微生物的营养与物质运输资料.pptx

第三章 微生物的营养与物质运输主要内容第一节第一节 微生物的营养及营养类型微生物的营养及营养类型 第二节第二节 微生物营养物质的运输微生物营养物质的运输 第三节第三节 营养物质运输的调节营养物质运输的调节第四节第四节 代谢产物的分泌代谢产物的分泌第一节 微生物的营养及营养类型 一、微生物细胞的化学组成化学元素(chemical element)(chemical element)（约有（约有2020种种参与生命活动）参与生命活动）常量元素(macroelement)(macroelement)碳、氢、氧、氮、磷、硫碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁（其中前六种、钾、镁、钙、铁（其中前六种占细菌细胞干重的占细菌细胞干重的97%97%）微量元素微量元素(trace element)(trace element)锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼。锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼。他们主要以他们主要以有机物、无机物和和水的形式存在于细胞中。的形式存在于细胞中。第一节 微生物的营养及营养类型 一、微生物细胞的化学组成化学元素(chemical element)(chemical element)有机物有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、维生素以及它们的降蛋白质、糖、脂类、核酸、维生素以及它们的降解产物和一些代谢产物等。解产物和一些代谢产物等。无机物：无机物：参与有机物组成或是单独存在于原生质体内的无参与有机物组成或是单独存在于原生质体内的无机盐。机盐。水：微生物细胞的水：微生物细胞的主要成分主要成分。（PSPS：体内含水率，：体内含水率，婴儿：婴儿：707080%80%；成年男性：；成年男性：606065%65%；成年女性：；成年女性：505060%60%）第一节 微生物的营养及营养类型 一、微生物细胞的化学组成化学元素(chemical(chemical element)element)元元 素素细细 菌菌酵酵 母母 菌菌霉霉 菌菌碳碳氮氮氧氧氢氢磷磷硫硫50-5350-5312-1512-15 约约2020约约8 8约约3 3约约1 145-5045-507-127-12约约3030约约7 740-5340-537-107-10约约4040约约7 7第一节 微生物的营养及营养类型 一、微生物细胞的化学组成化学成分分析湿重：湿重：将在液体培养基中培养的微生物细胞将在液体培养基中培养的微生物细胞表面表面所吸附的所吸附的水分水分去除后称重去除后称重所得质量。（所得质量。（g/Lg/L或或mg/mLmg/mL）干重：采用真空干燥和红外线快速烘干等方法将细胞干燥干重：采用真空干燥和红外线快速烘干等方法将细胞干燥至至恒重恒重。（。（g/Lg/L或或mg/mLmg/mL）细胞含水量：细胞湿重细胞湿重(wet weight)(wet weight)与干重与干重(dry weight)(dry weight)之差。之差。第一节 微生物的营养及营养类型 一、微生物细胞的化学组成化学成分分析两种方式：1.利用化学方法直接抽提细胞内的各种有机成分，然后再加以定性和定量分析。2.先将细胞破碎，获得不同的亚显微结构，然后分析这些结构的化学成分。灰分：干细胞在高温马福炉（550）中焚烧成灰，所得各种无机元素的氧化物。第一节 微生物的营养及营养类型 二、微生物的营养类型根据碳源、能源的不同，将绝大多数微生物分为四种类型。根据碳源、能源的不同，将绝大多数微生物分为四种类型。光能自养型光能自养型光能异样型光能异样型化能自养型化能自养型化能异养型化能异养型第一节 微生物的营养及营养类型 二、微生物的营养类型光能自养型光能自养型利用利用光能光能为为能源能源，以，以二氧化碳二氧化碳(COCO2 2)或或可溶性的碳酸盐可溶性的碳酸盐(COCO3 32-2-)作为唯一的碳源或主要作为唯一的碳源或主要碳源碳源。蓝细菌、红硫细菌、绿硫细菌等少数微生物。