微生物生理学幻灯片(第六章)

第六章自养微生物的营养及代谢

按照获得能量和合成细胞物质的方式（碳源利用），可以把微生物界分为两大类群——自养微生物和异养微生物。所谓自养微生物（Autotrophs）是指一群能够在完全无机环境中生长的微生物（能量和碳架来源？）。利用光能或从氧化简单无机物获得能量，利用二氧化碳作为细胞的碳源进行生长，因此这是一群具有特殊生物合成能力的微生物。自养微生物的种类很多，但如果从生理学角度考虑，根据自养微生物所利用的能量，可以将它们分为化能无机营养菌和光能无机营养菌，然后根据它们所利用的特殊能源和其它生理特性，再将它们分为几个不同的生理亚群。化能自养菌光能自养菌甲基营养菌——和自养菌有许多相似之处。一、自养微生物的主要类群及其生理特性㈠、化能无机营养菌㈡、光能无机营养菌

㈠、化能无机营养菌又称化能自养菌，多数为革兰氏阳性好氧细菌，能在黑暗条件下，以CO2为碳源，从无机物的氧化作用中获得能量（ATP）和还原力（NADH2或NADPH2）1、硝化细菌2、硫化细菌3、氢细菌4、铁细菌化能无机营养菌的生理类群细菌类型主要碳源能源电子受体与氧的关系有机物利用硝化细菌氨氧化细菌CO2NH4+O2好氧非常有限亚硝酸盐氧化细菌CO2NO2-O2好氧非常有限硫氧化细菌专性无机营养和自养型CO2H2S、S、S2O32-O2好氧非常有限兼性自养型CO2或有机物H2S、S、S2O32-有机物O2好氧有限铁细菌CO2或有机物Fe2+O2好氧多数可以利用氢细菌CO2H2O2好氧可以利用一些无机电子供体氧化时放出的能量

反应化能无机营养生物种类氧化还原电位E’0（V）ΔG0’（kJ/反应）ΔG0’（kJ/2e-）H2+1/2O2→H2O氢细菌-0.42-237.2-237.2HS-+H++1/2O2→S0+H2O硫细菌-0.27-209.4-209.4S0+3/2O2+H2O→SO42-+H+硫细菌-0.25-587.1-195.7NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O硝化细菌0-274.7-137.4NO2-+1/2O2→NO3-硝化细菌+0.43-75.8-75.8Fe2++H++1/4O2→Fe3++1/2H2O铁细菌+0.77-31-621/2O2+2H+

→H2O+0.815合成1个ATP的电势差至少为ΔE=0.158V（传递2个电子）——30.5kJ/mol1、硝化细菌是自然界氮素循环的重要成员，也是化能自养菌中的主要生理类群。分为亚硝化细菌和硝化细菌两个亚群，同属于一科——硝化杆菌科（Nitrobacteraceae）。硝化作用的机制：硝化作用是由两个连续而又不相同的阶段组成，在第一阶段中，氨被亚硝酸细菌氧化为亚硝酸；第二阶段中，亚硝酸被硝化细菌氧化为硝酸。氨的氧化——NH4+→羟胺（NH2OH）→亚硝酸氨氧化过程中，氮原子由-3价变为+3价，共失去6个电子。如果每步移去2个电子，那么至少要经过两个中间代谢物——羟胺、硝酰（NOH）。——经无细胞提取液实验，只有40-70%亚硝酸的生成量证明——反应一定时间后，测定氨的减少量及亚硝酸的生成量。——证明不是一步完成的，还有中间代谢物存在。NH2OH/NH3的氧化还原电位为+0.89V（1/2O2+2H+→H2O

