微生物生理.ppt

,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,真菌细胞壁,细胞膜的结构和功能,基因组,鞭毛，菌毛，性菌毛,4,、真核微生物的鞭毛和纤毛,某些低等水生真菌和藻的游动孢子以及许多原生动物的细胞表面有鞭毛，单极生或双极生。有些原生动物，如草履虫细胞表面着生很多纤毛（cilia）。鞭毛和纤毛都是运动器官，二者内部结构相似，只不过鞭毛长（150m），纤毛短（5-10m），二者直径相似，约为0.15-0.3m，光学显微镜下，勉强可见。,（1）结构,鞭毛和纤毛主要由,鞭杆,（shaft）和,基体,（basal body）两部分所组成。鞭杆和基体之间有一过渡区。鞭杆伸出细胞之外，基体埋于细胞膜中。鞭杆外有一层单位膜包围，此膜与细胞质膜相连。,（二）、荚膜（,capsule,）和粘液层（,slime layer,）,大荚膜,（macrocapsules），至少0.2m厚，有明确的外界面，与细胞结合力差。,微荚膜,（microcapsules），厚度小于0.2m，在光学显微镜下看不见，但用免疫学的方法可以测出它们的存在。与细胞结合紧密。是否真有微荚膜是有争论的，有人认为组成微荚膜的物质是细胞壁的一种成分；,粘液层,，它积累在微生物细胞的表面而没有特定的形态结构。产生荚膜的微生物也时常产生粘液层，其组成成分不同于荚膜。在培养液中常会有组成粘液层的物质。,1,、化学组成,水是荚膜和粘液层的主要组分，多糖是最常见的荚膜和粘液层的有机成分。,2、功能,碳源和能源贮藏物质,保护细胞免受干燥的影响,能抗宿主吞噬细胞的吞噬和噬菌体的侵染,增强了某些病原菌的致病能力,作为透性屏障,识别作用,表面吸附,（三）、外膜泡（outer membrane vesicle）,在扫描电镜下和负染标本中，均可见到,革兰氏阴性,细菌细胞表面或周围，经常存在着大小悬殊、形状多样的突起物或脱落物。球状、管状及其两者相结合的复合体。,A.,副百日咳博德特菌（,Bordetella para pertussis,）,B.,铜绿假单胞菌（,Pseudomonas aeruginosa,）,对于外膜泡的形成机理，,Wensink,（,1981,）认为由于外膜合成速度超过了肽聚糖层的合成速度，外膜便与下面的肽聚糖层局部分离，并向胞外凸出，逐渐膨胀成球状，或不断伸长成管状，或形成两者的联合体。成熟的外膜泡，在基部收缩合拢后便自细胞上脱落，成为游离的外膜泡,.,外膜泡的主要,化学成分是脂多糖,（,LPS,）。,外膜泡似有防御性作用,，细胞通过释放外膜泡可摆脱吸附的噬菌体。含有细菌素（,bacteriocin,）的外膜泡，能直接抵御噬菌体和其它原核微生物的侵袭。,第三节 微生物细胞的内膜系统,细胞内膜系统（,Intracellular membrane systems,）,一、原核生物的细胞内膜系统,1,、间体（,mesosome,）,由细胞质膜内陷形成的一种膜状结构，其中充满着管状的或层状的泡囊。通常每个细胞中只有一个，而且大多在细胞分裂时形成的隔膜处或靠近细菌染色体的部位。,间体是由细胞膜凹进细胞质内，经扩张和折迭形成的。它有一个明显的套膜，与细胞膜相连，其内部含有多种形态的膜质结构，状如环层体、空泡、小管或大囊或这些构造的各种联合体。,尽管间体是有细胞膜内陷而形成的，但其化学组成与细胞膜有所不同。间体膜的蛋白质含量只有细胞膜蛋白质的一半，而间体膜类脂含量则远高于细胞膜的类脂含量。,间体的生理功能,间体在与外界环境交流中相当于周质空间。来自环境的溶解物质，可通过间体渗透到细胞中。细胞产物也可通过间体释放到周质空间内。,有人认为间体与控制细胞分裂有关，因为DNA复制时总与间体有联系。,由于经常在正在发育着的隔膜附近看到有间体存在，所以间体可能涉及到细胞壁多聚体的合成或调控形成细胞壁所必需的酶的活性。,2,、光合膜（photosynthetic membranes）,红螺菌（,Rhodospinlluvm,）；,B.,红假单胞菌（,Rhodopseudomonas,）；,C.,红微菌（,Rhodomicrobium,）；,D.,红囊菌（,Rhodocystis,），,E.,荚硫菌（,Thiocapsa,）；,F.,绿硫菌（,Chlorobium,）,特点：多与细胞膜相连，外围无膜包裹。