蓝细菌、红硫细菌、绿硫细菌等少数微生物。第一节 微生物的营养及营养类型 二、微生物的营养类型光能异养型光能异养型以以光为能源光为能源，以，以简单有机物简单有机物和和COCO2 2作为作为碳源碳源。不能以不能以COCO2 2作作为主要碳源。为主要碳源。在生长时大多数需要外源的生长因子。在生长时大多数需要外源的生长因子。红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。图为光能异养菌图为光能异养菌紫色非硫细菌紫色非硫细菌第一节 微生物的营养及营养类型 二、微生物的营养类型化能自养型化能自养型大多数为好氧菌。以大多数为好氧菌。以COCO2 2或碳酸盐或碳酸盐作为唯一或主要作为唯一或主要碳源碳源，以以无机物氧化释放的化学能无机物氧化释放的化学能为为能源能源。这类微生物主要有硝化细菌、氢细菌与铁细菌等。这类微生物主要有硝化细菌、氢细菌与铁细菌等。第一节 微生物的营养及营养类型 二、微生物的营养类型化能异养型化能异养型生长的生长的能源能源均来自均来自有机物氧化中放出的化学能有机物氧化中放出的化学能。所需的所需的碳源碳源主要是一些主要是一些有机化合物有机化合物。根据利用有机物的特性不同可分为：根据利用有机物的特性不同可分为：腐生型：利用腐生型：利用无生命活性无生命活性有机物。有机物。寄生型：寄生型：寄生寄生在活的有机体内，离开寄主在活的有机体内，离开寄主失活失活。兼性腐生和兼性寄生型兼性腐生和兼性寄生型第一节 微生物的营养及营养类型 二、微生物的营养类型各种营养类型的供氢体：各种营养类型的供氢体：营养类型营养类型电子供体电子供体光能自养型光能自养型水等无机物、硫化氢、硫代硫酸钠水等无机物、硫化氢、硫代硫酸钠光能异养型光能异养型异丙酮异丙酮化能自养型化能自养型氢气、硫化氢、二价铁离子、亚硝酸盐氢气、硫化氢、二价铁离子、亚硝酸盐化能异养型化能异养型无无第一节 微生物的营养及营养类型 三、微生物的营养要素微生物生长所需要的营养物质主要是以有机物和无机物的形式提供的，小部分由气体物质供给。作用：作用：形成细胞结构形成细胞结构（参与细胞组成）、（参与细胞组成）、提供能量提供能量（机体（机体进行各种生理活动所需能量）、进行各种生理活动所需能量）、调节作用调节作用（构成酶的活性（构成酶的活性成分和物质运输系统）成分和物质运输系统）微生物的营养物质按其在机体中的生理作用可区分为六大微生物的营养物质按其在机体中的生理作用可区分为六大类类碳源（碳源（carbon sourcecarbon source）、氮源（）、氮源（nitrogen sourcenitrogen source）、）、能源（能源（energy sourceenergy source）、无机盐（）、无机盐（mineral saltsmineral salts）、）、生长因子（生长因子（growth factorgrowth factor）、水（）、水（waterwater）第一节 微生物的营养及营养类型 三、微生物的营养要素碳源碳源凡是供给微生物碳素、可以构成微生物细胞结构或代谢产凡是供给微生物碳素、可以构成微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质。（物中碳架来源的营养物质。（可作为能源可作为能源）无机含碳化合物：如无机含碳化合物：如COCO2 2和碳酸盐等。和碳酸盐等。有机含碳化合物：糖与糖的衍生物、脂类、烃类、醇类、有机含碳化合物：糖与糖的衍生物、脂类、烃类、醇类、有机酸。有机酸。单糖优于双糖和多糖，纯多糖优于琼脂等杂多糖。单糖优于双糖和多糖，纯多糖优于琼脂等杂多糖。选择性选择性（速效碳源速效碳源和和迟效碳源迟效碳源）第一节 微生物的营养及营养类型 三、微生物的营养要素氮源氮源凡是构成微生物细胞物质或代谢产物中氮元素来源的营养凡是构成微生物细胞物质或代谢产物中氮元素来源的营养物质。（一般物质。