§3耗能代謝§3耗能代謝1一、細(xì)胞物質(zhì)的合成微生物利用能量代謝所產(chǎn)生的能量、中間產(chǎn)物以及從外界吸收的小分子，合成復(fù)雜的細(xì)胞物質(zhì)，這個(gè)過(guò)程需要能量。一、細(xì)胞物質(zhì)的合成微生物利用能量代謝所產(chǎn)生的能量、中間產(chǎn)物以2（一）、CO2的固定CO2是自養(yǎng)微生物的主要碳源，異養(yǎng)微生物也能利用其作為輔助的碳源?！鶎⒖諝庵械腃O2同化成細(xì)胞物質(zhì)的過(guò)程稱為CO2的固定。（一）、CO2的固定CO2是自養(yǎng)微生物的主要碳源，異養(yǎng)微生3自養(yǎng)式CO2固定:CO2加在一個(gè)特殊的受體上，經(jīng)過(guò)循環(huán)反應(yīng)，使之合成糖并重新生成該受體。異養(yǎng)式CO2固定：主要是CO2被固定在某種有機(jī)酸上（TCA循環(huán)中間產(chǎn)物），此外，在脂肪酸及核苷的合成中，也有固定CO2的反應(yīng)。自養(yǎng)式CO2固定:CO2加在一個(gè)特殊的受體上，經(jīng)過(guò)循環(huán)反應(yīng)，4※卡爾文循環(huán)※還原性三羧酸循環(huán)※還原的單羧酸循環(huán)自養(yǎng)式固定CO2途徑:※卡爾文循環(huán)※還原性三羧酸循環(huán)※還原的單羧酸循環(huán)自養(yǎng)式固定5※存在于所有化能自養(yǎng)微生物和大部分光合細(xì)菌中1、卡爾文循環(huán)卡爾文循環(huán)總反應(yīng)式為:6CO2+18ATP+12NAD(P)H→C6H12O6+18ADP+12NAD(P)++18Pi※存在于所有化能自養(yǎng)微生物和大部分光合細(xì)菌中1、卡爾文循環(huán)卡6化能自養(yǎng)微生物化能自養(yǎng)微生物7光合細(xì)菌光合細(xì)菌8這個(gè)途徑是在光合細(xì)菌、綠硫細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的。厭氧條件下進(jìn)行，好氧微生物中不存在。每循環(huán)1次，可固定4分子CO22、還原性三羧酸循環(huán)這個(gè)途徑是在光合細(xì)菌、綠硫細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的。厭氧條件下進(jìn)行，好氧9檸檬酸草酰乙酸乙酸ATP異檸檬酸

輔酶A

NADPH2乙酰輔酶A酮戊二酸CO2CO2琥珀酰ATPNADH2丙酮酸延胡索酸

磷酸烯醇式丙酮酸蘋果酸CO2草酰乙酸檸檬酸10這個(gè)體系不需要ATP，存在于一些嚴(yán)格厭氧菌（產(chǎn)甲烷菌，硫酸鹽還原菌等）中，光合細(xì)菌也有可能利用這個(gè)體系把CO2轉(zhuǎn)換為乙酸。3、還原的單羧酸循環(huán)這個(gè)體系不需要ATP，存在于一些嚴(yán)格厭氧菌（產(chǎn)甲烷菌，硫酸鹽11CO2