,光合膜也是由脂类和蛋白组成的，在脂类中以磷脂酰乙醇胺为主，没有糖脂，但含有脂溶性的叶绿素（蓝细菌）和细菌叶绿素（光合细菌）以及各种类胡萝卜素等。此外也含有脂醌类电子递体，如泛醌（紫细菌）、甲基萘醌（绿细菌）和质体醌（蓝细菌）等。组成光合膜的蛋白质主要是细胞色素和铁氧还蛋白等电子递体。,3,、其他内膜系统,在硝化细菌和甲烷氧化菌中有很明显的内膜系统,Nitrosoccus oceanus,第I型是盘状泡囊成束地平行排列在细胞中央；甲烷氧化细菌中的,Methylococcus,，,Methylobacter,和,Methylomonas,的3个属的内膜属于I型;氧化铵的,Nitrosococcus,中的内膜属于I型.,Nitrobacter winogradsky,第II型是双层膜沿细胞的边缘平行排列。,Methylosinus,，,Methylocystis,和,Methylobacterium,属的内膜系统属于II型。氧化亚硝酸的,Nitrobacter,中的内膜属于II型。,二、真核生物的细胞内膜系统,线粒体（mitochondria）和叶绿体（chloroplasts）,内共生学说:,线粒体起源于好氧性细菌（很可能是接近于立克次体的变形菌门细菌），而叶绿体源于内共生的光合自养原核生物蓝藻。,线粒体和叶绿体都含有类似细菌的,DNA,（环状，大小）。,线粒体具有与细菌和古菌中的很类似遗传密码。,它们被两层或更多的膜所包被，其中最里面一层的成分更接近于原核生物的细胞膜。,新的线粒体和叶绿体只能通过类似二分分裂的过程形成。,叶绿体的很多内部结构和生物化学特征，如类囊体的存在和某些叶绿素和蓝藻很接近。,细胞器的大小与细菌相当。,细胞器的核糖体和细菌相似，都是70S。,微体（,microbodies,）,微体是一类具有特殊生理功能的小型细胞器。,按照微体的生化功能可区分为过氧化物小体（peroxisomes）和乙醛酸小体（glyoxysomes）。,这些小体比较普遍地存在于真核细胞中。,第 二章微生物的营养,一般生物能利用的，我能利用；,一般生物不能利用的，我也能利用；,对一般生物有害的，我还能利用。,营养,(nutrition),：生物体从外部环境中摄取对其生命活动必须的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。,营养物,(nutrient),：具有营养功能的物质。,营养物提供生命活动的结构物质、能量、代谢调节物质和良好的生理环境。,第一节,微生物的营养类型,营养类型,能 源,碳源,实例,光能自养型,光能,CO,2,蓝细菌,紫硫细菌,绿硫细菌,藻类,光能异养型,光能,CO,2,及,简单有机物,红螺细菌,化能自养型,无机物,CO,2,硝化细菌,硫化细菌,铁细菌,氢细菌,化能异养型,有机物,有机物,绝大多数微生物，,原生动物,1,光能无机营养型（光能自养型）,能以,CO,2,为主要碳源；,利用光合作用获取生长所需要的能量；,以无机物如H,2,O、H,2,、,H,2,S,、,S等作为供氢体或电子供体，,使CO,2,还原为细胞物质；,例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），,进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而硫细菌，以,H,2,S,为,电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。,CO,2,+,2H,2,S,光能,光合色素,CH,2,O,+2S+,H,2,O,2,光能有机异养型（光能异养型）,以有机物作为主要碳源，同时以有机物为供氢体，利用光能将,CO,2,还原为细胞物质；,在生长时大多数需要外源的生长因子；,例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将,CO,2,还原成细胞物质，同时积累丙酮。