，+0.815V），太高，不可能使氨加水脱氢经呼吸链氧化成羟胺，可能是通过加氧反应形成羟胺——氨在单加氧酶（羟化酶）和细胞色素P460催化下生成羟胺。P460是一种专性的细胞色素b，这一步骤伴随着有氧的消耗，在无氧条件下，氨不能氧化成羟胺。羟胺在羟胺-细胞色素c还原酶和末端细胞色素系统催化，生成亚硝酸。从氨到亚硝酸的全部氧化仅消耗3/2O2，大约只产生一个ATP；其中大量的能量用于驱使电子的逆转，以产生还原力NADH2，用于CO2的固定和还原，所以这种微生物的摩尔生长量极低。氨氧化细菌的氨氧化和电子传递周质空间中的细胞色素c与膜中的细胞色素c不同。AMO：氨单加氧酶；HAO：羟胺氧化还原酶；Q：泛醌亚硝酸氧化成硝酸水和NO2-结合形成一个水化亚硝酸分子（H2O·NO2-），H2O·NO2-脱下来的电子（或氢）经细胞色素电子传递系统，传递到O2，最后生成水。电子传递过程中，偶联氧化磷酸化作用，每一分子的亚硝酸氧化为硝酸可产生一分子ATP。由严格好氧菌硝化细菌（Nitrobacter）进行完成的。硝化细菌把亚硝酸还原成硝酸时的质子、电子流向

和ATP合成硝化细菌电子传递中的电子流硝化细菌进行正常的电子传递产生质子动势供ATP合成用（示意图的右边分支）。一些质子动势也被用来将电子从亚硝酸逆着还原电势梯度流向NAD+（左边分支）。细胞色素c和4种复合物与此过程有关：（1）NADH-泛醌氧化还原酶；（2）泛醌醇-细胞色素c氧化还原酶；（3）亚硝酸盐氧化酶；（4）细胞色素a、a3氧化酶。2、硫化细菌对元素硫和还原态无机硫化物进行氧化的自养细菌有光能自养硫细菌和化能自养硫细菌两类。化能自养硫细菌通常称为硫化细菌，主要包括硫杆菌属（Thiobacillus）、硫化叶菌属（Sulfotobus）、硫小杆菌属（Thiobacterium）等6个属。多数硫化细菌为专性化能自养菌，少数为兼性化能自养菌，其中研究得最多的是硫杆菌属，它们分布广，与人类关系密切。关于无机硫的氧化途径基本上分为两种类型：第一种类型以氧化硫杆菌（Thiobacillus

thiooxidans）为代表，在硫化物氧化过程中是经过一系列的多硫酸盐中间体（主要是四硫酸盐积累），然后再转变为硫酸盐。

4S2-→2S2O32-→S4O62-→SO32-+S3O62-→4SO32-→4SO42-第二种类型以排硫杆菌（Thiobacillus

thioparus）为代表，在硫的氧化过程中没有多硫酸盐的中间体。氧化的第一个产物是亚硫酸盐，再进一步氧化为硫酸盐。

S→SO32-→SO42-硫杆菌能够利用一种或多种还原态或部分还原态硫化物（包括硫化物、元素硫、硫代硫酸盐、多硫酸盐、亚硫酸盐）作为能源以同化CO2。它们可以通过氧化磷酸化和涉及腺苷酰硫酸（APS）的底物水平磷酸化方式产生ATP。APS是由亚硫酸与腺苷单磷酸形成的一种高能分子。硫氧化产生能量（a）亚硫酸盐能直接氧化硫酸盐，并为电子传递和氧化磷酸化提供电子。（b）亚硫酸盐也能氧化并转变成APS。这条途径产生的电子用于电子传递以及同APS一起以底物水平磷酸化方式产生ATP。（c）腺苷酰硫酸（APS）的结构硫化物被氧化成硫酸盐和产生ATP的过程3、氢细菌氢细菌是一群将H2氧化为水，并从中获得能量，用于同化CO2，合成细胞物质进行化能自养生物的微生物。氢细菌的种类很多，是一类革兰氏阴性的兼性化能自养菌，包括假单菌属、副球菌属（Paracoccus）、黄杆菌属（Flavobacterium）、产碱杆菌属（Alcaligenes）、诺卡氏菌属（Nocardia）等。H2+1/2O2→H2O氧化还原电位（氢化酶）为-0.42V，高于NAD（P）H2/NAD（P）+的-0.32V。在多数氢细菌中，有两种氢化酶，其结构和功能各不相同：

