微生物的營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)基

1、會(huì)計(jì)學(xué)1微生物的營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)基微生物的營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)基微生物們是怎樣吃東西的？微生物們是怎樣吃東西的？ 微生物在生長(zhǎng)過程中，所需微生物在生長(zhǎng)過程中，所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷的進(jìn)入不斷的進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞，代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物及時(shí)的分泌到胞外，這兩個(gè)過程就及時(shí)的分泌到胞外，這兩個(gè)過程就是是物質(zhì)的運(yùn)輸物質(zhì)的運(yùn)輸。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能否利用（即是否具有酶系）能否利用（即是否具有酶系）能否進(jìn)入細(xì)胞能否進(jìn)入細(xì)胞1.莢膜與粘液層莢膜與粘液層莢膜和粘液層是由一層結(jié)構(gòu)疏松的多糖物質(zhì)組成，莢膜和粘液層是由一層結(jié)構(gòu)疏松的多糖物質(zhì)組成，所以對(duì)大多數(shù)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞影響不大。所以對(duì)大多數(shù)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞影響不大。2.細(xì)胞壁細(xì)胞壁肽聚糖組成的

2、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，只允許一定分子量以下肽聚糖組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，只允許一定分子量以下的小分子物質(zhì)進(jìn)入，大分子物質(zhì)就不能通過肽聚的小分子物質(zhì)進(jìn)入，大分子物質(zhì)就不能通過肽聚糖的網(wǎng)眼孔。糖的網(wǎng)眼孔。3.細(xì)胞膜細(xì)胞膜 細(xì)胞膜具有細(xì)胞膜具有選擇性滲透作用選擇性滲透作用，即細(xì)胞膜只允，即細(xì)胞膜只允許一種物質(zhì)比另一種物質(zhì)更容易通過的特性。許一種物質(zhì)比另一種物質(zhì)更容易通過的特性。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入代謝產(chǎn)物排出代謝產(chǎn)物排出無用物質(zhì)的進(jìn)入無用物質(zhì)的進(jìn)入有用物質(zhì)的漏出有用物質(zhì)的漏出保證保證防止防止這是對(duì)物質(zhì)運(yùn)輸影響最大的，這是對(duì)物質(zhì)運(yùn)輸影響最大的，它能保證細(xì)胞與外界合理的進(jìn)行物質(zhì)交換。它能保證細(xì)胞與外界合理的進(jìn)行物質(zhì)交換

3、。 除了原生動(dòng)物外，其他各大類有細(xì)胞的微生物都除了原生動(dòng)物外，其他各大類有細(xì)胞的微生物都是通過是通過細(xì)胞膜的滲透和選擇吸收作用細(xì)胞膜的滲透和選擇吸收作用而從外界而從外界吸取營(yíng)養(yǎng)物的。吸取營(yíng)養(yǎng)物的。運(yùn)運(yùn)送送方方式式不通過膜上載體蛋白：?jiǎn)渭償U(kuò)散不通過膜上載體蛋白：?jiǎn)渭償U(kuò)散耗能耗能通過膜上載體蛋白通過膜上載體蛋白不耗能：促進(jìn)擴(kuò)散不耗能：促進(jìn)擴(kuò)散運(yùn)送前后溶質(zhì)分子改變：基團(tuán)轉(zhuǎn)移運(yùn)送前后溶質(zhì)分子改變：基團(tuán)轉(zhuǎn)移運(yùn)送前后溶質(zhì)分子不變：主動(dòng)運(yùn)輸運(yùn)送前后溶質(zhì)分子不變：主動(dòng)運(yùn)輸 單純擴(kuò)散單純擴(kuò)散（simple diffusion）又稱又稱被動(dòng)運(yùn)送被動(dòng)運(yùn)送（passive transport），指疏水性雙分子層細(xì)胞膜

4、（指疏水性雙分子層細(xì)胞膜（包括孔蛋白在內(nèi)）在無載體蛋白的參與下，單純依包括孔蛋白在內(nèi)）在無載體蛋白的參與下，單純依靠物理擴(kuò)散方式讓許多小分子、非電離分子尤其是靠物理擴(kuò)散方式讓許多小分子、非電離分子尤其是親水性分子被動(dòng)通過的一種物質(zhì)運(yùn)送方式。親水性分子被動(dòng)通過的一種物質(zhì)運(yùn)送方式。不消耗能量，物質(zhì)擴(kuò)散的動(dòng)力來自參與擴(kuò)散的物不消耗能量，物質(zhì)擴(kuò)散的動(dòng)力來自參與擴(kuò)散的物質(zhì)在膜內(nèi)外的濃度差；質(zhì)在膜內(nèi)外的濃度差；擴(kuò)散是非特異性的，不需載體蛋白協(xié)助；擴(kuò)散是非特異性的，不需載體蛋白協(xié)助；擴(kuò)散過程中，物質(zhì)不與膜上各類分子發(fā)生反應(yīng)，擴(kuò)散過程中，物質(zhì)不與膜上各類分子發(fā)生反應(yīng)，自身分子結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化；自身分子結(jié)構(gòu)也不