,CHOH+,CO,2,H,3,C,H,3,C,2,光能,光合色素,2 CH,3,C0CH,3,+,CH,2,O,+,H,2,O,光能无机自养型和光能有机异养型微生物,可利用光能生长，在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用。,3,化能无机自养型（化能自养型）,生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；,以,CO,2,或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用,H,2,、,H,2,S,、,Fe,2+,、,NH,3,或NO,2,-,等作为电子供体使,CO,2,还原成细胞物质。,化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的,环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物质循环。,4,化能有机营养型（化能异养型）,生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；,生长所需要的碳源主要是一些有机化合物：,如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。,有机物通常既是碳源也是能源；,大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；,所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；,化能异养型分两类：,腐生型(metatrophy)：,可利用无生命的有机物(如动植物尸体和残体)作为碳源；,寄生型(paratrophy)：,寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存；,在腐生型和寄生型之间还存在中间类型：,兼性腐生型(facultive metatrophy)；,兼性寄生型(facultive paratrophy)；,不同营养类型之间的界限并非绝对：,异养型微生物并非绝对不能利用CO,2,；,自养型微生物也并非完全不能利用有机物进行生长；,有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；,例如红螺菌：,有光、厌氧时，有机物存在时、为,光能异养型微生物；,黑暗、氧气、有机物存在时，利用有机物进行生长，为,化能异养型微生物,；,微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力,5营养缺陷型,某些菌株发生突变(自然突变或人工诱变)后，失去合成某种(或某些)对该菌株生长必不可少的物质(通常是生长因子如氨基酸、维生素)的能力，必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为,营养缺陷型(auxotroph),，相应的野生型菌株称为,原养型(prototroph),。,营养缺陷型菌株经常用来进行微生物遗传学方面的研究。,一、细胞化学组成,整个生物界大体相同，主要是,C,、,H,、,O,、,N,（占干重,9097%,），,C,占约,50%,，此外为各种无机元素，由这些元素再组成化合物。其中,C/N,一般是,5:1,。,第二节,微生物的营养要素,元素,细菌,酵母菌,霉菌,碳,50,49.8,47.0,氮,15,7.5,5.2,氢,8,5.7,6.7,氧,20,31.1,40.2,磷,3,1.5,1.2,硫,1,0.3,0.2,微生物细胞中几种主要元素的相对含量（,%,干重）,异养微生物：必须利用有机碳源,自养微生物：能利用无机碳源,（一）碳源,(carbon source),提供微生物营养所需碳元素的营养源。,有机碳源：,蛋白质，核酸，,淀粉,，,葡萄糖等,无机碳源：,CO,2,Na,2,CO,3,CaCO,3,等,有机氮源：蛋白胨、黄豆粉、玉米浆,无机氮源：,NH,4,NO,3,、,(NH4),2,SO,4,气态氮源：大气,N,2,（二）氮源,(nitrogen source),凡能提供微生物营养所需氮元素的营养源。,氮源一般不作能源。