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【第5章微生物的代谢】一、填空题1.呼吸作用与发酵作用的根本区别在于氧化还原反应中电子受体不同。2.异养微生物的能量ATP和还原力均来自有机物的生物氧化，而化能自养微生物在无机能源氧化过程中通过氧化磷酸化产生ATP。3.乳酸细菌可利用葡萄糖产生乳酸，根据产物不同，乳酸发酵可分为同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧发酵三种类型。4.生物氧化的形式有与氧结合、脱氢和失去电子三种：其过程包括脱氢(电子)、递氢(电子)和受氢(电子)三种；其生理功能有产能(ATP)、产还原力[H])和产小分子中间代谢物三种；而其类型则有呼吸、无氧呼吸和发酵三种。5.在生物氧化中，根据受氢过程中氢受体性质的不同，可把它分成三个类型，即呼吸、无氧呼吸和发酵。6.在有氧情况下，基质脱下的氢经呼吸链传递，最终以分子氧作氢受体，这类生物氧化称为呼吸；在无氧条件下，氢经呼吸链传递，并以无机氧化物作氢受体，这类生物氧化称为无氧呼吸；而在无氧条件下，若氢不通过呼吸链传递，而直接由氧化态中间代谢物为氢受体，则称为发酵，例如酒精发酵和乳酸发酵等。7.硝酸盐在微生物生命活动中具有两种作用，其一是利用它作为氮源，这就是同化性硝酸盐还原作用；另一种是利用它作为呼吸链最终氢受体，这就是异化性硝酸盐还原作用，又称硝酸盐呼吸或反硝化作用。这两个作用的共同点都需要一种含钼的硝酸盐还原酶将硝酸盐还原为亚硝酸盐。8.在光能自养微生物中，其利用日光产生ATP的机制有三类，①循环光合磷酸化，如光合细菌等微生物；②非循环光合磷酸化，如蓝细菌等微生物；③紫膜的光介导ATP合成，如嗜盐菌盐直等微生物。9.光能自养微生物有产氧与不产氧两大类，前者如等蓝细菌，后者如光合细菌等。10.硝化细菌（硝酸细菌）是属于化能自养营养型微生物，它们的碳源是CO2。其中亚硝酸细菌能够将NH4+氧化为NO2¯，硝酸细菌则能够将NO2¯氧化为NO3¯，从而获得能量。它们用于还原CO2的NADH2，是在消耗大量ATP的情况下，通过逆呼吸链的方式而产生，这也是它们生长缓慢和生长得率低的原因之一。二、判断题1.光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是通过电子传递系统产生ATP。（√)2.光合叶绿素和高等植物中的叶绿素具有相类似的化学结构。（√)3.化能自养菌以无机物作为呼吸底物，以O2作为最终电子受体进行有氧呼吸作用产生能量。（√)4.葡萄糖的生物氧化从本质上来看是与化学氧化(即燃烧)相同的。（√)5.呼吸又称有氧呼吸，因为其基质脱氢后的最终氢受体只能是分子氧。（√)6.呼吸链(RC)就是电子传递链(ETC)。（√)7.从化学渗透学说来看，细胞膜两侧的质子梯度差才是产生ATP的直接能量来源。（√)8.硝酸盐呼吸就是反硝化作用。（√)9.凡能进行硝酸盐呼吸的细菌，都存在着一条完整的呼吸链。（√)10.在化能自养细菌中，呼吸链的递氢作用是不可逆的。（×）11.蓝细菌与真核藻类以及绿色植物一样，也能进行产氧性光合作用和非循环光合磷酸化。（√)12.凡光合细菌，都是一些只能在无氧条件下生长并进行不产氧光合作用的细菌。（√)13.在光能自养型生物中，凡进行不产氧光合作用的种类必定是原核生物。（√)14.至今所知的一切光合磷酸化作用，都需要叶绿素或菌绿素的参与。（×）15.青霉素对革兰氏阳性细菌的生长细胞或休止细胞都有强烈的杀死或抑制作用。（×）16.从细胞水平来看，微生物的代谢调控能力大大超过结构复杂的高等动植物细胞。（√)17.一般地说，形态构造和生活史越复杂的微生物，它们的次生代谢产物的种类就越多。（√)三、选择题1.下列光合作用微生物中进行的是非环式光合磷酸化作用的是（C）A.甲藻B.绿硫细菌C.蓝细菌D.嗜盐细菌2.硝酸细菌依靠（B）方式产能。A.发酵作用B.有氧呼吸C.无氧呼吸D.光合磷酸化3.下列微生物中同时具有固氧、氧化无机硫化物、氧化亚铁为高铁能力的是（D）A.脱硫弧菌属DesulfovibrioB.着色菌属ChromatiumC.贝氏硫细菌属BeggiotoaD.氧化亚铁硫细菌f.ferrooxidans4.