微生物生理學(xué)幻燈片第二章

微生物生理學(xué)幻燈片第二章第一頁，共七十九頁，2022年，8月28日營養(yǎng)——是指生物體從外部環(huán)境中攝取對生命活動必需的能量和物質(zhì)，以滿足正常生長和繁殖需要的一種最基本的生理功能。營養(yǎng)物——指具有營養(yǎng)功能的物質(zhì)，在微生物學(xué)中，它還包括非常規(guī)物質(zhì)形式的光輻射能在內(nèi)?？煞譃榱箢悾禾荚础⒌?、生長因子、無機(jī)鹽、水、能源。按營養(yǎng)元素的需要量分：

大量元素有碳、氮、氫、氧、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵（需要量在10-4mol/L以上）

微量元素有鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等（需要量在10-4mol/L以下）第二頁，共七十九頁，2022年，8月28日10種大量元素來源與生理功能元素來源在代謝中的功能C各種有機(jī)物、CO2構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的主要成分OO2、H2O、各種有機(jī)物、CO2構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的主要成分HH2、H2O、各種有機(jī)物構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的主要成分NNH4+、NO2-、N2、各種有機(jī)物構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的主要成分SSO42-，HS-、S、S2O32-、各種有機(jī)硫化物構(gòu)成含硫氨基酸、硫胺素、輔酶A、生物素、硫辛酸等PHPO42-磷脂、核苷酸、核酸等KK+細(xì)胞內(nèi)主要的無機(jī)陽離子，某些酶的輔因子，構(gòu)成物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)MgMg2+許多酶（如激酶）的輔因子，存在于細(xì)胞壁和細(xì)胞膜中，維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定CaCa2+某些酶的輔因子，存在于胞外酶（如淀粉酶、蛋白酶）中，是芽孢內(nèi)的重要元素FeFe2+、Fe3+構(gòu)成細(xì)胞色素、鐵氧還蛋白、鐵硫蛋白的成分、某些脫水酶的輔因子第三頁，共七十九頁，2022年，8月28日微量元素來源與生理功能元素來源在代謝中的功能ZnZn2+參與醇脫氫酶、堿性磷酸酯酶、醛縮酶、RNA聚合酶或DNA聚合酶的活動MnMn2+參與細(xì)菌超氧化歧化酶的活動，也是某些酶（PEP脫羧酶、檸檬酸合成酶）的輔助因子NaNa+耐高鹽細(xì)菌所需ClCl-耐高鹽細(xì)菌所需MoMoO42+參與硝酸鹽還原酶、固氮酶和甲酸脫氫酶的活動SeSeO32-參與甘氨酸還原酶和甲酸脫氫酶的活動CoCo2+參與帶輔酶B12的一些酶（如谷氨酸變位酶和甲基丙二酰-COA變位酶）的活動CuCu2+參與細(xì)胞色素氧化酶和加氧酶的活動WWO42-參與甲酸脫氫酶的活動NiNi2+參與脲酶的活動，氫-氧化細(xì)菌在自養(yǎng)生長時也需要Ni第四頁，共七十九頁，2022年，8月28日與營養(yǎng)有關(guān)的幾個概念生長因子是一類調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需，但不能用簡單的碳源、氮源自行全合成的有機(jī)物。狹義的一般僅指維生素；廣義的生長因子除了維生素外，還包括堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、C4~C6的分支或直鏈脂肪酸，有時還包括氨基酸營養(yǎng)缺陷突變株所需要的氨基酸在內(nèi)。水活度：指在一定的溫度和壓力條件下，溶液中的蒸汽壓力與同樣條件下純水的蒸汽壓力之比（相對濕度）。微生物生長所要求的aw值通常在0.66~0.99之間變動碳氮比（C/N）：碳源中碳元素摩爾數(shù)與氮源中氮元素摩爾數(shù)之比。內(nèi)源酸堿調(diào)節(jié)劑和外源酸堿調(diào)節(jié)劑第五頁，共七十九頁，2022年，8月28日水活度的計(jì)算及表示第六頁，共七十九頁，2022年，8月28日維生素與有關(guān)化合物在代謝中的作用化合物在代謝中的作用對氨基苯甲酸四氫葉酸前體，一碳單位轉(zhuǎn)移酶的輔酶生物素催化羧化反應(yīng)的酶（即羧化酶）的輔酶輔酶M甲烷形成中的輔酶葉酸構(gòu)成一碳單位轉(zhuǎn)移酶的輔酶氯高鐵血紅素細(xì)胞色素的前體硫辛酸丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的輔基尼克酸NAD、NADP的前體，它們是許多脫氫酶的輔基吡哆醇（B6）磷酸吡哆醛是轉(zhuǎn)氨酶、氨基酸脫氨酶的輔基核黃素（B2）FMN和FAD的前體，黃素蛋白的輔基B12催化分子重排反應(yīng)的酶的輔基（谷氨酸變位酶）硫胺素（B1）硫胺素焦磷酸脫羧酶、轉(zhuǎn)醛醇酶和轉(zhuǎn)酮醇酶的輔酶維生素K甲醌類的前體、起電子載體的作用（如延胡索酸還原酶）第七頁，共七十九頁，2022年，8月28日營養(yǎng)物的生理功能①參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)或細(xì)胞物質(zhì)的組成；②構(gòu)成酶活性基團(tuán)或組成物質(zhì)的運(yùn)輸系統(tǒng)；③通過代謝為機(jī)體完成各種生理活動提供所需要的能量。第八頁，共七十九頁，2022年，8月28日微生物的營養(yǎng)類型