①颗粒状氢化酶——结合在细胞膜上，直接与呼吸链偶联，不经过依赖于NAD+脱氢酶作中间体，催化氢的氧化，并把电子直接传递给呼吸链产生ATP，主要产生能量。

②可溶性氢化酶——存在于细胞质中，催化氢的还原，能直接还原NAD+，还能还原Cytb、Cytc等，主要功能是为菌体生长提供固定CO2的还原力。氢细菌中两种氢酶的作用方式氢细菌是一类兼性化能自养菌，在有O2无H2，可利用糖或有机酸或氨基酸而生长。有的还可利用嘌呤和嘧啶进行生长。当氢细菌以无机化能营养方式生长时，H2的存在能阻抑菌体对有机物（如对果糖）的利用，这种现象称为氢效应。原因：①分子氢阻遏ED途径中相关酶的诱导合成；②当有O2和H2时，氢化酶催化生成NAD（P）H2大量合成，造成NAD（P）+的不足，从而影响了果糖ED途径的脱氢作用。——使还原力和能量产生过程简单化。4、铁细菌（氧化亚铁硫杆菌）自然界中有些细菌，例如氧化亚铁硫杆菌、硫杆菌属、嘉利翁氏菌属、纤发菌属和球衣菌属中的许多菌种。能够将亚铁离子氧化为高铁离子，并利用这个过程所产生的能量和还原力同化CO2进行自养生长，统称为铁细菌。因为Fe3+／Fe2+（在pH3时E0’=+0.77V）具有正的氧化还原电位。因为Fe3+／Fe2+的氧化还原电位很高，因而到氧（1/202／H20，E0’=+0.82V）的电子传递途径很短。Fe2+氧化产生的电子不足以还原NAD+、FAD和许多其他的电子传递链成分。不足以产生ATP（ΔE=0.158V）。这种菌的呼吸链包括细胞色素c、a1及一种含铜的铁硫菌蓝蛋白（褐铜蛋白）。氧化亚铁硫杆菌电子传递的生物化学研究显示嗜酸铁氧化细菌可以利用环境中已存在质子梯度来产生能量。建立的条件——包括嗜酸性生物在内的任何生物的细胞质必须保持中性，氧化亚铁硫杆菌的内部pH大约为6。可是它周围环境的pH值比这还低（接近2），细胞质膜两侧的pH值差异蕴含了可用于合成ATP的天然质子动力势。质子通过转运质子的ATP酶进入细胞（在这个过程中，驱动ADP的磷酸化——合成ATP）。——如何使此过程长期性、连续性的保持？为了保持细胞内中性pH值，涉及2个问题：

——电子的获得，并和质子结合形成水（在细胞内完成）；

——相应物质的氧化及电子传递。所以，必须考虑到Fe2+的氧化在这里非常重要。从Fe2+到Fe3+的氧化反应是一个消耗质子的反应（Fe2++1/202+2H+→Fe3++H20）。实验证据表明1/2O2+2H+→H20的反应发生在细胞质膜的内侧，而Fe2+→Fe3+的反应发生在细胞质膜的近外侧——这样就涉及了电子传递过程。

Fe2+→Fe3+1/2O2+2H+→H20++

Fe2++1/202+2H+→Fe3++H20从Fe2+传出的电子在周质空间被铁硫菌蓝蛋白（褐铜蛋白）接收。作为对于周质的适应，铁硫菌蓝蛋白是对酸稳定的，而在pH=2时具有最适合的活力——特殊性。铁硫菌蓝蛋白的电子被传给一种不寻常的高电势的膜结合细胞色素c（Cytc，不同与以往所涉及的？），由它接着将电子传递给终端氧化酶——细胞色素a1（Cyta1）。细胞色素a1（Cyta1）将电子供给1/202，加上从细胞质中来的两个质子形成水。经ATP酶进入的质子流量弥补了质子供给（生成H2O），只要Fe2+是可利用的，氧化亚铁硫杆菌质膜内外存在的自然质子动力势就能持续地驱动ATP的合成。中性pH下的铁氧化——在中性pH条件下，亚铁离子在有氧存在时不稳定，很快被氧化为铁离子（不溶性的）；亚铁离子存在的唯一中性环境是缺氧；相关铁细菌也就存在于缺氧和有氧的界面。㈡、光能无机营养菌这类细菌具有光合色素、即叶绿素、类胡萝卜素、藻胆蛋白，它们可以象绿色植物那样进行光合作用而生活。根据光合细菌所具的光合色素，大致可以将它们分为绿色细菌、紫色细菌（着色细菌和红螺细菌）和蓝细菌三类。光合细菌的类群和特性类群光合作用和细胞增殖对生长因子的要求光合作用时氧的释放主要供氢体碳源增殖条件绿硫细菌S2-、S2O32-、H2主要是CO2光照、厌氧--着色细菌主要为S2-、S2O32-、H2CO2和有机物光照、厌氧--红螺细菌主要为有机物或S2-主要为有机物暗处、有氧或光照厌氧+-蓝细菌H2OCO2光照、需氧-+此类菌中（除蓝细菌外）为什么只能在有光照和厌氧条件下增殖？即绿硫细菌，为专性厌氧、专性光能自养菌，它们不能在无光环境中生长。在有光照和H2S存在条件下进行光合作用，细胞内不累积硫颗粒。1、绿色细菌2、紫色细菌细胞呈红色或具有多量红色与黄色类胡萝卜素。根据它们对无机硫化物的代谢特性，将它划分为：

