自养微生物产ATP和产还原力

自养微生物产ATP和产还原力,2014级生物工程班 刘世锦学号：D31414035,自养微生物按其最初能源的不同的分类,有机物,化能异养菌,日 光,光能营养菌,无机物,化能自养菌,最初能源,通用能源,（ATP）,一 、化能自养微生物,还原CO2所需要的ATP和H是通过氧化无机物 而获得的,NH4+、NO2-、H2S、S0、H2、Fe2+等,呼吸链的氧化磷酸化反应,硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌 等属于化能自养类型,通常是化能自养型细菌，一般是好氧菌。利用固定C02作为它们的碳源。其产能的途径主要也是借助于无机电子供体(能源物质)的氧化，从无机物脱下的氢(电子)直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生ATP。代谢特点 1）无机底物脱下的氢（电子）从相应位置 直接进入呼吸链 2）存在多种呼吸链 3）产能效率低； 4）生长缓慢，产细胞率低。,复杂分子（有机物）,分解代谢,合成代谢,简单小分子,ATP,H,自养微生物的合成代谢： 将CO2先还原成CH2O水平的简单有机物，然后再进一步合成复杂的细胞成分。,化能自养微生物：,无机物氧化过程中主要通过氧化磷酸化产生ATP,如果作为电子供体的无机物的氧化还原电位足够低，也在氧化磷酸化的过程中产生还原力，但大多数情况下都需要通过电子的逆向传递，以消耗ATP为代价获得还原力。,1 硝化细菌 能氧化氮的化能无机营养型细菌。杆状、椭圆形、球形、螺旋形或裂片状，且它们可能有极生或周生鞭毛。好氧、没有芽孢的革兰氏阴性有机体， 在细胞质中有非常发达的内膜复合体。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+ NH2OH + H2O,根据它们氧化无机化合物的不同,也称氨氧化细菌(产生1分子ATP),2 氢细菌（氧化氢细菌） 能利用氢作为能源的细菌组成的生理类群称氢细菌或氢氧化细菌(hydrogen oxidizing bacteria)。 兼性化能自养菌 主要有假单胞菌属、产碱杆菌属(Alcaligenes)、副球菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属(Flavobacterium)、水螺菌属(Aquaspirillum)、分支杆菌属(Mycobacterium)和诺卡氏菌属(Nocardia)等。 产能： 2H2 + O2 2 H2O 合成代谢反应： 2H2 + CO2 CH2O + H2O。,3 硫细菌（硫氧化细菌）,利用H2S、S02、S2O32-等无机硫化物进行自养生长,主要指化能自氧型硫细菌 嗜酸型硫细菌能氧化元素硫和还原性硫化物外，还能将亚铁离子(Fe2)氧化成铁离子(Fe3)。,产能途径第一阶段，H2S、S0和S2O32等硫化物被氧化为SO32第二阶段，形成的SO32进一步氧化为SO42和产能。1、由细胞色素亚硫酸氧化酶将SO32直接氧化成为SO42，并通过电子传递磷酸化产能，普遍存在于硫杆菌中。2、磷酸腺苷硫酸(adenosine phosphosulfate，APS)途径。在这条途径中，亚硫酸与腺苷单磷酸反应放出2个电子生成一种高能分子，放出的电子经细胞电子传递链的氧化磷酸化产生ATP。由腺苷酸激酶的催化，每氧化1分子SO32产生1.5分子ATP。,二、光能营养微生物 指具有捕捉光能并将它用于合成ATP和产生NADH或NADPH的微生物。分为不产氧光合微生物和产氧光合微生物 。前者利用还原态无机物H2S，H2或有机物作还原C02的氢供体以生成NADH和NADPH。后者由H2O分子光解产物H和电子形成还原力(NADPH+H) （还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）,1）循环光合磷酸化 细菌叶绿素将捕获的光能传输给其反应中心叶绿素，吸收光能并被激发，使它的还原电势变得很负，被逐出的电子经过由脱镁菌绿素(bacteriopheophytin，Bph)、CoQ、细胞色素b和c组成的电子传递链传递返回到细菌叶绿素，同时造成了质子的跨膜移动，提供能量用于合成ATP。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）。,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、ATP、还原力、O2同时产生 d、NADPH2中的H来自水分子的光解产物H和电子 e、有PS含叶绿素a，有利于红光吸收，有PS含叶绿素b，有利于蓝光吸收。 当光反应中心的叶绿素吸收光量子能量后释放的电子，经过黄素蛋白和铁氧还蛋白(Fd)传递给NAD+（NADP）生成NADH（NADPH）+H(还原力)，而不是返回氧化型。,3、嗜盐菌紫膜的光合作用,只在嗜盐菌中才有的无叶绿素或菌绿素参与的独特光合作用。嗜盐菌：一类必须在高盐（3.5 5.0 mol/L NaCl）环境中才能生长的古细菌。细胞内富含类胡萝卜素而呈红、橘黄、黄色。其细胞膜可分离出红色和紫色两部分,三、嗜盐菌紫膜的光合作用,(1)嗜盐菌的细胞膜：红膜：红色部分，是细胞膜的主要部分。含类胡萝卜素、黄素蛋白、cyt等用于氧化磷酸化反应的呼吸链载体成分；紫膜：由称作细菌视紫红质的蛋白质和类脂组成，在细胞膜上呈斑片分布，能进行独特的光合作用。细菌视紫红质的功能与叶绿素相似，能吸收光能，并在光量子的驱动下起着质子泵作用。,（2）光介导ATP合成紫膜光合磷酸化（photophosphorylation by purple membrance）,细胞壁,红 膜,主要特点：不经过电子传递，直接产生ATP,紫膜的光合磷酸化是迄今知道的最简单的光合磷酸化反应,（2）光介导ATP合成,当环境中O2浓度很低时，嗜盐菌无法利用氧化磷酸化来满足其正常的能量需要，这时，若光照条件适宜