沈萍微生物学第五章

亚硝化细菌
亚硝化作用 HNO2

硝化细菌
HNO3 硝化作用

硫化作用 S2O3
2-



过程： S2-

S

SO3

2-

SO4

2-

APS

硝化作用 －－－将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝
化作用。

a、亚硝化细菌
NH3 +O2 + 2H+

A氨单加氧酶

NH2OH + H2O
羟氨氧化酶

也称氨氧化细菌 +4e(产生1分子ATP)

 


（一）底物脱氢的4条途径
EMP途径：HM 途径：ED途径：PK/HK途径



（1）. EMP途径：糖酵解途径（10步反应）
耗能阶段 C6 2C3 产能阶段 2NADH+H+ 2丙酮酸 4ATP



•2ATP
 



细胞中部位: 细胞质 特征性酶：果糖2P醛缩酶

磷酸果糖激酶

 （2）HM途径：

发酵（fermentantion）
定义 广义：利用微生物生产有用代谢物一种生产方式。 狭义：厌氧条件下，以自身内部某些中间代谢 产物作为最终氢（电子）受体的产能过程 特点： 1）通过底物水平磷酸化产ATP； 2）葡萄糖氧化不彻底，大部分能量存在于 发酵产物中； 3）产能率低； 4）产多种发酵产物。

总反应式： 6 6-磷酸葡萄糖+12NADP++3H2O → 5 6-磷酸 葡萄糖 + 6CO2+12NADPH+12H++Pi

（3）ED途径



微生物种类：细菌：铜绿、荧光假单胞菌,
根瘤菌,固氮菌,农杆菌,运动发酵单胞菌等。

 

特征性酶：KDPG醛缩酶 净产能： 1mol G-----1mol ATP
V.P.试验的原理：

乙酰乳酸
红色物质

（乙酰乳酸脱氢酶）

3-羟基丁酮

（OH-、O2）
精氨酸胍基

乙二酰

丁二醇
中性

其中两个重要的鉴定反应：
1 、V．P．实验 2、甲基红（M.R）反应

产气肠杆菌： V.P.试验（+），甲基红（-） E.coli： V.P.试验（-），甲基红（+）

丙酮-丁醇发酵
——严格厌氧菌进行的 唯一能大规模生产的发酵 产品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3：6：1） ——丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyricum)
短乳杆菌

PK

2ATP

HK

2.5ATP

两岐双岐 杆菌



（3）.丙酸发酵（丙酸细菌） 葡萄糖 丙酮酸 乳酸

 




丙酸
（4）.混合酸发酵 乳酸、乙酸、甲酸 乙醇 、CO2 、H2 琥珀酸

 

葡萄糖



混合酸发酵： ——肠道菌（E.coli、沙门氏菌、志贺氏菌等）
CO2 + H2

乳酸脱氢酶 乳酸 丙酮酸甲酸解酶 乙酰-CoA +甲酸



 

（4）PK/HK途径
特征性酶：磷酸解酮酶
C5
PK 磷酸甘油醛－－－－－乳酸 +2H2O+2ATP 乙酰磷酸－－－－－－乙酸



C6

HK

赤藓糖－4－磷酸－－－－－乳酸 乙酰磷酸－－－－－－乙酸

PK途径
磷酸戊糖酮解酶途径（肠膜明串珠菌、番茄乳杆菌、甘露醇乳杆菌、
短杆乳杆菌 ）

G
特征性酶

5-磷酸-木酮糖

乙酸 + ATP

氧化

丙氨酸
NAD+

-NH3

丙酮酸

乙酰-CoA
NADH 甘氨酸

NADH NAD+ -NH3

还原 甘氨酸

乙酸

 2.呼吸作用  概念：  种类： 有氧呼吸，无氧呼吸  与发酵区别：  (1).有氧呼吸  概念: 氧气作为最终电子受体。  CO2

  

G

丙酮酸

NADH FADH GTP ETC

原核微生物电子传递链特点：
最终电子受体多样：O2、NO3-、NO2-、NO-、SO42-、S2-、CO32等； 电子供体： H2、S、Fe2+、NH4+、NO2-、G、其他有机质等； 含各种类型细胞色素： a、a1、a2、a4、b、b1、c、c1、c4、c5、d、o等； 末端氧化酶： 多变

cyt a1、a2、a3、d、o，H2O2酶、过氧化物酶；呼吸链组分

1）循环光合磷酸化 特点： a、光驱使下，电子自菌绿素上逐出后，经 过类似呼吸链的循环，又回到菌绿素； b、产ATP和还原力[H]分别进行，还原力来 自H2S等无机物； c、不产氧（O2）。

紫色细菌循环光合磷酸化过程
光驱使下， 电子自菌绿 素上逐出后， 经过类似呼 吸链的循环， 又回到菌绿 素产ATP和 还原力分别 进行.

