微生物生理复习题及答案

第一章 绪论1、什么是微生物生理学？研究热点是什么？微生物生理学是从生理生化的角度研究微生物的形态与发生、结构与功能、代谢与调节、生长于繁殖等的机理，以及这些过程与微生物生长发育以及环境之间的关系的学科。研究热点：环境修复；微生物发电、生物燃料；资源开发利用。2、简要说明微生物生理学与其他学科的关系。微生物生理学既是一门基础学科又是一门应用学科。它的发展与其他学科有着密切的联系，既依赖于微生物学、生物化学、细胞生物学、遗传学基础学科的理论和技术，还需要数学、物理学、化学、化学工程、电子信息学和设备制造工程等的理论和技术。3、简述微生物生理学中常用的技术与方法。（1）电子显微技术，一种公认的研究生物大分子、超分子复合体及亚细胞结构的有力手段，也是研究微生物不可缺少的手段。(2)DNA 分子铺展技术，可用来检查细菌、噬菌体的染色体结构，还可进行动态跟踪。（3）超速离心技术（4）光谱分析技术，包括可见光光度法（定量分析） ，紫外分光光度法，荧光分光光度法，红外分光光度法。(5）层析技术，一种基于被分离物质的物理、化学及生物学特性的不同，使它们再某种基质中移动速度不同而进行分离和分析的方法。纸层析，薄层层析，柱层析。（6）电泳技术，用于对样品进行分离鉴定或提纯的技术。 等电聚焦电泳，双向电泳，毛细管电泳，变性梯度凝胶电泳。（7）同位素示踪技术，利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的威廉分析方法。（8）基因芯片与高通量测序技术第二章 微生物的细胞结构与功能1.细胞壁及细胞膜的生理作用是什么？细胞壁的作用：(1)稳定细胞形态 (2)控制细胞生长扩大 (3)参与胞内外信息的传递 (4)防御功能 (5)识别作用 （ps1、维持细胞形状,控制细胞生长，保护原生质体。细胞壁增加了细胞的机械强度,并承受着内部原生质体由于液泡吸水而产生的膨压,从而使细胞具有一定的形状,这不仅有保护原生质体的作用,而且维持了器官与植株的固有形态.另外,壁控制着细胞的生长,因为细胞要扩大和伸长的前提是要使细胞壁松弛和不可逆伸展.2.细胞壁参与了物质运输与信息传递细胞壁允许离子、多糖等小分子和低分子量的蛋白质通过,而将大分子或微生物等阻于其外。 3、细胞壁有防御与抗性）细胞膜的作用：(1)选择性控制细胞内. 外的营养物质和代谢产物的运送。(2)(膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶类，是细胞的产能基地。(3)是合成细胞壁和糖被等有关成分的重要场所。(4)是鞭毛基体着生的部位，提供鞭毛运动所需能量。(5)维持细胞内正常渗透压的结构屏障。2.比较说明革兰氏阴性菌与革兰氏阳性菌细胞壁的异同点？兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞壁结构显著不同，导致这两类细菌在染色性、抗原性、毒性、对某些药物的敏感性等方面的很大差异。革兰氏阳性菌：肽聚糖（基本结构）：包括聚糖骨架（双糖单位） ，四肽侧链（L-Ala.D-Glu.L-Lys.D-Ala） ，五肽交联桥、磷壁酸（特殊成份）：包括膜磷壁酸，壁磷壁酸革兰氏阴性菌:肽聚糖（基本结构） ，包括聚糖骨架（双糖单位） ，四肽侧链(第三位氨基酸不是 L-Lys 多为消旋二氨基庚二酸 m-DAP)没有特殊的肽桥。外膜（特殊成分） ，包括脂蛋白，脂质双层，脂多糖（LPS）,周质空间（特殊结构）3.磷壁酸、脂多糖的主要作用是什么？磷壁酸的作用：(1)磷酸分子上较多的负电荷可以提高细胞周围 Mg2+的浓度，与其结合后可使细胞膜上一些需要 Mg2+的合成酶活性提高。