基本营养类型
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一种生物的基本营养类型可以根据其代谢所采用的碳、还原剂和能量来源划分。
- 碳源即生物生长和发育所需要的碳元素的来源。如果生物采用有机物作为碳源则称为异营(heterotrophic)生物,反之如果采用二氧化碳(CO2)作为碳源,则为自营(autotrophic)。
- 还原剂来源,或称电子等价物来源,指在代谢途径中还原剂(比如以NADH或NADPH的形式)的来源。当生物使用有机物作为电子等价物来源时,称作有机营养(organotrophic),反之则称为无机营养(lithotrophic,“litho-”为“石”意)。有机营养的生物基本上同时也都是异营的,即同时使用有机物作为电子来源和碳源。类似地,无机营养的生物也经常是自营的,使用无机物作为电子来源并使用二氧化碳作为碳源。
- 能量来源指生物在分解代谢中用来制造能量等价物ATP的途径。若生物使用光作为能量来源则称光能营养(phototrophic)生物,否则称化能营养(chemotrophic)生物。
多数化能营养生物的能量代谢的基础,是在将电子从还原剂(电子供体,electron donor)到氧化剂(电子受体,electron acceptor)的流动过程中获取能量。因此,作为电子供体的化合物既用作分解代谢(catabolism)中获取能量的还原剂,也用作合成代谢(anabolism)中生物合成的还原剂。化能合成生物的电子供体和受体对反应所放出的能量必须至少高于一个质子穿过细胞膜所需的能量(-15 到 -20 kJ mol-1)才足以利用。相反,光能营养的生物可以使用任何电子供体,甚至能进行需要消耗大量能量的反应(如绿色植物的光合作用中用水还原二氧化碳)。
需要注意的是,厌氧呼吸、好氧呼吸和发酵等词汇并不指代基本营养类型,而仅用来说明氧化还原反应中电子受体(氧化剂)的使用,如使用氧气(好氧呼吸),硝酸盐、硫酸盐、延胡索酸等(厌氧呼吸),或自身的代谢中间产物(发酵)。因为在发酵过程中,所有产生ATP的步骤都包括代谢中间产物的磷酸化修饰而非电子传递链,又称底物水平磷酸化。