基本營(yíng)養(yǎng)類型
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一種生物的基本營(yíng)養(yǎng)類型可以根據(jù)其代謝所采用的碳、還原劑和能量來(lái)源劃分。
- 碳源即生物生長(zhǎng)和發(fā)育所需要的碳元素的來(lái)源。如果生物采用有機(jī)物作為碳源則稱為異養(yǎng)（heterotrophic）生物，反之如果采用二氧化碳（CO2）作為碳源，則為自養(yǎng)（autotrophic）。
- 還原劑來(lái)源，或稱電子等價(jià)物來(lái)源，指在代謝途徑中還原劑（比如以NADH或NADPH的形式）的來(lái)源。當(dāng)生物使用有機(jī)物作為電子等價(jià)物來(lái)源時(shí)，稱作有機(jī)營(yíng)養(yǎng)（organotrophic），反之則稱為無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)（lithotrophic，“l(fā)itho-”為“石”意）。有機(jī)營(yíng)養(yǎng)的生物基本上同時(shí)也都是異養(yǎng)的，即同時(shí)使用有機(jī)物作為電子來(lái)源和碳源。類似地，無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)的生物也經(jīng)常是自養(yǎng)的，使用無(wú)機(jī)物作為電子來(lái)源并使用二氧化碳作為碳源。
- 能量來(lái)源指生物在分解代謝中用來(lái)制造能量等價(jià)物ATP的途徑。若生物使用光作為能量來(lái)源則稱光能營(yíng)養(yǎng)（phototrophic）生物，否則稱化能營(yíng)養(yǎng)（chemotrophic）生物。
多數(shù)化能營(yíng)養(yǎng)生物的能量代謝的基礎(chǔ)，是在將電子從還原劑（電子供體，electron donor）到氧化劑（電子受體，electron acceptor）的流動(dòng)過(guò)程中獲取能量。因此，作為電子供體的化合物既用作分解代謝（catabolism）中獲取能量的還原劑，也用作合成代謝（anabolism）中生物合成的還原劑。化能合成生物的電子供體和受體對(duì)反應(yīng)所放出的能量必須至少高于一個(gè)質(zhì)子穿過(guò)細(xì)胞膜所需的能量（-15 到 -20 kJ mol-1）才足以利用。相反，光能營(yíng)養(yǎng)的生物可以使用任何電子供體，甚至能進(jìn)行需要消耗大量能量的反應(yīng)（如綠色植物的光合作用中用水還原二氧化碳）。
需要注意的是，厭氧呼吸、好氧呼吸和發(fā)酵等詞匯并不指代基本營(yíng)養(yǎng)類型，而僅用來(lái)說(shuō)明氧化還原反應(yīng)中電子受體（氧化劑）的使用，如使用氧氣（好氧呼吸），硝酸鹽、硫酸鹽、延胡索酸等（厭氧呼吸），或自身的代謝中間產(chǎn)物（發(fā)酵）。因?yàn)樵诎l(fā)酵過(guò)程中，所有產(chǎn)生ATP的步驟都包括代謝中間產(chǎn)物的磷酸化修飾而非電子傳遞鏈，又稱底物水平磷酸化。
目錄 |
表格
| 能量來(lái)源 | 還原等價(jià)物來(lái)源 | 碳源 | 名稱 | 舉例 |
|---|---|---|---|---|
| 太陽(yáng)光 光能- |
有機(jī)物 -有機(jī)- |
有機(jī)物 -異養(yǎng) |
光能有機(jī)異養(yǎng) Photoorganoheterotroph |
紫非硫細(xì)菌、綠非硫細(xì)菌 |
| 二氧化碳 -自養(yǎng) |
光能有機(jī)自養(yǎng) Photoorganoautotroph |
部分海生紫細(xì)菌（見下面文字） | ||
| 無(wú)機(jī)物 -無(wú)機(jī)- |
有機(jī)物 -異養(yǎng) |
光能無(wú)機(jī)異養(yǎng) Photolithoheterotroph |
||
| 二氧化碳 -自養(yǎng) |
光能無(wú)機(jī)自養(yǎng) Photolithoautotroph |
植物、藍(lán)藻、綠硫細(xì)菌、紫硫細(xì)菌 | ||
| 化合物 化能- |
有機(jī)物 -有機(jī)- |
有機(jī)物 -異養(yǎng) |
化能有機(jī)異養(yǎng) Chemoorganoheterotroph |
動(dòng)物、真菌 |
| 二氧化碳 -自養(yǎng) |
化能有機(jī)自養(yǎng) Chemoorganoautotroph |
|||
| 無(wú)機(jī)物 -無(wú)機(jī)- |
有機(jī)物 -異養(yǎng) |
化能無(wú)機(jī)異養(yǎng) Chemolithoheterotroph |
以氫氣為還原劑且以乙酸為碳源的產(chǎn)甲烷菌 | |
| 二氧化碳 -自養(yǎng) |
化能無(wú)機(jī)自養(yǎng) Chemolithoautotroph |
無(wú)色硫細(xì)菌、同型乙酸細(xì)菌[1]、以氫氣為還原劑且以二氧化碳為碳源的產(chǎn)甲烷菌 |
舉例
所有可能的組合在自然界都可能存在。例如藍(lán)藻屬光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)類型，因?yàn)樗鼈兪褂霉庾鳛槟芰縼?lái)源，以無(wú)機(jī)物（水）作為電子供體且固定二氧化碳作為碳的來(lái)源。真菌則相反，屬于化能有機(jī)異養(yǎng)生物，因?yàn)樗鼈兪褂糜袡C(jī)物同時(shí)作為電子供體和碳源。真核生物一般來(lái)說(shuō)比較容易分類。所有動(dòng)物像真菌一樣，也屬于化能有機(jī)異養(yǎng)生物。植物則和藍(lán)藻一樣，營(yíng)光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)。一些真核微生物并不限定于一種基本營(yíng)養(yǎng)類型。如一些藻類在有光存在時(shí)，為光合自養(yǎng)，但在暗處則轉(zhuǎn)換為化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)。甚至高等植物也保留了異養(yǎng)代謝能力，在晚上可以呼吸白天時(shí)光合產(chǎn)生的淀粉以產(chǎn)生能量。
相反，原核生物在營(yíng)養(yǎng)類型上要多樣得多。比如，紫硫細(xì)菌和藍(lán)藻大體上營(yíng)光合自養(yǎng)，而紫非硫細(xì)菌通常為光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)。相當(dāng)一部分細(xì)菌可以利用化學(xué)能量固定二氧化碳而制造生物量，屬于化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)（見化能合成作用），在深海黑煙囪等處，這是初級(jí)生產(chǎn)力的主要來(lái)源（[3]）。一部分紫細(xì)菌可用光能將二甲基硫氧化為二甲亞砜并固定二氧化碳[2]，因此屬于光能有機(jī)自養(yǎng)。一些細(xì)菌只屬于一種營(yíng)養(yǎng)類型，而其它一些則可以在環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)來(lái)源變化時(shí)切換其代謝的基本營(yíng)養(yǎng)類型。
參考文獻(xiàn)
- ↑ Volker Müller, Energy Conservation in Acetogenic Bacteria. Appl Environ Microbiol. 2003 November; 69(11): 6345–6353 [1]
- ↑ Josef Zeyer, Petra Eicher, Stuart G. Wakeham, and René P. Schwarzenbach, Oxidation of Dimethyl Sulfide to Dimethyl Sulfoxide by Phototrophic Purple Bacteria. Appl. Environ. Microbiol. 1987 53: 2026-2032 [2]
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參考來(lái)源
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