5、發(fā)生變化；物質(zhì)跨膜擴(kuò)散的能力和速率與該物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)物質(zhì)跨膜擴(kuò)散的能力和速率與該物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),分子量小、脂溶性、極性小的物質(zhì)易通過擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞。分子量小、脂溶性、極性小的物質(zhì)易通過擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞。 通過這種方式運(yùn)送的物質(zhì)種類不多，主要是一些通過這種方式運(yùn)送的物質(zhì)種類不多，主要是一些氣氣體分子（體分子（O O2 2、COCO2 2）、脂肪酸、乙醇、甘油、苯、脂肪酸、乙醇、甘油、苯及某些氨基酸分子及某些氨基酸分子。單純擴(kuò)散對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的運(yùn)送單純擴(kuò)散對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的運(yùn)送缺乏選擇能力和逆濃度梯度的缺乏選擇能力和逆濃度梯度的“濃縮濃縮”能力，能力，不是細(xì)胞獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要方式。不是細(xì)胞獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要方式。

6、促進(jìn)擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散（facilitated diffusion）指溶質(zhì)在運(yùn)送指溶質(zhì)在運(yùn)送過程中，必須借助存在于細(xì)胞膜上的底物特異過程中，必須借助存在于細(xì)胞膜上的底物特異載載體蛋白體蛋白（carrier protein）的協(xié)助，但不消耗能量的協(xié)助，但不消耗能量的一類擴(kuò)散性運(yùn)送方式。的一類擴(kuò)散性運(yùn)送方式。 載體蛋白載體蛋白有時(shí)稱作有時(shí)稱作透性酶透性酶（permease）、移位酶移位酶（translocase）或或移位蛋白移位蛋白（translocator protein），一般，一般通過通過誘導(dǎo)誘導(dǎo)產(chǎn)生，它借助自身構(gòu)象的變化，在產(chǎn)生，它借助自身構(gòu)象的變化，在不耗能不耗能的條件的條件下可加速把膜外高濃

7、度的溶質(zhì)擴(kuò)散到膜內(nèi)，直至膜內(nèi)外該下可加速把膜外高濃度的溶質(zhì)擴(kuò)散到膜內(nèi)，直至膜內(nèi)外該溶質(zhì)濃度相等為止。每種載體只運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)，具有較溶質(zhì)濃度相等為止。每種載體只運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)，具有較高的高的專一性專一性。載體只影響物質(zhì)的運(yùn)輸速率，載體只影響物質(zhì)的運(yùn)輸速率，并不改變?cè)撐镔|(zhì)在膜內(nèi)外形成的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)并不改變?cè)撐镔|(zhì)在膜內(nèi)外形成的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)不消耗能量，物質(zhì)擴(kuò)散的動(dòng)力來自參與擴(kuò)散的物不消耗能量，物質(zhì)擴(kuò)散的動(dòng)力來自參與擴(kuò)散的物質(zhì)在膜內(nèi)外的濃度差；質(zhì)在膜內(nèi)外的濃度差；物質(zhì)運(yùn)送必須借助存在于細(xì)胞膜上的底物特異物質(zhì)運(yùn)送必須借助存在于細(xì)胞膜上的底物特異載體蛋白的協(xié)助；載體蛋白的協(xié)助；載體蛋白對(duì)被運(yùn)送的物質(zhì)具有高

8、度專一性；載體蛋白對(duì)被運(yùn)送的物質(zhì)具有高度專一性；例如：例如：釀酒酵母（釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）對(duì)各種對(duì)各種 糖、氨基酸和維生素的吸收；糖、氨基酸和維生素的吸收； E. coli 對(duì)甘油的吸收等。對(duì)甘油的吸收等。 主動(dòng)運(yùn)送主動(dòng)運(yùn)送（active transport）指一類須提供能指一類須提供能量（包括量（包括ATP、質(zhì)子動(dòng)勢(shì)或質(zhì)子動(dòng)勢(shì)或“離子泵離子泵”等）并通等）并通過細(xì)胞膜上特異性載體蛋白構(gòu)象的變化，而使膜過細(xì)胞膜上特異性載體蛋白構(gòu)象的變化，而使膜外環(huán)境中低濃度的溶質(zhì)運(yùn)入膜內(nèi)的一種運(yùn)送方式外環(huán)境中低濃度的溶質(zhì)運(yùn)入膜內(nèi)的一種運(yùn)送方式。屬于逆濃度梯度運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)物的

