微生物的新陳代謝2.ppt

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1、第二節(jié):基本代謝(下)——豐富多彩的微生物產(chǎn)能方式教學(xué)目標(biāo)掌握呼吸鏈的概念、功能、組成、排列順序氧化磷酸化,P/O比的概念A(yù)TP合成、偶聯(lián)假說(shuō)原核生物ETC特點(diǎn)無(wú)氧呼吸概念、類型發(fā)酵概念、類型,重要發(fā)酵的過(guò)程和產(chǎn)物化能自養(yǎng)菌的概念、類型兩種光和作用的比較了解其他內(nèi)容異養(yǎng)微生物的遞氫和受氫——能量從NAD(P)H到ATP第一部分一、生物氧化的三種類型生物氧化根據(jù)其受氫階段受氫體的不同可以分成(有氧)呼吸、無(wú)氧呼吸和發(fā)酵三種形式。Theend二、有氧呼吸有氧呼吸(aerobicrespiration)簡(jiǎn)稱呼吸(respiration),是一種最重要最普

2、遍的生物氧化過(guò)程。其特點(diǎn)是底物按常規(guī)方式(EMP,HMP及TCA等)所脫之氫(NADH)經(jīng)完整呼吸鏈[RC,respirationchain,又稱電子傳遞鏈(ETC,electrontransportchain)]傳遞,最終由O2接受氫形成水并釋放能量(ATP)。有氧呼吸是三種生物氧化中產(chǎn)能效率最高的方式。1、呼吸鏈(1)概念呼吸鏈?zhǔn)侵肝挥谠松锛?xì)胞膜或真核生物線粒體膜上的一系列氧化還原電勢(shì)呈梯度遞減的、線狀排列的氫(或電子)傳遞體。(2)功能把氫(或電子)從低氧化還原電勢(shì)的物質(zhì)傳遞至高氧化還原的物質(zhì),完成生物氧化的后半部分。二、有氧呼吸二、有氧

3、呼吸在電子傳遞過(guò)程中同時(shí)泵出質(zhì)子(H+),造成跨膜質(zhì)子梯動(dòng)力(ProtonmotiveForcePMF),進(jìn)行氧化磷酸化合成ATP。(3)組成醌類,主要為輔酶Q(CoQ)輔酶或輔基類,包括NAD(P)、FAD/FMN鐵硫蛋白類(Fe-S)細(xì)胞色素蛋白(Cyt)類,包括Cytb、c、a、a3二、有氧呼吸(4)排列順序在線粒體內(nèi)膜或細(xì)胞膜上按氧化還原電勢(shì)由高到底的順序緊密排列。NAD(P)H→FMN/FAD→Fe-S→CoQ→Cytb→Cytc→Cyta→Cyta3二、有氧呼吸2、氧化磷酸化(1)概念電子傳遞和形成ATP的偶聯(lián)機(jī)制稱為氧化磷酸化(Oxi

4、dativePhosphorylation)或稱電子轉(zhuǎn)移磷酸化(ElectronTransferPhosphorylation,ETP),指電子在沿著電子傳遞鏈傳遞過(guò)程中所伴隨的,將ADP磷酸化而形成ATP的過(guò)程。二、有氧呼吸(2)電子傳遞過(guò)程中的能量變化當(dāng)電子從NADH2經(jīng)ETC傳遞給O2時(shí),其電位由-0.32V變?yōu)?0.82V,電位改變:△E=0.82-(-0.32)=1.14V2mol電子產(chǎn)生能量(自由能改變):△G=nF△E=-2×96×1.14=-218.9kJ即2mol電子經(jīng)ETC傳遞釋放的能量為-218.9KJ在此過(guò)程中產(chǎn)生3molA

5、TP,而每molATP合成約需30.5KJ的能量,則在此過(guò)程中共儲(chǔ)存能量:二、有氧呼吸30.5×3=91.5KJ因此,這一電子傳遞過(guò)程的能量利用率為:91.5/218.9=42%,其余能量主要以熱量形式放出(3)P/O比指每消耗1mol氧原子所產(chǎn)生的ATP的mol數(shù),用來(lái)表示氧化磷酸化效率的高低。P/O一般為3,但不同的生物或不同的底物會(huì)有所不同。二、有氧呼吸(4)ATP的合成ATP由包埋在線粒體內(nèi)膜上的ATP合成酶(ATPase)利用呼吸鏈電子傳遞產(chǎn)生質(zhì)子梯動(dòng)力,以ADP和無(wú)機(jī)磷酸為原料合成。其具體合成機(jī)制可由旋轉(zhuǎn)催化假說(shuō)予以解釋,該假說(shuō)的基本內(nèi)

6、容如下:ATP合成酶由位于膜內(nèi)的稱為F0部分和位于膜外的稱為F1部分及其兩者之間的連接部分(也稱頸部)組成。二、有氧呼吸F0頭部由3個(gè)α亞基和3個(gè)β亞基組成,是催化活性中心。3個(gè)β亞基有3中不同構(gòu)象,在內(nèi)部質(zhì)子流的推動(dòng)下循環(huán)交替變化,每循環(huán)一次合成3分子ATP。3、氧化磷酸化偶聯(lián)的機(jī)制可由化學(xué)滲透假說(shuō)(ChemiosmoticHypothesis)予以解釋,主要內(nèi)容是:呼吸鏈的各個(gè)組分組成4個(gè)蛋白質(zhì)復(fù)合體。二、有氧呼吸電子在傳遞過(guò)程中利用質(zhì)子泵作用(protonpump)將質(zhì)子泵至膜外,形成跨膜質(zhì)子濃度差,即質(zhì)子梯動(dòng)力PMF。質(zhì)子由ATP合成酶流回

7、膜內(nèi),同時(shí)推動(dòng)ATP合成酶合成ATP。4、原核生物ETC的特點(diǎn)ETC位于細(xì)胞質(zhì)膜上;電子供體多樣,除NADH2外,還有H2等;氫和電子載體有一定取代性;二、有氧呼吸ETC中電子或氫載體種類因細(xì)菌種類及培養(yǎng)條件不同可以改變;ETC有時(shí)出現(xiàn)分支;電子受體除O2外還有其它外源物質(zhì)(NO3-1,SO4-2及延胡索酸等)??偟膩?lái)說(shuō)是多變。Theend大腸桿菌缺氧時(shí)的兩種呼吸鏈三、無(wú)氧呼吸無(wú)氧呼吸(AnaerobicRespiration)也稱厭氧呼吸,指底物所脫之氫由呼吸鏈傳遞給外源氧化態(tài)無(wú)機(jī)物型氫受體(少數(shù)為有機(jī)受氫體)的過(guò)程。由于氧化還原電勢(shì)的問(wèn)題,無(wú)

8、氧呼吸的產(chǎn)能效率較低。其主要類型如下表:無(wú)氧呼吸無(wú)機(jī)鹽呼吸有機(jī)物呼吸*硝酸鹽呼吸NO2→N2硫酸鹽呼吸硫呼吸碳酸鹽呼吸鐵呼

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