微生物吸收营养物质的方式单纯扩散.pptx

微生物吸收营养物质的方式微生物吸收营养物质的方式1、单纯扩散、单纯扩散(simple diffusion or passive diffusion)被输送的物质，靠细胞内外浓度为动力，被输送的物质，靠细胞内外浓度为动力，以透析或扩散的形式从高浓度区向低浓度以透析或扩散的形式从高浓度区向低浓度区的扩散。区的扩散。Simple diffusion means that the molecules can pass directly through the membrane.Diffusion is always down a concentration gradient.This limits the maximum possible concentration of the molecule inside the cell(or outside the cell if it is a waste product).The effectiveness of diffusion is also limited by the diffusion rate of the molecule.Therefore,though diffusion is an effective enough transport mechanism for some substances(such as H2O),the cell must utilize other mechanisms for many of its transport needs.1、单纯扩散、单纯扩散(simple diffusion or passive diffusion)特点：特点：扩扩散散是是非非特特异异性性的的营营养养物物质质吸吸收收方方式式：如如营营养养物物质质通通过过细细胞胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散；膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散；在在扩扩散散过过程程中中营营养养物物质质的的结结构构不不发发生生变变化化：即即既既不不与与膜膜上上的的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化；分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化；物物质质运运输输的的速速率率较较慢慢：速速率率与与胞胞内内外外营营养养物物质质的的浓浓度度差差有有关关，即即随随细细胞胞膜膜内内外外该该物物质质浓浓度度差差的的降降低低而而减减小小，直直到到胞胞内内外外物物质质浓度相同；浓度相同；不需要载体参与不需要载体参与；扩扩散散是是一一个个不不需需要要代代谢谢能能的的运运输输方方式式：因因此此，物物质质不不能能进进行行逆逆浓度运输。浓度运输。可可运运送送的的养养料料有有限限：限限于于水水、溶溶于于水水的的气气体体，及及分分子子量小，脂溶性、极性小的营养物质。量小，脂溶性、极性小的营养物质。smosisflows towards highsaltconcentrations 单纯扩散模式图单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜内细胞膜三三营养物通过与细胞膜上载体蛋白（也称作透营养物通过与细胞膜上载体蛋白（也称作透过酶过酶permease）的可逆性结合来加快其传递的可逆性结合来加快其传递速度速度促进扩散促进扩散(facilitated diffusion/transport)Facilitated diffusion utilizes membrane protein channels to allow charged molecules(which otherwise could not diffuse across the cell membrane)to freely diffuse in a nd out of the cell.These channels comes into greatest use with small ions like K+,Na+,and Cl-.The speed of facilitated transport is limited by the number of protein channels available,whereas the speed of diffusion is dependent only on the concentration gradient.促进扩散促进扩散(facilitated diffusion)特点：在促进扩散过程中特点：在促进扩散过程中v 营养物质本身在分子结构上也不会发生变化营养物质本身在分子结构上也不会发生变化v 不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输v 运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定v需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质 运输运输v被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性v养料浓度过高时养料浓度过高时,与载体蛋白出现饱和效应与载体蛋白出现饱和效应促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌氧促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌氧生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。这种方式完成的。Embededprotein:Proteinsthatactascarriers aretoolargetomoveacrossthemembrane.Theyaretransmembraneproteins.Theycyclebetweentwo conformationsinwhichasolutebindingsiteisaccessibleononesideofthemembraneortheother.