二.自养微生物的生物氧化
1.氨的氧化 1.氨的氧化 概念： 概念： 过程: 过程: NH3 亚硝化作用 2.硫的氧化 2.硫的氧化 概念: 概念: 硫化作用 S2O3
2-
硝化作用 亚硝化细菌 HNO2 硝化细菌 HNO3 硝化作用
过程： 过程： S2-
S
SO3
2-
SO4 APS
2-
硝化作用 －－－将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝
乳酸脱氢酶 乳酸 丙酮酸甲酸解酶 乙酰-CoA +甲酸
1G 磷酸转乙酰基酶 丙酮酸 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 羧化酶 E.coli、产气肠杆菌 甲酸 → → → → CO2 + H2 甲酸氢解酶、 （甲酸氢解酶、H+） 志贺氏菌无此酶，故发酵G 不产气。
第五章
微生物的代谢
本节重点： 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 乙酰辅酶A 乙酰辅酶A，丙酮酸等 第二阶段 单体分子 进一步降解成CO2， 第三阶段 进一步降解成CO2，ATP, NADH, FADH
PK途径 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、 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
5-磷酸5-磷酸-木酮糖 乙酰磷酸 + 3-磷酸-甘油醛 丙酮酸 乙醇
特征性酶 木酮糖酮解酶
乳酸 1 G →→→ 乳酸 + 乙醇 + 1 ATP + CO2+H2O
化作用。 化作用。
a、亚硝化细菌
A氨单加氧酶
NH3 +O2 + 2H+
NH2OH + H2O
也称氨氧化细菌
羟氨氧化酶 (产生1分子ATP)
HNO2 b、硝化细菌 亚硝酸氧化酶 NO2
-+
+4H+
+4e-
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。
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 乙酸
戊糖酮解酶
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
(2).无氧呼吸 (2).无氧呼吸 概念： 概念： 电子传递链： 电子传递链：
— NO3
NAD
FMN
CoQ
cytb
— NO2
ATP
ATP
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。
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 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 1.5乙酸 产能/1G 产能/1G 2ATP 1ATP 菌种 德氏乳杆 菌 肠膜明串 球菌
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%。
1 、V．P．实验
乙二酰
丁二醇
中性
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（+）
丙酮丙酮-丁醇发酵
——严格厌氧菌进行的 ——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） 产品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3 ——丙酮丁醇梭菌( ——丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyricum) 2丙酮酸
（一）底物脱氢的4条途径 底物脱氢的4
EMP途径：HM 途径：ED途径：PK/HK途径 EMP途径：HM 途径：ED途径：PK/HK途径
（1）
耗能阶段 C6 2C3 产能阶段 2NADH+H+ 2丙酮酸 丙酮酸 4ATP
G 丙酮酸 NADH FADH GTP ETC 36— 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， 种类：NADH，FADH
（4）PK/HK途径 PK/HK途径
特征性酶：磷酸解酮酶 特征性酶：
PK
C5
磷酸甘油醛－－－－－乳酸 磷酸甘油醛－－－－－乳酸 －－－－－ +2H2O+2ATP 乙酰磷酸－－－－－－乙酸 乙酰磷酸－－－－－－乙酸 －－－－－－
C6
HK
赤藓糖－ 赤藓糖－4－磷酸－－－－－乳酸 磷酸－－－－－乳酸 －－－－－ 乙酰磷酸－－－－－－乙酸 乙酰磷酸－－－－－－乙酸 －－－－－－
•2ATP
细胞中部位: 细胞中部位: 细胞质 特征性酶：果糖2P醛缩酶 特征性酶：果糖2P醛缩酶
磷酸果糖激酶
（2）HM途径： HM途径 途径：
过程： 氧化阶段 葡萄糖------5 葡萄糖------5-P-核酮糖 过程： 5C糖互变，分子重排 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） 特征性酶: 转酮酶（TK）和转醛酶（TA） 产能： 1molG------35molATP 1molG------35molATP 产能： 产物： 3C, 4C, 5C，6C，7C 5C，6C， 产物： 功能： 1.提供能量 功能： 1.提供能量 2.多种C架 2.多种C 3.提供NADPH还原剂 3.提供NADPH还原剂 4.5C糖用于核酸合成 4.5C糖用于核酸合成
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。 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 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 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； ）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。
第一节 微生物产能代谢
生物氧化 生物氧化功能： ATP、[H]、 生物氧化功能： ATP、[H]、小分子代谢物 生物氧化形式： 加氧、脱氢、 生物氧化形式： 加氧、脱氢、失电子 生物氧化过程：脱氢、递氢、 或脱电子、 生物氧化过程：脱氢、递氢、受氢 或脱电子、 递电子、 递电子、受电子 生物氧化类型： 有氧呼吸、无氧呼吸、 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 1.发酵 概念 概念 糖酵解
乙醛脱氢酶 乙醇脱氢酶
乙酸 乙醇
草酰乙酸
丙酸
丁二醇发酵（ --丁二醇发酵 丁二醇发酵） 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
（乙酰乳酸脱氢酶） 乙酰乳酸脱氢酶）
丙酮酸
V.P.试验的原理：
乙酰乳酸
精氨酸胍基
3-羟基丁酮
（OH-、O2）
红色物质 其中两个重要的鉴定反应：
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； ）使土壤中的氮（硝酸盐NO32）反硝化作用在氮素循环中起重要作用。
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）
PK
2ATP
短乳杆菌
HK
2.5ATP
两岐双岐 杆菌
（3）.丙酸发酵（丙酸细菌） 丙酸发酵（丙酸细菌） 葡萄糖 丙酮酸 丙酸 （4）.混合酸发酵 乳酸、乙酸、甲酸 乳酸、乙酸、 乙醇 、CO2 、H2 琥珀酸 乳酸