（能源和碳源不同劃分）營養(yǎng)類型能源氫供體基本碳源實(shí)例光能無機(jī)營養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）光無機(jī)物CO2藍(lán)細(xì)菌、紫硫細(xì)菌、綠硫細(xì)菌、藻類光能有機(jī)營養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）光有機(jī)物CO2及簡單有機(jī)物紅螺菌科的細(xì)菌（即紫色無硫細(xì)菌）化能無機(jī)營養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）無機(jī)物*無機(jī)物CO2硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、氫細(xì)菌、硫黃細(xì)菌等化能無機(jī)營養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物絕大多數(shù)細(xì)菌和全部真核微生物*NH4+、NO2-、S0、H2S、H2、Fe2+等第九頁，共七十九頁，2022年，8月28日一、物質(zhì)傳送的研究方法研究物質(zhì)傳送所面臨的困難：1、在生活細(xì)胞里，有由不同成分組成的復(fù)雜的運(yùn)輸系統(tǒng)（細(xì)胞膜囊）——成分的復(fù)雜性；2、在生活細(xì)胞里，對一種物質(zhì)或同類物質(zhì)有一種以上的運(yùn)輸方式，這樣在分析結(jié)果時難以確定某種物質(zhì)的運(yùn)輸是以何種方式完成的——運(yùn)輸方式的多樣性。3、物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞后，往往被機(jī)體迅速分解與利用，機(jī)體分解與利用這種物質(zhì)的能力也直接影響該物質(zhì)運(yùn)輸?shù)乃俾剩ㄍ蛔凅w、同位素標(biāo)記）——缺乏穩(wěn)定性（不可測）。第十頁，共七十九頁，2022年，8月28日細(xì)胞膜囊通常是將細(xì)菌細(xì)胞經(jīng)過一定的方式處理之后，由細(xì)胞膜組成一種膜的囊泡，這種細(xì)胞膜囊還存在物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)與產(chǎn)能系統(tǒng)（主動運(yùn)輸系統(tǒng)、磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)和呼吸鏈中的電子載體等），所以可作研究物質(zhì)運(yùn)輸與能量的關(guān)系，以及研究氨基酸與糖類的運(yùn)輸。原生質(zhì)體裂解→細(xì)胞膜→形成細(xì)胞膜囊第十一頁，共七十九頁，2022年，8月28日二、影響物質(zhì)傳送的因素某種物質(zhì)能否作為營養(yǎng)物質(zhì)支持微生物生長，首先取決于這種物質(zhì)能否進(jìn)入細(xì)胞，其次還要取決于微生物是否具有利用這種物質(zhì)的能力——運(yùn)輸和分解（轉(zhuǎn)化）兩個過程（針對物質(zhì)）。所有微生物都具有一種能夠保護(hù)機(jī)體完整性和能夠限制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的屏障——滲透屏障（針對細(xì)胞構(gòu)造）。第十二頁，共七十九頁，2022年，8月28日㈠、微生物細(xì)胞的表面結(jié)構(gòu)影響物質(zhì)運(yùn)輸?shù)娜龑咏Y(jié)構(gòu)（涉及前章所述）

1、莢膜、粘液層（疏松結(jié)構(gòu)——影響較小，增加粘性——阻礙物質(zhì)擴(kuò)散）

2、細(xì)胞壁——分子屏障——孔徑固定（有時有蛋白參與——孔蛋白），具有一定分子量選擇（較大）

3、原生質(zhì)膜（特異選擇性，最重要）——直接影響物質(zhì)的運(yùn)輸——一般只針對小分子物質(zhì)。第十三頁，共七十九頁，2022年，8月28日㈡、物質(zhì)本身的特性物理化學(xué)特性的影響：分子量小、溶解度大的物質(zhì)比分子量大、溶解度小的物質(zhì)更容易被機(jī)體吸收；電負(fù)性強(qiáng)弱也影響物質(zhì)運(yùn)輸（中性容易吸收）。第十四頁，共七十九頁，2022年，8月28日㈢、微生物的生活環(huán)境生物機(jī)體的生活環(huán)境直接影響著物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，一般需要注意的“環(huán)境問題”——即在生活環(huán)境中是否存在及狀態(tài)如何：①能誘導(dǎo)某種物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)形成的物質(zhì)（蛋白質(zhì)合成）；②呼吸的抑制劑與解偶聯(lián)劑（能量）；③被運(yùn)輸物質(zhì)的結(jié)構(gòu)類似物等（競爭性抑制）。第十五頁，共七十九頁，2022年，8月28日環(huán)境pH值和溫度的影響大腸桿菌——對甲胺的吸收（聯(lián)系細(xì)胞膜的特性）物質(zhì)解離——甲胺（pKb=3.37

