環(huán)境工程微生物學(xué)(1)(參考版)
2025-01-19 09:32本頁面
【正文】 (CH3)2CHOH+ CO2 → 2CH3COCH3+[CH2O]+H2O 四、異養(yǎng)微生物的合成代謝 異養(yǎng)微生物利用現(xiàn)成的有機(jī)物作碳源和能源，用分解過程中的中間代謝產(chǎn)物和分解代謝中得到的 ATP合成自身細(xì)胞的組成成分。有機(jī)酸和醇是它們的供氫體和碳源。 CO2固定的途徑為卡爾文循環(huán)。 因光合細(xì)菌種類不同，其光合反 應(yīng)也有所不同。 三 光合作用 1．藻類的光合作用（同綠色植物） 白天，在有光的條件下，利用體內(nèi)的素 （葉綠素、類胡蘿卜素、藻藍(lán)素、藻紅 素等），從 H2O的光解中獲得 H2，還原 CO2成 [CH2O]。 二、化能自養(yǎng)型微生物的合成代謝 各種化能自養(yǎng)型微生物的合成代 謝的合成途徑不同 1 硝化細(xì)菌 亞硝化細(xì)菌： NH3 NO2 硝化細(xì)菌 : NO2 NO3 2 硫氧化細(xì)菌 3 氫氧化細(xì)菌 是依靠 H2的氧化獲得能量，以CO2為碳源的自養(yǎng)菌。對氧氣很敏感，黑暗中，在微量氧氣存在下，發(fā)光菌的光清晰可見。 。發(fā)光后，蟲熒光素酶由激活態(tài)恢復(fù)到基態(tài)。 發(fā)光微生物有兩種特殊成分：蟲熒光素酶和長鏈脂肪醛。亦稱為反硝化作用或硝酸鹽還原作用。 NO3接受電子，形成 NO N2O、 N2。 (三 )無氧呼吸 無氧呼吸的最終電子受體不是未徹底氧化的有機(jī)物，也不是 O2，而是除了 O2以外的含氧無機(jī)物，如 NOSO4 CO32及 CO CO等。 ：外界不能供給能源，利用自身貯存的能源物質(zhì)進(jìn)行呼吸。（稱為氧化磷酸化） 好氧呼吸分為兩種：外源呼吸和內(nèi)源呼吸。 在好氧呼吸中，由前面 EMP和TCA產(chǎn)生的 H（ NADH2和FADH2），通過電子傳遞體系（呼吸鏈），最終到達(dá)分子氧，形成水。 ATP，把電子傳遞過程中釋放的能量收集貯存。 TCA循環(huán)的一個(gè)支路 :有氧呼吸中傳遞電子的一系列 偶聯(lián)反應(yīng) 組成： NAD或 NADP、 FAD或 FMN、輔酶 Q、細(xì)胞色素a、 a b、 c、 c1等。 發(fā)酵 l mol葡萄糖分子的能量利用率只有 26％。 1 mol葡萄糖分子完全氧化產(chǎn)生的總能量大約為 2876 U。 由于葡萄糖的好氧呼吸包括兩部分， TCA已知產(chǎn)生30mol。 則， 1mol丙酮酸在 TCA循環(huán)中共生產(chǎn) 12+1+2＝ 15molATP。 酮戊二酸?? 1mol丙酮酸在 TCA循環(huán)中，可產(chǎn)生 4mol的 NADH2,1 molNADH2通過電子傳遞體系重新氧化成為 NAD，同時(shí)可生成 3 mol ATP，則 4molNADH2被氧化生成 12molATP。從丙酮酸開始，先形成乙酰輔酶 A，乙酰輔酶 A進(jìn)入 TCA循環(huán)，最終被徹底氧化成為 CO2和 H2O。 葡萄糖的好氧呼吸分為兩個(gè)階段： ，形成丙酮酸，即 EMP途徑酵解階段； ，即三羧酸循環(huán)（ TCA循環(huán)）階段。 得到電子的 O2與 H結(jié)合形成 H2O。 電子受體為 O2，底物被徹底的完全氧化成 CO2和 H2O，并有大量 ATP產(chǎn)生。 產(chǎn)氣桿菌在混合酸發(fā)酵時(shí)會(huì)產(chǎn)生中性的乙酰甲基醇，但大腸埃希氏桿菌的混合酸發(fā)酵產(chǎn)生多種有機(jī)酸，使培養(yǎng)液呈酸性， p H在 。稱為陽性反應(yīng)。 大腸埃希氏桿菌的發(fā)酵產(chǎn)物為甲酸、乙酸、乳酸、CO2等。其中，混合酸發(fā)酵是多數(shù)大腸桿菌的特征。產(chǎn)能率為 ＝ 26％ 丙酮酸是微生物糖酵解的必然產(chǎn)物，如果進(jìn)一步發(fā)酵，可形成多種產(chǎn)物。 ，產(chǎn)生 ATP，產(chǎn)物為丙酮酸，進(jìn)一步發(fā)酵可產(chǎn)生乙醇和 CO2。 糖酵解分為兩大步驟： ，不發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 葡萄糖被分解的成丙酮酸的過程稱為糖酵解過程，也叫 EMP過程。 這個(gè)過程，能量有少量釋放，多數(shù)仍保留在產(chǎn)物中。 