环境微生物学教学课件 12产能代谢与呼吸.ppt

产能代谢与呼吸作用,一、呼吸的本质,分解能源物质，产ATP能,植物吸收光、二氧化碳呼氧的本质？,光合作用能量转移，产ATP能 呼吸本质微生物 化能细菌分解产能 光能细菌光合产能,人吸氧呼二氧化碳的本质？,二、呼吸类型,1按与氧气关系分 2按呼吸基质来源分 分为好氧呼吸和厌氧呼吸 提问：高等动物有无厌氧呼吸呢？ 酵解发酵，但能量太低不足以维持其生存,重点介绍化能细菌的呼吸 有两种分类原则,专性厌氧细菌呼吸完全与氧无关。,没有进化的，到现在也不能生存在氧环境中 提问：？ 氧自由基的毒害 生化反应中，O2得到脱氢酶传递的氢反应不仅生成水，还部分生成强氧化性的氧自由基，而厌氧菌没有进化出抗氧化防御酶体系 更进化的细菌乃至高等生物具有该酶体系,地球上最原始的细菌为专性厌氧菌。,好氧呼吸（好氧菌）,厌氧呼吸（厌氧菌）,好氧有机物呼吸,好氧无机盐呼吸,厌氧有机物呼吸,厌氧无机盐呼吸,磷酸戊糖途径(PP)三羧酸循环(TCA) 乙醛酸循环(EAA),(亚)硝化 氢氧化 硫氧化 铁氧化,乙醇发酵 乳酸发酵 丁二酸发酵 丙酸、 丁酸发酵 混合酸发酵,反硝化 反硫化 硫还原 碳酸盐还原铁还原,+,电子呼吸链 (氧化磷酸化）,+,底物水平磷酸化,氧得电子,无机离子得电子,ATP,有机物得电子,ATP生成的方式,基质(底物)水平磷酸化：厌氧微生物和兼性厌氧微生物在基质氧化过程中，产生一种含高自由能的中间体，如发酵中产生含高能健的1,3-二磷酸甘油酸。这一中间体将高能键()交给ADP，使ADP磷酸化而生成ATP。 氧化磷酸化：好氧和无氧呼吸时，通过电子传递体系产生ATP的过程叫氧化磷酸化。 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的过程叫光合磷酸化。产氧光合生物包括藻类和蓝细菌依靠叶绿素通过非环式的光合磷酸化合成ATP。不产氧的光合细菌则通过环式光合磷酸化合成ATP。,化能微生物,光能微生物,1）好氧呼吸,好氧有机物呼吸 （属于？营养型细菌）,AH 有机物,这一过程的能量转化效率达到可43%以上，远高于厌氧呼吸，有机物被彻底氧化为水和二氧化碳。,糖酵解（EMP, PP, ED, PK) 三羧酸循环（TCA）,辅酶（氧化态） FAD、NAD（P）H+,CO2,辅酶（还原态） FADH2、NAD（P）H+H+,O2,H2O,呼吸链,好氧无机盐呼吸,（属于？营养型细菌）,氢氧化,H2,H2O,（亚）硝化,NH3,NO2- NO3-,硫氧化,S或S2-,SO42-,铁氧化,Fe2+,Fe3+,CO2同化,经呼吸链,氢汽车,提问：等量电子释放ATP产生速度比异养菌慢，为什么？,同样以呼吸链产能！,氢细菌、(亚)硝化细菌、硫细菌、铁细菌,跨越产能酶,2）厌氧呼吸,厌氧有机物呼吸 （分子内无氧呼吸） 属？菌 又称（酵解）发酵，生物化学中曾接触过葡萄糖的乙醇发酵和乳酸发酵，细菌的各种发酵具有类似的机理。,提问：该无氧呼吸为什么称分子内 ？,同一物质（如葡萄糖）分解产物再结合,乙醇发酵,提问：为什么这类细菌普遍生长缓慢？ 分解不彻底（能量转化率只有2%）产能效率很低,同样以葡萄糖为原料，乳酸发酵、丙酸发酵、丁酸发酵、丁二酸发酵与乙醇发酵产物不同，原因何在？,乳酸发酵,微生物不同 酶体系和种类不同,厌氧无机盐呼吸（分子外无氧呼吸）,分子外？,有机物脱氢,硫还原,铁还原,硝酸盐还原 反硝化,硫酸盐还原,碳酸盐还原,什么营养型的细菌？,化能异养或自养,无机离子代替氧,与有机物,（1）硝酸盐呼吸（反硝化）,反硝化菌：地衣芽孢菌属、铜绿假单胞菌、脱氮球菌、脱氮硫杆菌等。 若硝酸盐是作为氮源，产物为自身的蛋白质等含氮化合物，这是否属于反硝化？ 否，反硝化产物为N2释放，称为异化硝酸盐还原，上述为同化硝酸盐还原。 自然界氮循环的关键环节！,有何环保用途？,氮循环,废水脱氮,（2）硫酸盐呼吸（反硫化）,严格地说是异化硫酸盐还原，产物H2S（光能自养菌的食物）。 只有一种，称硫酸盐还原菌（SRBsulfur-reducing bacteria) 有弧形、球形、杆状、叶状、线条状等不同的外形，其中以脱硫弧菌最为常见。既有兼性厌氧的也有严格厌氧的。他们广泛分布在土壤、海水、污水、淤泥、温泉、油井、以及动物和人体肠道中。,提问：如何判断硫酸盐还原菌的行踪？ 有臭鸡蛋气味的硫化氢，或在周围环境有铁离子存在时出现黑色的FeS沉淀出现。,提问：从硫酸盐还原菌的生存特点，判断一下其利弊？,利厌氧污水中有机物及重金属污染处理 弊H2S恶臭、腐蚀性和生物毒性,（3）碳酸盐呼吸（碳酸盐还原）,细菌类型：产甲烷菌、产乙酸菌。 产甲烷菌 4H2 + H+HCO3- CH4 + 3H2O 产乙酸菌 4H2 + 2H+ + 2HCO3- CH3COOH + 4H2O （氢来源于发酵）,*为什么相同的反应物而出现不同的产物？ 是废水厌氧处理中关键性微生物。,各种呼吸类型的比较,活性污泥法,厌氧消化,高浓度有机废水,2按呼吸基质来源分类,细菌外源呼吸与内源呼吸 提问：什么是内源呼吸、外源呼吸？ 内、外细胞内外 源能源物质 呼吸氧化产能,提问：处于什么样呼吸状态？,两种同时进行,只能内源呼吸,污泥消化,好氧呼吸（好氧菌）,厌氧呼吸（厌氧菌）,好氧有机物呼吸,好氧无机盐呼吸,厌氧有机物呼吸,厌氧无机盐呼吸,(亚)