微生物的營養(yǎng)類型

1、第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)類型 營養(yǎng)類型：根據(jù)微生物生長所需要的主要營養(yǎng)要素即能源和碳源的不同而劃分的微生物類型分類標準分類標準 營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型1。以能源分。以能源分 光能營養(yǎng)型光能營養(yǎng)型 化能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型2。以氫供體分以氫供體分 無機營養(yǎng)型無機營養(yǎng)型 有機營養(yǎng)型有機營養(yǎng)型3。以碳源分。以碳源分 自養(yǎng)型自養(yǎng)型 異養(yǎng)型異養(yǎng)型4。以合成氨基酸能力分。以合成氨基酸能力分 氨基酸自養(yǎng)型氨基酸自養(yǎng)型 氨基酸異養(yǎng)型氨基酸異養(yǎng)型5。以生長因子分。以生長因子分 原養(yǎng)型或野生型原養(yǎng)型或野生型 營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型6。以取食方式分。以取食方式分 滲透營養(yǎng)型滲透營養(yǎng)型 吞噬營養(yǎng)型吞噬營養(yǎng)型7。以取得死或活有機物分。

2、以取得死或活有機物分 腐生腐生 寄生寄生營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型能能 源源氫供體氫供體 基基 本本 碳碳 源源實實 例例光能無機營養(yǎng)型光能無機營養(yǎng)型(光能自養(yǎng)型光能自養(yǎng)型)光光無機物無機物CO2藍細菌藍細菌、紫硫細菌、綠硫細菌、紫硫細菌、綠硫細菌、藻類藻類光能有機營養(yǎng)型光能有機營養(yǎng)型(光能異養(yǎng)型光能異養(yǎng)型)光光有機物有機物CO2及簡單有及簡單有機物機物紅螺菌科的細菌即紅螺菌科的細菌即紫色非硫細菌紫色非硫細菌化能無機營養(yǎng)型化能無機營養(yǎng)型(化能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型)無機物無機物*無機物無機物CO2硝化細菌、硫化細菌、鐵細菌、氫細菌、梳硝化細菌、硫化細菌、鐵細菌、氫細菌、梳黃細菌等黃細菌等化能有機營養(yǎng)型化能有機

3、營養(yǎng)型(化能異養(yǎng)型化能異養(yǎng)型)有機物有機物有機物有機物有機物有機物絕大多數(shù)細菌和全部真核微生物絕大多數(shù)細菌和全部真核微生物局限性：極易忽略事物從量變到質(zhì)變發(fā)展過程中局限性：極易忽略事物從量變到質(zhì)變發(fā)展過程中存在的許多中間類型，過度類型和兼性類型，例存在的許多中間類型，過度類型和兼性類型，例如：如：貝日阿托氏貝日阿托氏菌可利用無機硫作能源的化能自菌可利用無機硫作能源的化能自養(yǎng)型和利用有機物的化能異養(yǎng)型養(yǎng)型和利用有機物的化能異養(yǎng)型*NH4+、NO2-、S、H2S、Fe2+等等光能無機營養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）以藍細菌和藻類為代表：利用以藍細菌和藻類為代表：利用光作為能源，以光作為能源，以CO2為唯為唯一

4、碳源或主要碳源，以還原態(tài)無機物（如水、硫化氫、一碳源或主要碳源，以還原態(tài)無機物（如水、硫化氫、硫代硫酸鈉等）作為供氫體或電子供體，使硫代硫酸鈉等）作為供氫體或電子供體，使CO2還原成還原成細胞細胞物質(zhì)物質(zhì)。CHOH + CO2H3CH3C2光能光能光合色素光合色素2 CH3C0CH3 + CH2O + H2O光能有機營養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）這類微生物不以這類微生物不以CO2作為唯一碳源或主要碳源，需以作為唯一碳源或主要碳源，需以簡單有機物作為供氫體，利用光能將簡單有機物作為供氫體，利用光能將CO2還原成細胞還原成細胞物質(zhì)。物質(zhì)。以紫色非硫菌為例：以紫色非硫菌為例：這類微生物利用無機物氧化過程中釋放