（一般不能作为能源不能作为能源）分子态：（分子态：（N N2 2）主要是一些固氮微生物）主要是一些固氮微生物无机氮：无机氮化物无机氮：无机氮化物 NO NO3 3-、NONO2 2-、NHNH4 4+等；等；有机氮：脲、胺、氨基酸、蛋白质、嘌呤或嘧啶有机氮：脲、胺、氨基酸、蛋白质、嘌呤或嘧啶实验用氮源：牛肉膏、蛋白胨、酵母浸膏实验用氮源：牛肉膏、蛋白胨、酵母浸膏工业用氮源：尿素、氨水、花生饼粉、豆饼粉、麸皮、鱼工业用氮源：尿素、氨水、花生饼粉、豆饼粉、麸皮、鱼粉、玉米浆等粉、玉米浆等第一节 微生物的营养及营养类型 三、微生物的营养要素能源能源能为微生物的生命活动提供最初能量来源的能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物营养物或或辐射辐射能能。化能异养型：碳源化能异养型：碳源化能自养型：无机物化能自养型：无机物光能自养和异养型：太阳能光能自养和异养型：太阳能第一节 微生物的营养及营养类型 三、微生物的营养要素生长因子生长因子指那些微生物指那些微生物生长所必需生长所必需而且而且需要量很小需要量很小，但微生物，但微生物自身自身不能合成不能合成的或的或合成量不足合成量不足以满足机体生长需要的以满足机体生长需要的有机化合有机化合物物。分为三类：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶。分为三类：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶。(脂肪酸脂肪酸)不同微生物对生长因子的需求种类和数量不同。不同微生物对生长因子的需求种类和数量不同。同种微生物对生长因子的需求也会随着环境条件的变化改同种微生物对生长因子的需求也会随着环境条件的变化改变。变。第一节 微生物的营养及营养类型 三、微生物的营养要素生长因子生长因子1.1.维生素：作用是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢，是维生素：作用是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢，是酶活性所必需的成分。酶活性所必需的成分。2.2.氨基酸：与微生物缺乏合成氨基酸的能力有关。氨基酸：与微生物缺乏合成氨基酸的能力有关。3.3.碱基碱基:酶的辅酶或辅基，用来合成核酸。酶的辅酶或辅基，用来合成核酸。4.4.脂肪酸和膜成分：用于构建细胞膜。脂肪酸和膜成分：用于构建细胞膜。生长因子不一定是固定的，可能随环境改变。生长因子不一定是固定的，可能随环境改变。第一节 微生物的营养及营养类型 三、微生物的营养要素无机盐无机盐1.1.参与微生物细胞结构物质的组成参与微生物细胞结构物质的组成2.2.调节微生物的原生质胶体状态，调节细胞渗透压、氢离调节微生物的原生质胶体状态，调节细胞渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位子浓度和氧化还原电位3.3.酶的激活剂酶的激活剂4.4.作为某些自养菌的能源作为某些自养菌的能源第一节 微生物的营养及营养类型 三、微生物的营养要素水水1.1.起到溶剂与运输介质的作用起到溶剂与运输介质的作用2.2.参与细胞内一系列化学反应参与细胞内一系列化学反应3.3.维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象4.4.能有效地吸收代谢过程中产生的热并及时地将热迅速散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发出体外（水比热高）（水比热高）5.5.通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构第二节 微生物营养物质的运输微生物的细胞表面由微生物的细胞表面由荚膜、黏液层、细胞壁荚膜、黏液层、细胞壁和和细胞质膜细胞质膜构构成渗透屏障。成渗透屏障。细胞壁只对大颗粒的物质起阻挡作用，所以物质的吸收与细胞壁只对大颗粒的物质起阻挡作用，所以物质的吸收与分泌主要与分泌主要与细胞质膜细胞质膜有关。有关。细胞质膜对营养物质的吸收细胞质膜对营养物质的吸收具有选择性具有选择性，是有一种，是有一种半透膜半透膜。