概念：以无机氧化物（少数为有机氧化物）中的氧作为最终电子（和氢）受体的氧化作用。一些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸。无机氧化物：如NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-等。在无氧呼吸过程中，电子供体和受体之间也需要细胞色素等中间电子递体，并伴随有磷酸化作用，底物可被彻底氧化，可产生较多能量，但不如有氧呼吸产生的能量多。如：以硝酸钾为电子受体进行无氧呼吸时，可释放出1796.14KJ自由能。某些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸；无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、CO2等无机物，或延胡索酸（fumarate）等有机物。无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体，并在能量分级释放过程中伴随有磷酸化作用，也能产生较多的能量用于生命活动。由于部分能量随电子转移传给最终电子受体，所以生成的能量不如有氧呼吸产生的多。（2）无氧呼吸（2）无氧呼吸能进行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸还盐原细菌，主要生活在土壤和水环境中，如假单胞菌、依氏螺菌、脱氮小球菌等。硝酸盐还原细菌被认为是一种兼性厌氧菌，无氧但环境中存在硝酸盐时进行厌氧呼吸，而有氧时其细胞膜上的硝酸盐还原酶活性被抑制，细胞进行有氧呼吸。特点：a常规途径脱下的氢，经部分呼吸链传递；

b氢受体：氧化态无机物（个别：延胡索酸）c产能效率低。硝酸盐呼吸（反硝化作用）即硝酸盐还原作用特点：a有其完整的呼吸系统；b只有在无氧条件下，才能诱导出反硝化作用所需的硝酸盐还原酶A亚硝酸还原酶等c兼性厌氧

细菌：铜绿假单胞、地衣芽孢杆菌等。无氧呼吸（厌氧呼吸）硝酸盐作用同化性硝酸盐作用：NO3-

NH3-NR-NH2

异化性硝酸盐作用：无氧条件下，利用NO3-为最终氢受体NO3-NO2NON2ON2

反硝化意义：1）使土壤中的氮（硝酸盐NO3-）还原成氮气而消失，降低土壤的肥力；2）反硝化作用在氮素循环中起重要作用。

亚硝酸还原酶氧化氮还原酶氧化亚氮还原酶硝酸盐还原酶土壤及水环境氧被消耗而造成局部的厌氧环境松土，排除过多的水分，保证土壤中有良好的通气条件。硝酸盐是一种容易溶解于水的物质，通常通过水从土壤流入水域中。如果没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积累，会导致水质变坏与地球上氮素循环的中断。反硝化作用的生态学作用：好氧性机体的呼吸作用硝酸盐还原细菌进行厌氧呼吸反硝化作用在氮素循环中的重要作用土壤中植物能利用的氮（硝酸盐NO3-）还原成氮气而消失，从而降低了土壤的肥力。有关“鬼火”的生物学解释在无氧条件下，某些微生物在没有氧、氮或硫作为呼吸作用的最终电子受体时，可以磷酸盐代替，其结果是生成磷化氢（PH3），一种易燃气体。当有机物腐败变质时，经常会发生这种情况。若埋葬尸体的坟墓封口不严时，这种气体就很易逸出。农村的墓地通常位于山坡上，埋葬着大量尸体。在夜晚，气体燃烧会发出绿幽幽的光。长期以来人们无法正确地解释这种现象，将其称之为“鬼火”。硫酸盐呼吸（硫酸盐还原）——厌氧时，SO42-、SO32-、S2O32-等为末端电子受体的呼吸过程。特点：

a、严格厌氧；b、大多为古细菌c、极大多专性化能异氧型，少数混合型；d、最终产物为H2S；SO42-SO32-SO2SH2Se、利用有机质（有机酸、脂肪酸、醇类）作为氢供体或电子供体；f、环境：富含SO42-的厌氧环境（土壤、海水、污水等）

