水處理微生物學(雙語)第二章第2節(jié)

SectionBMicrobialmetabolism脊基質B2ElectronTransport,OxidativePhosphorylationandβ-oxiantionofFattyAcids電子傳遞，氧化磷酸化和脂肪酸的β-氧化1.ElectronTransport1.1電子傳遞：Thereisaelectrontransportchain.Itisusedtotransportelectron.

Intheelectrontransportchain,aseriesofbalancedoxidationandreductionreactionsdrivesthemovementofelectronsthroughthecarrierseriesfromNADHtooxygen.DuringthisprocessenergyisreleasedandATPissynthesized輔酶Q輔酶QH2脫氫酶脫氫酶細胞色素氧化酶還原型氧化型黃素蛋白輔酶Q細胞色素1.ElectronTransport1.2電子傳遞的五類物質：NADHdehydrogenases.EnzymesthatcatalysetransferofhydrogenatomsfromreducedNADtoflavoproteins.Flavoproteins.Flavinmononucleotide(FMN)andflavinadeninedinucleotide(FAD).TheflavinsarereducedbyacceptingahydrogenatomfromNADHandoxidizedbylosinganelectron.Electroncarriers,cytochromes.Cytochromesareporphyrincontainingproteinseachofwhichcanbereducedoroxidizedbythelossofasingleelectron.Ironsulfurproteins.Thesearecarriersofelectronswitharangeofreductionpotentiales.Quinones.Thesearelipid-solublecarriersthatcandiffusethroughmembranescarryingelectronsfromiron-sulfurproteinstocytochromes.Flavoprotein（黃素蛋白）：黃素蛋白是一種FAD為輻基的蛋白，他的作用是依靠FAD傳遞氫。Quinones（醌類）：具有傳遞氫和電子的作用。細胞色素（b、c、a）：是一類以鐵卟啉衍生物為輻基的蛋白質，傳遞電子。1.ElectronTransport1.3Oxidativephosphorylation:theflowofprotonsdowntheelectrontransportchaincoupleswiththesynthesisofATP,theterminalelectronaccepterisoxygen,nitrate,sulfateorcarbondioxide.氧化磷酸化：底物在氧化過程中脫下的氫和電子沿電子傳遞鏈轉移，最終交給氧，電子在傳遞過程中伴有ATP的產(chǎn)生。這種ATP的產(chǎn)生方式稱為氧化磷酸化。底物水平的磷酸化：底物在氧化過程中，產(chǎn)生一些高能中間體，這些高能中間體將鍵能交給ADP，使之磷酸化產(chǎn)生ATP過程。2.Fattyacidoxidationβ-oxidation2.1脂肪酸的氧化由四步反應組成：

oxidation（氧化）

Hydration（水合）oxidation（氧化）thiolysis（硫解）Prestate---theactivationofthefattyacidtheactivationofthefattyacidhappenedinthecytosoloroutsidethemitochondriatoformAcetylCoA,thenenterintothemitochondriatobeoxidized.RCH2CH2CH2COSCoAFADFADH2RCH2CCHHCOSCoA脂酰CoA脫氫酶oxidationhydrationRCH2CHCHCOSCoAOHRCH2CCHCOSCoAO烯脂酰CoA脫氫酶NAD+NADH

+H+oxidationRCH2CCHCOSCoAORCH2COSCoACH3COSCoACoASH+硫解酶thiolysis2.Fattyacidoxidationβ-oxidation2.2脂肪酸的完全氧化可以產(chǎn)生大量的能量。例如軟脂酸（含16碳）經(jīng)過7次

-氧化，可以生成8個乙酰CoA，每一次

-氧化，還將生成1分子FADH2和1分子NADH。軟脂酸完全氧化的反應式為：按照一個NADH產(chǎn)生3個ATP，1個FADH2產(chǎn)生2個ATP,1個乙酰CoA完全氧化產(chǎn)生12個ATP計算，1分子軟脂酰CoA在分解代謝過程中共產(chǎn)生131個ATP。由于軟脂酸轉化成軟脂酰CoA時消耗了1分子ATP中的兩個高能磷酸鍵的能量（ATP分解為AMP,可視為消耗了2個ATP），因此，1分子軟脂酸完全氧化凈生成131–2=129個ATP。C16H31CO～SCoA+7CoA-SH+7FAD+NAD++7H2O

8CH3CO～SCoA+7FADH2+7NADH+7H+4.Anaerobicrespiration（厭氧呼吸）4.1一些沒有能力利用氧氣作為最終電子受體的原核微生物行厭氧呼吸。這些微生物也被稱為專性厭氧微生物。其他的原核微生物偶然行厭氧呼吸。厭氧呼吸產(chǎn)生的能量比好氧呼吸少。在厭氧呼吸中，硝酸鹽、硫酸鹽和二氧化碳都可以作為最終電子受體。4.2硝酸鹽呼吸是一種厭氧呼吸，以硝酸鹽作為最終的電子受體，反應的第一步被硝酸鹽還原酶催化。硝酸鹽還原酶只有在無氧的條件下才能夠被合成。葡萄球菌和腸細菌將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽。但是，其他的一些細菌能夠繼續(xù)將亞硝酸鹽還原成氨和氮氣。這種酶促反應稱之為反硝化作用。4.2反硝化作用在氮素循化和水處理工程中起著重要作用，若沒有反硝化作用，氮素就會在水中積累，水質變壞，自然界的氮素循環(huán)也會中斷。3.Respiration（呼吸作用類型）3.1Aerobicrespiration（有氧呼吸）

oxygenisusedasaterminalelectronacceptor,soaerobicrespirationincludesglycolysis,citricacidcircleandelectrontransportchain.3.2Anaerobicrespiration（厭氧呼吸）

thealternativeterminalelectronacceptorcanbenitrate,sulfateandcarbondioxide,callednitraterespiration,sulfaterespirationandcarbondioxiderespiration.

3.3Fermentation（發(fā)酵）

Fermentationisanincompleteoxidationofanorganicsubstrate,anelectrondonorbecomesreduceddirectlybyNADH,andenergyistrappedbysubstratelevelphosphorylationC6H12O6+6O2=6CO2+6H2OExercise2：Ⅰ.Explainingtheflowingwords1.NAD+2.Fermentation3.Electrontransportchain4.Chmo-organotroph5.Photo-lithotrophs6.Glycolysis7.CitricacidcycleⅡ.Answeringthesequestions1.Havetheaerobicrespirationthedifferentiationwithth