第四章--微生物生理-食品微生物.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 微生物生理,第一节 微生物细胞的化学组成与营养需求,微生物细胞的化学成分以有机物和无机物两种状态存在。有机物包含各种大分子，它们是蛋白质、核酸、脂类和糖类，占细胞干重的99%。无机成分包括小分子无机物和各种离子，占细胞干重的1%。,微生物生长所需的营养物质应该包含有组成细胞的各种化学元素，即构成细胞物质的碳素来源的,碳源物质,，构成细胞物质的氮素来源的,氮源物质,和一些含有K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo元素的,无机盐。,微生物生长所需要的营养物质主要是以的有机物和无机物的形式提供的，小部分由气体物质供给。微生物的营养物质按其在机体中的生理作用可区分为：,碳源、氮源、无机盐、生长因子和水五大类,。,一、水分,水是微生物生长所必不可少的。水在细胞中的生理功能主要有：,1.起到溶剂与运输介质的作用,营养物质的吸收与代谢产物的分泌必须以水为介质才能完成；,2.参与细胞内一系列化学反应；,3.维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；,4.因为水的比热高，是热的良好导体，能有效地吸收代谢过程中产生的热并及时地将热迅速散发出体外，从而有效地控制细胞内温度的变化；,5.保持充足的水分是细胞维持自身正常形态的重要因素；,6.微生物通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构，如酶、微管、鞭毛及病毒颗粒的组装与解离。,3.碳源的生理作用,（1）碳源物质通过复杂的化学变化来,构成微生物自身的细胞物质和代谢产物,；,（2）同时多数碳源物质在细胞内,生化反应,过程中还能为机体提供维持生命活动的,能量,；,（3）但有些以CO,2,为唯一或主要碳源的微生物生长所需的,能源则不是来自CO,2,。,种类,碳源物质,备注,糖,葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、半纤维素、甲壳素、木质素等,单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于纤维素，纯多糖优于杂多糖。,有机酸,糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等,与糖类比效果较差，有机酸较难进入细胞，进入细胞后会导致pH下降。当环境中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳源利用。,醇,乙醇,在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利用。,脂,脂肪、磷脂,主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解为甘油和脂肪酸而加以利用。,烃,天然气、石油、石油馏分、石蜡油等,利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳化后吸收利用。,CO,2,CO,2,为自养微生物所利用。,碳酸盐,NaHCO,3,、CaCO,3,、白垩等,为自养微生物所利用。,其他,芳香族化合物、氰化物,蛋白质、核酸等,利用这些物质的微生物在环境保护方面有重要作用。,当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物作为碳源而降解利用。,微生物对碳源的需求情况,三、氮源,1.什么是氮源,凡是可以被微生物用来构成细胞物质的或代谢产物中,氮素来源的营养物质通称为氮源(source of nitrogen)物质。,2.氮源的种类,能被微生物所利用的氮源物质有,蛋白质及其各类降解产物、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、分子态氮、嘌呤、嘧啶、脲、酰胺、氰化物,。,种类,氮源物质,备注,蛋白质类,蛋白质及其不同程度降解产物(胨、肽、氨基酸等),大分子蛋白质难进入细胞，一些真菌和少数细菌能分泌胞外蛋白酶，将大分子蛋白质降解利用，而多数细菌只能利用相对分子质量较小降解产物,氨及铵盐,NH,3,、(NH,4,),2,SO,4,等,容易被微生物吸收利用,硝酸盐,KNO,3,等,容易被微生物吸收利用,分子氮,N,2,固氮微生物可利用，但当环境中有化合态氮源时，固氮微生物就失去固氮能力,其他,嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化物,大肠杆菌不能以嘧啶作为唯一氮源，在氮限量的葡萄糖培养基上生长时，可通过诱导作用先合成分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可不同程度地被微生物作为氮源加以利用,微生物对氮源的需求情况,四,、,无机盐,无机盐(inorganic salt)是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们在机体中的,生理功能,主要是,作为酶活性中心,的组成部分、,维持生物大分子和细胞结构的稳定性、调节并维持细胞的渗透压平衡、控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质,等。