微生物生理学重点.doc

绪论1.微生物生理学的研究对象与范围有哪些？研究对象：微生物生理学是研究微生物的正常功能和现象的科学，也就是研究微生物细胞的结构功能、生长繁殖、营养代谢、形态发生、遗传变异等活动中的生理规律。研究范围：1.研究微生物细胞的重建方式与一般规律2.研究微生物与周围环境之间的关系3.研究微生物生理活动与人类的关系2.试叙微生物生理学研究中常用的技术与方法。培养技术微生物的类群众多，且都要求适合于自身的培养环境，因而发展了多种多样的培养技术。染色技术染色技术构成了以染色反应为基础的细菌细胞化学。细菌的每一基质都产生一个固定的染色反应，如我们要观察细胞的某一特殊构造，就需经过一特殊的染色。显微观察技术相差，暗视野，荧光和电子显微镜的观察技术（扫描、透射）。生化技术对细菌结构及其代谢产物、降解产物、合成产物进行的分离，纯化和分析的技术。生物物理技术测量细菌的能量和电泳性质时，用凝胶扩散沉降试验、免疫反应、酶活性等。在免疫反应酶活性方法中，多使用光谱仪、质谱仪、各种层析、标记元素等。生物合成技术在生物合成中，多使用磁共振和顺磁共振、超速离心、超滤、聚葡聚糖凝胶柱层析、粘度计、旋光仪、比浊计、各种测压技术和分子放射自显影技术等。3. 您对21世纪微生物生理学的展望有哪些认识？吕文虎克 (荷兰人，1632-1723)巴 斯 德 (法国人，1821-1895) 为微生物生理学奠定了坚实的基础、柯 赫 (德国人，1843-1910)21世纪微生物生理学的展望1.微生物生理学的基础研究继续得到加强2.继续从微生物代谢产物中发现新的化合物、新的具有特殊功能的生物催化剂3.与其他学科实现更广泛的交叉4.在解决人类所面临的许多重大问题中，微生物生理学将发挥重要作用4.试叙微生物生理学与其他学科的关系。微生物生理的内容涉及分子生物学、细胞生物学、生物化学、动植物生理学、遗传学、免疫学以及微生物学等多种学科。微生物生理学与生物化学的关系生物化学是微生物生理学的基础和工具，以微生物为对象的生物化学规律的揭示，不少内容本身就是微生物生理学的内容，虽然两者解决问题的侧重点不同，都有自己应该解决问题的范围。但相互交叉，相互渗透之处实在不少。微生物生理学与病理学的关系微生物生理学与病理学有密切关系，病理学家常常要求脱离寄主时研究寄生微生物，要达到这个目的，必须从微生物生理学角度很好了解病原微生物的营养需要，还有许多病理学上要求微生物生理学加以研究的方能解决的问题。微生物生理学与遗传学、细胞学、分子生物学等的关系微生物生理学与遗传学、细胞学、分子生物学也有着密切的关系，对微生物生理学的研究不可能不涉及到微生物的遗传变异、遗传变异现象也是一种生理活动，大多数微生物是单细胞的，对它细胞结构的研究是细胞生物学的范围，对于结构的深入研究也有助于功能的了解，分子生物学的发展对微生物生理学的发展起着很大的推动。微生物生理学与物理学、化学、数学等的关系微生物生理学与物理学、化学、数学也有着较密切的关系，在微生物的生理活动过程中，涉及到许多物理、化学现象，只有具有一定的物理学、化学知识才能比较正确地理解有关的生理现象。物理学、化学也为微生物生理学的研究提供方法基础。数理统计使我们在看起来是杂乱的众多现象中找出基本的规律。微生物生理学与发酵的关系在发酵工业中，早就把许多微生物拿来生产成品，产品质量的优劣与否与掌握微生物的生理规律有着密切的关系。一般对微生物的生理规律了解得比较的好的企业则生产的产品质优而稳定。同时由于工业的发展逐步走上机械化自动的轨道，也就进一步需要微生物生理学能适应这个需要。第一章 微生物细胞的显微和亚显微结构1.试叙原核细胞和真核细胞的区别。2.试叙鞭毛的结构与功能。结 构 鞭毛发源于细胞膜内侧的基粒上 细胞壁为鞭毛的运动提供了支撑点。G+和G-菌中，鞭毛结构有区别。组 成鞭毛是由鞭毛蛋白组成直径15 25nm,长度3 12um。着生方式 鞭毛有单极生、单极丛生、偏极生、双极生、周生 鞭毛着生的方式和数量一般都是分类鉴定的依据。