(2)贮藏磷元素。(3)增强某些致病菌对寄主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用。(4)作为噬菌体的特异性吸附受体。(5)赋予革兰氏阳性菌特异的表面抗原。(6)调节细胞自容素的活力，防止细胞因自溶而死亡。脂多糖的作用：(1)类脂 A 是革兰氏阴性菌的致病物质-内毒素的物质基础。(2)其负电荷比较强，可以吸附 Mg2+ 、Ca2+等阳离子以及提高其在细胞表面浓度的作用。维持脂多糖结构的稳定性必须要足够的 Ca2+存在。(3)脂多糖的结构多变决定了革兰氏阴性菌细胞表面抗原决定簇的多样性。(4)是噬菌体在细胞表面的吸附受体。(5)具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能。4.比较古生菌的假肽聚糖与真细菌的肽聚糖的差异？古生菌的细胞壁是由假肽聚糖组成。他与真肽聚糖的多糖骨架不同，它是由 N-乙酰葡糖按和 N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸以 -1,3 糖苷键（不被溶菌酶水解）交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由 L-Glu、L-Ala、L-Lys 三个 L 型氨基酸组成，肽桥则由 L-Glu 一个氨基酸组成。5.抗酸性细菌（抗酸性细胞壁、抗酸性染色）是一类特殊的革兰氏阳性菌，因其细胞壁中含有一种物质叫做分枝菌酸，他们被酸性复红染色后不能像其他革兰氏阳性菌那样被盐酸乙醇脱色，故称为 抗酸细菌。抗酸细菌细胞壁的类脂含量很高，而肽聚糖的哈娘却很低，因此虽然反应呈革兰氏阳性，但是在细胞壁构造上类似革兰氏阴性菌（其类脂外壁层相当于革兰氏阴性菌的脂多糖层） 。抗酸性染色：用石炭酸复红染色后，用盐酸乙醇分色，再用美蓝进行对比染色，抗酸细菌仍然为红色，而其他细菌及背景中的物质为蓝色。6.真菌细胞壁是有什么物质组成的？真菌细胞壁的主要成分是多糖、少量蛋白质和脂质。多糖构成了细胞壁中有形的微纤维和无定形基质的成分。微纤维部分 都是单糖的 1,4 聚合物，如纤维和几丁质，类似建筑物的钢精，可使细胞壁保持韧性。无定形基质包括甘露聚糖等以及少量的蛋白质，类似混凝土等填充物。低等真菌的细胞壁成分以纤维素为主，酵母菌以葡聚糖为主，高等陆生真菌则以几丁质为主。7.藻类细胞壁是由什么物质组成？藻类细胞壁的厚度一般为 10-20nm，其结构骨架多由纤维素组成并以微纤丝的方式成层状排列，其余为间质多糖，间质多糖主要是杂多糖还含有少量的蛋白质和脂类，杂多糖的种类随种而异。8.古生菌细胞壁的组成？在古生菌中，除了热原体属没有细胞壁之外，其余的都有与真菌类似功能的细胞壁。已经研究的一些古生菌，他们的细胞壁没有真正的肽聚糖，而是由多糖（假肽聚糖） 、糖蛋白或蛋白质构成。例如：假肽聚糖细胞壁 独特多糖细胞壁 硫酸化多糖细胞壁 糖蛋白细胞壁 蛋白质细胞壁。9.古生菌的细胞质膜多样性的表现(1)存在着独特的单分子层或单、双分子层混合膜。(2)其磷脂的亲水头由甘油组成，疏水尾由长链烃组成，两者由特殊的醚键连接成甘油二醚或甘油四醚，其他原核生物是通过酯键吧甘油和脂肪酸连接在一起的。(3)在甘油分子的 C3 位上，可连接多种与真细菌和真核生物原生质膜不同的基团，如磷酸酯基，硫酸脂基及多种糖基等。(4)含有多种独特脂质。10.以革兰氏阴性细菌为例说明鞭毛的结构。鞭毛的构造由鞭毛丝、钩形鞘和基体三部分构成。鞭毛丝是直径为 13.5nm 的中空细丝，由球状的鞭毛蛋白亚基螺旋排列而成，鞭毛是以顶部延伸的方式进行生长。钩形鞘为鞭毛丝与基体间的桶状弯曲连接部分。