,元素,生理功能,锌,存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、醛缩酶、RNA与DNA聚合酶中,锰,存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中,钼,存在于硝酸盐还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶中,硒,存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氢酶中,钴,存在于谷氨酸变位酶中,铜,存在于细胞色素氧化酶中,钨,存在于甲酸脱氢酶中,镍,存在于脲酶中，为氢细菌生长所必需,微量元素的生理功能,维生素,在机体中所起的作用主要是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢；,有些微生物自身缺乏合成某些,氨基酸,的能力，因此必须在培养基中补充这些氨基酸或含有这些氨基酸的小肽类物质，微生物才能正常生长；,嘌呤与嘧啶,作为生长因子在微生物机体内的作用主要是作为酶的辅酶或辅基，以及用来合成核苷、核苷酸和核酸。,化合物,代谢中的作用,对氨基苯甲酸,四氢叶酸的前体，一碳单位转移的辅酶,生物素,催化羧化反应的酶的辅酶,辅酶M,甲烷形成中的辅酶,叶酸,四氢叶酸包括在一碳单位转移辅酶中,泛酸,辅酶A的前体,硫辛酸,丙酮酸脱氢酶复合物的辅基,尼克酸,NAD、NADP的前体，它们是许多脱氢酶的辅酶,吡哆素(B,6,),参与氨基酸和酮酶的转化,核黄素(B,2,),黄素单磷酸(FMN)和FAD的前体，它们是黄素蛋白的辅基,钻胺素(B,12,),辅酶B,12,包括在重排反应里(为谷氨酸变位酶),硫胺素(B,1,),硫胺素焦磷酸脱羧酶、转醛醇酶和转酮醇酶的辅基,维生素K,甲基酮类的前体，起电子载体作用(如延胡索酸还原酶),氧肟酸,促进铁的溶解性和向细胞中的转移,维生素及其在代谢中的作用,二、微生物细胞内外物质交换方式,1.简单扩散,2.协助扩散,主动运输第1步,3.主动运输,主动运输第2步,主动运输第3步,4.基团转位,基团转位第1步,基团转位第2步,基团转位第3步,第三节 微生物的营养类型,微生物在其长期进化过程中，由于生态环境的影响，逐渐分化成各种营养类型。,根据微生物对碳源的要求是无机的碳化合物（如二氧化碳、碳酸盐）或是有机碳化合物可以把微生物分成自养型微生物和异养型微生物两大类,。将碳源物质的性质和代谢能量的来源结合将微生物分为光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养型四种营养类型。,一、光能自养型,光能无机自养型 也称光能自养型，这是一类能,以CO,2,为唯一碳源或主要碳源,并利用光能进行生长的微生物，它们能以无机物如水、硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机化合物为电子供体，使CO,2,固定还原成细胞物质，并且伴随元素氧（硫）的释放。藻类、,蓝细菌和光合细菌,属于这一类营养类型。,二、光能异养型,光能有机营养型 或称光能异养型，这类微生物,不能以CO,2,作为唯一碳源或主要碳源，以小分子有机物作为碳源，并需以有机物作为供氢体,，利用光能将CO,2,还原为细胞物质。红螺属的一些细菌就是这一营养类型的代表。,光能有机营养型细菌在生长时通常需要,外源的生长因子,三、化能自养型,化能无机自养型,，这类微生物利用,无机物,氧化过程中放出的化学能作为它们生长所需的,能量,，以,CO,2,或碳酸盐作为的唯一或主要碳源,进行生长，利用,电子供体,如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使CO,2,还原成细胞物质。属于这类微生物的类群有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌等,四、化能异养型,化能有机营养型,，这类微生物生长所需的,能量,来自,有机物氧化,过程放出的化学能，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，也即化能有机营养型微生物里的有机物通常既是它们生长的碳源物质又是能源物质。,大多数微生物属于化能有机营养型：绝大多数的细菌、全部真菌、原生动物以及病毒。,划分,依据,营养类型,特点,碳源,自养型(autotrophs),以CO,2,为唯一或主要碳源,异养型(heterotrophs),以有机物为碳源,能源,光能型(phototrophs),以光为能源,化能型(chemotrophs),以有机物氧化释放的化学能为能源,电子,供体,无机型(lithotrophs),以还原性无机物为电子供体,有机型(organotrophs),以有机物为电子供体,微生物营养类型,营养类型,电子供体,碳源,能源,代表类群,光能自养型,H,2,、H,2,S、或H,2,O,CO,2,光能,着色细菌、蓝细菌、藻类,光能异养型,有机物,有机物,光能,红螺细菌,化能自养型,H,2,、H,2,S、Fe,2+,、NH,3,、或NO,-,2,CO,2,化学能,(无机物氧化),氢细菌、硫杆菌、,亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、硝化杆菌属(Nitrobacter)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)、醋酸杆菌属(Acetobacter),化能异养型,有机物,有机物,化学能,(有机物氧化),假单胞菌属、芽孢杆菌属、乳酸菌属、真菌、原生动物,微生物的营养类型,