），弱堿性物質(zhì)，在中性或堿性條件下可發(fā)生解離，以CH3NH3+存在，在酸性環(huán)境下以CH3NH2存在；

酸性環(huán)境下，胞內(nèi)>環(huán)境時（pH），進(jìn)入積累于胞內(nèi)，以CH3NH3+存在，不易分泌；堿性環(huán)境下，胞內(nèi)<環(huán)境時（pH），環(huán)境中存在CH3NH3+不易吸收；溫度——物質(zhì)的溶解度、膜流動性和運(yùn)輸系統(tǒng)的蛋白（酶）活性。第十六頁，共七十九頁，2022年，8月28日三、物質(zhì)傳送的方式及其機(jī)理㈠、小分子營養(yǎng)物質(zhì)的基本吸收方式㈡、主動運(yùn)輸中的能量偶聯(lián)機(jī)理㈢、幾類主要營養(yǎng)物質(zhì)的吸收㈣、微生物對大分子物質(zhì)的吸收和分泌第十七頁，共七十九頁，2022年，8月28日㈠、小分子營養(yǎng)物質(zhì)的基本吸收方式1、單純（被動）擴(kuò)散——指營養(yǎng)物質(zhì)高濃度部位向低濃度部位運(yùn)動的過程；2、促進(jìn)擴(kuò)散——指營養(yǎng)物質(zhì)在載體蛋白（透過酶）協(xié)助下進(jìn)行擴(kuò)散的運(yùn)輸方式；3、主動運(yùn)輸——指可將溶質(zhì)分子進(jìn)行逆濃度梯度運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸方式；4、基團(tuán)轉(zhuǎn)（移）位（PTS—磷酸烯醇式丙酮酸：糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)）——許多原核生物在進(jìn)行跨膜運(yùn)輸時，被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)發(fā)生化學(xué)變化。第十八頁，共七十九頁，2022年，8月28日被動擴(kuò)散和促進(jìn)擴(kuò)散被動擴(kuò)散濃度梯度促進(jìn)擴(kuò)散運(yùn)輸速度第十九頁，共七十九頁，2022年，8月28日促進(jìn)擴(kuò)散第二十頁，共七十九頁，2022年，8月28日主動運(yùn)輸（兩種方式）根據(jù)推動運(yùn)輸?shù)哪芰啃问?，分為兩種方式：ATP結(jié)合依賴型質(zhì)子梯度依賴型第二十一頁，共七十九頁，2022年，8月28日ATP結(jié)合依賴型ATP結(jié)合性盒型轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）——結(jié)合蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)——由兩個疏水跨膜域組成并與胞內(nèi)的兩個核苷酸結(jié)合域形成復(fù)合物（底物-結(jié)合蛋白結(jié)合）；第二十二頁，共七十九頁，2022年，8月28日質(zhì)子梯度依賴型利用質(zhì)子梯度（鈉離子梯度）來推動物質(zhì)的主動運(yùn)輸（大腸桿菌的乳糖透過酶）；鈉離子梯度的建立：——細(xì)菌（原核生物）以質(zhì)子（H+）逆向運(yùn)輸（不同物質(zhì)以相反方向同時進(jìn)行跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞剑?；——真核生物以ATP的水解作用產(chǎn)生的。第二十三頁，共七十九頁，2022年，8月28日主動運(yùn)輸（ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）第二十四頁，共七十九頁，2022年，8月28日基團(tuán)轉(zhuǎn)（移）位——PTSPTS的主要過程：①酶Ⅰ磷酸化（存在于細(xì)胞質(zhì)中）；②熱穩(wěn)載體蛋白（HPr，低分子質(zhì)量，存在于細(xì)胞質(zhì)中）的激活（磷酸化）；③酶Ⅱ磷酸化（結(jié)構(gòu)多變，3亞基構(gòu)成——EⅡA、EⅡB、EⅡC）少數(shù)微生物存在酶Ⅲ；酶Ⅱ（酶Ⅲ）具有特異性。

④糖經(jīng)磷酸化而運(yùn)入細(xì)胞膜內(nèi)。被運(yùn)輸物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變（膜內(nèi)外）。第二十五頁，共七十九頁，2022年，8月28日基團(tuán)移位的模型（甘露醇和葡萄糖）第二十六頁，共七十九頁，2022年，8月28日基團(tuán)轉(zhuǎn)位的說明并非所有能夠在葡萄糖中生長的細(xì)菌都具有磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)，主要存在于兼性和嚴(yán)格的厭氧細(xì)菌中，好氧菌中現(xiàn)今未發(fā)現(xiàn)？。對于厭氧菌來說，磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)非常重要，因?yàn)樗兄诠?jié)省ATP（糖的磷酸化減少很多步驟，直接傳遞磷酸高能鍵）——其生物學(xué)意義所在（兩個方面）。——厭氧情況下ATP產(chǎn)生不充足。第二十七頁，共七十九頁，2022年，8月28日磷酸交換反應(yīng)或基團(tuán)交換反應(yīng)

