电子传递体系产能情况
NADH FADH
3ATP 2ATP
环境工程微生物学
产生ATP的三种形式
（2）底物水平磷酸化
p136
厌氧微生物和兼性厌氧微生物在底物氧化过程中，产 生一种含高自由能的中间体，这一中间体将高能键交给 ADP，使ADP磷酸化而生成ATP。
1个ADP生成1个ATP
底物水平磷酸化作用与氧化磷酸化作用的区别
AT P ADP
HOCH HCOH HCOH
AT P ADP CH 2OPO3H2
6-磷酸 葡萄糖
葡萄糖
6-磷酸果糖
CH 2OPO3H2
CH 2OPO3H2
1，6-二磷酸果糖
2
HCO HCOH CH2OPO3H2
CH2OPO3H2
CO
磷酸二羟丙酮
无 NAD+ NAD+ 机 产生第一个 CH2OH 磷 Pi NADH2 NADH2 ATP CH 2OPO3H2 HCOP O3H2 酸 CH2OPO3H2 ADP ATP 结 HCOH COOH HCOH 合 2-磷酸甘油酸 COOH
环境工程微生物学
关于能量
氧化1mol葡萄糖分子合成4molATP-磷酸化葡萄糖消耗 了2 molATP= 反应得到2 molATP
C6H12O6＋2NAD＋2ADP＋2Pi→2CH3COCOOH+2NADH2+2ATP
2 molATP
2 31.4KJ 100% 26% 238.3KJ
P139
核 心 问 题
能量代谢 1. 微生物的代谢 物质代谢
产能代谢 耗能代谢 分解代谢
合成代谢
环境工程微生物学
环境工程微生物学
2. 呼吸
呼吸（生物氧化）：生物体内的物质经过一系列连续的 氧化还原反应分解并释放能量的过程。产能代谢的总称 。 呼吸作用的本质: 氧化与还原反应的统一过程。
呼吸本质： 化能营养型——分解产能 光能营养型——光合产能
底物水平 磷酸化
ATP
CH2-COOH CH-COOH O=C-COOH
CO2
CO2
环境工程微生物学
关于能量
1mol丙酮酸经三羧酸循环后氧化产生3molCO2，生成4mol NADH2，1mol FADH2。 EMP 阶段 1mol葡萄糖酵解成2mol丙酮酸共生成2molATP 酵解中产生的2mol NADH2产生6molATP 4mol NADH2生成：4×3＝12 mol ATP 1mol FADH2生成2molATP 底物磷酸化生成1molATP 8mol
1mol葡萄糖
环境工程微生物学
V.P试验、甲基红试验 ——大肠埃希氏杆菌和产气杆菌的区分
大肠埃希氏杆菌的发酵产物为甲酸、乙酸、乳酸、CO2等。产气杆菌
也能进行混合酸发酵，丙酮酸经过缩合、脱羧后形成乙酰甲基甲醇，可 在碱性条件下被迅速氧化为二乙酰，二乙酰可与蛋白胨水解出的精氨酸 所含胍基反应形成红色化合物，称为阳性反应。 产气杆菌在混合酸发酵时会产生中性的乙酰甲基醇，但大肠埃希氏 杆菌的混合酸发酵产生多种有机酸，使培养液呈酸性，p H在4.2左右甚 至更低。 当用甲基红滴入时 ，大肠埃希氏杆菌培养液为红色，称之为阳性反 应；产气杆菌培养液为橙黄色，为甲基红反应阴性。
☆ 底物水平磷酸化作用是指ATP的形成直接与一个中间代谢物
上的磷酸基团转移相偶联。
☆ 氧化磷酸化作用是指ATP的生成基于电子传递相偶联的磷酸
作用。
环境工程微生物学
产生ATP的三种形式 （3）光合磷酸化 光引起叶绿素、菌绿素或菌紫素逐出电子，通 过电子传递产生ATP的过程。
ATP生成的反应式
ADP+H3PO4 AMP+2H3PO4 ATP ATP
TCA循环

好氧呼吸产能的代表途径； 指由丙酮酸经过一系列循环反应而彻底氧化、脱羧，形成CO2、H2O 和NADH2的过程。 是广泛存在于各种生物体中的重要化学反应，在好氧微生物中普遍 存在，也称为三羧酸循环； 由诺贝尔奖获得者（1953）、德国学者H.A.Kerbs于1937年提出。
环境工程微生物学
二.生物氧化（呼吸）类型与产能代谢
生物氧化（呼吸）类型：
供氢体
A—H2
辅
酶
受氢体－H2
氧化酶 受氢体
脱氢酶 A 辅酶－H2
脱氢（电子）
传递氢（电子）
受氢（电子）
根据电子最终受体，可将微生物的呼吸类型分为： 发酵 好氧呼吸 无氧呼吸
环境工程微生物学
1. 发酵
工业中的发酵
廉价的原料 有O2、无O2
环境工程微生物学
大肠杆菌
大肠埃希氏菌(E. coli)通常称为大肠杆菌， 是Escherich在1885年发现的，在相当长的一段 时间内，一直被当作正常肠道菌群的组成部分， 认为是非致病菌。直到20世纪中叶，才认识到一 些特殊血清型的大肠杆菌对人和动物有病原性， 尤其对婴儿和幼畜（禽），常引起严重腹泻和败 血症，它是一种普通的原核生物，是人类和大多 数温血动物肠道中的正常菌群。但也有某些血清 型的大肠杆菌可引起不同症状的腹泻。
EMP途径