,一类对微生物正常代谢必不可少且又不能从简单的碳源，氮源自行合成的、所需极微量的有机物。,培养基中生长因子来源：,酵母膏、玉米浆、麦芽汁等。,(,三)生长因子,(growth factor),作用：辅酶或酶活化,所需,。,（四）无机盐(inorganic salts),所需浓度在,10,-3,-10,-4,M,的元素为大量元素,所需浓度在,10,-6,-10,-8,M,的元素为微量元素,无机盐的生理功能,无机盐,大量元素,微量元素,一般功能,特殊功能,细胞内一般分子成分(P、S、Ca、Mg、Fe等),生理调节物质,渗透压的维持(Na,+,等),酶的激活剂(Mg等),pH的稳定,化能自养菌的能源(S,、,Fe,2+,、,NH,4,+,、,MO,2,-,等,),无氧呼吸时的氢受体(NO,3,-,、,SO,4,2-,等,),酶的激活剂(Cu,2+,、,Mn,2+,、,Zn,2+,等,),特殊分子结构成分(Co、Mo等),生理作用：,细胞组成成分,生化反应溶剂,化学、生理反应介质,物质运输媒体,调节细胞温度,维持细胞的渗透压,（五）水,存在状态：游离态（溶剂）和结合态（结构组成）,水活度：,表示,在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。,一般用在一定的温度和压力条件下,溶液的蒸汽压力与同样条,件下纯水蒸汽压力之比表示，即：,a,w,=P/P,0,式中P代表溶液蒸汽压力,P,0,代表纯水蒸汽压力。,纯水w为1.00,溶液中溶质越多,w越小。,微生物一般在w为0.600.99的条件下生长,w过低时,微生物生长的迟缓期延长,比生长速率和总生长量减少。微生物不同，其生长的最适w不同。,在菌体培养中，若把菌体培养在,w,值小的高渗溶液中，细胞的水分外渗，造成质壁分离，使细胞代谢活动受抑制或引起死亡；而在低渗溶液中，细胞吸水膨胀，引起细胞破裂。,第,三,节 细胞对营养物质的吸收,离子化合物：弱快强慢（极性）,营养物质的吸收与代谢产物的分泌，涉及到物质的运输、营养物吸收至胞内被利用、代谢物分泌到胞外以免积累，这就是物质运输过程。,在营养物质运送方面，细胞壁仅简单地排阻分子量过大,(600Da),的溶质进入,而具有磷脂双分子层和嵌合蛋白分子的细胞膜则是控制营养物质进入和排除的主要屏障。,一般大分子先水解为小分子，再吸收,脂溶性物质：易透过,不同物质透过人工脂双层的能力,碳氢化合物,一、小分子物质的吸收,1.简单,扩散,(simple diffusion),动力：物质在膜两侧的浓度差;,物质运输过程中不消耗能量;参与运输的物质本身的分子结构不发生变化;不能进行逆浓度运输;运输速率与膜内外物质的浓度差成正比。,环境条件对膜渗透性的影响,温度：温度升高，膜的有序性被破坏，渗透性增强,乙醇等脂溶性物质：这些物质将增加膜的通透性，有利于物质的扩散,促进扩散模式图,细胞膜,细胞膜外,细胞膜内,恢复原构象,移位,再循环,结合,构象改变,2、,促进扩散,(facilitated diffusion),动力：物质在膜两侧的浓度差,；物质运输过程中不消耗能量；运输速率与膜内外物质的浓度差成正比；有载体(carrier)的参与，而且每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性。,参与促进扩散的膜运输蛋白一般可分为,载体蛋白,(carrier protein)和,通道蛋白,(channel protein)两种。,载体蛋白：,与被转运底物有专一性的结合位点，并通过,构型的变化改变与底物的亲和性,，因而在与底物结合、释放的过程中，将底物从高浓度侧运向低浓度侧。在促进扩散中不需要消耗能量。由于载体蛋白与酶的作用方式相似，因而载体蛋白又称为渗透酶。渗透酶多为诱导酶，只有在相应底物存在时才能诱导合成。,微生物的细胞膜上已分离出了多种载体蛋白，可以运输不同种类的糖（如葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖）、多种氨基酸（如亮氨酸、苯丙氨酸、精氨酸等）和维生素。