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SectionBMicrobialmetabolismB3Autotrophicreactions自养微生物的代谢复习：Nutritionaltypeofmicrobe?OrganiccompoundsCarbondioxideOrganicmoleculeLightorchemistryenergyChemo-organotroph化能异养OrganiccompoundsCarbondioxideChemo-lithotrophs化能自养Photo-organotroph光能异养Photo-lithotrophs光能自养异养微生物通过有机物分解途径获得ATP和NADH自养微生物如何获得ATP和NAHDH呢？1.Chemolithotrophy（化能自养）1.1氧化反应式1.2化能自养性微生物通过氧化无机物形成ATP，但是合成NADH需要消耗ATP。1.3微生物将按完全氧化成硝酸盐称作硝化作用。硝化作用有重要的生态意义。1.4化能自养菌ATP和NADH的净产量非常低，必须氧化大量的无机底物。化能自养菌生长非常缓慢。NH4++11/2O2NO2-+H2O+2H+NO2-+1/2O2NO3-硝化单胞菌硝化杆菌-0.32+0.82+0.42NO2-NO3-eCtypecytochromesCytochromesa1Cytochromesa31/2O2H2OFlavoproteinNAD+NADH+H+ADP+PiATPADP+PiATP2.Photolithotrophs（光能自养）2.1微生物的光合作用分为：放氧型光合作用，如：蓝细菌、藻类；非放氧型光合作用，如：绿硫细菌和紫硫细菌。2.2光合作用放出的氧来自于水的光解。2.3光合作用分为光反应和暗反应，光反应是光能转化成化学能（ATP），暗反应是消耗（ATP）合成葡萄糖。2.4光能自养微生物的分类。（18页）2.5细菌的光反应不同于真核微生物的光反应。3.Thelightreactioninbacteria（细菌的光反应）3.1光合细菌含有细菌叶绿素a和b，他们分别吸收775和790nm的光波。3.2对于绿色硫细菌和非硫细菌，这些色素存在于绿色体中，绿色体是一种质膜延伸形成的囊状物。而对于紫色细菌，这些色素存在与细胞质的小泡中。3.3光合细菌只含有光系统1，是一种循环式的光反应，在光合作用过程中不产生氧气。3.4细菌的光反应过程见右图。3.5细菌的光反应合成ATP，若要合成NADH，必须提供电子供体。P700PhotosystemⅠP700*FdPCCytochromebfcomplex⇜lightH+pumpRedoxPotential(V)-+3.Thelightreactioninbacteria（细菌的光反应）3.6紫色硫细菌不能够通过光反应直接合成NADPH，电子供体提供的电子从细胞色素处进入，消耗光反应合成的ATP,产生反响电子流，合成NADPH。-1.0-0.75-0.5-0.250+0.25+0.5P870P870*BChlQCytbc1NADPHCytc2LightCyclicphotophosphorylation4.Thelightreactionineukaryotes（真核生物的光反应）4.1真核微生物光反应的部位是叶绿体；叶绿体内含有类囊体，集光色素和反应中心位于类囊体的膜上。4.2光合系统Ⅱ的色素分子被光能激发，释放出的电子沿着传递链到达光合系统Ⅰ，在传递过程中，合成ATP。光合系统Ⅰ吸收光能后，再次激发释放出电子，释放的电子眼电子传递链传递，合成NADH。4.Thelightreactionineukaryotes（真核生物的光反应）4.3光合系统Ⅱ的色素分子被光能激发，释放出的电子沿着传递链到达光合系统Ⅰ，在传递过程中，合成ATP。光合系统Ⅰ吸收光能后，再次激发释放出电子，释放的电子眼电子传递链传递，合成NADH。non-cyclicelectrontransport5.Thedarkreactionofphotosynthesis（光合作用的暗反应）5.1暗反应是合成碳水化合物的化学反应，整个反应称之为“卡尔循环”。5.2暗反应使用光反应产生的ATP和NADPH作为能量和还原力，使用二氧化碳和水作为原料，合成糖类等碳水化合物。5.3卡尔文循环的关键酶是核酮糖二磷酸羧化酶。