第三章--微生物的营养与物质运输资料.ppt

第三章微生物的营养与物质运输,主要内容,第一节微生物的营养及营养类型第二节微生物营养物质的运输第三节营养物质运输的调节第四节代谢产物的分泌,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(chemicalelement)（约有20种参与生命活动）常量元素(macroelement)碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁（其中前六种占细菌细胞干重的97%）微量元素(traceelement)锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼。他们主要以有机物、无机物和水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(chemicalelement)有机物：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。无机物：参与有机物组成或是单独存在于原生质体内的无机盐。水：微生物细胞的主要成分。（PS：体内含水率，婴儿：7080%；成年男性：6065%；成年女性：5060%）,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(chemicalelement),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：将在液体培养基中培养的微生物细胞表面所吸附的水分去除后称重所得质量。（g/L或mg/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至恒重。（g/L或mg/mL）细胞含水量：细胞湿重(wetweight)与干重(dryweight)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。光能自养型光能异样型化能自养型化能异养型,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利用光能为能源，以二氧化碳(CO2)或可溶性的碳酸盐(CO32-)作为唯一的碳源或主要碳源。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以光为能源，以简单有机物和CO2作为碳源。不能以CO2作为主要碳源。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。图为光能异养菌紫色非硫细菌,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大多数为好氧菌。以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以无机物氧化释放的化学能为能源。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生长的能源均来自有机物氧化中放出的化学能。所需的碳源主要是一些有机化合物。根据利用有机物的特性不同可分为：腐生型：利用无生命活性有机物。寄生型：寄生在活的有机体内，离开寄主失活。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：,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：形成细胞结构（参与细胞组成）、提供能量（机体进行各种生理活动所需能量）、调节作用（构成酶的活性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类碳源（carbonsource）、氮源（nitrogensource）、能源（energysource）、无机盐（mineralsalts）、生长因子（growthfactor）、水（water）,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。（可作为能源）无机含碳化合物：如CO2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、有机酸。单糖优于双糖和多糖，纯多糖优于琼脂等杂多糖。选择性（速效碳源和迟效碳源）,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。（一般不能作为能源）分子态：（N2）主要是一些固氮微生物无机氮：无机氮化物NO3-、NO2-、NH4+等；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、酵母浸膏工业用氮源：尿素、氨水、花生饼粉、豆饼粉、麸皮、鱼粉、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为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。化能异养型：碳源化能自养型：无机物光能自养和异养型：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指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。分为三类：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶。(脂肪酸)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1.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。2.氨基酸：与微生物缺乏合成氨基酸的能力有关。3.碱基:酶的辅酶或辅基，用来合成核酸。4.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。,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1.参与微生物细胞结构物质的组成2.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3.酶的激活剂4.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1.起到溶剂与运输介质的作用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.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（水比热高）5.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荚膜、黏液层、细胞壁和细胞质膜构成渗透屏障。细胞壁只对大颗粒的物质起阻挡作用，所以物质的吸收与分泌主要与细胞质膜有关。细胞质膜对营养物质的吸收具有选择性，是有一种半透膜。根据物质运输过程的特点，可将物质的跨膜运输方式分为单纯扩散促进扩散主动运输集团转移,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）扩散是非特异性的营养物质吸收方式；浓度高低在扩散过程中营养物质的结构不发生变化物质运输的速率较慢不需要载体参与可运送的养料有限不消耗能量，不能逆浓度梯度运输,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不会发生变化不消耗代谢能量运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输（与单纯扩散的主要区别）被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性养料浓度过高时,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，还有一些离子载体，它们是一类可溶于脂质双层的疏水性小分子，通过提高膜的离子通透性而促进离子进行跨膜运输，大多数由微生物合成。,第二节微生物营养物质的运输,三、主动运输在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体蛋白的协助逆浓度梯度吸收营养物质的过程。是微生物吸收营养物质的主要机制。需要消耗能量可以进行逆浓度运输需要载体蛋白参与对被运输的物质有高度的专一性（如Na+，K+）被运输的物质在转移的过程中不发生任何化学变化。,第二节微生物营养物质的运输,三、主动运输钠钾泵,第二节微生物营养物质的运输,三、主动运输原理：Na+-K+泵实际上就是Na+-K+ATP酶，存在于动、植物细胞质膜上，它有大小两个亚基，大亚基催化ATP水解，小亚基是一个糖蛋白.Na+-K+ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与Na+,K+的亲和力发生变化.大亚基以亲Na+态结合Na+后，触发水解ATP.每水解一个ATP释放的能量输送3个Na+到胞外，同时摄取2个K+入胞，造成跨膜梯度和电位差，这对神经冲动传导尤其重要，Na+-K+泵造成的膜电位差约占整个神经膜电压的80%.若将纯化的Na+-K+泵装配在红细胞膜囊泡（血影）上，人为地增大膜两边的Na+,K+梯度到一定程度，当梯度所持有的能量大于ATP水解的化学能时，Na+,K+会反向顺浓差流过Na+-K+泵，同时合成ATP.,第二节微生物营养物质的运输,三、主动运输作用：维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位.形式：正常的作用方式利用ATP的水解与Na+-K+的跨膜转运相偶联.泵的反方向作用利用Na+-K+的跨膜转运来推动ATP的合成.Na+-Na+交换反应可能与ATP和ADP交换反应相偶联.K+-K+交换反应与Pi和H2O的交换反应相偶联.依赖ATP水解，解偶联使Na+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。基团转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，主要是用于单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷、碱基与脂肪酸的运输。,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，大分子和颗粒物质的运输则主要通过膜泡运输。主要存在于原生动物中（特别是变形虫）。,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：一、营养物质本身的性质二、环境条件三、载体物质生物合成调节四、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小分子物质大分子物质脂溶性物质水溶性物质不带电荷物质带电荷的物质中性物质极性物质,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