[理学]环境微生物第05章 微生物代谢.ppt

第五章 微生物代谢 1.好氧呼吸 以分子态的氧作为最终电子受体的生物氧化过程。 彻底氧化，放能最多。 四、 微生物的合成代谢 1、以NO3-作为最终电子受体 供氢体可以是葡萄糖、乙酸、甲醇等有机物，也可以是H2和NH3。NO3-接受电子后变成NO2-、N2的过程叫脱氮作用，也叫反硝化作用或硝酸盐还原作用，能进行硝酸盐还原的细菌通常称为硝酸盐还原细菌. 脱氮作用分两步： a、NO3- → NO2-（硝酸还原酶）；b、NO2- → N2 有机物生物氧化时产生的NADH2、FADH2中的H2通过硝酸盐还原菌电子传递将电子传递给NO3-、NO2-、NO、N2O使相应化学物质还原。由于NO2-/ NO3-氧化还原电位较低，比H2O/1/2O2低得多，因此电子通过上述的电子传递链只能产生2个ATP。 2、以SO42-为最终电子受体 某些硫酸盐还原菌如脱硫弧菌以有机物作为氧化的基质，释放的电子可使SO42-还原为H2S。硫酸盐还原菌不以葡萄糖而是其他细菌的发酵产物主要是乳酸为生物氧化基质，氧化不彻底，积累乙酸。 2CH3CHOHCOOH + 2H2O → 2CH3COOH + CO2 + 8（H） SO42- + 8（H） → S2- + 4H2O 当SO42-还原为H2S时，通过电子传递链产生ATP，其呼吸链只有细胞色素C。 ?3、以CO2和CO为最终电子受体——碳酸盐还原（甲烷生成） 这是产甲烷细菌的特点。产甲烷细菌都能以CO2为碳源，利用甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、H2等作为供氢体，将CO2还原CH4。 CO2在甲酰-MFR脱氢酶作用下获得2个电子，首先与MFR反应生成甲酰-MFR，而后甲酰基转移到四氢甲烷喋呤，形成CHO-H4MPT，第二步是水解脱氢得到CH2=H4MPT，还原得到CH3-H4MPT，在辅酶M参与下，甲基移到辅酶M上形成CH3-S-CoM，最后还原酶将甲基还原得到CH4。 三、微生物发光现象 明亮发光杆菌 发光细菌含有虫荧光素酶和长链脂肪族醛（如月桂醛）。发光过程包括电子传递和能量转移。 发光细菌的发光过程是一种光呼吸过程，是电子传递链上的一个侧支即还原型的黄素单核苷酸，FMNH2充当反应的底物，萤光酶起催化作用，长链脂肪醛起作改变萤光酶构造的“修饰”作用。萤光酶通过分子氧催化FMNH2和脂肪醛(RCHO)的氧化，产生磷光。 发光细菌是兼性厌氧菌，对氧很敏感，即使氧含量很微时也可发光，因此可用于测定溶液中的微量氧。发光细菌对一些毒物很敏感。 外界条件和培养基成分pH，温度，氧浓度变化会影响细菌的发光，而有毒的化学物质，重金属离子，抗生素，化学治疗剂，农药等同样会影响细菌发光，故采用发光细菌作为敏感的指标物测定有毒有害物是可能的。 Acute toxicity assay using bioluminescent bacteria A simple method for toxicity screening Viability assessment 一、产甲烷菌的合成代谢 产甲烷菌利用C1和C2有机物产生CO2、CH4，利用其中间代谢产物和能量物质ATP合成蛋白质、多糖、脂肪、核酸等。 特点： 1、产甲烷细胞需要ATP较异养菌少，大约是一半 2、产甲烷菌产能量低，以H2/CO2为基质产生CH4——131KJ，以乙酸为基质产生CH4——32.5KJ 3、能利用外源ATP催化自身反应产生大量内源ATP 合成代谢三要素——小分子物质、还原力、ATP 3. ED途径 又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途径。 1952年在Pseudomonas saccharophila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。 ATP ADP NADP+ NADPH2 葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖 6-磷酸-葡萄酸 ~~激酶 （与EMP途径连接） ~~氧化酶 (与HMP途径连接) EMP途径 3-磷酸-甘