,通道蛋白,和载体蛋白显著的差异在于通道蛋白,并不与底物分子结合,，通道蛋白主要以-螺旋或-折叠两种类型的跨膜蛋白存在，在横跨细胞膜形成,亲水性孔洞或通道,，使,亲水性,物质顺浓度梯度进入细胞或流出细胞，并通过打开或关闭通道来调节物质的进出。,通道蛋白普遍存在于细胞生物中，如大肠杆菌中的甘油运输体（glycerol transporter）(GlpF)，水特异的亲水性通道（aquaporin-Z）、动力敏感离子通道（mechanosensitive）(MscL)和电位敏感离子通道（voltage-sensive ion channel）等。,水特异的亲水性通道（aquaporin-Z）,作为重要的生理分子，水除了通过被动扩散方式进出细胞外，在大肠杆菌中水还可通过对水特异的亲水性通道（aquaporin-Z）以促进扩散方式进出细胞，使细胞适应外环境渗透压的突发变化，维持细胞的稳定性。,3,、主动运输,(active transport),特点：,是微生物吸收营养的主要方式,可逆浓度梯度运输，耗能,需载体蛋白，有特异性,运输,有机离子、无机离子、氨基酸、乳糖等糖类,需要特异性载体蛋白，需要能量来改变载体蛋白的构象,亲和力改变,蛋白构象改变,耗能,主动运输是一种主要的物质运输方式,运输物质所需能量来源：,（,1）,ATP和其他高能化合物,（2）质子动力,好氧型微生物直接利用呼吸能；,厌氧型微生物利用化学能；,光合微生物利用光能；,ATP动力型,ATP动力型（ATP-linked Ion Motive Pumps）是主动运输的主要形式，它利用ATP或其它高能磷酸化合物的能量，将运输物从低浓度处向高浓度处运输，因而主动运输中的载体蛋白往往被称为泵（pump,ATPase）。,主要类型为P-型泵（P-type ATPase）,P-型泵,P-型泵可运输K,+,、Mg,2+,、Ca,2+,等不同离子，运输不同离子的P-型泵具有一定的,共性,：,即具有6-8个穿膜片段的亚基，可形成磷酸化的中间体，中间体又具有两种对底物不同亲和性的构型E,1,和E,2,。,P-型泵的作用机理研究的较为清楚的是Na+/K+泵，在每个运输循环中消耗一个ATP分子，同时将3个Na+排出细胞，2个K+摄入细胞。,Na+/K+泵示意图,Na+/K+泵示意图,Na+/K+泵示意图,ABC型泵,在细菌中存在的另一类主动运输形式是ABC型泵（ATP-binding cassette），又称转运器，,每一种,ABC,转运器只转运一种或一类底物，但是其蛋白家族中具有能转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质的成员。,ABC,转运器还可催化脂双层的脂类在两层之间翻转，这在膜的发生和功能维护上具有重要的意义。,系统由两部分组成:,一部分称为结合蛋白，是位于G-菌周质空间的周质蛋白，或位于菌膜外表面的脂蛋白或细胞表面的结合蛋白；,第二部分是位于细胞膜上的蛋白质复合体（又称为traffic ATPase），复合体由个膜整合蛋白和个末端位于细胞内的膜结合蛋白组成，因为在细胞质部分含有个和ATP特异结合的特征序列，所以这一运输形式称为ABC型泵（ATP-binding cassette）。,物质运输的能量来自于ATP或其它高能磷酸化合物，在大肠杆菌中约有的物质是通过这一方式进行运输的。,ABC型泵型,主动运输示意图,ABC型泵型,主动运输示意图,质子动力型,在主动运输中，第二种为质子动力型，也可称为化学渗透动力型（Chemiosmotic-Driven transport），它借助于已建立的离子梯度如质子或Na+梯度为动力，逆浓度梯度运输物质。,主动运输的三种方式,按物质运输的方向可分为三种基本类型，即同向传递（symport）（或称为共传递）、反向传递（antiport）和单向传递（uniport），前两者又称为偶联传递（coupling transport）。,特点：,属主动运输类型,溶质分子发生化学修饰,定向磷酸化,需复杂的运输酶系参与,运输葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等,4、基团转位(group translocation),依赖磷酸烯醇式丙酮酸,(PEP),和磷酸转移酶系统,(PTS),。,PEP+HPr,EI,丙酮酸+P-HPr,P-HPr+糖,EII,糖-P+HPr,1.