2、厌氧乙酰-辅酶途径
这种CO2的固定机制主要存在于乙酸菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌等化能自养细菌中。
3、逆向TCA循环途径：了解受氢体及产物 4、羟基丙酸途径 二、生物固氮
概念：生物固氮是指分子氮通过微生物固氮酶系的催化形成氨的过程。 研究生物固氮的意义
(1)可在常温常压下进行固氮反应；
(2)生物固氮量高，不流失、不污染、利用率高；
(3)化学模拟生物固氮，争取常温常压下合成氨，可为农业生产开辟肥源； (4)加深对生命起源和生物共生作用的认识。 1、固氮微生物
具有利用分子氮作为唯一氮源的能力即将分子氮还原成氨,进一步把氨同化成氨基酸和蛋白质的一类微生物，叫固氮微生物。 (1)特点： ①种类多；
②皆为原核生物和古生菌类； ③生理类型多； ④分布广；
⑤分类高度分散；
⑥其共同特征是都含有固氮酶，都具有固氮活性，固氮过程厌氧。 (2)类型：
——从生态类型来分：
①自生固氮菌：好氧、厌氧、兼性厌氧及各种营养类型。 能独立进行固氮的微生物就叫自生固氮菌。
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②共生固氮菌：
必须与它种生物共生在一起时才能固氮的微生物叫共生固氮菌。与豆科共生为根瘤菌，与非豆科共生是放线菌。
1) 根瘤菌
a. 各种根瘤菌与各种豆科植物之间存在着特异的共生关系；
b. 一般为革兰氏阴性菌，严格好氧，化能异养，土壤中自生，植物中共生； c. 由根毛细胞进入植物根部，感染、刺激根毛细胞分裂，形成根瘤； d. 根瘤菌菌体膨大，变形成类囊体，固氮作用即发生在类囊体中。 2) 与非豆科植物共生固氮菌
又称弗兰克氏菌（是瑞士科学家A.Bfrank于1978年分离到的，分类为放线菌目，弗兰克氏菌科，弗兰克氏菌属），好氧或兼性好氧，寄生于木本植物，共生结瘤情况与豆科植物结瘤相似，固氮场所是弗兰克氏菌丝变成片段后膨大成的棒状、囊泡状结构。 ③联合固氮菌：根际、叶面微生物。
必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能进行固氮的微生物称为联合固氮菌。 1) 特点
与植物有一定的专一性；与植物根系有松散的共生关系，能生活在某些植物的根际或植物根的鞘内，或皮层细胞之间；不形成类似根瘤的特殊共生结构，彼此之间的依赖程度低。 2) 种类
2、固氮反应的条件 (1)ATP的供应：
①固氮过程需要消耗大量的能量：由于N=N分子中存在3个共价键，其结构极端稳固，要打开就得花费巨大能量。
②固氮酶对ATP具有高度专一性：其它高能磷酸化合物不能参与固氮反应。
③ATP由呼吸、厌氧呼吸、发酵或光合磷酸化产生：ATP来源于底物水平磷酸化、氧化磷酸化、光合磷酸化；自生固氮菌能源少，因此固氮量低，共生固氮菌靠宿主供能，固氮量高。 (2) 还原力[H]及其载体
①Fd：是一种铁硫蛋白，含等摩尔铁和不稳态硫，参与固氮、光合作用以及释放和利用氢气的反应。 ②Fld：是一种黄素蛋白，每分子Fld中含1分子FMN，不含金属或不稳态硫，在许多反应中有取代Fd的功能。 (3) 固氮酶
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① 结构
1) 固二氮酶（钼铁蛋白）
钼铁蛋白由二个α大亚基和二个β小亚基组成，分子量为220~250KD，每分子钼铁蛋白含2个钼原子，24~32个铁原子及相应数目的不稳态硫原子，它们组成3个中心：P中心，由4个[4Fe4S]（4铁4硫原子簇）组成，（它通过半胱氨酸—SH巯基与蛋白质连接）是传递电子的通路；M中心，由铁钼辅因子（FeMoCo）组成，是固氮酶活性中心；此外，还有一个S中心。 2) 固二氮酶还原酶（铁蛋白）：由两个大小相同的亚基构成，分子量为60KD左右，每分子含1个[4Fe4S]原子簇，不含钼原子，[4Fe4S]原子簇即为铁蛋白的活性中心——电子活化中心。 ②固氮酶的特性
1)固氮酶是一种复合酶系统：钼铁蛋白：铁蛋白=1：2，单独存在时均不表现出固氮活性。
2)不同来源固氮酶的铁蛋白和钼铁蛋白可以交叉组合，但亲缘关系和生理类型近的互补组合能力强，反之，则不易组合或组合后不具催化性。
3) 对氧敏感：固氮酶两组分蛋白很不稳定，对氧敏感，且铁蛋白还易受冷失活。（氧不可逆破坏固氮酶组分的结构，铁蛋白比钼铁蛋白敏感，厌氧菌比好氧菌敏感；铁蛋白在0~4℃下易失活。） 4)底物多样性：
固氮酶是多功能的氧化还原酶，可还原N2和分子末端具有NN、CN或CC的三键的多样类型的底物如叠氮化合物、氧化亚氮、氰和氰化物、烷烯腈、乙炔、丙二烯、H+等）
a. N2的还原——固氮的生化途径
N2是固氮酶唯一具有生理意义的底物。 (a) 固氮过程：