Fd(red)丙酮酸

乙酰輔酶A

乙酸CO2乙酸12三個(gè)途徑的共同點(diǎn)：CO2被固定在一有機(jī)物受體上，接受了CO2的受體分子經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)，合成（CH2O）n，并重新生成該受體。三個(gè)途徑的共同點(diǎn)：CO2被固定在一有機(jī)物受體上，接受了CO213（二）、生物固氮（biologicalnitrogenfixation）（二）、生物固氮（biologicalnitrogenf141、固氮微生物和固氮體系（1）固氮微生物目前已知的能固氮的微生物主要是原核微生物，如細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌。尚未發(fā)現(xiàn)真核微生物具有固氮作用?！锕痰何⑸飳⒌€原為氨的過(guò)程1、固氮微生物和固氮體系（1）固氮微生物※生物固氮：微生物將15（2）固氮體系共生固氮體系(共生固氮微生物）自生固氮體系(自生固氮微生物）聯(lián)合固氮體系(自生固氮微生物）（2）固氮體系16根瘤菌（Rhizobium）與豆科植物共生；弗蘭克氏菌（Frankia）與非豆科樹木共生；藍(lán)細(xì)菌（cyanobacteria）與某些植物共生；藍(lán)細(xì)菌與某些真菌共生共生固氮體系根瘤菌（Rhizobium）與豆科植物共生；共生固氮體系17好氧自生固氮M：固氮菌屬、貝氏固氮菌屬、德氏固氮菌屬厭氧自生固氮M：巴氏固氮梭菌、脫硫弧菌兼性厭氧自生固氮M：肺炎克雷伯氏菌、產(chǎn)氣腸桿菌、大腸埃希氏菌光合M：藍(lán)細(xì)菌、紅螺菌自生固氮體系好氧自生固氮M：固氮菌屬、貝氏固氮自生固氮體系18不生成共生固氮特殊結(jié)構(gòu)；有較強(qiáng)的寄主專一性雀稗固氮菌（Azotobacterpaspali）與雀稗根系形成聯(lián)合；假單胞菌著生在水稻、玉米的根際聯(lián)合固氮體系不生成共生固氮特殊結(jié)構(gòu)；有較強(qiáng)的寄主專一性聯(lián)合固氮體系19豆科植物的根瘤豆科植物的根瘤20根瘤菌形態(tài)根瘤菌形態(tài)21根瘤(Nodle)的形成植物色氨酸分泌微生物吲哚乙酸根毛彎曲松馳變軟根瘤菌侵入根毛根瘤形成根瘤(Nodle)的形成植物色氨酸分泌微生物吲哚乙酸根毛彎曲222、固氮的生化機(jī)制生物固氮反應(yīng)是在固氮酶的作用下進(jìn)行的。催化N2形成NH3的酶稱為固氮酶。固氮酶鐵蛋白（含鐵的組份）鉬鐵蛋白（含鐵、鉬的組份）2、固氮的生化機(jī)制生物固氮反應(yīng)是在固氮酶的作用下進(jìn)行的。催化23組分I（P1）:真正的固氮酶，又稱鉬鐵蛋白（MoFe），由4個(gè)亞基組成組分I（P1）:真正的固氮酶，又稱鉬鐵蛋白（MoFe），由24組分II（P2）:實(shí)際上是一種固氮酶還原酶，又稱鐵蛋白，由2個(gè)亞基組成。組分II（P2）:實(shí)際上是一種固氮酶還原酶，又稱鐵蛋白，由25項(xiàng)目組分Ⅰ組分Ⅱ蛋白質(zhì)亞基數(shù)4(2大2小)2(相同)分子量22萬(wàn)左右六萬(wàn)左右Fe原子數(shù)30(24～32)4不穩(wěn)態(tài)S原子數(shù)28(20～32)4Mo原子數(shù)20Cys的SH基數(shù)32～3412活性中心鐵鉬輔因子(FeMoCo)電子活化中心(Fe4S4)功能絡(luò)合、活化和還原N2傳遞電子到組分Ⅰ上固氮酶的Ⅰ、Ⅱ兩種組分

項(xiàng)目組分Ⅰ組分Ⅱ蛋白質(zhì)亞基數(shù)4(2大2小)2(相同)分子量226①P1、P2單獨(dú)存在時(shí)，都沒(méi)有活性，只有形成復(fù)合體后才有固氮酶活性；②不同來(lái)源的固氮酶其結(jié)構(gòu)與功能是基本相同的；③對(duì)氧氣敏感，不可逆失活，P2比P1更敏感。P2在空氣中暴露45秒，即喪失一半活性P1在空氣中的半衰期也只有10分鐘。不同來(lái)源的固氮酶對(duì)氧有不同的敏感性固氮酶說(shuō)明

