废水生物处理(第三讲_微生物生物化学_).ppt

第三章 微生物生物化学 2、单糖、氨基酸和脂肪酸代谢 （1）葡萄糖的酵解 葡萄糖的酵解途径几乎是所有具有细胞结构的生物所共有的主要代谢途径，葡萄糖被降解为2分子的丙酮酸（如图3-8），丙酮酸在好氧条件下通过三羧酸循环，最终氧化成CO2和H2O，并产生大量能量。 第三章 微生物生物化学 图3-8：EMP途径 第三章 微生物生物化学 （2）丙酮酸的有氧生物氧化 丙酮酸有氧分解可分为两个阶段，首先是丙酮酸氧化脱羧作用释放能量，形成高能硫酯键的乙酰辅酶A（反应如下），然后乙酰辅酶A进入三羧酸循环，彻底氧化。 CH3COCOOH+NAD+CoASH ————→CH3CO-SCoA+CO2+NADH2 丙酮酸氧化脱羧酶 乙酰辅酶A 第三章 微生物生物化学 （3）三羧酸循环（TCA环） 三羧酸循环是因为循环中有柠檬酸等几个含有三个羧基的有机酸而得名的。是葡萄糖有氧分解的一种方式，是葡萄糖酵解过程的继续。由酵解得的丙酮酸，在有氧条件下进入TCA环后，产生乙酰辅酶A，并与草酰乙酸缩合成柠檬酸，再经过脱氢、脱羧等一系列反应，最终是葡萄糖完全氧化分解为CO2和H2O。如图3-9。 三羧酸循环不仅是糖类好氧代谢的主要途径，而且也是脂肪、蛋白质、氨基酸等最终氧化的共同途径。 第三章 微生物生物化学 三羧酸循环与乙醛酸循环 图3-9： TCA每循环一次由乙酰基氧化产生2个CO2，并再生一个草酰乙酸。 第三章 微生物生物化学 （4）氨基酸的代谢 蛋白质水解后生成各种氨基酸。脱氨基作用是氨基酸降解的第一步。不同的微生物和不同条件，氨基酸的脱氨基作用是不同的，主要分为氧化脱氨基和非氧化脱氨基两类反应。氨基酸生成的酮酸进入三羧酸循环。 第三章 微生物生物化学 氧化脱氨基： 氨基酸在酶的催化下，脱氢被氧化成亚氨基酸，压氨基酸在水溶液中极不稳定，自发水解成酮酸基和氨。脱氨的脱氢酶中活性最强、分布最广的是L-谷氨酸脱氢酶，它的辅酶为NAD或NADP，它能催化谷氨酸脱氢脱氨基，生成α-酮戊二酸和氨。 第三章 微生物生物化学 联合脱氨： 由转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶联合作用进行脱氨基。α-氨基酸先与α-酮戊二酸起转氨基作用，形成谷氨酸，再经谷氨酸脱氢酶作用进行氧化性脱氨基，生成氨。 第三章 微生物生物化学 非氧化性脱氨基： 还原性脱氨基反应在厌氧条件下进行，主要发生在厌氧微生物和梭状芽孢杆菌及一些兼性微生物中。在氢化酶的催化下，反应使氨基酸加氢脱氨。例如甘氨酸还原性脱氨基反应生成乙酸和氨（大肠杆菌，荧光杆菌）。 第三章 微生物生物化学 （5）甘油的代谢 甘油的代谢，一般按照糖的分解途径进行。甘油经甘油激酶的作用形成α-磷酸甘油，α-磷酸甘油再经脱氢酶的作用形成磷酸二羟丙酮，磷酸二羟丙酮进一步氧化进入三羧酸循环。 第三章 微生物生物化学 （6）脂肪酸的β-氧化 每经一次β-氧化，碳链短两个碳原子，生成一分子乙酰－SCoA，如此反复反应，最后可使一个偶数碳原子的脂肪酸完全降解成乙酰辅酶A，而奇数碳原子的脂肪酸降解的结果除生成若干个分子的乙酰辅酶A外，还有一分子丙酰辅酶A。乙酰辅酶A进入三羧酸循环，最后氧化成CO2和H2O。 脂肪酸的氧化主要是进行β-氧化。脂肪酸的有氧彻底氧化可以产生大量能量，一分子的C16饱和脂肪酸被彻底氧化时可获得130个ATP。 第三章 微生物生物化学 §3.7 微生物的厌氧代谢 厌氧代谢整个过程可大致分为三个阶段。第一阶段是由兼性细菌产生的水解酶类，将大分子物质或不溶性物质水解成低分子可溶性的有机物，如葡萄糖（已糖）、氨基酸、脂肪酸和甘油等。第二阶段是由产酸细菌把可溶性有机物氧化成为低分子的有机酸、醇等，并合成新细胞物质。第三阶段是产甲烷细菌把第二阶段的产物进一步氧化成甲烷、二氧化碳等，并合成新的细胞物质。 第三章 微生物生物化学 图3-8: 厌氧生物处理三阶段 第三章 微生物生物化学 1、丙酮酸的厌氧氧化 大多数厌氧和兼性厌氧微生物进行葡萄糖厌氧分解的途径都是经1，6-二磷酸果糖降解为丙酮酸。但不同的微生物在进一步处理丙酮酸上却有很大差别，形成多种发酵类型。有乙醇发酵，乙酸发酵，同型乳酸发酵，丁醇，丁酸发酵等。 多数细菌或酵母菌将丙酮酸进一步降解为乙醇。梭状芽孢杆菌所进行的发酵产物中有丁酸、乙酸、乙醇、丙酮等。丙酸细菌将丙酮酸分解成丙酸、乙酸和CO2。 大肠杆菌发酵葡萄糖产生甲酸、乙酸、乳酸和琥珀酸等各种有机酸。通常在碱性条件下（pH=7.8）才产生甲酸，在酸性条件下（pH=6.2以下）不产生甲酸，而产生大量气体。 第三章 微生物生物化学 4 酶的性质 酶是真正的催化剂，因为酶并不改变它们所催化的反应的平衡点，在催化过程中，本身也不消耗。和其他催化剂一样，酶能降低它所