鼠傷寒沙門氏菌在胞內(nèi)不存在酶Ⅰ、HPr和酶Ⅲ時，酶Ⅱ也可以催化胞內(nèi)的磷酸糖與胞外糖之間的轉(zhuǎn)磷酸反應(yīng)，不會改變胞內(nèi)磷酸糖的濃度，但可以避免有毒害作用的磷酸糖在胞內(nèi)積累——對機(jī)體起保護(hù)作用。第二十八頁，共七十九頁，2022年，8月28日其它運(yùn)輸系統(tǒng)胞飲（呑噬作用）——是某些微生物通過趨向性向某種營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)動，靠近該物質(zhì)并將該物質(zhì)吸附到膜表面，然后在該物質(zhì)附著的地方細(xì)胞膜開始內(nèi)陷，膜逐步包圍該物質(zhì)，最后形成一種含有這種物質(zhì)的膜囊，膜囊離開細(xì)胞膜而游離細(xì)胞質(zhì)中。胞飲占多數(shù)，非主動進(jìn)行；吞噬作用存在于少數(shù)，主動進(jìn)行（偽足）——二者的差別。

第二十九頁，共七十九頁，2022年，8月28日必要說明微生物經(jīng)常通過多種運(yùn)輸系統(tǒng)吸收某一種營養(yǎng)物質(zhì)，例如大腸桿菌至少有5種運(yùn)輸系統(tǒng)用來吸收半乳糖，各有3個系統(tǒng)吸收谷氨酸和亮氨酸，有2個系統(tǒng)吸收鉀離子。在這種情況下，不同運(yùn)輸系統(tǒng)所消耗的能源、對營養(yǎng)物質(zhì)的親合力及運(yùn)輸系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式等都有差別。微生物這種運(yùn)輸方式的多樣性賦予微生物在多變環(huán)境條件下更強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。第三十頁，共七十九頁，2022年，8月28日4種運(yùn)送營養(yǎng)物質(zhì)方式的比較比較項(xiàng)目單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動運(yùn)輸基團(tuán)轉(zhuǎn)位特異載體蛋白無有有有運(yùn)送速度慢快快快溶質(zhì)運(yùn)送方向由濃至稀由濃至稀由稀至濃由稀至濃平衡時內(nèi)外濃度內(nèi)外相等內(nèi)外相等內(nèi)部濃度高得多內(nèi)部濃度高得多運(yùn)送分子無特異性特異性特異性特異性能量消耗不需要不需要需要需要運(yùn)送前后溶質(zhì)分子不變不變不變改變載體飽和效應(yīng)無有有有與溶質(zhì)類似物無競爭性有競爭性有競爭性有競爭性運(yùn)送抑制劑無有有有運(yùn)送對象舉例H2O、CO2、O2、甘油、乙醇、少數(shù)氨基酸、鹽類、代謝抑制劑SO42-、PO43-、糖（真核生物）氨基酸、乳糖等糖類，Na+、Ca2+等無機(jī)離子葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等第三十一頁，共七十九頁，2022年，8月28日4種運(yùn)送營養(yǎng)物質(zhì)方式第三十二頁，共七十九頁，2022年，8月28日㈡、主動運(yùn)輸中的能量偶聯(lián)機(jī)理

