微生物课件-4 -23营养运输

第四章微生物的生理

第二节微生物的营养五、营养物进入微生物细胞的方式五、营养物进入微生物细胞的方式

微生物没有专门的摄食器官或细胞器（原生动物、微型后生动物除外），各种营养物质依靠细胞质膜的功能进入细胞，有四种方式：

单纯扩散促进扩散主动运输基团转位

膜泡运输（一）单纯扩散概念：被输送的物质，靠细胞内外浓度差为动力，以透析或扩散的形式从高浓度区域向低浓度区域的扩散。水溶性溶质分子（水、无机盐、O2、CO2）可通过自由扩散进入细胞质膜；脂溶性物质比水溶性物质易透过细胞质膜。通道：原生质膜上的含水小孔。膜中间为疏水层，相对分子量小、脂溶性、极性小的物质易通过扩散进入细胞。扩散不是细胞吸收物质的主要方式。水分子的自由扩散单纯扩散模式图扩散方向细胞膜外细胞膜细胞膜内溶质单纯扩散的特点①扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散；②在扩散过程中营养物质的结构不发生变化：即既不与膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化；③物质运输的速率较慢：速率与胞内外营养物质的浓度差有关，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同；④无载体参与，不能逆浓度梯度扩散；⑤可运送的养料有限：包括水溶性物质（水、无机盐、O2、CO2）和脂溶性物质。⑥这一过程不需消耗能量。二、促进扩散运输的物质有：非脂溶性物质：单糖、氨基酸、维生素、无机盐、金属离子等营养物通过与细胞膜上载体蛋白的可逆性结合来进行传递的过程。是一种被动运输。概念：载体：载体蛋白也称作透过酶，载体与被运输的物质间具有较高的亲和力，每种载体只运输相应的物质。镶嵌蛋白渗透酶渗透酶是一种诱导酶，环境中存在机体生长需要的物质时，才能合成相应的渗透酶。促进扩散示意图载体

渗透酶借助自身构象变化，加速将营养物从细胞质膜的外表面运送到细胞质膜的内表面并释放。促进扩散模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内构象改变移位结合构象恢复移位再生溶质载体底物－载体蛋白复合体促进扩散特点特点：1.营养物质本身在分子结构上也不会发生变化；

2.不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输；

3、依靠浓度梯度驱动扩散，但要借助细胞膜上载体蛋白（渗透酶）。

4.运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定；

5.被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性；

6.养料浓度过高时,与载体蛋白出现饱和效应。

7、促进扩散速度>单纯扩散速度。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这种方式完成的。促进扩散的运输方式多见于真核微生物中。扩散物质：非脂溶性物质：糖、氨基酸、金属离子等。三、主动运输

概念：主动运输指一类须提供能量（包括ATP、质子动势或“离子泵”等）并通过细胞膜上特异性蛋白构象的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质运入膜内的一种方式。

由于它可以逆浓度梯度运送营养物，所以对许多生存于低浓度环境中的贫养菌的生存极为重要。

运送物质：氨基酸、糖、无机离子（K＋、Na＋）、硫酸盐、磷酸盐及有机酸等。主动运输模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内移至膜外构象恢复移至膜内结合再生ADP+PiATP构象改变主动运输特点主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。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;光合微生物中则主要来自光能。能量的来源:1.需要消耗代谢能2.可以进行逆浓度运输的运输方式3.需要载体蛋白参与4.对被运输的物质有高度的立体专一性主动运输特点四、基团转位

特点：基团转位由一个复杂的运输系统完成，运输过程中营养物质发生了磷酸化的化学变化，是一种特殊的主动运输方式。（１）有渗透酶参加。（２）消耗能量。

概念：指一类既需特异性载体蛋白的参与，又需耗能的一种物质运送方式。

存在：基团转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中。

运输物质：单(或双)糖与糖的衍生物、核苷酸、丁酸、腺嘌呤和脂肪酸等。转运机制PTS全名磷酸烯醇式丙酮酸磷酸-磷酸糖转移酶运输系统PTS组成酶Ⅰ－非特异性细胞质可溶蛋白酶Ⅱ－含a（细胞质蛋白），b（膜蛋白），c（膜蛋白）三个亚基HPr－热稳定蛋白质(Hpr)，非特异性细胞质可溶蛋白由磷酸转移酶系统（PTS）完成特点：每运送一个葡萄糖分子消耗一个ATP能量。基团转位模式图在酶Ⅱ的作用下P-HPr将磷酸转移给糖在酶Ⅰ的作用下HPr被激活膜Ⅱc将磷酸化糖释放到细胞质中膜外侧膜内侧葡萄糖膜外糖分子与酶Ⅱc结合葡萄糖分子借磷酸化酶系统运送入细胞内的基团转移过程运送步骤(1)热稳载体蛋白(HPr)的激活细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的磷酸基团激活HPr。HPr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。PEP+HPr丙酮酸+HPr～酶1P运送步骤膜外环境中的糖先与外膜表面的酶Ⅱ结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPr上的磷酸激活，并通过酶Ⅱ的作用将糖-磷酸释放到细胞内。酶Ⅱ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，细胞膜上可诱导出一系列与底物分子相应的酶2。酶2糖～P＋HPrP～HPr＋糖(膜外)(膜内)(2)葡萄糖被运入膜内后发生磷酸化注意：一个细胞具备有多种运输系统，可同时运输多种营养物质，为微生物广泛分布于自然界提供了可能。四种运输营养物质方式的比较比较项目单纯扩散促进扩散主动运输基团转位特异载体蛋白运输速度物质运输方向胞内外浓度运输分子能量消耗运输后物质的结构无慢由浓至稀相等无特异性不需要不变有快由浓至稀相等特异性不需要不变有快由稀至浓胞内浓度