功 能 鞭毛：运动、具有抗原性细菌的三种运动方式：细菌鞭毛的自由运动 粘细菌的滑行运动 螺旋体的伸缩运动3.试叙菌毛的结构与功能。组 成菌毛是由菌毛 蛋白组成。着生方式菌毛至少十根以上一般周生。功 能粘附，与致病性有关。4.试叙细胞壁的结构与功能。结 构1884年丹麦医生革兰用差别染色法将细菌细胞壁分G+ 和G-两种结构， G+ 比G-结构简单， G+ 细胞壁只有厚厚的一层肽聚糖物质，而G-除有一层薄薄的肽聚糖物质外，在外层还有一层脂质物质合并一起构成细胞壁。功 能机械保护作用，抗渗透压，保持菌体形态；内外物质交换的屏障；与抗原性、致病性、对噬菌体的敏感性有关。5.试叙细胞膜的结构与功能。功 能作为细胞内外物质交换的屏障和介质，有选择性；能量交换的场所，与呼吸、光合作用有关的酶类、电子传递链位于膜上；传递信息；参与细胞壁的合成。6.试叙间体的作用。间体是由细胞膜内陷折叠性成的袋状结构。功能 与横隔壁和壁的形成、DNA的复制、细胞分裂、氧化磷酸化、细胞内物质和能量的传递、芽胞的形成等有关。7.试叙核糖体的作用及组成。核糖体由65%RNA和蛋白质组成，每个细胞可有104个，是蛋白质合成的场所。8.线粒体从细菌进化而来的理由及例证。线粒体从细菌进化而来的理由：基因物质 蛋白质 脂肪酸 呼吸链线粒体从细菌进化而来的例证：巨大变形虫 草履虫第二章 微生物的营养1.微生物的营养物质有哪些？一、碳源凡可构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源的营养物质称为碳源。 常用的碳源物质主要有萄萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、甘露醇、甘油和有机酸。 发酵工业中常用：饴糖、米粉、玉米粉、淀粉、米糠、纤维素。二、氮源凡可构成微生物细胞和代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。 实验室：微生物培养基中常用氮源有铵盐、硝酸盐、尿素、蛋白胨、多肽、氨基酸、蛋白质； 工业上：常用鱼粉、豆饼粉、蚕蛹、玉米浆、酵母粉作为有机氮源。三、矿质养料大量元素主要有P、K、Ca、Mg、S、Na。微量元素多是辅酶和辅基的成分，或是酶激活剂。常需添加Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Co等。四、生长因子一些用量虽少却能明显促进微生物生长的有机化合物称生长因子。主要有维生素、氨基酸、核苷类(碱基)。五、水 份 2.试述水对微生物生长的意义。水是细胞重要组分，保持细胞正常的胶体状态；是代谢反应的重要介质，营养物质必须先溶于水,才能被吸收进细胞内；水的比热高，可有效地吸收代谢中所放出的热；水又是热的良导体，有利于散热、调节细胞温度。 3.常用的微生物碳源有哪些？ 常用的碳源物质主要有葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、甘露醇、甘油和有机酸。 发酵工业中常用：饴糖、米粉、玉米粉、淀粉、米糠、纤维素。4.常用的微生物氮源有哪些？ 实验室：微生物培养基中常用氮源有铵盐、硝酸盐、尿素、蛋白胨、多肽、氨基酸、蛋白质； 工业上：常用鱼粉、豆饼粉、蚕蛹、玉米浆、酵母粉作为有机氮源。5.简述P、S、Mg、K、Ca、Fe、Cu等元素在微生物体中的生理功能。P： 核酸、磷脂、ATP、CoA、NAD、NADP、FAD、TPP（羧化辅酶）和FMN（黄素辅酶）是细胞中主要含磷化合物，磷酸盐还可调节pH。S： 含S氨基酸、CoA、B1、硫辛酸的组成元素，包含在蛋白质、辅酶和辅基中，在细胞化学组成和代谢活性等方面有重要作用。S、H2S是硫细菌的能源物质。Mg：参与组成叶绿素、菌绿素等光合色素，是一些酶的激活剂和调节剂，是核糖体和膜结构的稳定剂，对某些重金属的毒害作用有一定拮抗作用。