①P1、P2單獨(dú)存在時(shí)，都沒(méi)有活性，只有形成復(fù)合體后才有固27(1)固氮反應(yīng)的必要條件※ATP的供應(yīng)：固氮過(guò)程需要消耗大量的能量，據(jù)試驗(yàn)，每固定1molN2約要消耗10～15molATP。這些ATP是由好氧呼吸、厭氧呼吸、發(fā)酵或光合作用所提供的?！€原力［H］及其載體：固氮過(guò)程需要的大量還原力［H］或電子由NAD（P）H2所提供。(1)固氮反應(yīng)的必要條件※ATP的供應(yīng)：固氮過(guò)程需要消耗大28※固氮酶※還原底物N2（有NH3存在時(shí)會(huì)抑制固氮作用）※鎂離子※嚴(yán)格的厭氧環(huán)境※固氮酶29①呼吸保護(hù)作用：固氮菌以較強(qiáng)的呼吸作用迅速的將周圍環(huán)境中的氧消耗掉，使細(xì)胞周圍微環(huán)境處于低氧狀態(tài)，并以此來(lái)保護(hù)固氮酶不受氧的損傷。（2）好氧性自生固氮菌的抗氧保護(hù)機(jī)制②構(gòu)象保護(hù)：當(dāng)固氮菌處于高氧分壓環(huán)境下時(shí)，其固氮酶能形成一個(gè)無(wú)固氮活性但能防止氧損傷的特殊構(gòu)象，使得氧氣敏感部位隱藏起來(lái)。該構(gòu)象是由固氮酶與蛋白質(zhì)或磷脂等穩(wěn)定因子結(jié)合形成的。①呼吸保護(hù)作用：固氮菌以較強(qiáng)的呼吸作用迅速的將周圍環(huán)境中的氧30

呼吸與構(gòu)象兩種保護(hù)互相協(xié)調(diào)，形成“雙保險(xiǎn)”機(jī)制。在一般含氧條件下，呼吸保護(hù)就可除去多余氧；若還有過(guò)量分子氧，可利用構(gòu)象保護(hù)使固氮酶免遭損害。