5、出的化這類微生物利用無機物氧化過程中釋放出的化學(xué)能作為它們生長所需的能量。學(xué)能作為它們生長所需的能量。以以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進行生長時，或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進行生長時，利用利用H2、H2S、Fe2+、NH3或或NO2-等作為電子供體等作為電子供體使使CO2還原成細胞物質(zhì)。還原成細胞物質(zhì)。 化能無機營養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）代表細菌：硫化細菌、硝化細菌、氫細菌與鐵代表細菌：硫化細菌、硝化細菌、氫細菌與鐵細菌等。例如氫細菌細菌等。例如氫細菌 化能有機營養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）這這類微生物生長所需的能量來自有機物氧化過程類微生物生長所需的能量來自有機物氧化過程中放出的化學(xué)能中放出的化學(xué)能。生

6、長生長所需要的碳源主要是一些有機化合物，如淀所需要的碳源主要是一些有機化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等。粉、糖類、纖維素、有機酸等。 化能有機營養(yǎng)型微生物的有機物通常既是它們生化能有機營養(yǎng)型微生物的有機物通常既是它們生長的碳源物質(zhì)又是能源物質(zhì)。長的碳源物質(zhì)又是能源物質(zhì)。目前目前在已知的微生物中大多數(shù)屬于化能有機營養(yǎng)在已知的微生物中大多數(shù)屬于化能有機營養(yǎng)型：絕大多數(shù)的細菌、全部真菌以及原生動物。型：絕大多數(shù)的細菌、全部真菌以及原生動物。微生物微生物營養(yǎng)類型存在交叉現(xiàn)象：營養(yǎng)類型存在交叉現(xiàn)象：如如微生物微生物在不同生長條件下生長時，其營養(yǎng)類型也在不同生長條件下生長時，其營養(yǎng)類型也會發(fā)生改變會

7、發(fā)生改變；紫色非硫細菌；紫色非硫細菌沒有有機物時，同化沒有有機物時，同化CO2， 為為自養(yǎng)型微生物；自養(yǎng)型微生物；有機物存在時，利用有機物進行生長，為有機物存在時，利用有機物進行生長，為異養(yǎng)型微異養(yǎng)型微生物生物；光照和無氧條件下，利用光能生長，為光照和無氧條件下，利用光能生長，為光能營養(yǎng)型光能營養(yǎng)型微生物；微生物；黑暗與有氧條件下，依靠有機物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能黑暗與有氧條件下，依靠有機物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能生長，生長， 為為化能營養(yǎng)型微生物化能營養(yǎng)型微生物第三節(jié)第三節(jié) 營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式運送方式不通過膜上載體蛋白單純擴散通過膜上載體蛋白不耗能促進擴散耗能運送前后溶質(zhì)分子不變

8、：主動運送運送前后溶質(zhì)分子改變：基因移位 單純擴散單純擴散 定義： 又稱被動運送，指疏水性雙分子層細胞膜在無載體蛋白參與下，單純依靠物理擴散方式讓許多小分子，非電離分子尤其是親水分子被動通過的一種物質(zhì)運送方式。特性：擴散物質(zhì)：為O2、CO2、水、水溶性小分子(乙醇、甘油)、某些離子(Na+)和某些氨基酸分子 無特異性或選擇性，且無逆濃度梯度的“濃縮”能力，擴散速度很慢，是物質(zhì)進入細胞的最簡單方式，對營養(yǎng)物的運送缺乏選擇能力，不是細胞獲取營養(yǎng)的主要方式。 單純擴散模式圖單純擴散模式圖細胞膜外細胞膜外細胞膜內(nèi)細胞膜內(nèi)細胞膜上細胞膜上 特點特點 載體蛋白，又叫滲透酶，移位酶或移位蛋白，載體蛋白，又叫