K： 虽不参与细胞结构，但它是许多酶作用的激活剂，调控细胞原生质的胶体状态和细胞膜的透性，细胞内K+浓度远大于胞内。Na：主要维持细胞的渗透压，在海洋和噬盐微生物细胞内含有较高浓度的Na+。Ca：参与调节细胞生理状态，如维持细胞胶体状态，降低膜的通透性，调节pH，拮抗金属离子毒性，蛋白酶的激活剂，芽胞的组分，与抗热性有关。Fe：细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶的活性基成分。Cu：多酚氧化酶的活性中心。6.微生物生长因子包括哪几类？（维生素、氨基酸、核苷类(碱基)。）7.试述各种维生素在微生物体中的作用？8.比较维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶在微生物体中的需要量。维生素一般需要浓度：1-50ng/ml氨基酸一般需要浓度：20-50ug/ml核苷类(碱基)一般需要浓度：200-2000ug/ml9.试述专性厌氧微生物为什么不能在有氧环境中生存？专性厌氧微生物体内缺少超氧物歧化酶和过氧化氢酶。在微生物体内氧化还原作用下，氧还原生成超氧基（O2）化合物，H+和过氧化氢（H2O2）这些物质对微生物有毒害作用，但好氧或兼性厌氧微生物体内有超氧物歧化酶和过氧化氢酶，可将这些物质分解。 10.举例说明微生物的营养类型。营养类型 能源 碳源 氢供体 实例 光能自养（无机） 光能 CO2 H2O/还原态无机物 蓝细菌、紫硫细菌等光能异养（有机） 光能 CO2 有机物 红螺菌科的细菌化能自养（无机） 化学能 CO2 还原态无机物 硝化细菌、铁细菌等化能异养（有机） 化学能 有机物 有机物 大多数细菌、全部真菌11.试述小分子营养物质的四种吸收方式。被动扩散、促进扩散、主动运输、基团转位12.试述大分子营养物质的吸收和分泌。13.蛋白质转运系统有哪几类？（Sec 转运系统，Tat 转运系统。）14.Sec 转运系统和Tat 转运系统共性有哪些？ 两种转运系统有一定的共性，表现在以下两点：所转运的蛋白质含有信号肽。合成的蛋白质前体上均在N-端有介导转运的信号肽，信号肽均由3部分形成，位于N末端的带正电荷的n-区、形成-螺旋的疏水性的h-区和位于C末端的含有信号肽酶切点的c-区。信号肽在蛋白质穿越细胞内膜时被信号肽酶切除。在两种转运系统中，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，与植物叶绿体中蛋白质转运的pH依赖系统相似。15.Sec转运系统和Tat 转运系统差异性有哪些？两种转运系统之间存在着显著的差异性： Sec转运系统转运的蛋白质以松散的线状形式转运，而Tat转运系统转运的蛋白质以折叠形式转运，且绝大多数转运的蛋白为与细菌厌氧呼吸有关的并含有氧化还原辅因子的酶。 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，特征性氨基酸含量也不同于Sec信号肽。 第三章 微生物的代谢1试叙微生物代谢的特点。a.微生物的代谢速率快，有的代时间仅20；b.微生物种类繁多，各种微生物对营养要求与代谢方式均不相同，有的可以进行化能自养或异养，有的进行光能自养或异养，表现了代谢的多样性；c.微生物具有高度适应能力，当外界环境条件如培养基成分，PH及温度，供氧等发生改变时，微生物能改变自身的代谢方式，适应改变了的环境。 d. 微生物还具有易于人工控制的特点。2举出当前微生物代谢的研究方法。一、静息细胞法二、同位素示踪法三、极谱分析法四、瓦勃格压力计法五、突变株的应用六、酶抑制剂法3微生物进行生命活动的能量从哪几方面来？一、能量来自有机物1大分子的降解 2二糖的分解 3单糖的分解 4脂肪和脂肪酸的分解 5含氮化合物的分解 6其它有机物的分解 7内源性代谢物的分解 二、能量来自无机物1氢细菌2氨的氧化 3硫的氧化 4铁的氧化 三、能量来自可见光1紫色细菌的光能转化2绿色细菌的光能转化 3蓝绿细菌的光能转化 4嗜盐细菌的光能转化 4在单糖分解中，从葡萄糖分解为丙酮酸微生物有哪几种常见途径？