硫呼吸（硫还原）

——以元素S作为唯一的末端电子受体。电子供体：乙酸、小肽、葡萄糖等碳酸盐呼吸（碳酸盐还原）

——以CO2、HCO3-为末端电子受体产甲烷菌—利用H2作电子供体（能源）、CO2为受体，产物CH4；产乙酸细菌—H2/CO2进行无氧呼吸，产物为乙酸。

其他类型无氧呼吸

——以Fe3+、Mn2+许多有机氧化物等作为末端电子受体的无氧呼吸。延胡索酸琥珀酸+1ATP。被砷、硒化合物污染的土壤中，厌氧条件下生长一些还原硫细菌。利用Desulfotomaculumauripigmentum还原AsO43-生产三硫化二砷（雌黄）作用：生物矿化和微生物清污厌氧呼吸的产能较有氧呼吸少，但比发酵多，它使微生物在没有氧的情况下仍然可以通过电子传递和氧化磷酸化来产生ATP，因此对很多微生物是非常重要的。除氧以外的多种物质可被各种微生物用作最终电子受体，充分体现了微生物代谢类型的多样性。三．自养微生物的生物氧化化能无机营养型：这些微生物一般也能以CO2为唯一或主要碳源合成细胞物质以无机物为电子供体从无机物的氧化获得能量从对无机物的生物氧化过程中获得生长所需要能量的微生物一般都是：化能无机自养型微生物自养微生物化能异养微生物：化能自养微生物：复杂分子（有机物）分解代谢合成代谢简单小分子ATP[H]自养微生物的合成代谢：

将CO2先还原成[CH2O]水平的简单有机物，然后再进一步合成复杂的细胞成分。ATP和还原力均来自对有机物的生物氧化无机物氧化过程中主要通过氧化磷酸化产生ATP如果作为电子供体的无机物的氧化还原电位足够低，也在氧化磷酸化的过程中产生还原力，但大多数情况下都需要通过电子的逆向传递，以消耗ATP为代价获得还原力。NH3、亚硝酸（NO2-）等无机氮化物可以被某些化能自养细菌用作能源。将氨氧化为亚硝酸并获得能量将亚硝氧化为硝酸并获得能量1、氨的氧化亚硝化细菌：硝化细菌：微生物产能代谢这两类细菌往往伴生在一起，在它们的共同作用下将铵盐氧化成硝酸盐，避免亚硝酸积累所产生的毒害作用。这类细菌在自然界的氮素循环中也起者重要的作用，在自然界中分布非常广泛。1硝化细菌

能氧化氮的化能无机营养型细菌

杆状、椭圆形、球形、螺旋形或裂片状，且它们可能有极生或周生鞭毛。

好氧、没有芽孢的革兰氏阴性有机体，在细胞质中有非常发达的内膜复合体。

将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用。

a、亚硝化细菌NH3+O2+2H+NH2OH+H2OA氨单加氧酶羟氨氧化酶HNO2+4H++4e-b、硝化细菌NO2-+H2O

亚硝酸氧化酶NO3-+2H++2e-根据它们氧化无机化合物的不同也称氨氧化细菌(产生1分子ATP)硫细菌（硫氧化细菌）

——利用H2S、S02、S2O32-等无机硫化物进行自养生长,主要指化能自氧型硫细菌大多数硫杆菌，脱下的H+（e-）经cyt.c部位进入呼吸链；而脱氮硫杆菌从FP或cyt.b水平进入。