呼吸與構(gòu)象兩種保護(hù)互相協(xié)調(diào)，形成“雙保險(xiǎn)”機(jī)制。在一般含氧31（3）藍(lán)細(xì)菌的固氮酶保護(hù)該菌采用兩種防氧措施保護(hù)固氮酶活性。一種為異形胞抗氧，另一種為非異形胞抗氧。（3）藍(lán)細(xì)菌的固氮酶保護(hù)該菌采用兩種防氧措施保護(hù)固氮酶活性。32異形胞為一種特化細(xì)胞，個(gè)體較營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞大，細(xì)胞外有一層由糖脂組成的較厚的外膜，該膜具有防止氧氣擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的物理屏障功能；異形胞內(nèi)缺少產(chǎn)氧光合系統(tǒng)Ⅱ，脫氫酶與氫酶活性高，使異形胞內(nèi)維持在很強(qiáng)的還原態(tài)；其中超氧化物歧化酶SOD活性很高，有解除氧毒害的功能；異形胞比相鄰營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的呼吸強(qiáng)度高2倍，可通過(guò)呼吸消耗過(guò)多的O2并產(chǎn)生固氮所需ATP。異形胞為一種特化細(xì)胞，個(gè)體較營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞大，細(xì)胞外有一層由糖脂組33非異形胞藍(lán)細(xì)胞抗氧有多種形式，有的利用時(shí)間差解決固氮酶厭氧和光合放氧的矛盾，即在黑暗下固氮，在光照下進(jìn)行光合作用(織線藍(lán)細(xì)菌屬)；提高細(xì)胞內(nèi)SOD和過(guò)氧化物酶活性，消除有毒過(guò)氧化物，保護(hù)固氮酶活性(粘球粘細(xì)菌屬)；有的形成束狀群體，在其中央處于厭氧環(huán)境下的細(xì)胞失去光合系統(tǒng)，有利于固氮酶在微氧環(huán)境下進(jìn)行固氮；有的在固氮酶活性高時(shí)，細(xì)胞內(nèi)用以除去有毒過(guò)氧化物的過(guò)氧化物酶和SOD的活力也提高。非異形胞藍(lán)細(xì)胞抗氧有多種形式，有的利用時(shí)間差解決固氮酶厭氧和34（4）根瘤菌固氮酶的保護(hù)根瘤菌分為豆科根瘤菌與非豆科根瘤菌兩種類型。豆科根瘤菌以只能生長(zhǎng)不能分裂的類菌體形式存在于豆科植物的根瘤中。許多類菌體被包裹在一層類菌體周膜中，膜內(nèi)具有良好的氧、氮和營(yíng)養(yǎng)條件。最重要的是在周膜內(nèi)外存在著獨(dú)特的豆血紅蛋白。該蛋白具有極強(qiáng)的吸氧能力，可使近血紅蛋白處的氧濃度比周圍環(huán)境降低8萬(wàn)倍，以防止類菌體周圍氧濃度過(guò)高使固氮酶失活。豆血紅蛋白猶如氧緩沖劑，可調(diào)節(jié)根瘤中氧的濃度，使其穩(wěn)定在固氮酶的最適范圍內(nèi)。豆血紅蛋白的蛋白質(zhì)部分由根瘤菌觸發(fā)，植物基因編碼合成；血紅素由植物觸發(fā)，根瘤菌基因編碼合成。（4）根瘤菌固氮酶的保護(hù)根瘤菌分為豆科根瘤菌與非豆科根瘤菌兩351973年發(fā)現(xiàn)，在一種生長(zhǎng)于非州的非豆科植物榆科糙葉山黃麻(Parasponia)的根瘤中存在著豇豆根瘤菌，根瘤中無(wú)豆科植物根瘤中常見的豆血紅蛋白，但卻含有與豆血紅蛋白功能相似的植物血紅蛋白，保護(hù)著固氮酶不受氧之危害。在赤楊、楊梅及木麻黃等非豆科木本植物的根瘤中，存在著與之共生的弗蘭克(Frankia)放線菌。該菌的營(yíng)養(yǎng)菌絲末端有一膨大的球形囊——泡囊，固氮反應(yīng)在泡囊中進(jìn)行。泡囊的固氮功能及防氧機(jī)制與藍(lán)細(xì)菌的異形胞相似。1973年發(fā)現(xiàn)，在一種生長(zhǎng)于非州的非豆科植物榆科糙葉山黃麻(36（3）固氮的生化途徑固氮總反應(yīng)式為：N2+6e+6H++12ATP→2NH3+12ADP+12Pi（3）固氮的生化途徑固氮總反應(yīng)式為：37第六章-微生物的代謝-第三節(jié)-耗能代謝課件38二、其他耗能反應(yīng)運(yùn)動(dòng)運(yùn)輸發(fā)光二、其他耗能反應(yīng)運(yùn)動(dòng)運(yùn)輸發(fā)光39許多活的生物體，包括某些細(xì)菌、真菌和藻類都能發(fā)光。盡管他們的發(fā)光機(jī)制不同，但所有發(fā)光都需要消耗能量。先形成一種分子的激活態(tài)，當(dāng)這種激活態(tài)返回到基態(tài)時(shí)即發(fā)光。細(xì)菌發(fā)光涉及到兩種特殊成分：熒光色素酶和一種長(zhǎng)鏈脂肪族醛，另外還有黃素單核苷酸和氧的參與。生物發(fā)光許多活的生物體，包括某些細(xì)菌、真菌和藻類都能發(fā)光。盡管他們的40NADPH↓FMN熒光色素酶↓↓O2,醛細(xì)胞色素激活的熒光色素酶↓↓O2熒光色素酶+光NADPH41發(fā)光的細(xì)菌夜光蟲發(fā)光的細(xì)菌夜光蟲42作業(yè)1、自養(yǎng)微生物二氧化碳固定途徑有哪些？2、什么叫生物固氮？能進(jìn)行生物固氮的微生物有哪些？作業(yè)1、自養(yǎng)微生物二氧化碳固定途徑有哪些？43細(xì)菌合成的某些特殊產(chǎn)物

熱原(脂多糖),毒素和侵襲物質(zhì),細(xì)菌素,色素,抗生素,維生素等。熱原:產(chǎn)生熱原的細(xì)菌大多是革蘭陰性菌,熱原即其細(xì)胞壁的脂多糖組分。注入人體或動(dòng)物體能引起發(fā)熱反應(yīng)。熱原耐高溫,加壓蒸氣滅菌121℃20分鐘亦不被破壞。用吸附劑和特殊石棉濾板可除去液體中的大部分熱原,蒸餾法效果更好。玻璃器皿需在250℃高溫干烤,才能破壞熱原。因此,在制備和使用注射藥劑過(guò)程中