着色细菌（红色硫细菌或紫色硫细菌），这是一些专性厌氧、专性无机营养菌，利用H2S作为还原CO2的电子供体，氧化H2S并在细胞内累积硫颗粒。

红螺细菌（红色非硫细菌或紫色非硫细菌），兼性光合细菌，在无光、有氧时利用有机物作为氢供体和碳源行异养生活；在有光照、厌氧条件下可氧化H2S进行光合作用，胞内不积累硫，生长时大多数需要生长因子（说明什么？），所以属于光能有机营养菌。3、蓝细菌又名蓝藻或蓝绿藻。细胞单个存在或形成丝状体，细胞内含有叶绿素、蓝色的藻蓝素和红色的藻红素，并因其所含上述色的不同而使细胞带有不同的颜色。二、自养微生物的代谢特点自养微生物包括光能自养菌和化能自养菌两个类群，它们都能通过卡尔文循环同化CO2，因此都需要能量（ATP）和还原力（NADH2或NADPH2）。这两类自养微生物的能量来源和产能方式是不同的。其中化能自养菌是从无机物的氧化作用中获得能量，光合细菌的能量来自光能，通过光合磷酸化作用产生能量㈠、能量代谢㈡、还原力产生㈢、CO2的同化㈠、能量代谢1、化能自养菌的能量代谢化能自养细菌从无机物的氧化中获得能量，并以CO2为碳源合成细胞物质。它们所氧化的无机主要有：氢、硫、硫化物、铵盐、亚硝酸、亚铁离子，并在氧化作用中通过氧化磷酸化作用和底物水平磷酸化作用产生生物合成可利用的能量。（1）化能自养菌的氧化磷酸化硝化细菌——硝化细菌氧化亚硝酸生成硝酸的过程，底物氮原子由+3变为+5价，失去一对电子，上述电子直接交给细胞色素系统，最后传递到O2，产生1个ATP。硫细菌——前述氢细菌——前述铁细菌（氧化亚铁硫杆菌）——前述（2）底物水平磷酸化某些硫杆菌，如排硫硫杆菌（Thiobacillus

thioparus）和氧化硫硫杆菌在对底物氧化时可发生“底物水平”磷酸化作用生成ATP。这种底物水平磷酸化作用是发生在无机硫化物的末端氧化阶段，即发生在亚硫酸氧化为硫酸阶段。氧化是通过一个中间体：磷酸腺苷硫酸盐（APS），按下列反应进行：2SO32-+2AMP→2ASP+4e-（APS还原酶）（1）2ASP+Pi→2SO42-+2ADP（ADP硫酸化酶）（2）2ADP→ATP+AMP（腺苷酸激酶）（3）反应（1）中释放的4个电子可以通过细胞色素传递链，传递给分子氧，并通过磷酸化作用产生4分子ATP。在反应（2）中，在ADP硫酸化酶催化下，使APS磷酸化产生ADP和SO42-。在反应（3）中，2个ADP在腺苷酸激酶的作用下，通过底物水平磷酸化作用，生成1分子ATP。因些，2分子S032-通过APS途径被氧化，其中由底物水平产生1分子ATP，由氧化磷酸化产生4分子ATP，细菌共得5分子ATP。硫化物被氧化成硫酸盐和产生ATP的过程2、光能自养菌的能量代谢光合器官——叶绿素（类囊体）；光合细菌的光合作用部位是质膜和质膜内褶的片层结构，包括三个功能部分：天线色素（捕光色素）——叶绿素、类胡萝卜素、藻胆色素；光化学反应中心、电子传递链。光合色素——细菌叶绿素（菌绿素Bchl，a\b\c\d\e）光吸收（1）光能自养菌的环式光合磷酸化循环光合磷酸化有两种形式：紫色细菌和绿色细菌特点：电子传递途径属循环方式，即在光能驱动下，电子从菌绿素分子上逐出，通过类似呼吸链的循环，又回到菌绿素，其间产生了ATP（b→c2——紫色细菌；b→c555——绿色细菌）；产能（ATP）与产还原力[H]分别进行；还原力来自H2S、S2O32-、H2、Fe2+等无机氢供体（琥珀酸→延胡索酸）——反向电子传递；不产生氧。电子直接来源光合色素（菌绿素）注意虽然绿色和紫色细菌都不同时具备两种光合系统，但是紫色细菌具有一种类似循环式光合系统Ⅰ，而绿色细菌具有一种类似于非循环式光合系统Ⅰ（产生还原力，FeS蛋白的能级较高，可以把电子直接传递给NAD+或NADP+）。循环式光合作用还原力的产生过程合成反应中需要NADH2或NADPH2参与

