化能自養(yǎng)微生物的能量代謝(已修改)
2025-01-25 11:31 本頁面
【正文】 第六章 自養(yǎng)微生物的生物氧化 自養(yǎng)微生物：是指能夠在完全無機(jī)環(huán)境中生長的微生物，它們氧化無機(jī)物或利用光能獲得能量 (ATP)和還原力(NADH2或 NADPH2)，再通過卡爾文循環(huán)同化 CO2的微生物。 化能自養(yǎng)（無機(jī)營養(yǎng)）微生物 光能自養(yǎng)（無機(jī)營養(yǎng)）微生物 能源 化能自養(yǎng)菌特點：專性化能自養(yǎng)菌不能像異養(yǎng)細(xì)菌那樣通過糖酵解和 TCA產(chǎn)能。 研究證明，某些專性自養(yǎng)菌缺乏一些關(guān)鍵酶，它們的 EMP、 ED不完全， TCA也存在缺陷：缺乏由 TCA中間產(chǎn)物 C6或 C5產(chǎn)生 C4化合物的機(jī)制。盡管如此，這些菌卻有 HMP途徑，能溝通糖類進(jìn)入 TCA，并像厭氧微生物那樣，能通過有缺陷的 TCA獲得生物合成所需中間產(chǎn)物。 專性化能自養(yǎng)菌氧化無機(jī)物時，將產(chǎn)生的電子通過 ETC傳給氧，其產(chǎn)能過程需要氧，故 所有專性化能自養(yǎng)菌都是好氧的 。 真正屬于專性化能自養(yǎng)菌的種類并不多，不少種類屬于兼性自養(yǎng)，甚止還有混合營養(yǎng)型。 專性化能自養(yǎng)菌并非絕對不吸收有機(jī)物，而是能不同程度地同化有機(jī)物，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)。但化能自養(yǎng)菌吸收的有機(jī)物不是作為能源，且數(shù)量有限，也不能代替 CO2作為主要碳源。 化能自養(yǎng)菌共有 4大類： 硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌、鐵細(xì)菌和氫細(xì)菌 化能自養(yǎng)菌通過氧化無機(jī)物獲得能量，供其生長。其產(chǎn)生 ATP的途徑仍為電子傳遞磷酸化和底物水平磷酸化兩種。 1. 氨的氧化 1. 氨氧化為亞硝酸 ——亞硝酸細(xì)菌 Nitrosomonas NH3 + 1 .5 O2 HNO2 + H2O 2. 亞硝酸氧化為硝酸 ——硝酸細(xì)菌 Nitrobacter NO2 NO3 亞硝化細(xì)菌： 硝化細(xì)菌： NH NO2的氧化還原電勢均比較高，以氧為電子受體進(jìn)行氧化時產(chǎn)生的能量較少，而且進(jìn)行合成代謝所需要的還原力需消耗ATP進(jìn)行電子的逆呼吸鏈傳遞來產(chǎn)生，因此這類細(xì)菌生長緩慢，平均代時在 10h以上。 2. 硫的氧化 H2S S0 SO32– SO42– 硫桿菌對各硫化物的氧化反應(yīng) 注：這里△ G0′指生物標(biāo)準(zhǔn)自由能變化， ，單位為 KJ/mol底物，括號內(nèi)值的單位為 kcal/mol。 反應(yīng)類型 △ G0′ H2S + 1/2O2 S + H2O () 2S + O2 + H2O S2O32= + 2H+ () S + O2 + H2O SO32= + 2H+ () S + 3/2O2 + H2O SO42= + H+ () 2S2O32= + 1/2O2 + 2H+ S4O62= + H2O () S2O32 + 3/2O2 + 2H2O 2H2SO4 () SO32 + 1/2O2 SO42 () S2 S2O32 硫化物氧化酶 氰化酶 2H [S] O2 4ATP H2O 4H 3H2O 硫氧化酶 SO32 1/2O2 2ATP H2O 2H AMP + 2H+ APS還原酶 SO32 亞硫酸鹽 細(xì)胞色素 C還原酶 SO42 APS2 SO42 Pi ADP硫化酶 ADP 1/2ATP 1/2AMP Pi 腺苷酸激酶 硫化菌氧化硫化物形成 SO42和產(chǎn)生 ATP的基本過程 H2O 2H 1/2O2 2ATP H2O 不利： 酸化往往造成地下金屬管道的腐蝕，另外從礦山排出的酸礦水也會對周圍的農(nóng)田與生態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用。 應(yīng)用： （ 1）硫桿菌產(chǎn)生的降解煤與石油中的無機(jī)及有機(jī)硫化物，以減輕酸雨的污染
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