應(yīng)嚴(yán)格遵守?zé)o菌操作,防止細(xì)菌污染。

細(xì)菌合成的某些特殊產(chǎn)物

熱原(脂多糖),毒素和侵襲物質(zhì),細(xì)菌44

色素:某些細(xì)菌在營(yíng)養(yǎng)豐富、氧氣充足、溫度適宜時(shí),能產(chǎn)生不同顏色的色素。水溶性色素能彌散至培養(yǎng)基周圍環(huán)境中,如綠膿桿菌色素,可使培養(yǎng)基呈現(xiàn)綠色,其感染的膿液及紗布等敷料也均帶綠色。綠膿桿菌色素在本世紀(jì)上半葉被很多歐洲國(guó)家用于治療炭疽感染,它可抑制其他細(xì)菌菌叢。這種色素在青霉素之前長(zhǎng)期作為抗生素使用?？股?是由某些微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的一類能抑制或殺死某些病原微生物和腫瘤細(xì)胞的物質(zhì)?？股卮蠖嘤煞啪€菌和真菌產(chǎn)生,細(xì)菌產(chǎn)生的少,只有多粘菌素(損害菌體的原生質(zhì)膜)、桿菌肽(干擾菌體蛋白合成)數(shù)種。

色素:某些細(xì)菌在營(yíng)養(yǎng)豐富、氧氣充足、溫度適宜時(shí),能產(chǎn)生45維生素:細(xì)菌能合成某些維生素除供自身所需外,還能分泌至周圍環(huán)境中。如人體腸道內(nèi)的大腸桿菌,合成的B族維生素和維生素K也可被人體吸收利用。維生素:細(xì)菌能合成某些維生素除供自身所需外,還能分泌至周46§3耗能代謝§3耗能代謝47一、細(xì)胞物質(zhì)的合成微生物利用能量代謝所產(chǎn)生的能量、中間產(chǎn)物以及從外界吸收的小分子，合成復(fù)雜的細(xì)胞物質(zhì)，這個(gè)過(guò)程需要能量。一、細(xì)胞物質(zhì)的合成微生物利用能量代謝所產(chǎn)生的能量、中間產(chǎn)物以48（一）、CO2的固定CO2是自養(yǎng)微生物的主要碳源，異養(yǎng)微生物也能利用其作為輔助的碳源?！鶎⒖諝庵械腃O2同化成細(xì)胞物質(zhì)的過(guò)程稱為CO2的固定。（一）、CO2的固定CO2是自養(yǎng)微生物的主要碳源，異養(yǎng)微生49自養(yǎng)式CO2固定:CO2加在一個(gè)特殊的受體上，經(jīng)過(guò)循環(huán)反應(yīng)，使之合成糖并重新生成該受體。異養(yǎng)式CO2固定：主要是CO2被固定在某種有機(jī)酸上（TCA循環(huán)中間產(chǎn)物），此外，在脂肪酸及核苷的合成中，也有固定CO2的反應(yīng)。自養(yǎng)式CO2固定:CO2加在一個(gè)特殊的受體上，經(jīng)過(guò)循環(huán)反應(yīng)，50※卡爾文循環(huán)※還原性三羧酸循環(huán)※還原的單羧酸循環(huán)自養(yǎng)式固定CO2途徑:※卡爾文循環(huán)※還原性三羧酸循環(huán)※還原的單羧酸循環(huán)自養(yǎng)式固定51※存在于所有化能自養(yǎng)微生物和大部分光合細(xì)菌中1、卡爾文循環(huán)卡爾文循環(huán)總反應(yīng)式為:6CO2+18ATP+12NAD(P)H→C6H12O6+18ADP+12NAD(P)++18Pi※存在于所有化能自養(yǎng)微生物和大部分光合細(xì)菌中1、卡爾文循環(huán)卡52化能自養(yǎng)微生物化能自養(yǎng)微生物53光合細(xì)菌光合細(xì)菌54這個(gè)途徑是在光合細(xì)菌、綠硫細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的。厭氧條件下進(jìn)行，好氧微生物中不存在。每循環(huán)1次，可固定4分子CO22、還原性三羧酸循環(huán)這個(gè)途徑是在光合細(xì)菌、綠硫細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的。厭氧條件下進(jìn)行，好氧55檸檬酸草酰乙酸乙酸ATP異檸檬酸