嗜酸型硫细菌能氧化元素硫和还原性硫化物外，还能将亚铁离子(Fe2＋)氧化成铁离子(Fe3＋)。产能途径第一阶段，H2S、S0和S2O32－等硫化物被氧化为SO32－第二阶段，形成的SO32－进一步氧化为SO42－和产能。1、由细胞色素－亚硫酸氧化酶将SO32－直接氧化成为SO42－，并通过电子传递磷酸化产能，普遍存在于硫杆菌中。2、磷酸腺苷硫酸(adenosinephosphosulfate，APS)途径。在这条途径中，亚硫酸与腺苷单磷酸反应放出2个电子生成一种高能分子APS，放出的电子经细胞电子传递链的氧化磷酸化产生ATP。由腺苷酸激酶的催化，每氧化1分子SO32－产生1．5分子ATP。俄国著名微生物学家Winogradsky的杰出贡献：化能无机自养型微生物的发现：氧化无机物获得能量；没有光和叶绿素的条件下也能同化CO2为细胞物质（能以CO2为唯一或主要碳源）2、硫的氧化硫细菌（sulfurbacteria）能够利用一种或多种还原态或部分还原态的硫化合物（包括硫化物、元素硫、硫代硫酸盐、多硫酸盐和亚硫酸盐）作能源。亚铁（Fe2+）只有在酸性条件（pH低于3.0）下才能保持可溶解性和化学稳定；当pH大于4-5，亚铁（Fe2+）很容易被氧气氧化成为高价铁（Fe3+）；氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillusferrooxidans）氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillusferrooxidans）在富含FeS2的煤矿中繁殖，产生大量的硫酸和Fe(OH)3，从而造成严重的环境污染。它的生长只需要FeS2及空气中的O2和CO2，因此要防止其破坏性大量繁殖的唯一可行的方法是封闭矿山，使环境恢复到原来的无氧状态。氢细菌（氧化氢细菌）

能利用氢作为能源的细菌组成的生理类群称氢细菌或氢氧化细菌(hydrogenoxidizingbacteria)。兼性化能自养菌主要有假单胞菌属、产碱杆菌属(Alcaligenes)、副球菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属(Flavobacterium)、水螺菌属(Aquaspirillum)、分支杆菌属(Mycobacterium)和诺卡氏菌属(Nocardia)等。

产能：2H2+O2—2H2O

合成代谢反应：

2H2+CO2—[CH2O]+H2O。

氢细菌的自氧作用

第一步：产能反应，氧化4分子H。产生1分子ATP；

第二步：合成代谢反应，用所产生的ATP还原C02构成细胞物质[CH2O]和生长。在Ralstoniaeutropha中存在两种氢酶，一种膜结合氢酶涉及质子动势而细胞质中的氢酶为Calvincycle

提供还原力NADH。4铁细菌和细菌沥滤

(1)铁细菌（多数为化能自养，少数兼性厌氧，产能低。）

定义：能氧化Fe2＋成为Fe3＋并产能的细菌被称为铁细菌(ironbacteria)或铁氧化细菌(ironoxidizingbacteria)。包括亚铁杆菌属(Ferrobacillus)、嘉利翁氏菌属(Gallionella)、纤发菌属(Leptothrix)、泉发菌属(Crenothrix)和球衣菌属(Sphaerotilus)的成员。有些氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusfrrooxidans)和硫化叶菌的一些成员，除了能氧化元素硫和还原性硫化物外，还能将亚铁离子(Fe2＋)氧化成铁离子(Fe3＋)，所以它们既是硫细菌，也是铁细菌。大多数铁细菌为专性化能自养，但也有兼性化能自养的。大多数铁细菌还是嗜酸性的。铁细菌的细胞产率也相当低铁氧化细菌呼吸链的氧化磷酸化的产能途径

(2)细菌沥滤——利用嗜酸性氧化铁和硫细菌氧化矿物中硫和硫化物的能力，让其不断制造和再生酸性浸矿剂，将硫化矿中重金属转化成水溶性重金属硫酸盐而从低品位矿中浸出的过程。又称细菌浸出或细菌冶金。原理：a、浸矿剂的生成

2S+3O2+2H2O—2H2SO44FeSO4+2H2SO4+O2—2Fe2（SO4）3+2H2Ob、低品位铜矿中铜以CuSO4形式浸出CuS+2Fe2（SO4）3+2H2O+O2—CuSO4