質(zhì)子動力理論

ATP動力型理論

直接偶聯(lián)學(xué)說第三十三頁，共七十九頁，2022年，8月28日質(zhì)子動力理論——質(zhì)子梯度建立主動運(yùn)輸中需要的能源，在多數(shù)系統(tǒng)中的是以質(zhì)子動力來完成的——建立電位差或質(zhì)子濃度差，使細(xì)胞膜充能（激化），形成能化膜。是由光能和化學(xué)能推動產(chǎn)生的，主要方式：1、光能：含有細(xì)菌葉綠素的光合細(xì)菌和含有其它色素的細(xì)菌，在吸收光量子以后，排出質(zhì)子，從而建立起細(xì)胞膜內(nèi)外表面的質(zhì)子濃度差。2、呼吸所產(chǎn)生的質(zhì)子移動力：電子從合適的電子供體[如NAD（P）H]沿電子傳遞鏈傳到氧生成水，同時伴有質(zhì)子排出，從而建立膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差或質(zhì)子濃度。3、細(xì)胞內(nèi)的ATP在ATP酶的水解下，放出能量，同時伴有質(zhì)子外排，結(jié)果形成膜兩側(cè)的電位差。第三十四頁，共七十九頁，2022年，8月28日細(xì)胞內(nèi)外質(zhì)子濃度差的建立A：呼吸；B：ATP水解；C：光合細(xì)菌；C—Cytc第三十五頁，共七十九頁，2022年，8月28日主動運(yùn)輸?shù)念愋统跫壷鲃舆\(yùn)輸——電子傳遞系統(tǒng)、光合細(xì)菌光合作用和ATP酶作用引起質(zhì)子（也包括其它陽離子）運(yùn)輸?shù)姆绞剑ㄍ馀牛镔|(zhì)運(yùn)輸所需能量的獲得——建立電化學(xué)梯度。次級主動運(yùn)輸——由膜內(nèi)外電勢梯度變化引起的物質(zhì)運(yùn)輸方式，根據(jù)被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)與質(zhì)子（或其它離子）移動的方向不同又可以將其分為同向運(yùn)輸、單向運(yùn)輸和逆向運(yùn)輸三種類型。第三十六頁，共七十九頁，2022年，8月28日次級主動運(yùn)輸?shù)娜N類型同向運(yùn)輸——指兩種不同的物質(zhì)通過同一載體按同一個方向運(yùn)輸?shù)姆绞剑粏蜗蜻\(yùn)輸——是一種通過載體使帶電荷的或不帶電荷的物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞或輸出細(xì)胞的運(yùn)輸方式，運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)果是導(dǎo)致陽離子在胞內(nèi)積累或?qū)е掳麅?nèi)陰離子濃度降低，或者膜內(nèi)外的電位差不發(fā)生變化，類似于促進(jìn)擴(kuò)散；逆向運(yùn)輸——是兩種物質(zhì)通過同一載體，按相反的方向進(jìn)行運(yùn)輸?shù)姆绞?。第三十七頁，共七十九頁?022年，8月28日利用質(zhì)子梯度（鈉離子梯度）來推動物質(zhì)的主動運(yùn)輸

第三十八頁，共七十九頁，2022年，8月28日主動運(yùn)輸中載體蛋白的運(yùn)輸模式第三十九頁，共七十九頁，2022年，8月28日ATP動力型理論是直接利用ATP或和其有關(guān)的高能磷酸鍵結(jié)合的能量，L-谷氨酰氨、L-鳥氨酸和D-核糖等通過此方式運(yùn)輸。和質(zhì)子動力型的不同點(diǎn)：質(zhì)子動力型對氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑（二硝基酚等）高度敏感，ATP動力型則不受影響；基質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)積蓄的結(jié)果不同，質(zhì)子動力型可以使細(xì)胞內(nèi)外濃度梯度達(dá)到103倍，ATP動力型可以達(dá)到106倍。雖然ATP動力型高效，但其如何利用高能磷酸鍵運(yùn)輸物質(zhì)還不完全清楚（Na+-K+-ATP）。設(shè)計(jì)試驗(yàn)證明之。第四十頁，共七十九頁，2022年，8月28日Na+-K+-ATPNa+-K+

泵構(gòu)成：由2個大亞基、2個小亞基組成的4聚體，實(shí)際上就是Na+-K+-ATP酶，分布于動物細(xì)胞的質(zhì)膜。Na+--K+

泵工作原理：

（1）Na+-K+-ATP酶通過磷酸化和去磷酸化過程發(fā)生構(gòu)象的變化，導(dǎo)致與Na+、K+的親和力發(fā)生變化。

（2）在膜內(nèi)側(cè)Na+與酶結(jié)合，激活A(yù)TP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，構(gòu)象發(fā)生變化，與Na+結(jié)合的部位轉(zhuǎn)向膜外側(cè)；這種磷酸化的酶對Na+的親和力低，對K+的親和力高，因而在膜外側(cè)釋放Na+、而與K+結(jié)合。

（3）K+與磷酸化酶結(jié)合后促使酶去磷酸化，酶的構(gòu)象恢復(fù)原狀，于是與K+結(jié)合的部位轉(zhuǎn)向膜內(nèi)側(cè)，K+與酶的親和力降低，使K+在膜內(nèi)被釋放，而又與Na+結(jié)合。

