环境工程微生物学第五章微生物的能量代谢-1幻灯片.pptVIP

三．自养微生物的生物氧化 化能无机营养型： 从无机物的氧化获得能量 以无机物为电子供体 这些微生物一般也能以CO2为唯一或主要碳源合成细胞物质 自养微生物 第一节 微生物的能量代谢 * 自养微生物的合成代谢： 将CO2先还原成[CH2O]水平的简单有机物，然后再进一步合成复杂的细胞成分。 化能异养微生物： ATP和还原力均来自对有机物的生物氧化 化能自养微生物： 无机物氧化过程中产生ATP 如果作为电子供体的无机物的氧化还原电位足够低，也在 氧化磷酸化的过程中产生还原力，但大多数情况下都需要 通过电子的逆向传递，以消耗ATP为代价获得还原力。 三．自养微生物的生物氧化 * 三．自养微生物的生物氧化 * 三．自养微生物的生物氧化 第一节 微生物的能量代谢 * 三．自养微生物的生物氧化 第一节 微生物的能量代谢 * 三．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： 硝化细菌： 将氨氧化为亚硝酸并获得能量 将亚硝酸氧化为硝酸并获得能量 * 三．自养微生物的生物氧化 1、 氨的氧化 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。 * 三．自养微生物的生物氧化 1、 氨的氧化 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。 * 三．自养微生物的生物氧化 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。 * 2、 硫的氧化 硫细菌在进行还原态硫物质的氧化时会产酸（主要是硫酸）， 因此它们的生长会显著地导致环境的pH下降，有些硫细菌可 以在很酸的环境，例如在pH低于1的环境中生长。 * 三．自养微生物的生物氧化 2、 硫的氧化 和硝化细菌一样，硫细菌也是通过电子的逆呼吸链传递来生成还原力。 * 三．自养微生物的生物氧化 3、铁的氧化 以嗜酸性的氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）为例： 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。因 此该菌的生长会导致形成大量的Fe3+ （Fe(OH)3）。 * 3、铁的氧化 * 三．自养微生物的生物氧化 3、铁的氧化 氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans） 在富含FeS2的煤矿中繁殖，产生大量的硫酸 和Fe(OH)3，从而造成严重的环境污染。 它的生长只需要FeS2及空气中的O2和CO2，因此 要防止其破坏性大量繁殖的唯一可行的方法是封 闭矿山，使环境恢复到原来的无氧状态。 * 三．自养微生物的生物氧化 4、 氢的氧化 氢是微生物细胞代谢中的常见代谢产物，很多细菌都能通过 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： * 三．自养微生物的生物氧化 4、 氢的氧化 氢的氧化可通过电子和氢离子在呼吸链上的传递产生ATP和 用于细胞合成代谢所需要的还原力。 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 ，也能利用其它有机物生长。 * 化能自养微生物以无机物作为能源，一般产能效率低，生长慢， 但从生态学角度看，它们所利用的能源物质是一般化能异养生物 所不能利用的，因此它们与产能效率高、生长快的化能异养微生 物之间并不存在生存竞争。 三．自养微生物的生物氧化 * * 二、异养微生物的生物氧化 1. 发酵(fermentation) 丙酮酸 CO2 乙醛 NADH NAD+ 乙醇 磷酸二羟基丙酮 NADH NAD+ 磷酸甘油 甘油 3%的亚硫酸氢钠（pH7） Saccharomyces cerevisiae厌氧发酵 （磺化羟基乙醛） * 二、异养微生物的生物氧化 1. 发酵(fermentation) * 第一次世界大战期间德国主要用这种方法生产甘油 产量：1000吨/月 目前的甘油生产方法： 使用的微生物： Dunaliella aslina（一种嗜盐藻类） 胞内积累高浓度的甘油从而使细胞的渗透压保持平衡 * 二、异养微生物的生物氧化 1. 发酵(fermentation) 第一次世界大战期间，英国对有机溶剂丙酮和丁醇的 需求增加 丙酮：用于生产人造橡胶； 丁醇：用于生产无烟火药； 当时的常