自养微生物生物氧化.ppt

自养微生物的生物氧化 生物氧化的概念 生物氧化与体外氧化的相同点 生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。 物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。 自养和异养生成ATP的氧化体系The Oxidation System of ATP Producing 呼吸链 一．异养微生物的生物氧化 呼吸作用 呼吸作用与发酵作用的根本区别： 　电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体。 根据反应中电子受体不同分为两种类型： 　　有氧呼吸 　　无氧呼吸 呼吸作用 １）有氧呼吸 以分子氧为最终受体的生物氧化 除糖酵解过程外，还包括三羧酸循环和电子传递链两部分反应 C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O 发酵面食的制作就即利用了微生物的有氧呼吸 ２）无氧呼吸 以无机物为最终电子受体的生物氧化过程 化合物氧化脱下的氢和电子经呼吸链传递，最终交给无机氧化物NO3－、NO2－、SO4２－或CO2的过程。 无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体,在能量的分级释放中常伴随磷酸化作用,也能产生较多的能量(少于有氧呼吸) 鬼火的产生: 　　磷酸盐 磷化氢（PH3） 二、自养微生物的生物氧化 1、化能自养微生物的生物氧化 2、光合微生物 3、自养微生物能量产生与转换 4、自养微生物的能量释放即耗能代谢 化能自养微生物的生物氧化 1、 氨的氧化 NH3、亚硝酸（NO2-）等无机氮化物可以被某些化能自养细菌用作能源。 亚硝化细菌：将氨氧化为亚硝酸并获得能量 　硝化细菌：将亚硝氧化为硝酸并获得能量 这两类细菌往往伴生在一起，在它们的共同作用下将铵盐氧化成硝酸盐，避免亚硝酸积累所产生的毒害作用。 　这类细菌在自然界的氮素循环中也起者重要的作用，在自然界中分布非常广泛。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 NH3、NO2-的氧化还原电势均比较高，以氧为电子受体进行氧化时产生的能量较少，而且进行合成代谢所需要的还原力需消耗ATP进行电子的逆呼吸链传递来产生，因此这类细菌生长缓慢，平均代时在10h以上。 2、 硫的氧化 硫细菌（sulfur bacteria）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。 3、铁的氧化 　从亚铁到高铁状态的铁氧化，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。因此该菌的生长会导致形成大量的Fe3+ （Fe(OH)3）。 以嗜酸性的氧化亚铁硫杆菌为例： 亚铁（Fe2+）只有在酸性条件（pH低于3.0）下才能保持可溶解性和化学稳定； 当pH大于4-5，亚铁（Fe2+）很容易被氧气氧化成为高价铁（Fe3+）； 这就很好的解释了氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）为什么要在酸性环境下生活？ 4、 氢的氧化 很多细菌能通过对氢的氧化获得生长所需要的能量。 能以氢为电子供体，以O2为电子受体，以CO2为唯一碳源进行生长的细菌被称为氢细菌 氢细菌都是一些呈革兰氏阴性的兼性化能自养菌。它们能利用分子氢氧化产生的能量同化CO2 . 化能自养微生物以无机物作为能源，产能效率低，生长慢。但从生态学角度看，它们所利用的能源物质是一般异养生物所不能利用的，因此它们与产能效率高、生长快的异养微生物之间并不存在生存竞争。 光合作用实质是通过光合磷酸化将光能转化为化学能，以用于从二氧化碳合成细胞物质。 光合磷酸化 光合磷酸化是指光能转变为化学能的过程。 氧化磷酸化 （二） 氧化磷酸化的偶联机制 1. 化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis) 电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。 ATP的生成和利用 ３．光合磷酸化 光能转变为化学能的过程：当叶绿素分子吸收光量子时，叶绿素性质上即被激活，导致其释放一个电子而被氧化，释放出的电子在电子传递系统中的传递过程中逐步释放能量，这就是光合磷酸化的基本动力。 光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是通过电子传递系统产生ATP 光合磷酸化 光合磷酸化分为环式光合磷酸化、非环式光合磷酸化、紫膜光合磷酸化 3、光合磷酸化 （1）环式光合磷酸化 光合细菌主要通过环式光合磷酸化作用产生ATP 在光能的驱动下，电子从菌绿素分子上逐出后，通过类似呼吸链的循环，又回到菌绿素，其间产生了ATP； 不是利用H2O，而是利用还原态的H2 、 H2S等作为氢供体，进行不产氧