热稳定性载体蛋白,(heat stable carrier protein,HPr),的激活,2.,糖磷酸化后运入膜内,在酶的作用下HPr被激活,在酶的作用下P-HPr将磷酸转移给糖,四种运输营养物质方式的比较,比较项目,单纯扩散,促进扩散,主动运输,基团转位,特异载体蛋白,运输速度,物质运输方向,胞内外浓度,运输分子,能量消耗,运输后物质的结构,载体饱和效应,运送抑制剂,无,慢,由浓至稀,相等,无特异性,不需要,不变,无,无,有,快,由浓至稀,相等,特异性,不需要,不变,有,有,有,快,由稀至浓,胞内浓度高,特异性,需要,不变,有,有,有,快,由稀至浓,胞内浓度高,特异性,需要,改变,有,有,5、膜泡运输,(memberane vesicle transport),膜泡运输通过内吞和外排作用完成，主要存在于原生动物中，特别是变形虫(amoeba)。,二,、,大分子营养物质的运输,大分子营养物通常需要水解酶水解后，才可被吸收加以利用。而这些水解,酶,均为蛋白质大分子，它们必须通过一定的机制才能向胞外分泌。,其它一些大分子物如,毒素的分泌,、,细胞膜和细胞壁上的蛋白质结构成分的定位,等也都需要进行蛋白质的跨膜运输。,在大肠杆菌：Sec,(Sec machinery)转运系统和,Tat,(,t,win-,a,rginine,t,ranslocation)转运系统。,一,、,蛋白质的转运机制,Sec,转运系统示意图,1,、,Sec,转运系统,Sec转运系统,由SecY、SecE和SecG三个,膜整合蛋白,（SecYEG）和可溶性蛋白SecA组成，SecY、SecE和SecG的分子量分别为48、14和11.5kDa，分别形成10、3和2个跨膜区段。,它们在细胞膜上可形成有一定大小的穿膜通道。SecY在蛋白质转运的过程中还能和SecA结合或作为蛋白质信号识别颗粒（SRP）（signal recognition particle）的受体。,SecA的分子量为102 kDa，可附着在细胞膜上，识别信号肽，并具有,ATPase,活性。,SecYEG和SecA结合时可激活SecA的ATPase活性，水解ATP释放能量使SecA插入SecYEG形成的通道，使SecYEG形成有活性的通道，将蛋白质运输出细胞。,除了以上提到的蛋白以外，蛋白质的转运还有其它的分子伴侣(molecular chaperon)(如SecB、SecD、SecF)和热休克蛋白（heat shock protein）（如GroEL,Dnak）和扳机因子(trigger factor)参与。,其中,SecB,在蛋白质转运的起始阶段，合成的蛋白,质前体必须被引导到细胞膜上起着重要作用。,SecB的分子量为17kDa，形成四聚体，SecB可特异性地与一些蛋白质的前体结合，结合位点一般在蛋白质的成熟区，结合后可以稳定蛋白质前体的非折叠状态，使之处于转运状态，再通过,SecB与SecA C-末段的亲和性,，引导蛋白质前体运动到细胞膜上。前体上的信号肽与SecA结合后，蛋白质前体转位给SecA，同时释放SecB。,2,、,Tat转运系统,细菌蛋白质Tat 转运系统是1998年在大肠杆菌中发现的一种蛋白质转运系统,因被转运的底物信号肽上含有双精氨酸(RR)保守序列核心S/T-R-R-x-F-L-K,所以称为Tat(twin-arginine translocation)转运系统。大肠杆菌蛋白质Tat 转运系统由TatA、TatB、TatC和TatE组成，TatB和TatC形成了Tat转运酶的中心，是Tat转运酶的结构和功能单位。底物蛋白是以折叠的形式转运的,转运能量来自于跨膜质子梯度。而未折叠的线状蛋白质则通过Sec转运系统。,这些底物蛋白是一些与细菌厌氧呼吸和细菌分裂有关的酶或蛋白质,所以Tat转运系统与细菌的生命活动有着十分密切的关系。,Tat转运系统,共性：,1）蛋白质前体上均在,N-端,有介导转运的,信号肽,，信号肽均由,3部分形成,，信号肽在蛋白质穿越细胞内膜时被信号肽酶切除。,2）蛋白质的转运都需要消耗能量，Sec转运系统的能源来自于ATP的水解，在不同的阶段还需要质子梯度提供能量。而Tat转运系统的能量来自于质子梯度。