根据物质运输过程的特点，可将物质的跨膜运输方式分为根据物质运输过程的特点，可将物质的跨膜运输方式分为 单纯扩散单纯扩散 促进扩散促进扩散 主动运输主动运输 集团转移集团转移第二节 微生物营养物质的运输一、单纯扩散（分子量小、极性小、脂溶性的易吸收分子量小、极性小、脂溶性的易吸收）扩散是扩散是非特异性非特异性的营养物质吸收方式；浓度的营养物质吸收方式；浓度高高低低在扩散过程中营养在扩散过程中营养物质的结构不发生变化物质的结构不发生变化物质运输的物质运输的速率较慢速率较慢不需要载体不需要载体参与参与可运送的可运送的养料有限养料有限不消耗能量，不消耗能量，不能不能逆浓度梯度运输逆浓度梯度运输第二节 微生物营养物质的运输二、促进扩散营养物通过与细胞膜上转运蛋白的可逆性结合来加快其传营养物通过与细胞膜上转运蛋白的可逆性结合来加快其传递速度递速度第二节 微生物营养物质的运输二、促进扩散营养物质本身在分子结构上也营养物质本身在分子结构上也不会发生变化不会发生变化不消耗代谢能量不消耗代谢能量运输的运输的速率速率由胞内外该物质的由胞内外该物质的浓度差决定浓度差决定需要细胞膜上的需要细胞膜上的载体蛋白载体蛋白（透过酶）参与物质运输（透过酶）参与物质运输（与与单纯扩散的主要区别单纯扩散的主要区别）被运输的物质与载体蛋白有高度的被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性特异性养料浓度过高养料浓度过高时时,载体蛋白出现饱和效应载体蛋白出现饱和效应第二节 微生物营养物质的运输二、促进扩散除以蛋白质载体介导的促进扩散外，还有一些除以蛋白质载体介导的促进扩散外，还有一些离子载体离子载体，它们是一类它们是一类可溶于脂质可溶于脂质双层的双层的疏水性小分子疏水性小分子，通过，通过提高膜提高膜的离子通透性而促进离子进行跨膜运输的离子通透性而促进离子进行跨膜运输，大多数由微生物，大多数由微生物合成。合成。第二节 微生物营养物质的运输三、主动运输 在在代谢能代谢能的推动下，通过膜上的推动下，通过膜上特殊载体蛋白特殊载体蛋白的协助的协助逆浓逆浓度梯度度梯度吸收营养物质的过程。是微生物吸收营养物质的吸收营养物质的过程。是微生物吸收营养物质的主主要机制要机制。需要需要消耗消耗能量能量可以进行可以进行逆浓度逆浓度运输运输需要需要载体蛋白载体蛋白参与参与对被运输的物质有高度的对被运输的物质有高度的专一性专一性（如如Na+Na+，K+K+）被运输的物质在转移的过程中被运输的物质在转移的过程中不发生不发生任何化学变化任何化学变化。第二节 微生物营养物质的运输三、主动运输 钠钾泵钠钾泵 第二节 微生物营养物质的运输三、主动运输 原理：原理：Na+-K+Na+-K+泵泵 实际上就是实际上就是Na+-K+ATPNa+-K+ATP酶，存在于酶，存在于动、植物动、植物细胞质膜上细胞质膜上，它有大小两个亚基，大亚基，它有大小两个亚基，大亚基催化催化ATPATP水解水解，小亚基是一个，小亚基是一个糖蛋白糖蛋白.Na+-K+ATP.Na+-K+ATP酶通过酶通过磷酸化磷酸化和和去磷酸化去磷酸化过程发生构象的变化，导致与过程发生构象的变化，导致与Na+,K+Na+,K+的的亲和力亲和力发生变化发生变化.大亚基以亲大亚基以亲Na+Na+态结合态结合Na+Na+后，触发水解后，触发水解ATP.ATP.每每水解一个水解一个ATPATP释放的能量输送释放的能量输送3 3个个Na+Na+到胞外，同时摄取到胞外，同时摄取2 2个个K+K+入胞，造成入胞，造成跨膜梯度和电位差跨膜梯度和电位差，这对神经冲动传导尤其，这对神经冲动传导尤其重要，重要，Na+-K+Na+-K+泵造成的膜电位差约占整个神经膜电压的泵造成的膜电位差约占整个神经膜电压的80%.80%.若将纯化的若将纯化的Na+-K+Na+-K+泵装配在红细胞膜囊泡（血影）上，泵装配在红细胞膜囊泡（血影）上，人为地增大膜两边的人为地增大膜两边的Na+,K+Na+,K+梯度到一定程度，当梯度所持梯度到一定程度，当梯度所持有的能量大于有的能量大于ATPATP水解的化学能时，水解的化学能时，Na+,K+Na+,K+会反向顺浓差会反向顺浓差流过流过Na+-K+Na+-K+泵，同时合成泵，同时合成ATP.ATP.第二节 微生物营养物质的运输三、主动运输作用：作用：维持维持细胞的细胞的渗透性渗透性，保持细胞的体积；，保持细胞的体积；维持维持低低Na+Na+高高K+K+的细胞的细胞内环境内环境，维持细胞的，维持细胞的静息电位静息电位.