（4）每一循環(huán)消耗一個ATP；轉(zhuǎn)運(yùn)出三個Na+，轉(zhuǎn)進(jìn)兩個K+。Na+-K+泵的作用：①維持細(xì)胞的滲透性，保持細(xì)胞的體積；②維持低Na+高K+的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境；③維持細(xì)胞的靜息電位。第四十一頁，共七十九頁，2022年，8月28日Na+-K+-ATP第四十二頁，共七十九頁，2022年，8月28日ATP動力型主動運(yùn)輸?shù)哪Ｐ偷谒氖?，共七十九頁?022年，8月28日直接偶聯(lián)學(xué)說ATP動力型中特殊類型，分二步完成（第一步為富集作用；第二步為ATP動力型通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)）。某些G-細(xì)菌中，還需要一種結(jié)合蛋白（bindingproteins）——具特異性，在周質(zhì)空間內(nèi)，有富集的作用，然后由透過酶運(yùn)輸?shù)侥?nèi)，需ATP——大腸桿菌中阿拉伯糖、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸及硫酸鹽離子等的吸收。第四十四頁，共七十九頁，2022年，8月28日㈢、幾類主要營養(yǎng)物質(zhì)的吸收1、糖的吸收促進(jìn)擴(kuò)散、主動運(yùn)輸、基團(tuán)轉(zhuǎn)位，多種運(yùn)輸方式——多系統(tǒng)吸收2、肽與氨基酸的吸收主動運(yùn)輸肽——識別與結(jié)合階段；轉(zhuǎn)位階段；肽的釋放與載體復(fù)原階段3、離子的吸收微生物生長所需要的一些金屬離子通常是在特定的載體分子作用下經(jīng)主動運(yùn)輸?shù)姆绞轿瞻麅?nèi)的第四十五頁，共七十九頁，2022年，8月28日鐵的吸收鐵在環(huán)境中的高價態(tài)——Fe3+——難溶性鐵載體的引入——形成復(fù)合物——氧肟酸鹽或兒茶酚鹽3個鐵載體圍繞一個鐵形成六對稱的八面體復(fù)合物第四十六頁，共七十九頁，2022年，8月28日鐵載體鐵載體是一類能與Fe3+形成復(fù)合物并將其運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的小分子物質(zhì)，通常為氧肟酸鹽或酚鹽——兒茶酚鹽第四十七頁，共七十九頁，2022年，8月28日微生物產(chǎn)生的鐵-螯合因子第四十八頁，共七十九頁，2022年，8月28日㈣、微生物對大分子物質(zhì)的吸收