9、滲透酶，移位酶或移位蛋白，運送過程中載體蛋白構(gòu)象變化，運輸前后不變運送過程中載體蛋白構(gòu)象變化，運輸前后不變二、促進擴散概念溶質(zhì)在運送過程中，必須借助存在于細胞膜上的特異載體蛋白的協(xié)助，但不消耗能量的一類擴散性運送方式。 擴散物質(zhì)：釀酒酵母對各類糖類、氨基酸和維擴散物質(zhì)：釀酒酵母對各類糖類、氨基酸和維生素等的吸收，以及部分細菌對甘油的吸收。生素等的吸收，以及部分細菌對甘油的吸收。 促進擴散是可逆的，可以把細胞內(nèi)濃度較高促進擴散是可逆的，可以把細胞內(nèi)濃度較高的某些營養(yǎng)物運至細胞外。的某些營養(yǎng)物運至細胞外。 一般的，促進擴散在真核細胞中比原核細胞中一般的，促進擴散在真核細胞中比原核細胞中更普遍。更普

10、遍。 促進擴散模式圖促進擴散模式圖細胞膜上細胞膜上細胞膜外細胞膜外細胞膜內(nèi)細胞膜內(nèi)恢復(fù)原構(gòu)象恢復(fù)原構(gòu)象移位移位再循環(huán)再循環(huán)結(jié)合結(jié)合構(gòu)象改變構(gòu)象改變特點特點需借助于載體蛋白，有載體蛋白構(gòu)象變化。需借助于載體蛋白，有載體蛋白構(gòu)象變化。擴散物質(zhì)：無機離子、有機離子如擴散物質(zhì)：無機離子、有機離子如氨基酸和有氨基酸和有機酸機酸、一些糖類、一些糖類( (乳糖，葡萄糖，麥芽糖，半乳乳糖，葡萄糖，麥芽糖，半乳糖等糖等) )可逆濃度梯度運送營養(yǎng)物質(zhì)，對生存在低濃度可逆濃度梯度運送營養(yǎng)物質(zhì)，對生存在低濃度營養(yǎng)環(huán)境中的貧養(yǎng)菌生存極為重要。營養(yǎng)環(huán)境中的貧養(yǎng)菌生存極為重要。 主動運送概念指一類須提供能量(包括ATP，質(zhì)

11、子動勢或“離子泵”等)并通過細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)運入膜內(nèi)的一種運送方式主動運送模式圖主動運送模式圖細胞膜上細胞膜上細胞膜外細胞膜外細胞膜內(nèi)細胞膜內(nèi)恢復(fù)原構(gòu)象恢復(fù)原構(gòu)象移位移位再循環(huán)再循環(huán)結(jié)合結(jié)合構(gòu)象改變構(gòu)象改變ADP+PiADP+PiATPATP離子泵（Na+-K+-ATP酶系統(tǒng)）NaNa+ +-K-K+ +-ATPase-ATPase： 是存在于是存在于原生質(zhì)膜原生質(zhì)膜上的一種重要上的一種重要離子離子通道通道蛋白蛋白，該，該酶酶由大小兩個亞基組成（由大小兩個亞基組成（MW: 12MW: 12萬萬, , 5.55.5萬）萬）功能：功能： 利用利用ATPA

12、TP能量將能量將NaNa+ +由細胞內(nèi)由細胞內(nèi)“泵泵”出胞外出胞外, ,并將并將K K+ +“泵泵”入胞內(nèi)。入胞內(nèi)。EE+關(guān)鍵步驟：關(guān)鍵步驟： ATPATP酶的酶的磷酸化磷酸化與與脫磷酸化脫磷酸化耗耗能能產(chǎn)產(chǎn)能能具體步驟具體步驟: :1. ATP酶酶(E)在細胞內(nèi)側(cè)與在細胞內(nèi)側(cè)與3個個Na+結(jié)合結(jié)合,同時消耗能量同時消耗能量;2. 磷酸化磷酸化ATP酶酶(E+)構(gòu)象變化將構(gòu)象變化將Na+排除胞外排除胞外,并與并與2個個K+ 結(jié)合結(jié)合;3. K+激發(fā)激發(fā)E+脫磷酸化脫磷酸化恢復(fù)為恢復(fù)為E, 同時將同時將K+運入細胞運入細胞.基團移位概念概念 一類既需要特異性載體蛋白的參與，有需要一類既需要特異性