9、方式。屬于逆濃度梯度運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)物的方式。須消耗能量，逆濃度梯度運(yùn)送物質(zhì)；須消耗能量，逆濃度梯度運(yùn)送物質(zhì)；物質(zhì)運(yùn)送必須借助存在于細(xì)胞膜上的底物特物質(zhì)運(yùn)送必須借助存在于細(xì)胞膜上的底物特異載體蛋白的協(xié)助；異載體蛋白的協(xié)助； 主動(dòng)運(yùn)送是逆濃度梯度運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)物的方式，對(duì)許多主動(dòng)運(yùn)送是逆濃度梯度運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)物的方式，對(duì)許多生存在低濃度營(yíng)養(yǎng)環(huán)境中的生存在低濃度營(yíng)養(yǎng)環(huán)境中的貧養(yǎng)菌貧養(yǎng)菌（oligophyte，或稱或稱寡養(yǎng)菌寡養(yǎng)菌）的生存極為重要。的生存極為重要。 基團(tuán)移位基團(tuán)移位（group translocation）指一類既需特指一類既需特異性載體蛋白的參與，又需耗能的一種物質(zhì)運(yùn)送異性載體蛋白的參與，又需耗能的一

10、種物質(zhì)運(yùn)送方式，其特點(diǎn)是溶質(zhì)在運(yùn)送前后還會(huì)發(fā)生分子結(jié)方式，其特點(diǎn)是溶質(zhì)在運(yùn)送前后還會(huì)發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化。構(gòu)的變化。需消耗能量；需消耗能量；物質(zhì)運(yùn)送必須借助存在于細(xì)胞膜上的底物特物質(zhì)運(yùn)送必須借助存在于細(xì)胞膜上的底物特異載體蛋白的協(xié)助；異載體蛋白的協(xié)助；溶質(zhì)在運(yùn)送前后發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化；溶質(zhì)在運(yùn)送前后發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化； 基團(tuán)移位主要用于運(yùn)送基團(tuán)移位主要用于運(yùn)送各種糖類各種糖類（葡萄糖、（葡萄糖、果糖、甘露糖和果糖、甘露糖和N-N-乙酰葡糖胺等）、乙酰葡糖胺等）、核苷酸、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等物質(zhì)丁酸和腺嘌呤等物質(zhì)。 在在E. coli 中研究得較為清楚，主要靠中研究得較為清楚，主要靠磷酸轉(zhuǎn)移酶系

11、磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)統(tǒng)（phosphotrasferase system）即磷酸烯醇式丙酮酸即磷酸烯醇式丙酮酸己糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)進(jìn)行。己糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)進(jìn)行。基團(tuán)移位的運(yùn)送機(jī)制基團(tuán)移位的運(yùn)送機(jī)制 此系統(tǒng)由此系統(tǒng)由24種蛋白組成，運(yùn)送某一具體糖至少種蛋白組成，運(yùn)送某一具體糖至少有有4種蛋白參與，其特點(diǎn)是每輸入一個(gè)葡萄糖分子，種蛋白參與，其特點(diǎn)是每輸入一個(gè)葡萄糖分子，就要消耗一個(gè)就要消耗一個(gè)ATP的能量。的能量。具體運(yùn)送分兩步進(jìn)行：具體運(yùn)送分兩步進(jìn)行：（1）熱穩(wěn)載體蛋白（）熱穩(wěn)載體蛋白（heat-stable carrier protein，HPr）的激活的激活細(xì)胞內(nèi)高能化合物細(xì)胞內(nèi)高能化合物磷酸烯醇式

12、丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基團(tuán)通過的磷酸基團(tuán)通過酶酶的作用而把的作用而把HPr激活：激活： PEP + HPr Pyr（丙酮酸）丙酮酸） + PHPr 酶酶 HPr是一種低分子量的可溶性蛋白，結(jié)合在是一種低分子量的可溶性蛋白，結(jié)合在細(xì)胞膜上，起著高能磷酸載體的作用。細(xì)胞膜上，起著高能磷酸載體的作用。 酶酶是一種可溶性細(xì)胞質(zhì)蛋白。是一種可溶性細(xì)胞質(zhì)蛋白。HPr和和酶酶在磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)中，均無底物特異性。在磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)中，均無底物特異性。（2）糖經(jīng)磷酸化而運(yùn)入細(xì)胞膜內(nèi)）糖經(jīng)磷酸化而運(yùn)入細(xì)胞膜內(nèi) 膜外環(huán)境中的先與細(xì)胞膜外表面上的底物特異膜外環(huán)境中的先與細(xì)胞膜外表面上的底物特異膜蛋白膜

