第五章微生物的新陈代谢1.ppt

硝化作用对农业和环境的影响 有利： 氨氧化为硝酸以及大量的硝态氮化肥为作物生长提供氮素营养，有利于产量提高。 有害： 但硝酸盐的溶解性强（比铵盐强），易随雨水流入江、河、湖、海中，它不仅大大降低肥料的利用率（硝酸盐氮肥一般是40%），而且会引起水体的富营养化，进而导致“水华”或“赤潮”等严重污染危害（大面积发生就很难治理）。 硝化作用的过程 2. 硫化作用 ★ 硫化合物(包括硫化物、单质硫、硫代硫酸盐、硫酸盐和亚硫酸盐) 被硫细菌利用产生能量，最后生成H2SO4的过程。 ★ 对农业和环境的影响 产生SO42-，作为植物直接吸收的S素物质； 解除H2S毒害和除臭； 使土壤的微域环境酸化，促进难溶S素的有效化，但同时可能导致作物酸害。 3. 铁的氧化 ★ 少数细菌能将亚铁氧化到高铁状态并产生能量的反应， 如氧化亚铁硫杆菌。 ★ 氧化亚铁硫杆菌存在于酸性环境中，因为亚铁仅在酸性条件下是稳定的。 嗜酸氧化亚铁硫杆菌 4. 氢的氧化 ★通过氧化氢获得能量。 ★ H细菌： G-，兼性化能自氧菌，利用分子氢氧化产生的能量同化CO2，也能利用其它有机物生长。 (二) 光能自养微生物 能量转换的3种形式： 底物水平磷酸化；氧化磷酸化；光合磷酸化。 光合作用的实质是通过光合磷酸化将光能转变成化学能，以用于从CO2合成细胞物质。 光合磷酸化的分类 光合磷酸化的实质就是将光能转化为化学能的过程，具体过程为当一个叶绿素（菌绿素）分子吸收光量子后，被激活，释放一个电子（氧化），释放的电子进入电子传递系统，在电子传递过程中释放能量，产生ATP。 按照光合磷酸化中电子的流动路线及ATP形成方式，可分为： 循环式光合磷酸化(原始、电子循环传递) 非循环式光合磷酸化（电子传递非环式） 嗜盐菌紫膜的光合作用（嗜盐菌紫膜光合磷酸化） 1. 循环光合磷酸化 光合细菌中的原始光合作用机制，在光能驱动下能通过电子的循环式传递而完成磷酸化产能反应。 特点： ①电子传递途径属循环方式：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，其间建立了质子动势并产生了1个ATP； ②产能（ATP）与产还原力[H]分别进行； ③还原力来自H2S等无机氢供体； ④不产生氧，即不能利用H2O作为还原CO2时的氢供体； ⑤光合磷酸化与固定CO2的Calvin循环相联接。 循环式光合磷酸化过程 循环光合磷酸化产能的微生物 原核生物真细菌中的光合细菌，厌氧。 分类位置——红螺菌目。 特点： ①细胞内含菌绿素和类胡萝卜素，因量和比例的不同，呈现红、橙、蓝绿、紫红、紫或褐等颜色； ②典型的水生细菌，广泛分布于缺氧的深层淡水或海水中； ③可用于污水净化。 各种光合细菌的培养物 2. 非循环光合磷酸化 各种绿色植物、藻类和蓝细菌共有的利用光能产生ATP的磷酸化反应。 特点： ①电子的传递途径属非循环式的，电子须经PSII和PSI两个系统接力传递； ②PSI 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； ③在有氧条件下进行； ④反应中可同时产ATP（来自PSII，Cyt bf和Pc间产生1个ATP）、还原力[H]（产自PSI）和O2（产自PSII ，H2O经光解产生的1/2O2）； ⑤还原力NADPH2中的[H]来自H2O分子的光解产物H+和电子。 非循环式光合磷酸化过程 总结: 水光解后产生电子并产生O2，经系统Ⅱ、Ⅰ传递给NADP，在提供[H]的条件下，生成NADPH2，在传递过程中生成ATP. 反应式： 2NADP++2ADP+2Pi+2H2O 2NADPH2+2ATP+O2 3. 紫膜光合磷酸化 嗜盐菌在无叶绿素和菌绿素参与下，利用吸收光能产生ATP的过程，是目前所知道的最简单的光合磷酸化。 嗜盐菌细胞膜 分为红膜与紫膜两部分。 红膜：主要成分为细胞色素、黄素蛋白和类胡萝卜素，进行经典的电子传递磷酸化； 紫膜：进行光合磷酸化。 含有细菌视紫红质，与人眼视网膜上柱状cell中所含的视紫红质蛋白相似，都含有紫色物质视黄醛。 紫膜光合磷酸化的机理 光量子驱动下，细菌视紫红质在将反应中产生的H+排至细胞膜外，使紫膜内外形成质子梯度； 该梯度差驱使H+通过膜上的ATP合成酶中的孔道进入膜内，平衡膜内外质子差额，并产生ATP。 注：环境中O2浓度高时，嗜盐菌以光合磷酸化产能，浓度很低时，可以在光照条件下合成紫膜，通过紫膜光合磷酸化合成ATP。 紫膜光合磷酸化的过程 紫膜光合磷酸化的意义 嗜盐菌紫膜光合磷酸化功能的发现，使在经典的叶绿素和菌绿素所进行光合