HNO2 b、硝化细菌

+4H+

亚硝酸氧化酶
NO2
-+

H 2O

NO3-+ 2H+ +2e-

细菌沥滤
——利用嗜酸性氧化铁和硫细菌氧化矿物中硫和硫化物的能力，让其 不断制造和再生酸性浸矿剂，将硫化矿中重金属转化成水溶性重金属硫酸 盐而从低品位矿中浸出的过程。又称细菌浸出或细菌冶金。

原理：
a、浸矿剂的生成 2S + 3O2 + 2H2O — 2H2SO4 4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 — 2Fe2（SO4）3 + 2 H2O b、低品位铜矿中铜以CuSO4形式浸出 CuS + 2 Fe2（SO4）3 + 2H2O + O2 — CuSO4 + 4FeSO4 +2H2SO4 c、铁屑置换CuSO4中的铜 CuSO4 + Fe — FeSO4 + Cu ——适于次生硫化矿和氧化矿的浸出，浸出 率达70% ~ 80%。

 

3.Fe的氧化 2+ Fe

Fe

3+

  

4.H的氧化 4H2 +

2O2
能量

4H2O + 能量


 

2H2 +CO2 颗粒性氢酶 可溶性氢酶

（CH2O）+ H2O

思考题：
发酵，糖酵解，无氧呼吸，硫化作用， 试比较EMP途径与ED途径产生乙醇有什 么不同？ 试比较硝化作用与反硝化作用，异型乳 酸发酵与同型乳酸发酵。

2）非循环光合磷酸化
特点： a、电子传递非循环式； b、在有氧的条件下进行； c、存在两个光合系统 d、ATP、还原力、O2同时产生

蓝细菌等的产氧光合作用——非循环光合磷酸化过程



绿色细菌非环式光合磷酸化
Fe-S Fd b NADP+ S= S2O3= Fe-S

36—38ATP

EMP

TCA

4NADH+4H+ FADH2 C3-----CH3CO-CoA-------GTP 3CO2

12ATP 2ATP ATP

TCA循环的主要产物

真核生物电子传递链 组成： 种类：NADH，FADH

细菌电子传递链 特征： 1.位于CM上
2.多分支，末端氧化酶的多样性 3.组成，含量，电子供体、受体不同 4.P/O比低

硫呼吸 （硫还原） —— 以元素S作为唯一的末端电子受体。
电子供体：乙酸、小肽、葡萄糖等

碳酸盐呼吸（碳酸盐还原）
——以CO2、HCO3- 为末端电子受体 产甲烷菌 — 利用H2作电子供体（能源）、CO2为 受体，产物CH4。

其他类型无氧呼吸
——以Fe3+、Mn2+和某些有机氧化物等作为 末端电子受体的无氧呼吸。 延胡索酸  琥珀酸 + 1 ATP 。
被砷、硒化合物污染的土壤中，厌氧条件下生长一些还 原硫细菌。
利用Desulfotomaculum auripigmentum还原AsO43-

生产三硫化二砷（雌黄）
作用：生物矿化和微生物清污

二.自养微生物的生物氧化
 

1.氨的氧化 概念： 过程: NH3 2.硫的氧化 概念:

硝化作用


    

无氧呼吸（厌氧呼吸）特点：
a 常规途径脱下的氢，经部分呼吸链传递； b 氢受体：氧化态无机物（个别：延胡索酸） c 产能效率低。 硝酸盐呼吸（反硝化作用）即硝酸盐还原作用 特点： a 有其完整的呼吸系统； b 只有在无氧条件下，才能诱导出反硝化作 用所需的硝酸盐还原酶和亚硝酸还原酶等 c 兼性厌氧 细菌：铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌等。

硝酸盐还原作用
同化性硝酸盐还原作用：
NO3-  NH3 - N 异化性硝酸盐还原作用：  R - NH2

无氧条件下，利用NO3-为最终氢受体
NO3-  NO2  NO   N2O    N2 
 硝酸盐还原酶

亚硝酸还原酶 氧化亚氮还原酶 氧化氮还原酶

反硝化意义：
1）使土壤中的氮（硝酸盐NO3-）还原成氮气而消失，降低土壤的肥力； 2）反硝化作用在氮素循环中起重要作用。
第五章

微生物的代谢

本节重点：

 

底物脱氢的四种途径的产能，特征性酶 微生物几种主要的发酵类型； 硝化作用，反硝化作用，硫化作用






  

