第五章 营养课件

第五章

微生物的营养与代谢第五章营养-§5.1微生物的营养物质和营养类型

§5.2微生物的能量代谢第五章营养-微生物细胞的化学组成微生物细胞水：70%-90%干物质有机物蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物

无机物（盐）微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”细胞化学元素组成：主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。第五章营养-一、营养物质与生理功能（一）碳源(也做能源)

占干重50％

CO2到各种各样天然有机化合物实验室中培养微生物常用的碳源主要有葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉甘油和一些有机酸发酵工业中供给的碳源多数来自植物体如，山芋粉、玉米粉、麸皮、米糠、饴糖和淀粉等第五章营养-（二）氮源氮气和各种含氮化合物实验室：铵盐、硝酸盐、尿素、蛋白胨（蛋白质的水解产物）和牛肉膏等发酵工业：豆饼粉、花生饼粉、玉米浆、麸皮、酵母粉、酵母膏和鱼粉等第五章营养-一些营养物质的来源与成分第五章营养-（三）矿物质分为大量元素和微量元素。前者包括磷、钾、镁、钙、硫、钠等；后者包括铁、硼、铜、锌、钼和钴等。配制培养基时常用K2HPO4和MgSO4。过量的微量元素有毒害作用第五章营养-（四）生长因子某些微生物不能合成一种或几种微量的有机化合物，必须由外源供给才能进行生长繁殖。狭义指维生素广义包括维生素、氨基酸、核苷。通常在培养基中加入酵母膏、牛肉膏、玉米浆、麦芽汁和其它新鲜动植物浸出液满足它们对生长因子的需求。第五章营养-（五）能源（六）水第五章营养-二、微生物的营养类型微生物的营养类型第五章营养-三、微生物摄取营养的方式1、膜泡运输-原生动物2、渗透吸收-大部分微生物简单扩散simplediffusion促进扩散Facilitateddiffusion主动运输Activetransport基团转位Grouptranslocation第五章营养-四、培养基（参见P42）培养基（medium）是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；常规高压蒸汽灭菌：

121℃20-30分钟；第五章营养-（一）、选用和设计培养基的原则和方法在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。1、满足微生物营养要求，包括碳源、氮源、无机盐和生长因子。水>碳源>氮源>P。2、营养物的浓度及其配比要合适。其中C/N比最重要。

细菌和酵母菌5/1，霉菌10/13、控制适当的pH霉菌和酵母菌适合微酸（pH4.5-6），放线菌细菌适于中性或微碱性pH7-7.5，有些微生物在培养过程中产生代谢产物使pH发生改变，配制加缓冲剂稳定pH，K2HPO4，KH2PO4，CaCO3。4、灭菌，121℃20-30分钟；第五章营养-（二）培养基的类型及应用1．根据化学组成划分天然培养基：牛肉膏蛋白胨培养基（细菌）利用动物、植物或微生物的组织、器官或其提取物制成的培养基合成培养基：高氏一号（放线菌）用化学成分已知的试剂配制，各成分的量都确切知道。半合成培养基：马铃薯蔗糖培养基（真菌）由部分天然材料和部分化学试剂组成。第五章营养-（二）培养基的类型及应用2．根据物理状态划分固体培养基半固体培养基观察细菌运动、噬菌体效价、厌氧菌培养、趋化性研究液体培养基室内研究生理、代谢和获得大量菌体；生产中发酵第五章营养-二、培养基的类型及应用3．按用途划分1）基础培养基(minimummedium)在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，也称为基本培养基。2）完全培养基(completemedium)在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基牛肉膏蛋白胨培养基就是枯草芽孢杆菌等的完全培养基第五章营养-（参见P44）3．按用途划分3）加富培养基和富集培养基(enrichmentmedium)在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基。目的微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并富集而占优势，从而容易达到分离该种微生物的目的。第五章营养-3．按用途划分4）鉴别培养基(differentialmedium)5）选择培养基(selectivemedium)鉴定菌种如脱脂牛奶加入指示剂，产生显色反应，用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基。如分离真菌加入链霉素，可抑制细菌和放线菌的生长结晶紫可抑制阳性菌生长第五章营养-4）鉴别培养基(differentialmedium)第五章营养-§5.1微生物的营养物质和营养类型