基体是由一个中心杆和连接在其上的套环组成。革兰氏阴性菌有 4 个环：L 环在细胞壁的脂多糖外壁层，P 环在肽聚糖层，S 环和 M 环共同嵌埋在细胞质膜和周质空间上称为 S-M 环，C 环连接在细胞膜和细胞质的交界处，其功能和 S-M环相同。有 MOT 蛋白它可以未然并固定 S-M 环，他们驱动鞭毛的旋转。还有一组 Fli 蛋白位于 S-M 环下面油马达开关的功能，接受胞内信号后可以控制鞭毛的旋转方向。11.菌毛和鞭毛的区别，其功能如何？菌毛又称纤毛、伞毛、须毛。是着生于细胞膜上，伸出菌体表面的一类比鞭毛更纤细、短直且数量更多的、中空的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。菌毛的结构较鞭毛简单，无基粒等复杂结构。12.糖被的主要成分是什么？糖被分为几类？糖被有何生理作用？包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质，称为糖被 。糖被的成分一般是多糖，少数是蛋白质和多肽，也有多糖和多肽复合型的。糖被的功能为：保护作用，其上大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤；可防止噬菌体的吸附和裂解；增加病原菌的致病力可抵御吞噬细胞的吞噬；贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用，是细胞外碳源和能源 的储备库透性屏障和离子交换系统，以保护细菌免受重金属离子的毒害；表面附着作用细菌间的信息识别作用；堆积代谢废物。13.原核生物的细胞内模型系统包括哪几种，其各自功能是什么？有三种类型的内膜系统，他们分别是间体、光合膜和其他内膜系统。(1)间体功能：在横隔壁和细胞壁形成及细胞分裂过程中有一定作用；细菌 DNA 复制时的结合位点，参与 DNA 的肤质和细胞分裂；作为细胞呼吸时的氧化磷酸化中心，起着“拟线粒体”的作用；具有将胞外酶(消化酶类) 分泌到胞外的作用，起着 “拟内质网”的作用。(2)光合膜是光合细菌进行光合作用的场所。含有叶绿素、胡萝卜素等光和色素和酶类。(3)其他内膜系统有很多其他的功能例如羧酶体可以固定 CO2，是许多能同化 CO2 的自养细菌所特有的内含物。气泡是某些水生细菌所含有的泡囊状内含物，可以调节他在水中的位置。14.芽孢萌发的条件及其过程。芽孢萌发需要适宜的条件，例如合适的温度，一定的湿度与氧气含量，足够的营养物质等。首先芽孢发生吸胀作用,随之折光性和抗性丧失, 继而呼吸作用代谢活性增强,芽孢特殊内含物分解,营养细胞壁迅速合成, 最后,新形成的营养细胞从破裂的孢子囊里萌发出来. 回复营养生长。15.磁小体、伴孢晶体：贮藏物颗粒包括哪些？*磁小体存在于少数 Aquaspirillum(水生螺菌属) 和 ilophococcus(嗜胆球菌属)等趋磁细菌中,大小均匀(20-100nm)分布。数目不等(2-20 颗),形状为平截八面体,平行六面体或六棱柱体等,成分四氧化三铁,外有一层磷脂, 蛋白质或糖蛋白膜包裹,无毒, 具有导向功能,即借鞭毛引导细菌游向最有利的泥,水界面微氧环境处生活.趋磁细菌还有一定的实用前景,包括用作磁性定向药物和抗体,以及制造生物 传感器等.某些芽孢杆菌，如苏云芽孢金杆菌(BT)，在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的的碱溶性蛋白晶体，称为伴孢晶体。贮藏物颗粒是一类有不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，种类较多，主要功能是贮藏营养物。