和分泌大分子營養(yǎng)物質(zhì)如多糖、脂肪、蛋白質(zhì)及核酸等，一般來說不能透過微生物細(xì)胞質(zhì)膜，需要先經(jīng)過相應(yīng)的酶（胞外酶）的作用，將之分解為小分子物質(zhì)后，才能被運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)。但也發(fā)現(xiàn)某些微生物在特定條件下，可能直接把核酸、蛋白質(zhì)吸收到體內(nèi)，或分泌到體外。第四十九頁，共七十九頁，2022年，8月28日1、核酸的吸收——轉(zhuǎn)化試驗(yàn)枯草芽孢桿菌和肺炎雙球菌等細(xì)菌的轉(zhuǎn)化作用——直接吸收具有雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)的DNA（106——15kb，感受態(tài)），經(jīng)常應(yīng)用于基因工程。感受態(tài)——是指受體細(xì)胞最易接受外源DNA片段并能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的一種生理狀態(tài)。第五十頁，共七十九頁，2022年，8月28日核酸吸收的機(jī)制酶受體學(xué)說——表面上具有一種酶，作為DNA通過的受體，具特異性（蛋白質(zhì)合成的抑制劑，可以抑制這種感受性）？——相當(dāng)于載體的作用局部化原生質(zhì)體學(xué)說——含自溶酶，使肽聚糖肽鏈斷裂（N-乙酰胞壁酸-L-丙氨酸酰胺酶）——感受促進(jìn)因子（感受態(tài)鏈球菌培養(yǎng)液含不耐熱蛋白質(zhì)，可以使相近的鏈球菌屬中非感受態(tài)細(xì)胞變?yōu)楦惺軕B(tài)細(xì)胞）——核酸先附著于細(xì)胞表面，然后通過某種形式與能量偶聯(lián)，吸收進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。第五十一頁，共七十九頁，2022年，8月28日2、蛋白質(zhì)的吸收現(xiàn)象：枯草芽孢桿菌（生產(chǎn)α-淀粉酶）——污染環(huán)狀芽孢桿菌，使發(fā)酵液酶活力降低。排除蛋白酶等的作用——未檢測到蛋白酶活性；——排除酶降解。加入無菌發(fā)酵液（過濾除菌），α-淀粉酶活力不下降；——排除發(fā)酵液存在影響因子。只有加入環(huán)狀芽孢桿菌活菌體下降；破碎菌體或死菌體不下降；——確定菌的作用。結(jié)論：產(chǎn)生的酶蛋白可能被吸收。第五十二頁，共七十九頁，2022年，8月28日具有蛋白質(zhì)吸收的菌體細(xì)胞形態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)菌體細(xì)胞膜沒有變化，細(xì)胞壁變薄，細(xì)胞壁中多糖類減少，細(xì)胞呈膨脹狀態(tài)——可能由于細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)減弱，酶蛋白越過壁和膜結(jié)合，膜內(nèi)陷使之進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。第五十三頁，共七十九頁，2022年，8月28日3、細(xì)胞的分泌作用（胞外酶的分泌機(jī)制，4種）在通過不同方式吸收營養(yǎng)物的同時，也可以向外分泌無機(jī)鹽、有機(jī)酸、糖類、氨基酸、嘧啶、嘌呤等小分子物質(zhì)；分泌具有45000~77000左右分子量的蛋白質(zhì)（酶類、外毒素等），不可能僅靠擴(kuò)散作用來完成。胞外酶的分泌機(jī)制研究較多，主要有以下幾種說法（4種）：第五十四頁，共七十九頁，2022年，8月28日①分泌作用與胞外酶化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)——分子量小（不超過8萬），幾乎不含（半）胱氨酸——二硫鍵少、結(jié)構(gòu)可變——直鏈穿過細(xì)胞膜——再形成二、三級結(jié)構(gòu)（α-淀粉酶——細(xì)胞內(nèi)存在其前體物質(zhì)，通過細(xì)胞膜后被活化，膜上沒有活性，所以認(rèn)為活化和分泌同時進(jìn)行）。第五十五頁，共七十九頁，2022年，8月28日②從酶合成位置來說明分泌機(jī)制——蛋白質(zhì)不能通過細(xì)胞膜，其合成可能在細(xì)胞膜外合成（合成蛋白質(zhì)的核糖體在膜內(nèi)，這樣就形成了矛盾；最好的解釋：可能是在細(xì)胞膜內(nèi)折形成的間體內(nèi)合成酶或酶的前體）——間體外翻；細(xì)胞內(nèi)合成亞基，分泌到膜外，在周質(zhì)空間組成酶蛋白（G-菌少有間體——大腸桿菌產(chǎn)的堿性磷酯酶）。第五十六頁，共七十九頁，2022年，8月28日③從細(xì)胞表層結(jié)構(gòu)方面來解釋細(xì)胞的分泌機(jī)制——胞外酶的合成一般在菌體對數(shù)期后合成，產(chǎn)生類似溶菌酶的自溶酶和能夠引起原生質(zhì)體溶解的熱穩(wěn)定性物質(zhì)——減弱了細(xì)胞壁、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)——分泌（枯草芽孢桿菌產(chǎn)淀粉酶；肉毒梭狀芽孢桿菌產(chǎn)肉毒素——65000Da的蛋白質(zhì)）第五十七頁，共七十九頁，2022年，8月28日④酶蛋白的分泌與酶的修飾有關(guān)——地衣芽孢桿菌產(chǎn)生的青霉素酶向細(xì)胞外分泌時，在酶蛋白末端Ser（絲氨酸）上連接上一個磷脂酸（增加疏水性）——容易通過疏水性的細(xì)胞膜被分泌到膜外（磷脂蛋白質(zhì)）?？莶菅挎邨U菌產(chǎn)生的果聚糖生成酶；解淀粉芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的膜結(jié)合型淀粉酶——注意：過膜后，通過細(xì)胞壁分泌到細(xì)胞外還不清楚。第五十八頁，共七十九頁，2022年，8月28日信號肽假說（Blobel）mRNA的5’-端有一個75個堿基的信號序列——信號肽——引導(dǎo)核糖體結(jié)合到膜的特定位置（受體蛋白）——形成蛋白通道——膜外切割（信號肽酶）；信號肽——15~32個氨基酸殘基，末端是親水區(qū)段，帶正電荷，與之相連的是以疏水氨基酸為主的疏水核心（分泌時起重要作用）；α-淀粉酶、白喉毒素、堿性磷脂酶等真核微生物酶蛋白的分泌比原核微生物復(fù)雜，胞內(nèi)合成的酶蛋白要經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體形成分泌泡囊被排出胞外。第五十九頁，共七十九頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)男盘柤僬f示意圖第六十頁，共七十九頁，2022年，8月28日四、營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)恼{(diào)節(jié)

㈠、載體物質(zhì)合成的調(diào)節(jié)

㈡、載體物質(zhì)生理活性的調(diào)節(jié)

1、膜電勢調(diào)節(jié)

2、cAMP環(huán)化酶和透過酶共同調(diào)節(jié)

3、胞內(nèi)磷酸糖的調(diào)節(jié)第六十一頁，共七十九頁，2022年，8月28日關(guān)于運(yùn)輸?shù)恼{(diào)節(jié)說明物質(zhì)的交換——吸收和分泌。涉及載體物質(zhì)（單純擴(kuò)散除外）——蛋白質(zhì)——運(yùn)輸?shù)恼{(diào)節(jié)涉及到載體物質(zhì)的合成與載體物質(zhì)的生理活性。目前關(guān)于物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)合成的調(diào)節(jié)了解很少，這里僅就大腸桿菌己糖磷酸運(yùn)輸系統(tǒng)和鼠傷寒沙門氏菌PTS中酶Ⅰ與HPr操縱子的調(diào)節(jié)做簡單介紹。第六十二頁，共七十九頁，2022年，8月28日㈠、載體物質(zhì)合成的調(diào)節(jié)