13、蛋白酶酶c結(jié)合，接著糖分子被由結(jié)合，接著糖分子被由PHPr酶酶a酶酶b逐級(jí)傳遞來的逐級(jí)傳遞來的磷酸基團(tuán)磷酸基團(tuán)激活，最后激活，最后通過酶通過酶c在把這一在把這一磷酸糖磷酸糖釋放到細(xì)胞質(zhì)中。釋放到細(xì)胞質(zhì)中。糖分子糖分子 酶酶c結(jié)合結(jié)合PHPr酶酶a酶酶b磷酸基團(tuán)磷酸基團(tuán)磷酸基團(tuán)磷酸基團(tuán)磷酸糖磷酸糖酶酶c細(xì)胞質(zhì)中細(xì)胞質(zhì)中逐逐級(jí)級(jí)傳傳遞遞磷酸基團(tuán)磷酸基團(tuán)激活激活釋放釋放酶酶酶酶a酶酶b酶酶c細(xì)胞質(zhì)蛋白，無底物特異性細(xì)胞質(zhì)蛋白，無底物特異性均為膜蛋白，具有底物特異性，均為膜蛋白，具有底物特異性，可通過誘導(dǎo)產(chǎn)生可通過誘導(dǎo)產(chǎn)生例如：例如： E. coli、 金黃色葡萄球菌（金黃色葡萄球菌（Staphylo

14、coccus aureus）、）、 枯草芽孢桿菌（枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis） 和巴氏梭菌（和巴氏梭菌（Clostridium pasteurianum）中，中，葡萄糖葡萄糖是通過是通過基團(tuán)移位基團(tuán)移位方式自外環(huán)境運(yùn)送入細(xì)胞內(nèi)的。方式自外環(huán)境運(yùn)送入細(xì)胞內(nèi)的。四種運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方式的比較四種運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方式的比較下節(jié)課再見了下節(jié)課再見了1.莢膜與粘液層莢膜與粘液層莢膜和粘液層是由一層結(jié)構(gòu)疏松的多糖物質(zhì)組成，莢膜和粘液層是由一層結(jié)構(gòu)疏松的多糖物質(zhì)組成，所以對(duì)大多數(shù)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞影響不大。所以對(duì)大多數(shù)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞影響不大。2.細(xì)胞壁細(xì)胞壁肽聚糖組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，只允許一定分子量以下肽

15、聚糖組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，只允許一定分子量以下的小分子物質(zhì)進(jìn)入，大分子物質(zhì)就不能通過肽聚的小分子物質(zhì)進(jìn)入，大分子物質(zhì)就不能通過肽聚糖的網(wǎng)眼孔。糖的網(wǎng)眼孔。 除了原生動(dòng)物外，其他各大類有細(xì)胞的微生物都除了原生動(dòng)物外，其他各大類有細(xì)胞的微生物都是通過是通過細(xì)胞膜的滲透和選擇吸收作用細(xì)胞膜的滲透和選擇吸收作用而從外界而從外界吸取營(yíng)養(yǎng)物的。吸取營(yíng)養(yǎng)物的。不消耗能量，物質(zhì)擴(kuò)散的動(dòng)力來自參與擴(kuò)散的物不消耗能量，物質(zhì)擴(kuò)散的動(dòng)力來自參與擴(kuò)散的物質(zhì)在膜內(nèi)外的濃度差；質(zhì)在膜內(nèi)外的濃度差；擴(kuò)散是非特異性的，不需載體蛋白協(xié)助；擴(kuò)散是非特異性的，不需載體蛋白協(xié)助；擴(kuò)散過程中，物質(zhì)不與膜上各類分子發(fā)生反應(yīng)，擴(kuò)散過程中，物質(zhì)不與膜上各類分子發(fā)生反應(yīng)，自身分子結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化；自身分子結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化； 促進(jìn)擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散（facilitated diffusion）指溶質(zhì)在運(yùn)送指溶質(zhì)在運(yùn)送過程中，必須借助存在于細(xì)胞膜上的底物特異過程中，必須借助存在于細(xì)胞膜上的底物特異載載體蛋白體蛋白（carrier protein）的協(xié)助，但不消耗能量的協(xié)助，但不消耗能量的一類擴(kuò)散性運(yùn)送方式。的一類擴(kuò)散性運(yùn)送方式。 載體蛋白載體蛋白有時(shí)稱作有時(shí)稱作透性酶透性酶（permease）、移位酶移位酶（translocase）或或移位蛋白移位蛋白（tran