代谢概念： 代谢过程： 物质代谢
能量代谢

分解代谢 合成代谢 耗能代谢 产能代谢






第一阶段大分子物质 单体 第二阶段 单体分子 乙酰辅酶A，丙酮酸等 第三阶段 进一步降解成CO2，ATP, NADH, FADH
木酮糖酮解酶

乙酰磷酸 + 3-磷酸-甘油醛

乙醇

丙酮酸

乳酸 1 G  乳酸 + 乙醇 + 1 ATP + CO2+H2O

磷酸己糖酮解酶途径——又称HK途径（两歧双歧杆菌） G
特征性酶

6-磷酸-果糖
磷酸己糖酮解酶

4-磷酸-赤藓糖 + 乙酰磷酸
6-磷酸-果糖

5-磷酸-木酮糖 ，5-磷酸-核糖
戊糖酮解酶

第一节 微生物产能代谢



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生物氧化 生物氧化功能： ATP、[H]、小分子代谢物 生物氧化形式： 加氧、脱氢、失电子 生物氧化过程：脱氢、递氢、受氢 或脱电子、 递电子、受电子 生物氧化类型： 有氧呼吸、无氧呼吸、发酵 一、异养生物的生物氧化 1.发酵 概念 糖酵解 概念

硫酸盐呼吸（硫酸盐还原）
——厌氧时，SO42- 、SO32-、S2O32- 等为末端电 子受体的呼吸过程。 特点：
a、严格厌氧； b、大多为古细菌 c、极大多专性化能异氧型，少数混合型； d、最终产物为H2S； SO42-  SO32-  SO2  S  H2S e、利用有机质（有机酸、脂肪酸、醇类）作 为氢供体或电子供体； f、环境： 富含SO42-的厌氧环境（土壤、海水、污水等）





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第五章

微生物的代谢（续）

本节重点
光合磷酸化，嗜盐菌紫膜的光合作用 生物固氮 微生物的次级代谢及调节



三.

能量转换

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1.底物水平磷酸化 概念： 2.氧化磷酸化 概念： 假说：化学渗透偶联假说




   

3.光 合磷酸化 光合色素 光合单位 光合磷酸化 （1） 环式光合磷酸化 概念 特征 （2）非环式光合磷酸化 概念 特征

存在分支呼吸链： 细菌的电子传递链更短并P／O比更低，在电子传递链的几个 位置进入链和通过几个位置的末端氧化酶而离开链。 电子传递多样： CoQ  cyt.也可不经过此途径。



     

源自文库(2).无氧呼吸 概念： 电子传递链：
— NO3

NAD

FMN

CoQ

cytb
— NO2

 

ATP

ATP

2丙酮酸

2乙酰-CoA
缩合

乙酰-乙酰 CoA
（CoA转移酶）

丙酮 +CO2

丁醇

氨基酸的发酵产能（stickland反应） 发酵菌体：生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、双 酶梭菌等。 特点：氨基酸的氧化与另一些氨基酸还原相偶联； 产能效率低（1ATP）

氢供体（氧化）氨基酸： Ala、Leu、Ile、Val、His、Ser、Phe、Tyr、 Try等。 氢受体（还原）氨基酸： Gly、Pro、Arg、Met、Leo、羟脯氨酸等。
1G 丙酮酸 磷酸转乙酰基酶
乙酸激酶
E.coli与志贺氏菌的区别： 葡萄糖发酵试验： PEP羧化酶 E.coli、产气肠杆菌 甲酸     CO2 + H2 （甲酸氢解酶、H+）

乙醛脱氢酶
乙醇脱氢酶

乙酸 乙醇
草酰乙酸

丙酸

志贺氏菌无此酶，故发酵G 不产气。

b 丁二醇发酵（2，3--丁二醇发酵） —— 肠杆菌、沙雷氏菌、欧文氏菌等 丙酮酸

乙酸

3--磷酸甘油醛+ 乙酰磷酸
乳酸 乙酸

1 G  乳酸 + 1.5乙酸 + 2.5 ATP

（二）发酵类型

（1）.酵母的乙醇发酵
氢受体 产物 条件

一型发酵 二型发酵

乙醛 磷酸二羟丙酮

乙醇 甘油

pH3.5~4.5 厌氧 SO3= pH7.6

三型发酵

同上

乙醇、甘油，乙 酸

（2）乳酸发酵
类型 同型 异型 途径 EMP PK 产物/1G 2乳酸 1乳酸 1乙醇 1CO2 1乳酸 1乙酸 1CO2 1乳酸 1.5乙酸 产能/1G 2ATP 1ATP 菌种 德氏乳杆 菌 肠膜明串 球菌
   


   

过程： 氧化阶段 葡萄糖------5-P-核酮糖 非氧化阶段 5C糖互变，分子重排 特征性酶: 转酮酶（TK）和转醛酶（TA） 产能： 1molG------35molATP 产物： 3C, 4C, 5C，6C，7C 功能： 1.提供能量 2.多种C架 3.提供NADPH还原剂 4.5C糖用于核酸合成