,差异性：,Sec转运系统转运的蛋白质以松散的,线状形式,转运，而Tat转运系统以,折叠形式,转运。,Tat信号肽通常比Sec信号肽长，含有双精氨酸保守序列核心S/T-R-R-x-F-L-K。,丝/苏-精-精-N-苯丙氨酸-亮-赖,N区(带正电荷),C区(信号肽酶切点),H区(疏水性),细菌的分泌方式可分为两大类,：,一类依赖于Sec转运系统（Sec-dependent），包括了3种类型，即typeII、typeIV、typeV，通过这些途径的蛋白质在穿运细胞外膜前，首先要经过Sec转运系统,进入周质空间,，再通过细胞外膜分泌至胞外。,第二类不依赖于Sec转运系统（Sec-independent）包括了2种类型，即type和 type；通过这种分泌系统分泌的蛋白质不通过转运这一中间过程，,而是直接分泌至胞外,。,二,、,蛋白质的分泌机制,（一）、依赖于Sec转运系统的分泌类型,1、,Type II泌型,Type II分泌型是微生物分泌水解酶的主要途径，如果胶酶，纤维素酶、淀粉酶，另外，还可分泌一些毒素。,Type IV分泌型,是一种将,原核生物,的,蛋白质,和,单链DNA,运输到任何类型的真核和原核细胞中或外界环境中的一种大分子物质的运输方式，如,Agrobacterium tumefaciens,的T-DNA 转移到植物细胞中；或从环境中吸收DNA分子，或将蛋白质如毒素分泌至胞外或直接将毒力因子注入寄主细胞；,（二）、不依赖于Sec转运系统的分泌类型,通过,type,和,typeIII,类型分泌的蛋白质在,N-,端没有信号肽，,但在,C-,端约有,60,个氨基酸与分泌有关，直接介导蛋白质通过细胞的内、外膜。,Type,分泌类型也就是,ABC,转运系统，主要用于物质的吸收。,型分泌系统与细菌的致病性密切相关。型分泌系统广泛存在于动、植物致病菌中。在动物致病菌中，胞外菌利用型分泌系统黏附在宿主细胞表面，然后跨越胞膜将特异性蛋白注入宿主细胞内，而存在于空泡中的细菌也利用此系统穿越空泡膜注入蛋白质，从而来调节宿主细胞的功能。,第三章微生物的代谢,代谢概论,代谢（metabolism）：,细胞内发生的各种化学反应的总称,代谢,分解代谢(catabolism),合成代谢(anabolism),复杂分子,（有机物）,分解代谢,合成代谢,简单小分子,ATP,H,第一节 代谢的基本概念,双向代谢途径,初级代谢具有明确的生理功能、对维持生命活动不可缺少的代谢过程。,次级代谢微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动没有明确的生理功能的物质的过程。,微生物代谢的特点,微生物的代谢速度快,代谢的多样性,微生物的适应能力强,微生物代谢的研究方法,1.静息细胞法细胞水平,2.同位素示踪法灵敏,3.瓦勃格氏压力计法代谢过程中气体的释放或吸收导致压力的变化。,4.酶抑制剂法阻断代谢途径，造城中间物的积累,5.突变株的应用,营养缺陷型,微生物丧失了合成某种生长所必需的营养物质的能力，必须由外界供给这种营养物质才能生长，该菌株就称为营养缺陷型。,特异营养缺陷型,丧失了合成某种次生代谢产物的能力的微生物称为特异营养缺陷型。,代谢组学（metabolomics or,metabonomics）,是继基因组学、,转录组学和蛋白质组学之后在学术界兴起的又一门新的系统生物学分支。代谢组学是关于定量描述生物内源性代谢物质的整体及其对内因和外因变化应答规律的科学。它是通过考察生物体系受刺激或扰动前后（如将某个特定的基因变异或环境变化后）代谢产物图谱及其动态变化，来研究生物体系的代谢网络的一种技术，研究对象主要是针对分子量,1,000以下的内源性小分子。,与转录组学和蛋白质组学等其他组学比较，代谢组学具有以下优点：(1)基因和蛋白表达的微小变化会在代谢物水平得到放大；,(2)代谢组学的研究不需进行全基因组测序或建立大量表达序列标签的数据库；,(3)代谢物的种类远少于基因和蛋白的数目；,(4)生物体液的代谢物分析可反映机体系统的生理和病理状态。,通过代谢组学研究既可以发现生物体在受到各种内外环境扰动后的应答不同，也可以区分同种不同个体之间的表型差异，因此在国际医药、动植物、微生物等研究领域内得到了广泛应用,。,