§5.2微生物的能量代谢第五章营养-代谢（metabolism）：细胞内发生的各种化学反应的总称代谢分解代谢(catabolism)合成代谢(anabolism)复杂分子（有机物）分解代谢合成代谢简单小分子ATP[H]第五章营养-第五章营养-(1)将电子供体传递来的电子转移给电子受体电子运输系统由膜和相关的电子载体组成，这个系统有2个基本功能：(2)储存能量（ATP）一、细胞中氧化还原反应及其成员电子运输第五章营养-非蛋白的传递体-脂溶性的醌类电子传递过程中参与的氧化还原酶系NADH脱氢酶核黄素（Riboflavin）-含有电子载体，也称黄素蛋白铁硫蛋白（iron-sulfurproteins）细胞色素（Cytochromes）第五章营养-二、合成ATP途径化能营养型光能营养型底物水平磷酸化氧化磷酸化光合磷酸化ATP是最常见的高能磷酸化合物，在代谢中起重要作用第五章营养-二、合成ATP途径1、底物水平磷酸化（substratelevelphosphorylation）物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成。第五章营养-二、合成ATP途径2、氧化磷酸化（电子传递水平磷酸化）通过呼吸链产生ATP的过程。原核细胞质膜真核线粒体内膜呼吸链中最重要中间电子传递体是泛醌（CoQ）和细胞色素系统第五章营养-二、合成ATP途径3、光合磷酸化（photophosphorylation）光能转变为化学能的过程：

由光照引起的电子传递作用和磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程。光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是通过电子传递系统产生ATP第五章营养-3、光合磷酸化（photophosphorylation）光能营养型生物产氧不产氧真核生物：藻类及其它绿色植物原核生物：蓝细菌（仅原核生物有）：光合细菌第五章营养-3、光合磷酸化（photophosphorylation）细菌叶绿素和高等植物中的叶绿素的区别：侧链基团的不同。第五章营养-3、光合磷酸化（photophosphorylation）（1）非环式光合磷酸化产氧型光合作用（绿色植物、蓝细菌）第五章营养-3、光合磷酸化（photophosphorylation）（2）环式光合磷酸化光合细菌主要通过环式光合磷酸化作用产生ATP不是利用H2O，而是利用还原态的H2、H2S等作为还原CO2的氢供体，进行不产氧的光合作用；电子传递的过程中造成了质子的跨膜移动，为ATP的合成提供了能量。第五章营养-3、光合磷酸化（3）嗜盐菌紫膜的光合作用一种只有嗜盐菌才有的，无叶绿素或细菌叶绿素参与的独特的光合作用。第五章营养-三、微生物中能量的释放和利用生物氧化反应发酵呼吸有氧呼吸厌氧呼吸1.发酵(fermentation)有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。无需外源电子受体（参见P50）根据电子受体性质划分第五章营养-1.发酵(fermentation)发酵产生ATP的方式只有底物水平磷酸化有机化合物只是部分地被氧化，因此，只释放出一小部分的能量。发酵在无氧条件下进行，因此是厌氧菌获得能量的主要方式第五章营养-生理上发酵作用的电子受体为有机物分子而非氧气，为厌氧代谢工业上凡是利用微生物进行生产的过程，无论有氧和无氧，统称发酵生理上与工业中发酵的区别第五章营养-巴斯德效应有些兼性厌氧菌在无氧条件下也能进行发酵作用，若通入氧气则会发生呼吸作用对发酵作用的抑制。酵母菌发酵生产酒精时通氧，则发酵作用减慢，酒精产量下降。第五章营养-2.呼吸作用呼吸作用与发酵作用的根本区别：