+4FeSO4+2H2SO4

c、铁屑置换CuSO4中的铜CuSO4+Fe—FeSO4+Cu

——适于次生硫化矿和氧化矿的浸出，浸出率达70%~80%。

1、固氮微生物的种类

一些特殊类群的原核生物能够将分子态氮还原为氨，然后再由氨转化为各种细胞物质。微生物利用其固氮酶系催化大气中的分子氮还原成氨的过程称为固氮作用。

自生固氮菌：独立固氮（氧化亚铁硫杆菌等）共生固氮菌：与它种生物共生才能固氮形成根瘤及其他形式联合固氮菌：必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能固氮的微生物。根际—芽孢杆菌属；叶面—固氮菌属。固氮作用固氮机制1）固氮反应的条件aATP的供应：1molN2—10~15ATPb还原力[H]及其载体氢供体：H2、丙酮酸、甲酸、异柠檬酸等。电子载体：铁氧还蛋白（Fd）或黄素氧还蛋白（Fld）。c固氮酶

组分I：真正“固氮酶”，又称钼铁蛋白（MF）、钼铁氧还蛋白（MoFd）组分II：固氮酶还原酶，不含钼，又称铁蛋白、固氮铁氧还蛋白（AzoFd）特性：对氧极为敏感；需有Mg2+的存在；专一性：除N2外，可还原其他一些化合物

C2H2—C2H4；2H+—H2；N2O—N2；HCN—CH4+NH3（乙炔反应：可用来测知酶活）d还原低物N2：NH3存在时会抑制固氮作用。

N2+2e+6H++（18~24）ATP—2NH3+H2+（18~24）ADP+18~24Pi

a、固氮酶的形成

e—组分II—组分II（e）—Mg—ATP

组分I+N2—I—N2

b、固氮阶段

N2*—2NH3+H2即75%还原力用来还原N2，25%的还原力以H2形式浪费固氮生化过程

Fd，Fld+固氮酶（1：1复合物）固氮生化途径好氧性固氮菌的防氧机制固N酶遇氧不可逆失活（组分I，半衰期10’；组分II，45”丧失一半活性）

（1）自身固N菌

a呼吸保护固N菌科的固N菌以极强的呼吸作用消耗掉环境中的氧。b构象保护高氧分压环境，固氮酶能形成一无固N活性但能防止氧损伤的特殊构象。构象保护的蛋白质——Fe-s蛋白II