形式：形式：正常的作用方式正常的作用方式利用利用ATPATP的水解与的水解与Na+-K+Na+-K+的跨膜转运相的跨膜转运相偶联偶联.泵的反方向作用泵的反方向作用利用利用Na+-K+Na+-K+的跨膜转运来推动的跨膜转运来推动ATPATP的合的合成成.Na+-Na+Na+-Na+交换反应可能与交换反应可能与ATPATP和和ADPADP交换反应相偶联交换反应相偶联.K+-K+K+-K+交换反应与交换反应与PiPi和和H2OH2O的交换反应相偶联的交换反应相偶联.依赖依赖ATPATP水解，解偶联使水解，解偶联使Na+Na+排出排出.第二节 微生物营养物质的运输四、基团转移是一种特殊的是一种特殊的主动运输主动运输，与普通的主动运输相比，营养物，与普通的主动运输相比，营养物质在运输的过程中质在运输的过程中发生了化学变化发生了化学变化（糖在运输的过程中发（糖在运输的过程中发生了磷酸化）。其余特点与主动运输相同。生了磷酸化）。其余特点与主动运输相同。基团转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，基团转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，主要是用主要是用于于单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷、碱基与脂肪酸单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷、碱基与脂肪酸的运输。的运输。第二节 微生物营养物质的运输四、基团转移第二节 微生物营养物质的运输五、膜泡运输小分子物质的跨膜运输主要通过载体实现，大分子和颗粒小分子物质的跨膜运输主要通过载体实现，大分子和颗粒物质的运输则主要通过膜泡运输。主要物质的运输则主要通过膜泡运输。主要存在于原生动物中存在于原生动物中（特别是（特别是变形虫变形虫）。）。第三节 营养物质运输的调节影响物质运输主要的几个方面：影响物质运输主要的几个方面：一、营养物质本身的性质一、营养物质本身的性质 二、环境条件二、环境条件 三、载体物质生物合成调节三、载体物质生物合成调节 四、载体物质生理活性调节四、载体物质生理活性调节第三节 营养物质运输的调节 一、营养物质本身的性质细胞膜的结构特性决定了不同的物质透过膜的难易程度细胞膜的结构特性决定了不同的物质透过膜的难易程度小分子物质小分子物质 大分子物质大分子物质脂溶性物质脂溶性物质 水溶性物质水溶性物质不带电荷物质不带电荷物质 带电荷的物质带电荷的物质中性物质中性物质 极性物质极性物质第三节 营养物质运输的调节二、环境条件主要有以下几个方面主要有以下几个方面温度（影响溶解度、细胞膜的流动性及运输系统的生理活性）PH（影响电离程度）代谢和呼吸的抑制剂与解偶联剂通透性诱导物与被运输物质的结构类似物第三节 营养物质运输的调节三、载体物质生物合成调节第三节 营养物质运输的调节四、载体物质生理活性调节膜电势调节胞内磷酸糖调节cAMP环化酶与渗透酶的共同调节第四节 代谢产物的分泌介绍几种代谢产物的分泌：一、氨基酸的分泌二、核苷酸的分泌三、胞外酶的分泌第四节 代谢产物的分泌一、氨基酸的分泌 细胞内的氨基酸主要用于蛋白质的合成，只有不被用于蛋白质合成系统或其他代谢系统时，它们才容易作为排出物向胞外分泌。第四节 代谢产物的分泌二、核苷酸的分泌一般来说，核苷酸是不易分泌出细胞外的.实验证明,产氨短杆菌中核苷酸的分泌，Mn2+起关键作用。其结果如下：Mn2+可引起细胞形态的变化，在IMP（单磷酸肌苷）发酵中，如果控制Mn2+含量，造成细胞膨胀，并使细胞不规则，膜产生异常，膜透性被破坏，Hx（次黄嘌呤）和R-5-p（5磷酸核糖）都分泌出体外过量时，菌体呈小球状，Mn2+会抑制上述这些物质的分泌第四节 代谢产物的分泌三、胞外酶的分泌胞外酶是能够穿过细胞质膜的酶，大多数属于水解酶。分泌机制分泌机制：胞外酶化学结构说细胞自溶说Blobel的信号肽假说膜触发假说改良的信号假说酶的修饰说第四节 代谢产物的分泌三、胞外酶的分泌BlobelBlobel的信号肽假说的信号肽假说谢谢观赏