輔酶A

NADPH2乙酰輔酶A酮戊二酸CO2CO2琥珀酰ATPNADH2丙酮酸延胡索酸

磷酸烯醇式丙酮酸蘋果酸CO2草酰乙酸檸檬酸56這個(gè)體系不需要ATP，存在于一些嚴(yán)格厭氧菌（產(chǎn)甲烷菌，硫酸鹽還原菌等）中，光合細(xì)菌也有可能利用這個(gè)體系把CO2轉(zhuǎn)換為乙酸。3、還原的單羧酸循環(huán)這個(gè)體系不需要ATP，存在于一些嚴(yán)格厭氧菌（產(chǎn)甲烷菌，硫酸鹽57CO2

Fd(red)丙酮酸

乙酰輔酶A

乙酸CO2乙酸58三個(gè)途徑的共同點(diǎn)：CO2被固定在一有機(jī)物受體上，接受了CO2的受體分子經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)，合成（CH2O）n，并重新生成該受體。三個(gè)途徑的共同點(diǎn)：CO2被固定在一有機(jī)物受體上，接受了CO259（二）、生物固氮（biologicalnitrogenfixation）（二）、生物固氮（biologicalnitrogenf601、固氮微生物和固氮體系（1）固氮微生物目前已知的能固氮的微生物主要是原核微生物，如細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌。尚未發(fā)現(xiàn)真核微生物具有固氮作用?！锕痰何⑸飳⒌€原為氨的過(guò)程1、固氮微生物和固氮體系（1）固氮微生物※生物固氮：微生物將61（2）固氮體系共生固氮體系(共生固氮微生物）自生固氮體系(自生固氮微生物）聯(lián)合固氮體系(自生固氮微生物）（2）固氮體系62根瘤菌（Rhizobium）與豆科植物共生；弗蘭克氏菌（Frankia）與非豆科樹木共生；藍(lán)細(xì)菌（cyanobacteria）與某些植物共生；藍(lán)細(xì)菌與某些真菌共生共生固氮體系根瘤菌（Rhizobium）與豆科植物共生；共生固氮體系63好氧自生固氮M：固氮菌屬、貝氏固氮菌屬、德氏固氮菌屬厭氧自生固氮M：巴氏固氮梭菌、脫硫弧菌兼性厭氧自生固氮M：肺炎克雷伯氏菌、產(chǎn)氣腸桿菌、大腸埃希氏菌光合M：藍(lán)細(xì)菌、紅螺菌自生固氮體系好氧自生固氮M：固氮菌屬、貝氏固氮自生固氮體系64不生成共生固氮特殊結(jié)構(gòu)；有較強(qiáng)的寄主專一性雀稗固氮菌（Azotobacterpaspali）與雀稗根系形成聯(lián)合；假單胞菌著生在水稻、玉米的根際聯(lián)合固氮體系不生成共生固氮特殊結(jié)構(gòu)；有較強(qiáng)的寄主專一性聯(lián)合固氮體系65豆科植物的根瘤豆科植物的根瘤66根瘤菌形態(tài)根瘤菌形態(tài)67根瘤(Nodle)的形成植物色氨酸分泌微生物吲哚乙酸根毛彎曲松馳變軟根瘤菌侵入根毛根瘤形成根瘤(Nodle)的形成植物色氨酸分泌微生物吲哚乙酸根毛彎曲682、固氮的生化機(jī)制生物固氮反應(yīng)是在固氮酶的作用下進(jìn)行的。催化N2形成NH3的酶稱為固氮酶。固氮酶鐵蛋白（含鐵的組份）鉬鐵蛋白（含鐵、鉬的組份）2、固氮的生化機(jī)制生物固氮反應(yīng)是在固氮酶的作用下進(jìn)行的。催化69組分I（P1）:真正的固氮酶，又稱鉬鐵蛋白（MoFe），由4個(gè)亞基組成組分I（P1）:真正的固氮酶，又稱鉬鐵蛋白（MoFe），由70組分II（P2）:實(shí)際上是一種固氮酶還原酶，又稱鐵蛋白，由2個(gè)亞基組成。組分II（P2）:實(shí)際上是一種固氮酶還原酶，又稱鐵蛋白，由71項(xiàng)目組分Ⅰ組分Ⅱ蛋白質(zhì)亞基數(shù)4(2大2小)2(相同)分子量22萬(wàn)左右六萬(wàn)左右Fe原子數(shù)30(24～32)4不穩(wěn)態(tài)S原子數(shù)28(20～32)4Mo原子數(shù)20Cys的SH基數(shù)32～3412活性中心鐵鉬輔因子(FeMoCo)電子活化中心(Fe4S4)功能絡(luò)合、活化和還原N2傳遞電子到組分Ⅰ上固氮酶的Ⅰ、Ⅱ兩種組分