——用于固定CO2，有三种方式：①利用氢（H→H++e-）直接合成；②逆电子梯度传递合成（供能情况下）；③电子非环式流动合成。（2）非循环光合磷酸化特点：电子的传递途径属非循环式的；在有氧条件下进行；有PSⅠ和PSⅡ2个光合系统，PSⅠ含叶绿素a，反应中心的吸收光波为“P700”，有利于红光吸收，PSⅡ含叶绿素b，反应中心的吸收光波为“P680”，有利于蓝光吸收；反应中可同时产ATP（产自PSⅡ）、还原力[H]（产自PSⅠ）和O2（产自PSⅡ）；还原力NADPH2中的[H]来自H2O分子的光解产物H+和电子。电子不直接来源光合色素（叶绿素a\b），由外源电子供体提供。既能产生ATP，而且还能提供NADPH2。有对ATP和NADPH2合成的调节功能。一些无机电子供体氧化时放出的能量

反应化能无机营养生物种类氧化还原电位E’0（V）ΔG0’（kJ/反应）ΔG0’（kJ/2e-）H2+1/2O2→H2O氢细菌-0.42-237.2-237.2HS-+H++1/2O2→S0+H2O硫细菌-0.27-209.4-209.4S0+3/2O2+H2O→SO42-+H+硫细菌-0.25-587.1-195.7NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O硝化细菌0-274.7-137.4NO2-+1/2O2→NO3-硝化细菌+0.43-75.8-75.8Fe2++H++1/4O2→Fe3++1/2H2O铁细菌+0.77-31-62合成1个ATP的电势差至少为ΔE=0.158V（传递2个电子）——30.5kJ/mol㈡、还原力产生——反向电子传递化能自养菌产生还原力的方式——反向电子传递氢细菌所进行的氢的氧化作用产生ATP及NADH2的机理比较简单——直接氧化（氧化还原电势高，氢化酶）。大多数化能自养菌，如硝化细菌、硫化细菌等，由于它们所利用的无机底物的氧化还原电位都比NADH/NAD+高，因此这些无机底物的氧化，不能直接与NAD+的还原相偶联而产生NADH2。在这些细菌中，为了使NAD+还原，就必须在提供能量的情况下，进行反向电子传递。也就是说，在这些细菌中，在提供能量的情况下，电子从氧化还原电位高的载体流向氧化还原电位低（负）的NADH/NAD+，使NAD+还原，生成NADH2㈢、CO2的同化把无机碳转化为有机碳，从而构成细胞物质。1、卡尔文循环——多数生物CO2的同化途径2、还原性三羧酸循环（嗜硫绿硫细菌）3、还原性单羧酸循环4、厌氧乙酰CoA途径5、羟基丙酸途径1、卡尔文循环关键酶：核酮糖二磷酸羧化酶、磷酸核酮糖激酶羧化反应——3个核酮糖-1，5-二磷酸（Ru-1,5-P）通过核酮糖二磷酸羧化酶将3分子CO2固定，并形成6个3-磷酸甘油酸分子。还原反应——紧接在羧化反应后，立即发生3-磷酸甘油酸上的羧基还原成醛基的反应（通过逆EMP途径进行）。CO2受体的再生——指核酮糖-5-磷酸在磷酸核酮糖激酶的催化转变为核酮糖-1，5-二磷酸的生化反应。2、还原性三羧酸循环（嗜硫绿硫细菌）需要ATP（3个），2个NAD（P）H2和1分子FADH2乙酰CoA的还原羧化反应——在还原型铁氧还蛋白参与下，由丙酮酸合成酶催化，还原羧化成丙酮酸琥珀酰CoA的还原羧化反应——也是在还原型铁氧还蛋白参与下，由α-酮戊二酸合成酶催化，还原羧化成α-酮戊二酸。