有聚- 羟丁酸（PHB ） 、硫粒、藻青素、异染粒。16.什么是细胞膜？简述其组成及生理功能，简述液态镶嵌模型的内容。又称细胞质膜。细胞表面的一层柔软而富有弹性的半透膜。是细胞生存必须的重要结构。磷脂双分子层是构成细胞膜的的基本支架。细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质，含有少量糖类。其中部分脂质和糖类结合形成糖脂，部分蛋白质和糖类结合形成糖蛋白。细胞膜的作用：1 选择性控制细胞内.外的营养物质和代谢产物的运送。2 膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶类，是细胞的产能基地。3 是合成细胞壁和糖被等有关成分的重要场所。4 是鞭毛基体着生的部位，提供鞭毛运动所需能量。5 维持细胞内正常渗透压的结构屏障。细胞膜不是静态的，而是膜中的脂质和蛋白质都能自由运动。这种模型叫做流动镶嵌模型。这是个动态模型，表示细胞膜是由脂质双分子层和镶嵌着的球蛋白分子组成的，有的蛋白质分子露在膜的表面，有的蛋白质分子横穿过脂质双分子层。这种模型主要强调的是，流动的脂质双分子层构成了膜的连续体，而蛋白质分子像一群岛屿一样无规则地分散在脂质的“海洋”中。第三章 微生物的营养与物质运输1. 微生物的营养六要素，各自作用及应用实例。1.碳源 作用：（1）能满足微生物生长繁殖所需要的碳元素（2）从简单的无机物（CO2 到碳酸盐）到复杂的有机含碳化合物包括糖，脂类。有机酸。芳香族化合物等都可以被不同的微生物所利用。（3）对一切异样微生物来说，其碳源同时又兼做能源。实例：实验室常用的碳源：葡萄糖，果糖，蔗糖，淀粉等。2 氮源 作用：（1）氮是组成核算和蛋白质的主要元素（2）以分子氮和无机氮化合物到含氮的化合物都可以作为微生物的氮源。实例：微生物培养基用的氮源都是牛肉膏，蛋白胨。酵母膏，硝酸盐，尿素。工业发酵常用：豆饼粉，花生饼粉，玉米浆和蚕蛹粉等。3 能源 作用：为微生物生命活动提供最初的能量来源的营养物或辐射能。实例:化能异养微生物的能源就是碳源。4.生长因子 作用：调节微生物正常代谢。实例：维生素，碱基，卟啉及其衍生物。5.无机盐 作用：（1）位微生物提供出碳源以外的各种重要元素。（2）参与微生物细胞结构物质的组成。（3）调节微生物的原生质胶体状态。（4）调节细胞渗透压，氢离子浓度和氧化还原电位。（5）酶的激活剂（6）作为某些自养菌的能源。实例：配置培养基时，首选 K2HPO4 和 MgSO4，可以同时提供 4 种需要量最大的元素。6.水 作用：（1）优良的溶剂。（2）维持各种生物大分子的结构稳定性，参与某些重要的生化反应。（3）具有许多优良的物理性质。实例：蓝细菌利用水作为二氧化碳的还原剂。2. 微生物的营养类型根据碳源和能源划分有哪四种？各有何特点？（1）光能自养型，其碳源实二氧化碳，能源是光能。特点：具有光合色素，能利用光能，并以水或还原态无机物为供氢体来同化二氧化碳。（2）光能异养型，其碳源为有机物，能源为光源。特点：一般以二氧化碳和简单的有机物为碳源，以有机物为供体；利用光能将 CO2 还原成细胞物质，生长时需要同时补充外援生长因子。（3）化能自养型，其碳源实 Co2 货碳酸盐，能源为无机物。特点：利用电子供体，如 H2，H2S,Fe2+,或者亚硝酸盐等把二氧化碳还原成细胞物质，这类微生物的生长一般都比较的缓慢，在自然界中的物质循环和转化过程中起着重要的作用。（4）化能异养型，其碳源和能源都为有机物。特点：大多数微生物都属于化能异养型，这类微生物的能源来自于有机物氧化释放的化学能，碳源为有机化合物。3. 影响营养物质进入细胞的细胞表面结构由哪几部分组成？