巴斯德效应是指（D）A.乳酸对微生物的抑制B.酒精对葡萄糖分解的抑制C.氧气对呼吸作用的抑制D.氧气对发酵作用的抑制5.新陈代谢研究中的核心问题是(C)。A.分解代谢B合成代谢C.能量代谢D.物质代谢6.营硝酸盐呼吸的细菌，都是一类(B)。A.专性好氧菌B.兼性厌氧菌C.专性厌氧菌D.耐氧性厌氧菌7.硫酸盐还原菌都是一些(C)。A.专性好氧菌B.兼性厌氧菌C.专性厌氧菌D.耐氧性庆氧菌8.硫酸盐还原细菌还原硫酸盐的最终产物是(D)。A.SO32-B.SO22-C.SD.H2S9.在以下四类能进行光合作用的细菌中，不含叶绿素和菌绿素的是(D)。A.红螺菌B.蓝细菌C.衣藻D.嗜盐菌10.由EMF途径出发的六条发酵途径，其共同的最初中间代谢物是(D)。A.葡萄糖B.甘油酸-3-磷酸C磷酸烯醇式丙酮酸D.丙酮酸11.青霉素对革兰氏阳性细菌的抑菌作用机制是(B)。A.破坏N-乙酰葡糖胺与N-乙酰胞壁酸的交联B抑制肽聚糖单体间的转肽作用C.导致细胞壁裂解D.抑制肽聚糖单体透过细胞膜12.抗生素属于微生物代谢中的(C)。A.主流代谢产物B.中间代谢产物C.次生代谢产物D.大分子降解产物四、名词解释1.生物氧化：就是发生在或细胞内的一切产能性氧化反应的总称。生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种。2.呼吸作用：指微生物在降解底物的过程中，将释放出的电子交给NAD（P）+、FAD或FMN等电子载体，再经电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程。3.氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）：物质在生物氧化过程中形成的NADH和FADH2可通过位于线粒体内膜和细菌质膜上的电子传递系统将电子传递给氧或其他氧化型物质，在这个过程中偶联着ATP的合成，这种产生ATP的方式称为氧化磷酸化。4.底物水平磷酸化（substratelevelphosphorylation）：物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成，这种产生ATP等高能分子的方式称为底物水平磷酸化。5.硝化作用：硝化作用：铵氧化成硝酸的微生物学过程。6.反硝化作用：微生物还原NO3－成气态氮的过程。即硝酸盐的异化还原。7.化学渗透学说(chemiosmotichypothesis)在氧化磷酸化过程中，通过呼吸链有关酶系的作用，可将底物分子上的质子从细胞膜(或线粒体膜)的内侧传递到膜的外侧，从而造成膜两侧质子分布不均匀，此即质子动势，再由它推动ATP的合成。化学渗透学说由英国学者P.Mitchell于1961年提出。8.无氧呼吸(anaerobicrespiration)无氧呼吸又称厌氧呼吸。一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物或有机氧化物的生物氧化。因而是在无氧条件下进行的、产能效率较低的特殊呼吸。其特点是葡萄糖等底物按常规途径脱氢后，经呼吸链递氢(或电子)，最终由氧化态的无机物(NO3¯，SO42¯等)或有机物受氢，并完成氧化磷酸化产ATP功能。根据末端受氢体的种类又可分为硝酸盐呼吸、硫酸盐呼吸、硫呼吸、铁呼吸、碳酸盐呼吸或延胡索酸呼吸等。9.硝酸盐呼吸(nitraterespiration)硝酸盐呼吸又称反硝化作用。无氧呼吸的一种。是在无氧条件下，某些兼性厌氧菌利用硝酸盐作为呼吸链的最终氢受体，使硝酸盐还原成亚硝酸盐、NO、N20或N2的过程。10.碳酸盐呼吸(carbonaterespiration)无氧呼吸的一种。一类以CO2或重碳酸盐作为呼吸链未端氢受体的生物氧化产能过程。根据其还原产物的不同可分两类:①由专性厌氧菌----产甲烷菌产生甲烷的碳酸盐呼吸；②由专性厌氧菌----产乙酸菌产生乙酸的碳酸盐呼吸。11.发酵(fermentation)在无氧等外源氢受体的条件下，产能底物在脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸连的传递而直接由某一内源性中间代谢物接受，从而实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。