电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体。第五章营养-2.呼吸作用(1)有氧呼吸葡萄糖糖酵解作用丙酮酸发酵有氧无氧各种发酵产物三羧酸循环被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。有氧呼吸：电子传递链；氧分子；(最终电子受体)第五章营养-2.呼吸作用（2）无氧呼吸某些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸；无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是无机氧化物。（参见P51）第五章营养-（2）无氧呼吸硝酸盐还原细菌被认为是一种兼性厌氧菌，无氧但环境中存在硝酸盐时进行厌氧呼吸，而有氧时其细胞膜上的硝酸盐还原酶活性被抑制，细胞进行有氧呼吸。第五章营养-（3）有氧呼吸与无氧呼吸的异同相同点：有电子传递体产生ATP底物彻底氧化分解不同点：电子受体不同，前者是氧气；后者是无机氧化物有氧呼吸产生能量多第五章营养-3、能量的消耗生物合成运动营养运输生物发光生物热第五章营养-化能异养化自异养光能营养第五章营养-(1)有氧呼吸葡萄糖糖酵解作用丙酮酸发酵有氧无氧各种发酵产物三羧酸循环被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。四、微生物的分解代谢－己糖第五章营养-己糖二磷酸途径（EMP）磷酸戊糖途径（HMP）ED途径生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解（glycolysis）糖酵解途径：第五章营养-（一）糖酵解和三羧酸循环葡萄糖在有氧条件下分解包括4个阶段：糖酵解生成乙酰辅酶A三羧酸循环进入呼吸链产能葡萄糖彻底氧化分解为二氧化碳和水糖酵解中最一般的途径是己糖二磷酸途径第五章营养-1.糖酵解的EMP途径无氧条件下，一分子葡萄糖经醛缩酶催化，可生成2分子丙酮酸，2分子ATP。对于专性厌氧微生物，EMP途径是产能的唯一途径。第五章营养-2.乙酰辅酶A的生成丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系的催化下氧化脱羧、脱氢生成乙酰辅酶A。第五章营养-TCA不仅产能而且是物质的枢纽；起联系糖、蛋白质、脂代谢的桥梁作用为生物合成提供碳架原料

TCA的酶广泛分布在微生物中，如许多好氧菌、原生动物、大多数藻类和真菌。（1）三羧酸循环TricarboxylicAcidCycle丙酮酸乙酰辅酶A柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸第五章营养-3.三羧酸循环（有氧条件下）从乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始，它是葡萄糖降解成丙酮酸后进一步彻底氧化的过程。产生NADH和FADH2。进入呼吸链产能。1分子葡萄糖经糖酵解和三羧酸循环被彻底氧化为二氧化碳和水，产生38个ATP。真核生物36个ATP。第五章营养-（二）糖酵解其它途径HMP途径形成五碳糖分子，故称磷酸戊糖途径。在同一微生物中一般同时含有己糖二磷酸和磷酸戊糖途径2.ED途径葡萄糖分解成丙酮酸另一途径，主要假单胞菌具有，产能低，1ATP＋2NADH3.磷酸酮糖酶途径是磷酸戊糖途径的支路，只在某些原核生物中第五章营养-产生五碳糖和NADPH己糖单磷酸途径(HMP)(磷酸戊糖途径)第五章营养-五、丙酮酸代谢的多样性（参见P55）有氧条件下通过TCA循环彻底氧化成二氧化碳无氧条件下某些微生物通过发酵将其转化为各种发酵产物。如酒精发酵、乳酸发酵、丁酸发酵第五章营养-（一）酒精发酵－丙酮酸无氧时生成乙醇过程1.酵母菌葡萄糖经己糖二磷酸途径降解为丙酮酸2.某些细菌生成乙醇途径为ED途径2种方式产物均为二氧化碳和酒精，细菌发酵产能是酵母菌的一半第五章营养-（二）乳酸发酵－葡萄糖产乳酸许多细菌能利用葡萄糖产生乳酸，产生乳酸的这类细菌称乳酸细菌乳酸发酵有同型乳酸发酵异型乳酸发酵第五章营养-同型乳酸发酵和异型乳酸发酵比较菌种葡萄糖代谢途径产物能量乳杆菌属链球菌属己