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第在地苦末有下 院 系：酿酒与食品工程学院 班 级：生 工 11 级 授 课 人：王 啸 目　　录 第一章　绪论 第二章　微生物的营养与物质运输 第三章　异养微生物的生物氧化 第四章　自养微生物的生物氧化 第五章　微生物的合成代谢 第六章　微生物代谢的调节 第七章　微生物的次级代谢及其调节 补充内容 第四章自养微生物的生物氧化 4.1、化能自养微生物的生物氧化 4.2、光合微生物的光能转换 4.3、甲基营养型细菌的生物氧化 4.4、产甲烷细菌的生物氧化 概述 自养微生物是指能够在完全无机环境中生长的微生物，他们氧化无机物或利用光能获得能量，以二氧化碳为碳源进行生长。 根据能量来源不同，可分为化能无机营养微生物和光能无机营养微生物。 自养微生物生命活动中最重要的反应是把CO2先还原成[CH2O]水平的简单有机物，然后再合成复杂的有机物，这个过程需要消耗大量的能量和还原力。 第一节 化能自养微生物的生物氧化 一些微生物可以从氧化无机物获得能量，同化合成细胞物质，这类细菌称为化能自养微生物。它们在无机能源氧化过程中通过氧化磷酸化产生ATP。 化能自养微生物的生物氧化 特点： 生物氧化也包括脱氢、递氢和受氢三个阶段； 是通过氧化某些还原性的无机底物（NH4+、NO2-、H2S、S、H2、Fe2+ 等）获得能量；（硝化细菌、硫细菌、氢细菌、铁细菌） 绝大多数是好氧菌； 无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系； 呼吸链的组分多样化； 产能效率低； 生物氧化过程—硝化细菌为例 一、氨的氧化 NH3和NO2-是可以用作能源的最普通的无机氮化合物，能被硝化细菌所氧化，硝化细菌可分为两个亚群：亚硝化细菌和硝化细菌。 氨氧化为硝酸的过程可分为两个阶段，先由亚硝化细菌将氨氧化为亚硝酸，再由硝化细菌将亚硝酸氧化为硝酸。由氨氧化为硝酸是通过这两类细菌依次进行的。 1、氨氧化为亚硝酸 2.亚硝酸氧化为硝酸 硝化细菌都是一些专性好氧的革兰氏阳性细菌，以分子氧为最终电子受体，且大多数是专性无机营养型。它们的细胞都具有复杂的膜内褶结构，这有利于增加细胞的代谢能力。硝化细菌无芽孢，多数为二分裂殖，生长缓慢，平均代时在10h以上，分布非常广泛。 硝化细菌和反硝化细菌的比较 二、硫的氧化 S2-+2O2?SO42- ?G0’=-794.5kJ/mol S0+1?O2+H2O?SO42-+2H+ ?G0’=-584.9kJ/mol 硫杆菌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。 H2S首先被氧化成元素硫，随之被硫氧化酶和细胞色素系统氧化成亚硫酸盐，放出的电子在传递过程中可以偶联产生四个ATP。 亚硫酸盐的氧化可分为两条途径，一是直接氧化成SO42-的途径，由亚硫酸盐-细胞色素c还原酶和末端细胞色素系统催化，产生一个ATP；二是经磷酸腺苷硫酸的氧化途径，每氧化一分子SO32-产生2.5个ATP。 二、硫的氧化 三、铁的氧化 Fe2++?O2+H+?Fe3++?O2 ?G0’=-44.4kJ/mol 从亚铁到高铁状态的铁的氧化，对于少数细菌来说也是一种产能反应，但从这种氧化中只有少量的能量可以被利用。 亚铁的氧化仅在嗜酸性的氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)中进行了较为详细的研究。在低pH环境中这种菌能利用亚铁氧化时放出的能量生长。 在该菌的呼吸链中发现了一种含铜蛋白质(rusticyanin)，它与几种细胞色素c和一种细胞色素a1氧化酶构成电子传递链。在电子传递到氧的过程中细胞质内有质子消耗，从而驱动ATP的合成。 四、氢的氧化（氢细菌） 氢细菌都是一些呈格兰氏阴性的兼性化能自养菌，他们能利用分子氢氧化产生的能量同化二氧化碳，也能利用其他有机物生长。 氢细菌在自养生活过程中，细胞内存在着两类氧化还原反应：一类是氢氧化成水放出能量，另一类是利用分子氢还原CO2，合成细胞物质，总的的结果氏氢细菌以6：2：1的比例消耗H2、O2、CO2 氢细菌的细胞膜上有泛醌、维生素K2及细胞色素等呼吸链组分。电子直接从氢传递给呼吸链，然后在传递过程中偶连产生ATP。 在多数氢细菌中，有两种与氢的氧化有关的酶： （1）颗粒状氢化酶；（2）可溶性氢化酶 氢细菌是一类兼性化能自养菌。 在有氧无氢时，可利用糖、有机酸或氨基酸，甚至嘌呤和嘧啶等有机物进行生长。 当以化能自养方式生长时，H2的存在能抑制菌体对有机物的利用，这种现象称为氢效应。 其原因是： 第二节、光合微生物的光能转换 根据是否放氧，光合作用可分为两 类： 放氧型光合作用：在光合作用中同化二氧化碳的电子来自于水的光解，并伴随有氧的释放。如植物、藻类、蓝细菌 非放氧型光合作用：在光合细菌中，同