根據細菌代謝是對分子氧的需要與否惯殊,我們將細菌分為四類:專性需氧菌、微需氧菌也殖、兼性厭氧菌土思、專性厭氧菌务热。其中困擾的是,為什么有些是專性需氧己儒、有些是專性厭氧而有些卻又是兼性厭氧菌崎岂。
表面上,這是對氧需求的差異闪湾,但其本質是能量代謝的差異冲甘,即氧化呼吸過程的差異。氧化呼吸的最終目的是獲得ATP途样,這是細胞運轉的能量貨幣江醇,這不僅僅是適用于原核細胞也適用于真核細胞。下面就葡萄糖為例何暇,來件數一下細菌的能量代謝陶夜。
(一)營養(yǎng)物質的攝取
細菌轉運營養(yǎng)物質可通過簡單擴散和主動轉運等方式,但主要以主動轉運為主裆站,需要特定的載體且耗能条辟。多糖等大分子物質經細菌分泌的胞外酶的作用分解成小分子的葡萄糖被吸收轉運至胞內。
(二)糖酵解
這是絕大多數共有的基礎代謝途徑宏胯,也是有些厭氧菌產能的唯一途徑羽嫡。1分子葡萄糖在己糖激酶、磷酸己糖異構酶肩袍、磷酸果糖激酶-1杭棵、3-磷酸甘油醛脫氫酶、磷酸甘油酸激酶氛赐、烯醇式酶颜屠、丙酮酸激酶的作用下經歷過兩次底物水平磷酸化,凈生成2分子丙酮酸鹰祸、2分子NADH+H,2分子ATP密浑。丙酮酸以后的代謝隨細菌種類不同而不同蛙婴。
(三)有氧呼吸
有氧呼吸只存在于專性需氧菌和兼性厭氧菌。葡萄糖經糖酵解生成丙酮酸以后尔破,在丙酮酸復合體酶的作用下街图,氧化脫羧形成乙酰CoA進入三羧酸循環(huán),同時伴隨著1分子的NADH+H和1分子CO2懒构。乙酰CoA和草酰乙酸縮合成檸檬酸餐济,在各種酶的作用下經歷兩次脫羧四次脫氫反應,最終形成1分子的GTP,1分子FADH2,3分子的NADH+H胆剧,2分子CO2絮姆。循環(huán)本身并不是釋放能量醉冤、生成ATP的主要環(huán)節(jié),其作用在于通過4次脫氫篙悯,為氧化磷酸化反應生成ATP提供NADH+H和FADH2蚁阳。
前面產生的所有NADH+H和FADH2,分別通過復合體1和復合體2傳遞氫和電子——泛醌——復合體3——細胞色素C——復合體4鸽照,在復合體4的雙活性中心螺捐,將氫和電子傳遞給氧,生成水矮燎。而在傳遞電子的過程中定血,偶聯(lián)了磷酸化反應,即復合體1诞外、3澜沟、4在傳遞電子的過程中,將胞液中的質子H+往膜外泵浅乔,每傳遞兩個電子倔喂,它們分別向膜外泵出4H+、2H+靖苇、4H+席噩。這樣,在膜兩側建立了電化學差贤壁,而H+通過ATP合酶進而回流膜內悼枢,回流的過程帶動ATP酶轉子部分的轉動,產生ATP(H+通過ATP合酶的a亞基半通道脾拆,與c亞基的天冬氨酸殘基結合引起構象改變驅動c亞基轉動馒索,使H+從另一半通道回流到膜內,同時c亞基的轉動帶動r亞基的轉動名船。這就導致r亞基與三個β亞基構象發(fā)生不斷變化绰上,形成3個形態(tài)——開放型釋放ATP,ADP和Pi與疏松型β亞基結合渠驼,與緊密型β亞基結合的ADP和Pi生成ATP)蜈块。
在真核細胞中,乙酰CoA的產生和三羧酸循環(huán)迷扇,以及后面的氧化磷酸化都是在線粒體中完成百揭,而在細菌中都是在質液中完成,而催化三羧酸循環(huán)和組成呼吸鏈的酶類都是在細胞膜上蜓席,因此細菌的細胞膜就類似于真核細胞的線粒體器一,在細胞呼吸和能量代謝中發(fā)揮重要的作用。
(四)無氧呼吸
由于缺乏完整的一套呼吸鏈的酶類厨内,只能利用氧以外的其他物質作為受氫體祈秕。當有游離氧存在的情況下渺贤,細菌物質代謝常產生超氧陰離子和過氧化氫,兩者都有強烈的殺菌作用踢步。同時癣亚,厭氧菌又缺乏過氧化氫酶、過氧化物酶或者呼吸酶類获印,不能像需氧菌那樣可以充分代謝掉這些有毒基團述雾。所以厭氧菌不能在有氧情況在生長,但不同種屬的細菌對氧耐受程度不一樣兼丰。
綜上所述玻孟,可以做如下的總結。
為什么厭氧菌只能在無氧環(huán)境下不能在有氧環(huán)境中生長鳍征?首先它缺乏完整的一套呼吸鏈的酶類不能進行有氧呼吸產能黍翎,其次有氧環(huán)境下產生的有毒基團對其有殺滅作用。
為什么兼性厭氧菌既可以在有氧環(huán)境下生長艳丛,也可以在無氧環(huán)境下生長匣掸,而且有氧環(huán)境下生長更好。首先氮双,它擁有完整一套呼吸相關的酶類碰酝,可以在有氧的條件下生長,也可以在無氧的條件下利用丙酮酸作為受氫體發(fā)酵生成乳酸戴差。其次送爸,有氧呼吸會產生更多的ATP,有利于細菌的繁殖暖释。
為什么專性需氧菌只能在有氧環(huán)境下不能在無氧環(huán)境下生長袭厂?很可能是這類細菌只能將產生NADH+H和FADH2傳遞給氧,不能像厭氧菌或者兼性厭氧菌一樣傳遞給丙酮酸或者其他無機物球匕。