促进扩散模式图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结合构象改变 or active ansport主动运输主动运输(Active transport)在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体蛋白逆养料浓度梯度吸收营养物质的过蛋白逆养料浓度梯度吸收营养物质的过程程主动运输主动运输(Active transport)特点：物质在主动运输的过程中特点：物质在主动运输的过程中v 需要消耗代谢能需要消耗代谢能v 可以进行逆浓度运输的运输方式可以进行逆浓度运输的运输方式v 需要载体蛋白参与需要载体蛋白参与v 对被运输的物质有高度的立体专一性对被运输的物质有高度的立体专一性v 被运输的物质在转移的过程中不发生任何化学变化被运输的物质在转移的过程中不发生任何化学变化 不同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同，好不同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同，好氧微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光氧微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能合微生物中则主要来自光能。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。Comparison of passive and active transport.Legend:If uncharged solutes are small enough,they can move down their concentration gradients directly across the lipid bilayer itself by simple diffusion.Examples of such solutes are ethanol,carbon dioxide,and oxygen.Most solutes,however,can cross the membrane only if there is a membrane transport protein(a carrier protein or a channel protein)to transfer them.As indicated,passive transport,in the same direction as a concentration gradient,occurs spontaneously,whereas transport against a concentration gradient(active transport)requires an input of energy.Only carrier proteins can carry out active transport,but both carrier proteins and channel proteins can carry out passive transport.主动运输模式图主动运输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ADP+PiATPNa+-K+-ATP酶系统酶系统Na+-K+-ATPase是是存在于原生质膜上的一存在于原生质膜上的一种重要离子通道蛋白种重要离子通道蛋白功能功能:利用利用ATP能量将能量将Na+由细胞内由细胞内“泵泵”出胞外出胞外,并将并将K+“泵泵”入胞内。入胞内。该酶由大小两个亚基组成（该酶由大小两个亚基组成（MW:12万万,5.5万）万）作用步骤作用步骤:1.ATP酶酶(E)在细胞内侧与在细胞内侧与3个个Na+结合结合,同时消耗能量同时消耗能量;2.磷酸化磷酸化ATP酶酶(E+)构象变化将构象变化将Na+排除胞外排除胞外,并与并与2个个K+结合结合;3.K+激发激发E+脱磷酸化恢复为脱磷酸化恢复为E,同时将同时将K+运入细胞运入细胞.基因转位是一种特殊的主动运输，与普基因转位是一种特殊的主动运输，与普通的主动运输相比，营养物质在运输的过程中通的主动运输相比，营养物质在运输的过程中发生了化学变化（糖在运输的过程中发生了磷发生了化学变化（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。酸化）。其余特点与主动运输相同。基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，也主要是用于单（或双）糖与糖的衍生菌中，也主要是用于单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷与脂肪散的运输物，以及核苷与脂肪散的运输 基团转位基团转位(Group translocation)在酶的作用下HPr被激活在酶的作用下P-HPr将磷酸转移给糖运送机制运送机制:是依靠磷酸转移酶系统是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇即磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸-己糖磷酸转移酶系统己糖磷酸转移酶系统.运送步骤运送步骤:1.1.热稳载体蛋白热稳载体蛋白(HPr)HPr)的激活的激活 细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEPPEP）的磷的磷酸基团把酸基团把HPrHPr激活。激活。酶酶1 1 PEP+HPr PEP+HPr 丙酮酸丙酮酸+P-HPrP-HPrHPrHPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。具有高能磷酸载体的作用。2 2、糖被磷酸化后运入膜内、糖被磷酸化后运入膜内 膜外环境中的糖先与外膜表面的酶膜外环境中的糖先与外膜表面的酶2 2结合，再被结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPrP-HPr上的磷酸激活，上的磷酸激活，并通过酶并通过酶2 2的作用将的作用将糖糖-磷酸磷酸释放到细胞内。释放到细胞内。酶酶2 2 P-HPr+P-HPr+糖糖 糖糖-P+HPrP+HPr酶酶2 2是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出一系列特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出一系列与底物分子相应的酶与底物分子相应的酶2 2。基团移位基团移位模式图模式图细胞膜外细胞膜内S SS SS SS S细胞膜Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2S SS SHPrHPrP P P PHPrHPr Enz1+PEP丙酮酸四种运输营养物质方式的比较四种运输营养物质方式的比较比较项目比较项目单纯扩散单纯扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团转位基团转位特异载体蛋白特异载体蛋白运输速度运输速度物质运输方向物质运输方向胞内外浓度胞内外浓度运输分子运输分子能量消耗能量消耗运输后物质的结运输后物质的结构构无无慢慢由浓至稀由浓至稀相等相等无特异性无特异性不需要不需要不变不变有有快快由浓至稀由浓至稀相等相等特异性特异性不需要不需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要改变改变