短还原羧酸循环——只有α-酮戊二酸合成酶，无丙酮酸合成酶，故每循环一次固定2分子CO2，生成1分子乙酰CoA。3、还原性单羧酸循环不需要ATP克氏梭菌（Clostridiumkluyveri）可将CO2直接转化成甲酸，发现有丙酮酸合成酶和丙酮酸-甲酸裂解酶，在有乙酰CoA、CO2和Fd（red）存在下可产生甲酸。还原性单羧酸循环因在循环中，只涉及单羧酸（丙酮酸和甲酸）而得名。4、厌氧乙酰CoA途径专性厌氧菌，能利用氢。这种非循环式的CO2固定机制主要存在于一些产乙酸菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌等化能自养细菌中。不存在Calvin循环。5、羟基丙酸途径只有少数绿弯菌属在以H2或H2S作为电子供体进行自养生活时所特有的一种CO2固定机制。针对化能异养菌的总结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脱电子后，可直接进入呼吸链传递（异养菌是多途径逐级脱氢）；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；产能效率即P/O比一般低于化能异养微生物。产能机制效率低，及固定CO2要大量耗能，造成生长速率和生长得率都很低（摩尔生长量）。——不利于培养观察三、自养菌的实际应用㈠、物质转化㈡、环境保护㈢、细菌冶金㈠、物质转化自地球形成至今约48亿年的历程中，发生了化学进化与生物学进化两大阶段，它们又各可分3个小阶段。在生物学进化的3个小阶段中，以微生物为主体的分解者是始终不可缺少的一方，以植物为主体的生产者其次，而以动物为主体的消费者则最迟形成。整个生物圈要获得繁荣昌盛和发展，其能量的主要来源是太阳，而其元素来源则主要依赖于由微生物所推动的生物地球化学循环。自然界蕴藏着极其丰富的元素贮备。原始地球上所含的主要元素有O、Si、Mg、S、Na、Ca、Fe、Al、P、H、C、Cl、F和N等，大自然对于生命世界来说，可比喻为一个庞大无比的“元素银行”。

生态系统的进化1、参与氮素循环2、参与硫素循环

3、铁的转化4、微量元素的转化Mn、碲、硒、铑等。㈡、环境保护脱硫作用（石油、煤碳等）重金属的无毒化或低毒化（价态的变化）降低水体的富营养化——水华或赤潮（硝酸盐造成）㈢、细菌冶金不仅能从低品位矿物中回收金属，也不带来空气污染。细菌沥滤在铜回收中所占的优势越来越明显，在美国，年产近100万吨金属铜中约25％是通过细菌沥滤而获得。许多有经济价值的矿物是金属硫化物，金属硫化物矿大多存在于火山或岩浆的源地，其它则是在生物进化过程中通过金属离子与硫化氢（微生物产生）反应而生成的。例如CuS、Cu2S。氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus

ferrooxidans）分为溶矿、置换、再生浸矿剂，仅适合于次生硫化矿和氧化矿，浸取率达70~80%1、间接沥滤（CuS）利用Fe3+氧化性，使硫化矿的S2-氧化为SO42-，从而使不溶金属离子变化可溶性离子，再进一步提炼。CuS+8Fe3++4H2O→Cu2++8Fe2++SO42-+8H+Fe0+Cu2+→Fe2++Cu0Fe2++1/4O2+H+→Fe3++1/2H2O（微生物的主要作用要此步）浸矿堆的排布和微生物浸硫化铜矿