各部分有何作用？有糖被，细胞壁和细胞膜三部分组成，糖被和细胞壁都是通过其自身的性质限制进入分子的大小来控制，通过渗透作用。而细胞膜不仅有半透膜的选择性质，还有蛋白质为物质进入细胞膜提供载体的作用,而有的糖蛋白或糖脂类物质具有识别信号分子的作用，可以特异性的运输一些物质。甚至可以逆浓度运输。4. 营养物质进入细胞的方式有哪几种？各有何特点？（1）简单扩散特点：a.以物质在细胞内外的浓度差为动力。b.不消耗能量。c.不需要膜上载体蛋白的参与，因此是非特异性的。d.运输速度低。（2）促进扩散特点：a.特异性的识别。b.能提高物质的运输速度。c.会出现饱和效应。（3）主动运输特点：a.特异性，载体蛋白与营养物质之间存在对应的专一性。b.消耗能量c.逆浓度浓度梯度营养物质。（4）基团转运特点：a.需要能量。b.使某些物质在发生质膜转移过程中发生化学变化。c.此种方式主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中。d.主要用于单糖，双糖，及糖的衍生物，核苷和核苷酸的运输。 5. 何谓离子载体？其运输营养物质的方式有哪些？试举例说明？离子载体：一类溶于脂质双分子层疏水性的小分子，通过提高膜的离子通透性而促进离子的跨膜运输。运输方式及举例：（1）移动载体，他通过改变与营养物质结合的部位（或旋转或穿梭）来输送营养物质。例：缬氨酶素氏环状分子，对结合 K+有高度的选择性。K+可以结合在环状分子中心形成缬氨酶素-K+复合物，而环状分子外周的碳氢链使得该复合物能穿过膜的疏水中心，从而促进钾离子的跨膜运输。（2）通道载体，它在膜上保持不动，但是有供溶质通过的通道。例：短杆菌肽 A 的疏水性侧链可以与阳离子结合，两个短杆菌肽 A 单体分子头头相对形成二聚体，沿螺旋的轴向构成一个穿过膜的亲水通道，离子可以穿过此通道进行跨膜运输。6. 主动运输中载体蛋白的运输模式有哪些？(1)单项运输。 (2).协同运输：同向运输和逆向运输。7. 详述营养物质的运输调节受到哪些因素的影响。（1）营养物质本身：一般来说相对分子量小的，脂溶性物质，不带电荷物质更容易穿过细胞膜。（2）环境条件：温度，PH，代谢和呼吸的抑制剂和解偶联剂，通透性诱导物与被运输物质的结构类似物。（3）载体物质生物合成调节：8. 举例说明代谢产物氨基酸的分泌机制。黄色短杆菌分别在生物素贫乏和生物素丰富的培养基中进行培养，分析细胞内外氨基酸含量，结果发现，生物素贫乏时，谷氨酸大量分泌，排出的谷氨酸占总游离氨基酸的 92%左右；生物素丰富时，细胞分泌的谷氨酸少，仅占谷氨酸总量的 12%。生物素是乙酰辅酶 A的辅基，该酶催化乙酰辅酶 A 合成冰儿酰辅酶 A，是脂肪酸合成的限速步骤，因此限制生物素供量就是限制了谷氨酸的合成，从而使磷脂含量减少，膜结构不完全，导致谷氨酸的分泌。9. 简述有关孢外酶分泌机制的理论。（1）分泌作用与胞外酶的化学结构有关。（2）信号肽假说。（3）以细胞的表层结构来解释细胞对的分泌机制。10. 举例说明微生物进行糖的运输通过哪几种方式。(1).促进扩散：单糖(2).主动运输：乳糖，葡萄糖(3).基团转移：磷酸烯醇式丙酮酸- 磷酸转移酶系统。第四章 异养微生物的生物氧化1、研究文生物代谢的方法静息细胞法。微量气体测压法，酶抑制剂法，同位素示踪法，菌株诱变法2、简述 EMP 途径中丙酮酸的去向（1 ）参与细菌的同型酒精发酵（2 ）参与同型乳酸发酵（3 ）参与丁酸发酵（4 ）参与丙酸发酵（5 ）参与混合酸发酵（6 ）参与 2,3-丁二醇发酵3、 HMP 途径的特点1）生产大量 NADPH，为细胞提供还原力 2）生产大量的磷酸核糖和其他代谢产物 3）与光合作用联系，实现某些单糖问题。