广义的发酵也指任何利用好氧性微生物或厌氧性微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料的一类生产方式。12.同型乳酸发酵(homolacticfermentation)同型乳酸发酵是一个分子葡萄糖经EMP途径后仅产生两分子乳酸的发酵。13.异型乳酸发酵(heterolacticfermentation)异型乳酸发酵是葡萄糖经HMP途径发酵后，除产生乳酸外，还产生乙醇、乙酸和CO2等多种发酵产物的发酵。14.次生代谢物(secondarymetabolite)某些微生物生长到稳定期前后，以结构简单、代谢途径明确、产量较大的初生代谢产物作前体，通过复杂的次生代谢途径而合成的各种结构复杂的化合物，称为次生代谢物。与初生代谢物不同，次生代谢物一般具有分子结构复杂，代谢途径独特，在生长后期合成，产量较低，生理功能不很明确，以及其合成一般受质粒控制等特点。五、问答题1.试列表比较呼吸、无氧呼吸和发酵的特点。2.扼要说明酵母的一型、二型和三型发酵，它们的最终产物是什么？a.酵母菌只有在pH3.5～4.5（弱酸性）和厌氧条件下才能进行正常的酒精发酵，称之为酵母菌的第一型发酵，亦称同型酒精发酵。G→丙酮酸→乙醛→乙醇。b.若有亚硫酸酸氢钠NaHSO3（3％）存在，与乙醛结合，而使磷酸二羟丙酮作为受氢体。磷酸二羟丙酮→α-磷酸甘油→甘油。此称为酵母菌第二型发酵，但仍有乙醇产生。c.如果将发酵过程的pH值控制在微碱性（pH7.6左右）和厌氧条件下，乙醛分子间歧化反应一分子乙醛→乙酸（氧化）一分子乙醛→乙醇（还原）还有磷酸二羟丙酮→甘油。得到的产物主要是甘油、少量的乙醇、乙酸和CO2。此为酵母菌的第三型发酵。3.请指出以下作为电子最终受体的呼吸类型：NO3，NO2→→N2硝酸盐呼吸Fe3+→→Fe2＋铁呼吸S→→H2S硫呼吸O2→→H2O有氧呼吸CO2→→CH4产甲烷菌产生甲烷的碳酸盐呼吸Fumarate→→Succinde延胡索酸呼吸4.简述反硝化作用的生态学作用？反硝化作用指的是硝酸盐呼吸，一般是由于好氧性机体的呼吸作用使土壤及水环境氧气被消耗而造成局部的厌氧环境，从而使一些硝酸还盐原细菌能进行厌氧呼吸（硝酸盐呼吸）。硝酸盐呼吸使土壤中植物能利用的氮（硝酸盐NO3-）还原成氮气而消失，从而降低了土壤的肥力。解决放大就是松土，排除过多的水分，保证土壤中有良好的通气条件。另一方面，反硝化作用在氮素循环中的起重要作用，硝酸盐是一种容易溶解于水的物质，通常通过水从土壤流入水域中。如果没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积累，会导致水质变坏与地球上氮素循环的中断。5.简述氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans)为什么能在酸性环境下生活？从亚铁到高铁状态的铁的氧化，对于少数细菌来说也是一种产能反应，但从这种氧化中只有少量的能量可以被利用。因此该菌的生长会导致形成大量的Fe3+（Fe(OH)3）。亚铁（Fe2+）只有在酸性条件（pH低于3.0）下才能保持可溶解性和化学稳定；当pH大于4-5，亚铁（Fe2+）很容易被氧气氧化成为高价铁（Fe3+）。因此，能利用亚铁进行氧化产能的细菌通常也可以氧化硫化物产能，因此保证细菌生活的低pH环境（产生大量的硫酸）6.何谓初级代谢和次级代谢？扼要阐述初级代谢与次级代谢的关系？微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。相对于初级代谢而提出的一个概念。指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。初级代谢与次级代谢的关系：1、存在范围及产物类型不同，初级代谢：普遍存在于各类生物中的一种基本代谢类型，次级代谢：只存在于某些生物（如植物和某些微生物）中；2、对产生者自身的重要性不同，初级代谢产物：机体生存必不可少的物质，次级代谢产物：不是机体生存所必需的物质3、同微生物生长过程的关系明显不同，初级代谢：自始至终存在于一切生活的机体