两大步骤
第一步：不涉及氧化还原反应的预备性反应，生成2分子 中间产物 3－磷酸甘油醛；
第二步：发生氧化还原反应，合成ATP并形成两分子的丙 酮酸。
环境工程微生物学
HCO HCOH HOCH HCOH HCOH CH2OH
HCO HCOH
CH2OH CO HOCH HCOH HCOH
CH2OP O3H2 CO HOCH HCOH HCOH
大肠杆菌O 157：H7血清型属肠出血性大肠杆菌，自1982年在美国首先发现以来， 包括我国等许多国家都有报道，且日见增加。大肠杆菌O 157：H7引起肠出血性腹泻， 约2％～7％的病人会发展成溶血性尿毒综合征，儿童与老人最容易出现后一种情况。致 病性大肠杆菌通过污染饮水、食品、娱乐水体引起疾病暴发流行，病情严重者，可危急 生命。
环境工程微生物学
电子传递体系
由辅酶NAD，NADP，辅酶FAD和FMN，辅酶Q，细胞色 素b，细胞色素c1，c，细胞色素a和a3组成。
ATP
O2→H2O
环境工程微生物学
存在的位置
原核微生物体内的细胞膜 真核微生物存在于线粒体中
基本功能
•接受电子，电子从一个组分传到另一个组分，最后由细胞色 素氧化酶的催化反应，将电子传递给最终电子受体 — O2； •合成ATP。
有益微生物
有用的代谢产物
发酵-呼吸产生ATP
有机物
氧化的基质
氧化
有机物
最终受氢体
有机物
环境工程微生物学
★广义: 利用微生物代谢生产有用代谢物等的一类生产方式。
狭义定义: 无氧等外源受体的条件下，底物脱氢后所产生的还
原力［H］未经呼吸链传递而直接交给某一内源性中间代谢
物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
谢和合成代谢两个过程组成。 分解代谢是指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这 个过程中产生能量。 合成代谢是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子的


过程，在这个过程中要消耗能量。

合成代谢所利用的小分子物质来源于分解代谢过程中产生的 中间产物或环境中的小分子营养物质。
环境工程微生物学
一、微生物的生物氧化和产能
TCA 阶段
×2=30mol
C6H12O6+6O2+38ADP+38H3PO4
6CO2+6H2O+38ATP
环境工程微生物学
1mol葡萄糖完全氧化得到38molATP； 有1193 KJ能量转化为ATP，而其产生的总能量为2876KJ， 好氧呼吸中利用能量的效率是42％。 发酵l mol葡萄糖分子的能量利用率只有26％。可见， 进行发酵的厌氧微生物为了满足能量的需要，消耗的营养 物要比好氧微生物多。
环境工程微生物学
好氧呼吸第一阶段：EMP途径形成丙酮酸
环境工程微生物学 2ADP
2ATP
C6H12O6
2NAD+
CH3COCOOH
2NADH2
CO2
CH3CO~SCoA 乙酰辅酶A CoA~SH
TCA 1mol丙酮酸经三羧酸循环后氧化产生 3 molCO2，生 成 4 mol NADH2，1 mol FADH2。 循环
环境工程微生物学
2. 好氧呼吸
当存在外在的电子受体——O2 ，底物可全部氧化成 CO2 和H源的氧化称 为好氧呼吸。
底 物
e
释放的电子
NAD(P)+ FAD或FMN
电子传递体系
O2→H2O
ATP
环境工程微生物学
以葡萄糖为例子，讲解好氧呼吸过程。 葡萄糖的好氧呼吸分为两个阶段： 1.糖酵解阶段，形成丙酮酸，即EMP途径酵解阶段； 2.丙酮酸有氧分解阶段，即三羧酸循环（TCA循环）阶段。
正型乳酸发酵 混合酸发酵 乳酸异型发酵 丁二醇发酵 乙醇发酵 丙酮酸 丁酸丁醇发酵
通过这些发酵，微 生物可获得生命活动 需要的能量，人类则 可获得代谢产物。
丁酸发酵 丙酸发酵
环境工程微生物学
作为发酵底物必须具备两点：
1）不能过分氧化也不能过分还原，过分还原不能作为电子 受体，因为电子受体还要进一步还原，过分氧化不能产生 足以维持生长的能量。 2）必须转变为可参与底物水平磷酸化的中间产物。
环境工程微生物学


3.微生物产能的方式和种类：
电能（电子移动产生）


化学能（氧化有机物和无机物的化学反应中释放的能量）
机械能（运动产生的） 光能（发光细菌产生的）
微生物能量的转化
(1) 变为热，散失； (2) 供合成反应和生命的其他活动； (3) 贮存在ATP（三磷酸腺苷）中。