产生Cu（金属铜）的反应2、直接沥滤（CuS）在直接沥滤过程中，氧化亚铁硫杆菌附着在矿石颗粒上，然后，再利用细胞膜上有关氧化作用的酶催化破坏金属硫化物的晶格，矿石的氧化可分两步进行（溶矿、硫的氧化），反应如下：CuS+1/2O2+2H+→Cu2++S+H2OS+3/2O2+H2O→H2SO4对于Cu2S矿：Cu2S+1/2O2+2H+→CuS+Cu2++H2O

细菌冶金的优缺点优点：投资少、成本低、操作简便、规模可大可小。缺点：周期长、矿种有限、不适宜高寒地带使用。四、甲基营养菌㈠、概念甲基营养菌通常是指那些能够利用一碳甲基化合物（不含碳-碳键）作为碳源与能源进行生长的一类细菌。它们是一类广泛分布在土壤和水域之中的革兰氏阴性细菌。主要一碳化合物有：甲烷、甲醇、甲酸、甲基胺等。和自养菌的比较和自养菌相似？从以下几方面比较说明：①甲基营养菌类的细菌也都属于原核生物；②细胞内的膜状结构相似，营养要求简单；③需要的能源物质专一性很强；④都能利用一碳化合物合成细胞内物质；⑤细胞质膜上有磷脂酰胆碱（自养菌特有）；⑥呼吸链组成不同于异养型生物，基本上都为好氧菌。甲基营养菌的类型甲基营养菌可以分为专性甲基营养菌与兼性甲基营养菌两种类型。区别在于：①前者都能利用甲烷进行生长，少数也可以利用甲醚或甲酸进行生长（不能同化，只能维持生长作用——只提供能量）——甲烷营养菌；②后者主要利用甲醇或甲胺进行生长，但不能利用甲烷进行生长（能利用甲醇和甲基胺），少数可以利用甲酸、二碳或四碳化合物进行生长。专性甲基营养菌的类型在原核生物中专性甲基营养菌（甲烷营养菌）还特殊都含有大量的甾醇（甾醇是真核生物膜系统的功能部分，但在大多数原核生物里不存在）。甾醇的存在可能是与甲烷氧化作用有关的复杂内膜系统的基本组成部分。甲烷营养菌最初是根据形态及静息阶段的形式加以区分和分类的。但后来发现，根据它们的细胞内部结构及碳同化作用途径可将其分为两大类。专性甲基营养菌的类型Ⅰ类是通过一种独特的途径——核酮糖单磷酸循环来进行一碳化合物的同化作用；Ⅱ类是通过丝氨酸途径来同化C1中间产物。所有的甲烷营养菌都是好（耗）氧菌，因此O2必须参与甲烷的氧化作用，但有些菌也可利用甲醇为电子供体（以硝酸盐为电子受体）厌氧生长——特定条件。甲烷营养菌的内膜系统及代谢特点两种类型的甲烷营养菌都含有丰富的内膜系统，这与其氧化甲烷的能力有关。类型Ⅰ的细菌其内膜为成束的盘状囊分布于整个细胞内（核酮糖单磷酸循环）；类型Ⅱ沿着细胞的外周（膜内侧）有成对的膜（丝氨酸途径）。甲烷营养菌的电子显微照片

（显示膜系统）外周成对膜——Ⅱ型细胞内成束的盘状囊——Ⅰ型类型Ⅰ的甲烷营养菌缺少一套完整的三羧酸循环（缺少α-酮戊二酸脱氢酶）；而类型Ⅱ则拥有完整的三羧酸循环。说明缺少完整的三羧酸循环，在很大程度上降低了该类细菌利用有机物的能力，因为如果三羧酸循环不完整，则NADH2无法形成，而若该菌所利用的有机物要通过三羧酸循环进行代谢，这些菌的生长将受到抑制。㈡、代谢概况各种甲基营养菌的合成代谢的差异是从甲醛开始，也就是说甲基营养菌先将甲烷等含甲基的一碳化合物氧化为甲醛，然后甲醛经不同代谢途径被固定。针对甲烷营养菌的生物化学有两个方面使人们感兴趣，一个是甲烷氧化为CO2的方式，即它是如何与ATP的形成偶联，另一个是一碳化合物以什么方式同化为细胞物质。甲烷氧化的总途径是分阶段的（8个电子），形成双电子氧化作用：甲烷氧化的开始阶段与甲烷单加氧酶有关