4、 ED，PK 途径的关键酶ED： KDPG 醛缩酶PK：磷酸解酮酶5、比较 EMP、HMP、ED、PK 途径的产能情况。 （一分子葡糖糖）EMP：生产四个 ATP 但得消耗两个 ATP，净生成两个 ATPHMP：产 6 分子 NADPH 最终产 35 个 ATP，但 HMP 途径不是产能途径，而是为生物合成提供大量还原力和中间代谢产物ED：产生一份子 ATP，一份子 NADPH 和 NADH。PK：降解 1 分子葡萄糖只产生 1 分子 ATP，相当于 EMP 途径的一半，另一特点是几乎产生等量的乳酸，乙醇和 CO2。6、酵母的三型发酵和其特点(1)、酵母的 I 型发酵：培养与微酸性的或中性环境中的酵母菌，在缺氧条件下进行酒精发酵。特点 1）发酵基质氧化不彻底 2）酶系不完全，只有脱氢酶，没有氧化酶 3）产生能量少，净产 ATP。(2)、酵母菌 II 型发酵，甘油发酵特征：1）需存在要硫酸氢钠。 2）只产生 1 分子甘油，不产生 ATP。所以亚硫酸氢钠要出在亚适量以保证剩余一部分糖进行酒精发酵以产 ATP 供能。(3)酵母的 III 型发酵，在碱性条件下发生（PH:7.6 ） ，不产能，只能在酵母菌非生长情况下进行。7、比较说明乳酸的同型 异型 双歧发酵(1)同型乳酸发酵：发酵产物只有乳酸，是由葡萄糖经过 EMP 途径降解为丙酮酸后，丙酮酸直接作为氢受体还原为乳酸。一份子葡糖糖产两分子乳酸，两分子 ATP。(2)异型乳酸发酵发酵产物中，除乳酸外还有乙醇，二氧化碳等其他发酵产物，异型乳酸发酵走的是磷酸戊糖途径，每分解一分子葡萄糖，产一份子乳酸，一分子乙醇，一分子二氧化碳，并且只产生一分子 ATP。(3)双歧途径两歧双歧杆菌是利用 PHK 途径，HMP 途径的非氧化阶段，以及 PPK 途径的有机结合而成的双歧发酵途径，将葡萄糖降解成为乳酸和乙酸，两分子葡糖糖产生 3 分子乙酸，2 分子乳酸和 5 分子 ATP。8、简述 TCA 循环的特点(1)分子养不直接参与反应，但此循环必须在有氧条件才能进行。(2)每一次 TCA 循环可以生成 15 个 ATP，为生理活动提供大量能量。(3)TCA 循环中有三个关键酶，柠檬酸合酶，异柠檬脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶。 9、说明葡萄糖的有氧分解途径包括哪些阶段(1)糖酵解，葡萄糖先经过 EMP 途径降解为丙酮酸，同时产生一些 ATP 和 NADH。(2)丙酮酸经氧化脱羧生成乙酰 coA(3)TCA 循环。乙酰 COA 被彻底氧化成二氧化碳和水同时产生一些 ATP 和 NADH 以及 FADH2 (4)在电子传递链中 NADH 及 FADH2 被氧化从而产生能量，这些能量合成大量 ATP。10.说明细菌酒精发酵的三种代谢途径(1)EMP 途径进行酒精发酵(2)ED 途径进行酒精发酵(3)PPK 途径进行酒精发酵11.名词解释：新陈代谢：微生物在生长发育和繁殖过程中，需要不断从外界环境中摄取营养物质，在体内经过一系列生化反应，转变成能量和构成细胞的物质，并排除部分代谢产物。这一些列生化过程叫做新陈代谢合成代谢：合成代谢是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子的过程，在这个过程中要消耗能量分解代谢:是指细胞将大分子物质讲解分解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。糖酵解：生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程。同型乳酸