項(xiàng)目組分Ⅰ組分Ⅱ蛋白質(zhì)亞基數(shù)4(2大2小)2(相同)分子量272①P1、P2單獨(dú)存在時(shí)，都沒(méi)有活性，只有形成復(fù)合體后才有固氮酶活性；②不同來(lái)源的固氮酶其結(jié)構(gòu)與功能是基本相同的；③對(duì)氧氣敏感，不可逆失活，P2比P1更敏感。P2在空氣中暴露45秒，即喪失一半活性P1在空氣中的半衰期也只有10分鐘。不同來(lái)源的固氮酶對(duì)氧有不同的敏感性固氮酶說(shuō)明

①P1、P2單獨(dú)存在時(shí)，都沒(méi)有活性，只有形成復(fù)合體后才有固73(1)固氮反應(yīng)的必要條件※ATP的供應(yīng)：固氮過(guò)程需要消耗大量的能量，據(jù)試驗(yàn)，每固定1molN2約要消耗10～15molATP。這些ATP是由好氧呼吸、厭氧呼吸、發(fā)酵或光合作用所提供的?！€原力［H］及其載體：固氮過(guò)程需要的大量還原力［H］或電子由NAD（P）H2所提供。(1)固氮反應(yīng)的必要條件※ATP的供應(yīng)：固氮過(guò)程需要消耗大74※固氮酶※還原底物N2（有NH3存在時(shí)會(huì)抑制固氮作用）※鎂離子※嚴(yán)格的厭氧環(huán)境※固氮酶75①呼吸保護(hù)作用：固氮菌以較強(qiáng)的呼吸作用迅速的將周圍環(huán)境中的氧消耗掉，使細(xì)胞周圍微環(huán)境處于低氧狀態(tài)，并以此來(lái)保護(hù)固氮酶不受氧的損傷。（2）好氧性自生固氮菌的抗氧保護(hù)機(jī)制②構(gòu)象保護(hù)：當(dāng)固氮菌處于高氧分壓環(huán)境下時(shí)，其固氮酶能形成一個(gè)無(wú)固氮活性但能防止氧損傷的特殊構(gòu)象，使得氧氣敏感部位隱藏起來(lái)。該構(gòu)象是由固氮酶與蛋白質(zhì)或磷脂等穩(wěn)定因子結(jié)合形成的。①呼吸保護(hù)作用：固氮菌以較強(qiáng)的呼吸作用迅速的將周圍環(huán)境中的氧76

呼吸與構(gòu)象兩種保護(hù)互相協(xié)調(diào)，形成“雙保險(xiǎn)”機(jī)制。在一般含氧條件下，呼吸保護(hù)就可除去多余氧；若還有過(guò)量分子氧，可利用構(gòu)象保護(hù)使固氮酶免遭損害。

