自养微生物产ATP和产还原力

1、自养微生物按其最初能源的不同的分类能对无机物进行氧化而获得能量的微生物，称为化能无机自养型微生物。一能利用日光辐射能的微生物，称做光能自养型微生物。最初能源通用能源（ATP） 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。复杂分子复杂分子（有机物）（有机物）分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢简单小分子简单小分子ATPH1 硝化细

2、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 3 +O2 2 + 2H+ NH2 2OH + H2 2O 氨单加氧酶羟氨氧化酶HNO2 +4H+ +4e- b、硝化细菌NO2- + H2O 亚硝酸氧化酶NO3-+ 2H+ +2e-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

3、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H2 2S、S02 2、S2 2O3 32-2-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

4、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

5、 。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还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸核苷酸磷酸）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、

6、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 3、嗜盐菌紫膜的光合作用、嗜盐菌紫膜的光合作用只在只在嗜盐菌嗜盐菌中才有的中才有的无叶绿素或菌绿素无叶绿素或菌

7、绿素参与的参与的独特光合作用。独特光合作用。嗜盐菌：一类必须在高盐（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）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。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三、嗜盐菌紫膜的光合作用(1)(1)嗜盐菌的细胞膜：嗜盐菌的细胞膜：红膜：红膜：红色部分，是细胞膜的主要部分。含类胡萝卜红色部分，是细胞膜的主要部分。含类胡萝卜素、黄素蛋白、素、黄素蛋白、cytcyt等用于氧化磷酸化反应的呼吸链等用于氧化磷酸化反应的呼

8、吸链载体成分；载体成分；紫膜：紫膜：由称作由称作细菌视紫红质细菌视紫红质的蛋白质和类脂组成，在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。量子的驱动下起着质子泵作用。 （2）光介导）光介导ATP合成合成紫膜光合磷酸化紫膜光合磷酸化（photophosphorylation by purple membrance）ATP酶酶紫紫 膜膜H+H+H+-+-细胞壁细胞壁红 膜H+ADP+PiATP主要特点：不经过电子传递，直接产生主要特点：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磷酸化反应（2 2）光介导）光介导ATPATP合成合成 当环境中当环境中O O2 2浓度很低时，嗜盐菌无法利用氧化磷浓度很低时，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，若光照条件酸化来满足其正常的能量需要，这时，若光照条件适宜，它就能合成紫膜，并利用紫膜的光介导适宜，它就能合成紫膜，并利用紫膜的光介导ATPATP合合成机制获得必要的能量。成机制获得必要的能量。 通