Section B Microbial metabolism
B3 Autotrophic reactions
自养微生物的代谢
复习,Nutritional type of microbe?
Organic compounds
Carbon dioxide
Organic molecule
Light or chemistry energy
Chemo-organotroph
化能 异养
Organic compounds
Carbon dioxide
Chemo-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。
N H 4 + + 1 1 /2 O 2 N O 2 - + H 2 O + 2 H +
N O 2 - + 1 / 2 O 2 N O 3 -
硝化单胞菌
硝化杆菌
-0.32
+0.82
+0.42
NO2-
NO3-
e C type cytochromes
Cytochromes a1
Cytochromes a3
1/2O2 H2O
Flavoprotein
NAD+ NADH + H+
ADP+Pi
ATP
ADP+Pi
ATP
2,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.The light reaction in bacteria（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。
P700
Photosystem
Ⅰ
P700*
Fd
PC
Cytochrome
bf complex
?light
H+pumpRedoxPotential
(V)
-
+
3.The light reaction in bacteria（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
-0.25
0
+0.25
+0.5 P870
P870*
BChl
Q
Cytbc1
NADPH
Cytc2
Light
Cyclic photophosphorylation
4.The light reaction in eukaryotes（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.The light reaction in eukaryotes（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-cyclic electron transport
5.The dark reaction of photosynthesis（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-Phosphoglycerate
3-磷酸甘油酸
6×
1,3-Bisphosphoglycerate
1,3-二磷酸甘油酸
6× （ 3c）
Glycetaldehyde
3-Phosphate
甘氨酸 -3-磷酸
5× （ 3c）
Glycetaldehyde
3-Phosphate
甘氨酸 -3-磷酸
1× （ 3c）
Glycetaldehyde 3-Phosphate
（ 6C）
Fructose-6-phosphate
果糖 -6-磷酸
3× （ 5c）
Ribulose 5-phosphate
核酮糖 -5-磷酸
Sucrose
蔗糖
Starch
淀粉
3× （ 5c）
Ribulose 1,5-biphosphate
核酮糖 -1,5-二磷酸
6ATP
6ADP
6NADPH
6NADP++6Pi3ADP3ATP
3CO2
作业：
Section B Microbial metabolism
B4 Biosynthetic Pathways
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.Amino acids（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。
N 2 + 6 H + + 1 2 A T P + 1 2 H 2 O2 N H 3 + 1 2 A T P + 1 2 P i2O
2.Amino acids（氨基酸）
1.Glutamate family（谷氨酸组）
proline（脯氨酸）
α-ketoglutamate Glutanate
（ α-酮戊二酸） （谷氨酸）
Ornithine（鸟氨酸） Arginine（精氨酸）
2.Aspartate family（天冬氨酸组）
Lysine（赖氨酸）
Oxaloacetate Aspartate
（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.Nucleic acids （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.Nucleic acids （核酸）
N
N
N
N
Aspartate
天冬氨酸
Folic acid
叶酸
Glutamine
谷氨酸
CO2
Glutamine
谷氨酸
Folic acid
叶酸
Glycine
氨基乙酸
N
N
N
N
N H2
O
O
P O
O
O
-
H
3
C - C - A C P + C - C H
2
- C - A C P
O O
O
-
O
H
2
O
H
3
C - C - C H
2
- C - A C P
O O
O
H
3
C - C H - C H
2
- C - A C P
O
H
3
C - C C - C - A C P
H
3
C - C H
2
- C H
2
- C - A C P
N A D P H + H
+
N A D P
+
H
2
O
N A D P
+
N A D P H + H
+
O H
H
H
O
4.Fatty acid synthesis（脂肪酸合成）
Acetyl ACP
乙酰 ACP
Malonyl ACP
丙二酰 ACP
Acyl-malonyl-ACP condensing enzymeCondensation
Acetoacetyl-ACP
乙酰乙酰 ACP
Β-Ketoacyl-ACP reductaseReduction
3-Hydroxyacyl-ACP dehydratase
3-Hydroxy-butyryl-ACP
3-羟基 -丁酰 -ACPDehydration
ReductionEnoyl-ACP reductase
Butyryl-ACP
丁酰 -ACP
作业：
B3 Autotrophic reactions
自养微生物的代谢
复习,Nutritional type of microbe?