只有在不含有化合态氮的培养基上生长，且提供ATP、还原力等条件下才能固氮。 总反应式： Mg2+
N2+8[H]+18~24ATP 2NH3+H2+18~24ADP+18~24Pi
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电子载体：铁氧还蛋白（Fd），黄素氧还蛋白（Fld）也可以。
(b) 产物去向：分子氮经固氮酶催化后还原成NH3，并与相应的酮酸结合而形成各种氨基酸，再进一步可合成蛋白质和其它有关化合物。
N2 2NH3去路：自生固氮菌不能储存，也不分泌，很快同化；共生固氮菌分泌至根瘤细胞中为植物所利用。
与丙酮酸形成丙氨酸，与α-酮戊二酸形成谷氨酸，与草酰乙酸形成天冬氨酸等。 b.乙炔的还原
C2H2→C2H4 ，可用气相色谱检测，可作为固氮系统存在的有效指标。 c. H+的还原
固氮酶除能催化N2→NH3外，还具有催化2H+→H2反应的氢酶活性： 在缺乏N2的条件下：2H+ →H2 即将H+全部还原成H2。 在有N2的条件下：
N2+8H++8e-+16Mg-ATP 2NH3+H2+16Mg-ATP+16Pi
用75%的还原力去还原N2，而把另外25%的还原力以产H2的方式浪费掉。 (4)还原性底物N2； (5)镁离子
用来形成Mg+-ATP复合物。Mg+-ATP与[Fe]（固二氮酶还原酶中的Fe原子）结合，使[Fe]构型改变，降低氧化还原电位，[Fe]red（固二氮酶还原酶中的Fe原子的还原态）、[Mg+-ATP]2、[MoFe]（固二氮酶）形成复合体, [Mg+-ATP]才水解，推动电子从[Fe]传至[MoFe]。[Mg+-ATP]的结合与水解是协同的，并调控着单向电子流。 (6)严格的厌氧微环境。
3、好氧固氮菌固氮酶的抗氧机制： (1) 呼吸保护：
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呼吸保护是指固氮菌以较强的呼吸作用迅速地将周围环境中的氧消耗掉，使细胞周围微环境处于低氧状态，以此来保护固氮酶不受氧的损伤。 (2)构象保护：
当固氮菌处于高氧分压环境下时，其固氮酶能形成一个无固氮活性中但能防止氧损伤的特殊构象，称为构象保护。
当氧浓度提高时，固氮酶与另一种蛋白质铁硫蛋白II结合，形成暂时无活性的稳定的蛋白质复合物，待细胞氧分压降到安全点以下时，此复合物重新解体，而恢复固氮的活性。 (3)结构保护：
结构保护是指好氧固氮菌以特殊的细胞结构提供一个局部厌氧或氧分压低的小环境，以保证固氮反应进行。
蓝细菌是具有放氧性光合作用的原核生物，蓝细菌的细胞有几种特化形式，其中异形胞是较重要的。在具有异形胞分化的蓝细菌中，固氮作用只有在异形胞中才能进行。 机制：
a.异形胞的体积较营养细胞大，细胞外有一层由糖脂组成的片层式的较厚外膜，它具有阻止氧气扩散入细胞内的物理屏障作用；
b.异形胞内缺乏产氧光合系统II，加上脱氢酶和氢化酶的活性高，使异形胞能维持很强的还原态； c.其中的超氧化物歧化酶的活性很高，有解除氧毒害的功能； d.异形胞还有比邻近营养细胞高出约2倍的呼吸强度．借此可消耗过多的氧和产生对固氮所必要的ATP。
非异形胞蓝细菌固氮酶的保护
这类蓝细菌一般缺乏独特的防止氧对固氮酶的损伤机制，在它们之中，有的采用将固氮作用与光合作用进行时间上的分隔(黑暗下固氮，光照下进行光合作用)；有的则形成束状群体，在其中央处于厌氧环境下的细胞失去能产氧的光合系统II，有利于固氮酶在微氧环境下进行固氮作；有的则在固氮酶活性高时，细胞内用以除去有毒过氧化物的过氧化物酶和SOD的活力也均提高等。 (4)氧的缓冲剂作用——豆科植物根瘤菌固氮酶的抗氧保护机制 根瘤菌固氮的条件：
1）微好氧条件：在纯培养时，只有控制在微好氧条件下才固氮。
2）形成类菌体：类菌体是根瘤菌与植物的一种共生结构。当根瘤菌侵入植物根毛并形成根毛线再达到根部皮层后，会刺激内皮层细胞分裂繁殖，这时根瘤菌也在皮层细胞内迅速分裂繁殖，随后分化为膨大而形态各异、不能繁殖、但有很强固氮活性的类菌体。 抗氧保护机制
根瘤菌与豆科植物共生时，共同合成豆血红蛋白，豆血红蛋白位于类菌体的细胞膜外，可结合外来的氧，控制氧进入类菌体，即可保证向类菌体不断供给浓度低而流速大的氧流，以保证类菌体能进行氧化磷酸化合成ATP，又不会使氧达到抑制固氮酶的浓度，从而解决了类菌体氧化磷酸化需氧，而固氮系统厌氧的矛盾。
4、目前生物固氮的研究方向： (1)禾本科植物的共生固氮试验；
(2)固氮酶的结构与功能以及化学模拟生物固氮的研究；
(3)开展固氮基因的分析和转移的研究，改造原有的固氮微生物种，培育固氮效率高的突变种和构建高固氮效率的工程菌。
三、微生物结构大分子—肽聚糖的合成 1、肽聚糖的结构：
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