呼吸與構(gòu)象兩種保護(hù)互相協(xié)調(diào)，形成“雙保險(xiǎn)”機(jī)制。在一般含氧77（3）藍(lán)細(xì)菌的固氮酶保護(hù)該菌采用兩種防氧措施保護(hù)固氮酶活性。一種為異形胞抗氧，另一種為非異形胞抗氧。（3）藍(lán)細(xì)菌的固氮酶保護(hù)該菌采用兩種防氧措施保護(hù)固氮酶活性。78異形胞為一種特化細(xì)胞，個(gè)體較營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞大，細(xì)胞外有一層由糖脂組成的較厚的外膜，該膜具有防止氧氣擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的物理屏障功能；異形胞內(nèi)缺少產(chǎn)氧光合系統(tǒng)Ⅱ，脫氫酶與氫酶活性高，使異形胞內(nèi)維持在很強(qiáng)的還原態(tài)；其中超氧化物歧化酶SOD活性很高，有解除氧毒害的功能；異形胞比相鄰營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的呼吸強(qiáng)度高2倍，可通過(guò)呼吸消耗過(guò)多的O2并產(chǎn)生固氮所需ATP。異形胞為一種特化細(xì)胞，個(gè)體較營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞大，細(xì)胞外有一層由糖脂組79非異形胞藍(lán)細(xì)胞抗氧有多種形式，有的利用時(shí)間差解決固氮酶厭氧和光合放氧的矛盾，即在黑暗下固氮，在光照下進(jìn)行光合作用(織線藍(lán)細(xì)菌屬)；提高細(xì)胞內(nèi)SOD和過(guò)氧化物酶活性，消除有毒過(guò)氧化物，保護(hù)固氮酶活性(粘球粘細(xì)菌屬)；有的形成束狀群體，在其中央處于厭氧環(huán)境下的細(xì)胞失去光合系統(tǒng)，有利于固氮酶在微氧環(huán)境下進(jìn)行固氮；有的在固氮酶活性高時(shí)，細(xì)胞內(nèi)用以除去有毒過(guò)氧化物的過(guò)氧化物酶和SOD的活力也提高。非異形胞藍(lán)細(xì)胞抗氧有多種形式，有的利用時(shí)間差解決固氮酶厭氧和80（4）根瘤菌固氮酶的保護(hù)根瘤菌分為豆科根瘤菌與非豆科根瘤菌兩種類型。豆科根瘤菌以只能生長(zhǎng)不能分裂的類菌體形式存在于豆科植物的根瘤中。許多類菌體被包裹在一層類菌體周膜中，膜內(nèi)具有良好的氧、氮和營(yíng)養(yǎng)條件。最重要的是在周膜內(nèi)外存在著獨(dú)特的豆血紅蛋白。該蛋白具有極強(qiáng)的吸氧能力，可使近血紅蛋白處的氧濃度比周圍環(huán)境降低8萬(wàn)倍，以防止類菌體周圍氧濃度過(guò)高使固氮酶失活。豆血紅蛋白猶如氧緩沖劑，可調(diào)節(jié)根瘤中氧的濃度，使其穩(wěn)定在固氮酶的最適范圍內(nèi)。豆血紅蛋白的蛋白質(zhì)部分由根瘤菌觸發(fā)，植物基因編碼合成；血紅素由植物觸發(fā)，根瘤菌基因編碼合成。（4）根瘤菌固氮酶的保護(hù)根瘤菌分為豆科根瘤菌與非豆科根瘤菌兩811973年發(fā)現(xiàn)，在一種生長(zhǎng)于非州的非豆科植物榆科糙葉山黃麻(Parasponia)的根瘤中存在著豇豆根瘤菌，根瘤中無(wú)豆科植物根瘤中常見的豆血紅蛋白，但卻含有與豆血紅蛋白功能相似的植物血紅蛋白，保護(hù)著固氮酶不受氧之危害。在赤楊、楊梅及木麻黃等非豆科木本植物的根瘤中，存在著與之共生的弗蘭克(Frankia)放線菌。該菌的營(yíng)養(yǎng)菌絲末端有一膨大的球形囊——泡囊，固氮反應(yīng)在泡囊中進(jìn)行。泡囊的固氮功能及防氧機(jī)制與藍(lán)細(xì)菌的異形胞相似。1973年發(fā)現(xiàn)，在一種生長(zhǎng)于非州的非豆科植物榆科糙葉山黃麻(82（3）固氮的生化途徑固氮總反應(yīng)式為：N2+6e+6H++12ATP→2NH3+12ADP+12Pi（3）固氮