Organic compounds
Carbon dioxide
Organic molecule
Light or chemistry energy
Chemo-organotroph
化能 异养
Organic compounds
Carbon dioxide
Chemo-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。
N H 4 + + 1 1 /2 O 2 N O 2 - + H 2 O + 2 H +
N O 2 - + 1 / 2 O 2 N O 3 -
硝化单胞菌
硝化杆菌
-0.32
+0.82
+0.42
NO2-
NO3-
e C type cytochromes
Cytochromes a1
Cytochromes a3
1/2O2 H2O
Flavoprotein
NAD+ NADH + H+
ADP+Pi
ATP
ADP+Pi
ATP
2,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.The light reaction in bacteria（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。
P700
Photosystem
Ⅰ
P700*
Fd
PC
Cytochrome
bf complex
?light
H+pumpRedoxPotential
(V)
-
+
3.The light reaction in bacteria（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
-0.25
0
+0.25
+0.5 P870
P870*
BChl
Q
Cytbc1
NADPH
Cytc2
Light
Cyclic photophosphorylation
4.The light reaction in eukaryotes（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.The light reaction in eukaryotes（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-cyclic electron transport
5.The dark reaction of photosynthesis（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-Phosphoglycerate
3-磷酸甘油酸
6×
1,3-Bisphosphoglycerate
1,3-二磷酸甘油酸
6× （ 3c）
Glycetaldehyde
3-Phosphate
甘氨酸 -3-磷酸
5× （ 3c）
Glycetaldehyde
3-Phosphate
甘氨酸 -3-磷酸
1× （ 3c）
Glycetaldehyde 3-Phosphate
（ 6C）
Fructose-6-phosphate
果糖 -6-磷酸
3× （ 5c）
Ribulose 5-phosphate
核酮糖 -5-磷酸
Sucrose
蔗糖
Starch
淀粉
3× （ 5c）
Ribulose 1,5-biphosphate
核酮糖 -1,5-二磷酸
6ATP
6ADP
6NADPH
6NADP++6Pi3ADP3ATP
3CO2
作业：
Section B Microbial metabolism
B4 Biosynthetic Pathways
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.Amino acids（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。
N 2 + 6 H + + 1 2 A T P + 1 2 H 2 O2 N H 3 + 1 2 A T P + 1 2 P i2O
2.Amino acids（氨基酸）
1.Glutamate family（谷氨酸组）
proline（脯氨酸）
α-ketoglutamate Glutanate
（ α-酮戊二酸） （谷氨酸）
Ornithine（鸟氨酸） Arginine（精氨酸）
2.Aspartate family（天冬氨酸组）
Lysine（赖氨酸）
Oxaloacetate Aspartate
（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.Nucleic acids （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.Nucleic acids （核酸）
N
N
N
N
Aspartate
天冬氨酸
Folic acid
叶酸
Glutamine
谷氨酸
CO2
Glutamine
谷氨酸
Folic acid
叶酸
Glycine
氨基乙酸
N
N
N
N
N H2
O
O
P O
O
O
-
H
3
C - C - A C P + C - C H
2
- C - A C P
O O
O
-
O
H
2
O
H
3
C - C - C H
2
- C - A C P
O O
O
H
3
C - C H - C H
2
- C - A C P
O
H
3
C - C C - C - A C P
H
3
C - C H
2
- C H
2
- C - A C P
N A D P H + H
+
N A D P
+
H
2
O
N A D P
+
N A D P H + H
+
O H
H
H
O
4.Fatty acid synthesis（脂肪酸合成）
Acetyl ACP
乙酰 ACP
Malonyl ACP
丙二酰 ACP
Acyl-malonyl-ACP condensing enzymeCondensation
Acetoacetyl-ACP
乙酰乙酰 ACP
Β-Ketoacyl-ACP reductaseReduction
3-Hydroxyacyl-ACP dehydratase
3-Hydroxy-butyryl-ACP
3-羟基 -丁酰 -ACPDehydration
ReductionEnoyl-ACP reductase
Butyryl-ACP
丁酰 -ACP
作业：