在单糖分解途径中葡萄分解为的丙酮酸的途径最为重要，这在微生物中至少有五种途径，但通常这么三种途径尤为重要，EMP途径（又称已糖二磷酸途径或酵解途径），HMP途径（又称磷酸戊糖途径），ED途径（又称已糖磷酸途径），5微生物的合成代谢有哪些方面？一、CO2的固定 二、二碳化合物的同化 三、糖类的合成四、脂类的合成五、生物固氮 六、氨基酸的生物合成 七、核苷酸的合成八、核酸的合成 九、蛋白质的生物合成 6何谓微生物的初级代谢，何谓微生物的次级代谢？初级代谢：在研究代谢作用中，一般把具有明确的生理功能，对维持生命活动不可缺少的物质代谢过程，称为初级代谢，代谢产物称为初级代谢产物，如氨基酸，核苷酸，糖，脂肪酸和维生素等，次级代谢：而把些没有明确的生理功能，似乎并不是维持生命活动所必须的物质的代谢过程称为次级代谢，代谢产物称为次级代谢产物，如色素、抗生素，毒素，激素和生物碱等7微生物次级代谢有哪几种类型？1.根据产物合成途径可以分为四种类型：与糖代谢有关的类型，与脂肪酸代谢有关的类型，与萜烯和甾体化合物有关的类型，与TCA环有关的类型。2.根据产物作用可以区分为：抗生素，激素，生物碱，毒素及维生素。 8微生物次级代谢的特点有哪些？1次级代谢以初级代谢产物为前体，并受初级代谢的调节；2次级代谢产物一般在菌体生长后期合成；3次级代谢酶的专一性低；4次级代谢产物的合成具有菌株特异性；5次级代谢可能与质粒有关。9微生物代谢的调节方式有哪几种？代谢调节主要是酶量和酶活性的调节，即酶合成的诱导与阻遏，酶功能的抑制与激活。10酶合成调节有两种类型？1.酶合成的诱导协同诱导 即一种诱导剂可以同时诱导 产生若干种酶的现象； 顺序诱导 即一种诱导剂可以连续诱导 产生一系列酶的现象。2.酶合成的阻遏如果阻遏物是被阻遏生成的酶（或酶系）所催化生成的终点物，则这种阻遏现象称为终点产物反馈阻遏，如果阻遏物是其分解代谢的产物，则称为分解代谢阻遏。11酶活性调节通过什么实现的？酶活性调节是指通过改变酶分子的化学结构或空间构象来调节其催化活性从而改变反应速率。酶活性的调节是通过激活或抑制已有酶的活性而实现的，12酶活性调节受哪些因素的影响？酶活性调节受多种因素的影响：底物和产物的性质和浓度、环境因子如pH等。 13何谓酶的激活？何谓酶的激活剂？ 在某些物质的作用下，使原来无活性的酶变成有活性，或使原来活性低的酶提高了活性都称为酶的激活或活化。 凡能提高酶活性的物质称为激活剂。14酶激活作用有哪两种情况？激活作用有两种情况 前体激活：即代谢途径中后面的酶促反应，可被该途径中前面的一个中间产物所促进。 反馈激活，即指代谢产物对该代谢途径的前面的酶起激活作用。15何谓酶的抑制？抑制作用有哪些特点？由于某种物质的存在，使酶的活性降低或失去活性，称为抑制。抑制作用可以是不可逆的，这将造成酶活性的永久性丧失；抑制作用也可以是可逆的，即当抑制剂去除后，酶的活性又可恢复。造成可逆的或不可逆的抑制与抑制剂及酶的性质有关。在微生物体内代谢调节过程中所发生的抑制作用主要是可逆的，而且大多是属于反馈抑制。16直线反馈调节模式有哪两种？直线形代谢途径的反馈调节模式 直线顺序反馈抑制作用模式 17分枝反馈抑制的模式有哪几种？分枝顺序反馈抑制的模式 分枝同功酶反馈抑制的模式 分枝累积反馈抑制的模式 分枝协同反馈抑制的模式 分枝增效反馈抑制的模式 第四章 微生物的生长和繁殖1.什么是微生物的细胞周期、分几个阶段？细胞周期是指新生的细胞长大以及最后分裂为两个子细胞的过程。一个细胞周期所经历的时间称为世代时间或倍增时间，世代时间是微生物生长中极重要的概念。真核：G1、S、G2、D；原核：G1、R、D2.什么是同步生长、用什么方法可获得同步细胞？如果一个细胞群体中各个细胞部在同一时间进行分裂，就可以说细胞在进行同步分裂或同步生长，筛选法又称淘析法，它主要依据为细菌培养物中处于同一相的同步细胞，它们的体积大致是相等的。