氧压增高，固氮酶与Fe—s蛋白II结合，构象变化，丧失固N能力；

氧浓度降低，蛋白自酶上解离蓝细菌保护固N酶机制

a分化出特殊的还原性异形胞（——适宜固氮作用的细胞）

I、厚壁，物理屏障；II、缺乏氧光合系统II，脱氧酶、氢酶活性高；III、SOD活性很高；IV、呼吸强度高

b非异形胞蓝细菌固N酶的保护

——缺乏独特的防止氧对固N酶的损伤机制。

I、固N、光合作用在时间上分隔开——织线蓝菌属（黑暗：固N；光照：光合作用）II、形成束状群体（束毛蓝菌属），利于固N酶在微氧环境下固N

III、提高胞内过氧化酶、SOD的活力，解除氧毒（粘球蓝菌属）I、豆科植物的共生菌——以类菌体形式存在于根瘤中

类菌体周膜：豆血红蛋白，可与氧可逆结合（高时结合，低时释放）

豆血红蛋白：蛋白部分由植物基因编码；血红素有根瘤菌基因编码。II、非豆科植物共生菌——含植物血红蛋白（功能相似豆血红蛋白）Frankin放线菌：

营养菌丝末端膨大的泡囊类似异形胞。

根瘤菌保护固N酶机制

四．能量转换化能营养型光能营养型底物水平磷酸化氧化磷酸化通过光合磷酸化将光能转变为化学能储存于ATP中1、底物水平磷酸化（substratelevelphosphorylation）物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成。2、氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）光能转变为化学能的过程：当一个叶绿素分子吸收光量子时，叶绿素性质上即被激活，导致其释放一个电子而被氧化，释放出的电子在电子传递系统中的传递过程中逐步释放能量，这就是光合磷酸化的基本动力。3、光合磷酸化（photophosphorylation）光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是通过电子传递系统产生ATP光能营养型生物真核生物：藻类及其它绿色植物原核生物：蓝细菌（仅原核生物有）：光合细菌3、光合磷酸化（photophosphorylation）产氧不产氧细菌光合作用1）循环光合磷酸化

细菌叶绿素将捕获的光能传输给其反应中心叶绿素P870，P870吸收光能并被激发，使它的还原电势变得很负，被逐出的电子经过由脱镁菌绿素(bacteriopheophytin，Bph)、CoQ、细胞色素b和c组成的电子传递链传递返回到细菌叶绿素P870，同时造成了质子的跨膜移动，提供能量用于合成ATP。特点：a、光驱使下，电子自菌绿素上逐出后，经过类似呼吸链的循环，又回到菌绿素；b、产ATP和还原力[H]分别进行，还原力来自H2S等无机物；c、不产氧（O2）。光驱使下，电子自菌绿素上逐出后，经过类似呼吸链的循环，又回到菌绿素产ATP和还原力分别进行.紫色细菌循环光合磷酸化过程

外源电子供体——H2S等无机物氧化放出电子，最终传至失电子的光合色素时与ADP磷酸化偶联产生ATP。特点：只有一个光合系统，光合作用释放的电子仅用于NAD+还原NADH，但电子传递不形成环式回路。绿硫细菌和绿色细菌

非循环光合磷酸化

特点：a、电子传递非循环式；b、在有氧的条件下进行；c、存在两个光合系统d、ATP、还原力、O2同时产生

当光反应中心I的叶绿素P700吸收光量子能量后释放的电子，经过黄素蛋白和铁氧还蛋白(Fd)传递给NAD+（NADP’）生成NADH（NADPH）+H’(还原力)，而不是返回氧化型P700。光合系统II将电子提供给氧化型P700，并产生ATP。

光合系统II天线色素吸收光能并激发P680放出电子，然后还原脱镁叶绿素a(脱镁叶绿素a是2个氢原子取代中心镁原子的叶绿素a)，经过由质体醌(plastoquinone，PQ)、Cyt.b、Cyt.f和质体蓝素(plastocyanin，PC)组成的电子传递链到氧化型P700（不返回氧化型P680），而氧化型P680从水氧化成02过程中得到电子。在光系统Ⅱ中，电子由PQ经Cyt.b传递给Cyt.f时与ADP磷酸化偶联产生ATP。蓝细菌等的产氧光合作用——非循环光合磷酸化过程依靠菌视紫红质的光合作用无叶绿素或菌绿素参与的独特的光合作用，是迄今为止最简单的光合磷酸化反应。——极端嗜盐古细菌

菌视紫红质：

以“视黄醛”（紫色）为辅基。与叶绿素相似，具质子泵作用。与膜脂共同构成紫膜；埋于红色细胞膜（类胡萝卜素）内。

ATP合成机理：视黄醛吸收光，构型改变，质子泵到膜外，膜内外形成质子梯度差和电位梯度差，是ATP合成的原动力，驱动ATP酶合成ATP。3、光合磷酸化（photophosphorylation）细菌叶绿素具有和高等植物中的叶绿素相类似的化学结构，二者的区别在于侧链基团的不同，以及由此而导致的光吸收特性的差异。3、光合磷酸化（photophosphorylation）复习思考题1名词解释发酵(fermentation)呼吸作用氧化磷酸化底物水平磷酸化2,糖酵解是__

__，主要有

_、_

_