6×（3c）3-Phosphoglycerate3-磷酸甘油酸6×1,3-Bisphosphoglycerate1,3-二磷酸甘油酸6×（3c）Glycetaldehyde3-Phosphate甘氨酸-3-磷酸5×（3c）Glycetaldehyde3-Phosphate甘氨酸-3-磷酸1×（3c）Glycetaldehyde3-Phosphate（6C）Fructose-6-phosphate果糖-6-磷酸3×（5c）Ribulose5-phosphate核酮糖-5-磷酸Sucrose蔗糖Starch淀粉3×（5c）Ribulose1,5-biphosphate核酮糖-1，5-二磷酸6ATP6ADP6NADPH6NADP++6Pi3ADP3ATP3CO2SectionBMicrobialmetabolismB4BiosyntheticPathways生物合成途径生物合成：微生物为了生长和繁殖合成新的细胞物质的过程。生物合成物质分为两类：小分子物质和大分子物质。小分子包括：葡萄糖、氨基酸、核苷酸；大分子物质包括：碳水化合物、核酸、脂肪、蛋白质。1.Carbohydrates（碳水化合物）1.1所有的异养微生物必须合成葡萄糖，用于合成葡萄糖的物质是除了二氧化碳以外的其他碳源。1.2用其他碳源合成葡萄糖的过程称为糖原异生。糖原异生是糖酵解的异过程。1.3糖原异生过程中有几步反应不同于糖酵解。磷酸烯醇式丙酮酸激酶将丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸；果糖-1，6-二磷酸在果糖-1，6-二磷酸酶的催化下生成果糖-6-磷酸；葡萄糖-6-磷酸在葡萄糖-6-磷酸酶的催化下生成葡萄糖。2.Aminoacids（氨基酸）2.1微生物氮同化的方式差异很大，仅有一类微生物能够利用氮气，称之为固氮。固氮微生物有：固氮菌、根瘤菌和一些革兰氏阳性细菌如梭菌。固氮反应被一种对氧气敏感的酶固氮酶催化。这个反应需要消耗大量的能量。2.2其他的微生物利用硝酸盐、亚硝酸盐和氨，但是硝酸盐和亚硝酸盐在同化之前必须还原成氨。2.3蛋白质中有20种氨基酸，但并没有20种生物合成途径，因为这20种氨基酸可以分为5组，每一组有共同的合成路径。这5组分别是：谷氨酸组、天冬氨酸组、丙酮酸组、丝氨酸组、芳香氨酸组。N2+6H++12ATP+12H2O2NH3+12ATP+12Pi2O2.Aminoacids（氨基酸）1.Glutamatefamily（谷氨酸组）proline（脯氨酸）α-ketoglutamateGlutanate（α-酮戊二酸）（谷氨酸）Ornithine（鸟氨酸）Arginine（精氨酸）2.Aspartatefamily（天冬氨酸组）Lysine（赖氨酸）OxaloacetateAspartate（草酰乙酸）（天冬氨酸）Methionine（甲硫氨酸）Homoserine（高丝氨酸）Threonine（苏氨酸）Isoleucine（异亮氨酸）3.Nucleicacids（核酸）3.1嘌呤（purines）和（pyrimidines）嘧啶是环状的含氮化合物。嘌呤（腺嘌呤和鸟嘌呤）有两个连接的环构成，嘧啶（尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶）只有一个环。3.2核苷（Nucleoside）是由一个嘌呤或嘧啶与一个五糖（核糖或脱氧核糖）连接。3.3核苷酸（Nucleotides）是DNA或RNA的单体，由一个核苷与连接到糖上的一个或多个磷酸基组成。3.4由7个化合物合成嘌呤。嘧啶的生物合成起始于氨甲酰磷酸与天冬氨酸缩合，生成氨甲酰天冬氨酸，然后转变成嘧啶生物合成的一个共同的中间产物乳清酸。3.Nucleicacids（核酸）NNNNAspartate天冬氨酸Folicacid叶酸Glutamine谷氨酸CO2Glutamine谷氨酸Folicacid叶酸Glycine氨基乙酸NNNNNH2OOPOOO-H3C-C-ACP+C-CH2-C-ACPOOO-OH2OH3C-C-CH2-C-ACPOOOH3C-CH-CH2-C-ACPOH3C-CC-C-ACPH3C-CH2-CH2-C-ACPNADPH+H+NADP+H2ONADP+NADPH+H+OHHHO4.Fattyacidsynthesis（脂肪酸合成）AcetylACP乙酰ACPMalonylACP丙二酰ACPAcyl-malonyl-ACPcondensingenzymeCondensationAcetoacetyl-ACP乙酰乙酰ACPΒ-Ketoacyl-ACPreductaseReduction3-Hydroxyacyl-ACPdehydratase3-Hydroxy-butyryl-ACP3-羟基-丁酰-ACPDehydrationReductionEnoyl-ACPreductaseButyryl-ACP丁酰-ACP