筛选法种类很多，其中主要的有过滤法、区带密度梯度离心法和膜洗脱法等。诱导法是利用一些生理学手段强制微生物达到同步生长的目的常用诱导法有化学诱导法和物理诱导法两种。3.细菌的细胞周期中主要的细胞学变化有哪些？细菌细胞周期中主要的细胞学变化是细胞的表面生长横隔形成、DNA复制分离并进入子细胞和细胞分裂。4.试述细菌生长曲线各期的细胞生理特点。 生长曲线：以细菌的对数为纵坐标，以时间为横坐标，绘出的曲线。可以分为4个时期。延滞期 个体变长，体积增大，代谢加强，RNA含量增加，使细胞质噬碱性增强；由于代谢活性的提高，使贮存物消失。对数期(指数期) 此时细胞生长旺盛，代谢活力强、分裂速度快，以几何级数增加，代时稳定。Nt = N0 2n 世代数：n = (lgNt - lgN0) / lg2 ( lg2 = 0.301 ) 世代时间：G = t / n = 0.301t / (lgNt - lgN0)稳定期体积较小，开始积累贮存物和次生代谢产物、芽胞细菌开始形成芽胞。衰亡期多形态、畸形、革兰氏染色不稳定。5.试述生长速率与营养物的浓度关系及Ks的生理意义。 当生长限制性底物浓度很大时(S K ) Ks 往 往可忽赂不计,Ks十SS，这时=m，说明这时细菌以最大生长速率生长。当生长限制底物浓度很低时，则Ks十S Ks,这时 =m/ Ks . S，它表明这时细菌的生长远速率与生长限制性底物浓度成正比。 常数Ks的生理意义在于可以用它来衡量微生物对某种 底物的亲和力。 Ks值越小，表明它对底物的亲和力越大。6.什么是二峰生长曲线？研究其意义如何？二峰甚至多峰生长曲线也较为普遍，这种现象的原因是在培养中有二种或三种以上的碳源时才出现。第一个对生长数期中微生物是利用第一种碳源，在这期间，对第二种碳源的利用有抑制作用，直到第一种碳源用尽后，利用第二种碳源的适应酶才开始形成。第二个对生长数期微生物利用第二种碳源，而第二个对生长数期的长短，是取决于该微生物产生适应酶的能力。7.什么叫连续培养？连续培养器分为哪两类？各自有什么特点？连续培养概念不断地向培养器中加入培养液，同时移出同体积菌液使培养器中微生物保持相对稳定生长速率，始终处于对数期或稳定期，以获得大量的均匀的菌体或代谢产物培养方法。 恒化连续培养特点 控制一种低浓度的限制性养料因子，通过调节其浓度来获得具有不同生;长速率的培养物。 恒浊连续培养特点 微生物以最高速率生长。8.什么是微生物的稀释率？怎样表示？什么是停留时间？怎样计算？稀释度通常以D 表示，它被定义为： D = f/ V 稀释度D表示单位时间，新加入的培养基体积与培养器内培养基总体积之比，它是连续培养中极其重要的参数。稀释度D的倒数表示培养液在培养器中的平均停留时间。 =1/ D = V / f9.试述微生物生长繁殖的环境条件。10.何谓微生物的抑制?哪些因素可引起微生物的抑制？11.试述抗微生物剂和抗代谢物的种类及作用。12.试述抗生素对微生物的作用。第五章 微生物的分化与发育1.何谓分化与发育？所谓分化是指细胞在一定条件下，朝不同方向发展，使其形态结构，生理功能发生一系列的变化，最终导致一种细胞转变为另一种细胞的过程。所谓发育是指生物体经过生长和分化使机体由小到大，由简单到复杂，由性不成熟到性成熟的过程。2.微生物的分化与发育有何特点？微生物的分化一般只发生在细胞水平，只有少数种类的微生物会由分化细胞形成分化“组织”，但决不像动物，植物那样形成由多种分化组织组成的器官及由多个分化器官形成的系统。 微生物的发育阶段远不像动植物那样清晰可辨，因此可以把微生物的发育定义为使机体进一步复杂化的过程。对于单细胞的微生物来说，个体生长的过程或个体生长与发育的过程都可以被认为是发育；而对于多细胞的微生物来讲，发育则包括了生长，分化，性成熟，甚至多细胞结构（如子实体）形成的全部过程。3.研究微生物的分化与发育有何意义？有助于全面系统地揭示微生物生命活动的规律，而且也有着重要的应用价值。倘若我们了解和掌握了微生物