13、載體蛋白的參與，有需要耗能的一種物質(zhì)運送方式，特點是溶質(zhì)在運送前耗能的一種物質(zhì)運送方式，特點是溶質(zhì)在運送前后還會發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化。后還會發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化。特點特點具磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)，由具磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)，由24種蛋白組成，運送某種蛋白組成，運送某一具體的糖至少需要四種蛋白參與，每輸入一個一具體的糖至少需要四種蛋白參與，每輸入一個葡萄糖分子，就要消耗一個葡萄糖分子，就要消耗一個ATP能能量。量。有特異性或選擇性，不是物質(zhì)運輸?shù)闹饕接刑禺愋曰蜻x擇性，不是物質(zhì)運輸?shù)闹饕绞绞綌U散物質(zhì)：各種糖類擴散物質(zhì)：各種糖類(葡萄糖、果糖、甘露糖葡萄糖、果糖、甘露糖和和N-乙酰葡糖胺等乙酰葡糖胺等)、核苷酸、堿

14、基、脂肪酸等、核苷酸、堿基、脂肪酸等1 1、熱穩(wěn)載體蛋白（、熱穩(wěn)載體蛋白（HPr)HPr)的激活的激活 細胞內(nèi)高能化合物細胞內(nèi)高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（PEP)PEP)的磷酸基團通過酶的磷酸基團通過酶1 1的作用的作用而把而把HPrHPr激活：激活：PEP+HPr PEP+HPr 酶酶1 1 Pyr( Pyr(丙酮酸）丙酮酸）+ P-HPr+ P-HPr2 2、糖經(jīng)磷酸化進入細胞膜、糖經(jīng)磷酸化進入細胞膜：膜外環(huán)境中的糖先與外膜表面的酶：膜外環(huán)境中的糖先與外膜表面的酶c結(jié)合，接著糖分子被由結(jié)合，接著糖分子被由P-HPr a酶酶b酶酶逐級逐級傳遞來的磷酸基團激活，最傳遞來的磷酸

15、基團激活，最后通過后通過酶酶c再把這一磷酸糖釋放到細胞質(zhì)中。再把這一磷酸糖釋放到細胞質(zhì)中。 酶酶 P-P-HPrHPr+ +糖糖 糖糖- -P +P +HPrHPr 酶酶 共有酶共有酶c 、酶酶a和酶和酶b3 3種。其中種。其中酶酶a為細胞質(zhì)蛋白，無底物特異為細胞質(zhì)蛋白，無底物特異性，而性，而酶酶b和和c均為膜蛋白，它對底物具有特異性選擇作用，可通過誘導(dǎo)產(chǎn)生，均為膜蛋白，它對底物具有特異性選擇作用，可通過誘導(dǎo)產(chǎn)生，種類很多。酶種類很多。酶1 1無底物特異性無底物特異性以大腸桿菌為例，具體運送步驟：以大腸桿菌為例，具體運送步驟：低相對分子質(zhì)量的可溶性蛋白，結(jié)合在細胞膜上，起高能磷酸載體的作用?；鶊F移位模式圖基團移位模式圖P細胞膜上細胞膜上細胞膜外細胞膜外細胞膜內(nèi)細胞膜內(nèi)酶酶c c酶酶b b酶酶a aHPrHPr酶酶PPPEPPyrPPHPrHPrP糖糖比較項目比較項目單純擴散單純擴散促進擴散促進擴散主動運送主動運送基團移位基團移位特異載體蛋白特異載體蛋白運輸速度運輸