二、呼吸類型 根據(jù)最終電子受體可將微生物呼吸分為：發(fā)酵、好氧呼吸、無氧呼吸三種。 光可引發(fā)葉綠素、菌綠素等放出電子，電子在被傳遞過程中形成 ATP。具體方式： 厭氧微生物或兼性微生物的底物被氧化，會(huì)產(chǎn)生高能中間體，并把高能鍵（～）交給 ADP，從而形成 ATP。 這些能量有的被用于生化反應(yīng)，有的以熱量的形式散發(fā)，有的被貯存在 ATP中。 所謂的產(chǎn)能代謝就是通過三種呼吸來實(shí)現(xiàn)的。 呼吸類型：發(fā)酵、好氧呼吸、無氧呼吸 在呼吸過程中，都會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。 一、產(chǎn)能代謝與呼吸的關(guān)系 呼吸本質(zhì)：氧化還原的統(tǒng)一過程。 PEPP + HPr HPrp + 丙酮酸鹽 P HPr +糖 糖 P +HPr 酶 I 酶 I I 基團(tuán)轉(zhuǎn)移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細(xì)胞中，主要用于糖的運(yùn)輸，脂肪酸、核苷、堿基等也可以通過這種方式運(yùn)輸。 3．主動(dòng)運(yùn)輸 基團(tuán)轉(zhuǎn)位又稱為磷酸烯醇丙酮酸－磷酸－糖轉(zhuǎn)移酶運(yùn)輸系統(tǒng)（ PTS）， PTS 包括酶 I、酶 II和一種熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)（ HPr）。滲透酶上有特異性的位點(diǎn)，可以與營養(yǎng)物質(zhì)和 H+結(jié)合。如此就形成了細(xì)胞膜兩側(cè)的 H+離子濃度梯度。 主動(dòng)運(yùn)輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質(zhì)運(yùn)輸方式。 運(yùn)輸過程需要三種滲透酶的作用即：單向轉(zhuǎn)運(yùn)載體、同向轉(zhuǎn)運(yùn)載體、反向轉(zhuǎn)運(yùn)載體。 不耗能量，動(dòng)力仍為濃度梯度。因其具有類似酶的一些性質(zhì)，如專一性，又被稱為滲透酶。為了能夠獲得這些營養(yǎng)，微生物通過特殊的生理結(jié)構(gòu)來幫助上述物質(zhì)進(jìn)入。 單純擴(kuò)散速度慢，不能滿足微生物要求，有些物質(zhì)也無法靠單純擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞。 根據(jù)物質(zhì)運(yùn)輸過程的特點(diǎn) ， 可將物質(zhì)的運(yùn)輸方式分為： 六、營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式 四種運(yùn)輸方式也稱為四種跨膜方式 1．單純擴(kuò)散 原生質(zhì)膜是一種半透性膜，營養(yǎng)物質(zhì)通過原生質(zhì)膜上的小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散。 如：大腸桿菌中的大腸埃希氏菌、枸櫞酸鹽桿菌、產(chǎn)氣桿菌、副大腸桿菌四個(gè)，對乳糖的分解能力不同。 如：在培養(yǎng)基中有革蘭氏陰性菌也有革蘭氏陽性菌，但想培養(yǎng)的是革蘭氏陰性菌，就可以加入膽汁酸鹽，抑制陽性菌的繁殖。 4)理化條件適宜 —— pH (二 ) 培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用 培養(yǎng)基種類繁多，根據(jù)其成分、物理狀態(tài)和用途可將培養(yǎng)基分成多種類型。 通常培養(yǎng)條件： 細(xì)菌與放線菌： pH7~ 酵母菌和霉菌： ~6范圍內(nèi)生長 為了維持培養(yǎng)基 pH的相對恒定，通常在培養(yǎng)基中加入 pH緩沖劑，如 K2HPO (NH4)2SO4或在進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時(shí)補(bǔ)加酸、堿。 1)無菌 例如，在利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的過程中，培養(yǎng)基碳氮比為 4/1時(shí)，菌體量繁殖，谷氨
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