——涉及操縱子學(xué)說

在大腸桿菌的己糖磷酸運(yùn)輸系統(tǒng)合成調(diào)節(jié)中有兩種蛋白質(zhì)起著重要作用：一種是存在于細(xì)胞質(zhì)中的活化蛋白質(zhì)A，一種是位于細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)膜調(diào)節(jié)蛋白（MR）?；罨鞍踪|(zhì)A對編碼運(yùn)輸?shù)鞍撞倏v子的控制區(qū)有親和力，但它也可以結(jié)合到調(diào)節(jié)蛋白MR上——選擇性可逆；轉(zhuǎn)膜調(diào)節(jié)蛋白（MR）在細(xì)胞膜外表面有一個6-磷酸葡萄糖的結(jié)合位點(diǎn)。第六十三頁，共七十九頁，2022年，8月28日當(dāng)6-磷酸葡萄糖結(jié)合到MR上以后，降低了MR對活化蛋白質(zhì)A的親和力，這時A從MR上釋放下來，然后結(jié)合到運(yùn)輸?shù)鞍撞倏v子操縱基因上，促進(jìn)操縱子轉(zhuǎn)錄，合成6-磷酸葡萄糖運(yùn)輸系統(tǒng)，有利于物質(zhì)吸收。當(dāng)胞外不存在6-磷酸葡萄糖時，活化蛋白質(zhì)A與MR的親合力高，A不能結(jié)合到操縱子的操縱基因上，轉(zhuǎn)錄過程不能開始，運(yùn)輸系統(tǒng)不能合成，6-磷酸葡萄糖不被吸收。第六十四頁，共七十九頁，2022年，8月28日大腸桿菌己糖磷酸運(yùn)輸操縱子的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)方式——Saier1979提出的調(diào)節(jié)方式第六十五頁，共七十九頁，2022年，8月28日后來又有人提出在這種調(diào)節(jié)方式中還有一種蛋白質(zhì)C在活化蛋白質(zhì)A與轉(zhuǎn)膜調(diào)節(jié)蛋白MR之間起連接作用，控制著蛋白質(zhì)A與MR的結(jié)合。第六十六頁，共七十九頁，2022年，8月28日Shattuck-Eidens和Kadner等人1983年提出的調(diào)節(jié)方式第六十七頁，共七十九頁，2022年，8月28日鼠傷寒沙門氏菌PTS操縱子轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)鼠傷寒沙門氏菌葡萄糖運(yùn)輸系統(tǒng)PTS中的酶Ⅰ和HPr的合成操縱子PTS的調(diào)節(jié)與調(diào)節(jié)蛋白Rp磷酸化與去磷酸化過程有關(guān)；磷酸化的調(diào)節(jié)蛋白（Rp-P）可能是起一種阻遏蛋白的作用。去磷酸化的調(diào)節(jié)蛋白（Rp）可能是起一種激活劑的作用；當(dāng)葡萄糖加入細(xì)胞懸液里以后，調(diào)節(jié)蛋白上的磷酸轉(zhuǎn)移到葡萄糖，這時去磷酸化的調(diào)節(jié)蛋白Rp直接結(jié)合到PTS操縱子控制區(qū)上，誘導(dǎo)PTS操縱子轉(zhuǎn)錄；當(dāng)葡萄糖不存在時，磷酸化的調(diào)節(jié)蛋白（Rp-P）則結(jié)合到PTS操縱子控制區(qū)，阻止了PTS操縱子的轉(zhuǎn)錄。第六十八頁，共七十九頁，2022年，8月28日鼠傷寒沙門氏菌PTS操縱子轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)第六十九頁，共七十九頁，2022年，8月28日㈡、載體物質(zhì)生理活性的調(diào)節(jié)物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)中載體物質(zhì)生理活性調(diào)節(jié)方式主要是在糖的運(yùn)輸中進(jìn)行研究的，研究的結(jié)果表明糖運(yùn)輸系統(tǒng)生理活性的調(diào)節(jié)有膜電勢調(diào)節(jié)、胞內(nèi)磷（硫）酸糖的調(diào)節(jié)與cAMP環(huán)化酶與透過酶的共同調(diào)節(jié)等調(diào)節(jié)方式。第七十頁，共七十九頁，2022年，8月28日1、膜電勢（氧化還原電勢）調(diào)節(jié)在微生物里，某些與物質(zhì)運(yùn)輸有關(guān)的酶只有在膜電勢存在的條件下才有最大的活性。鼠傷寒沙門氏菌的檸檬酸透過酶與磷酸甘油酸透過酶的最大活性就需要膜電勢存在。膜電勢可以通過基質(zhì)氧化的方式產(chǎn)生，也可以通過加入氧化劑的方式直接產(chǎn)生。這種膜電勢可以使還原型的葡萄糖酶Ⅱ（-SH）轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸偷拿涪颍?S-S-）。在PTS系統(tǒng)中還原型酶Ⅱ?qū)\(yùn)輸?shù)幕|(zhì)親和力高，氧化型酶Ⅱ?qū)\(yùn)輸?shù)幕|(zhì)親和力低，在這兩種狀態(tài)中，親和力高低可以相差100倍以上。第七十一頁，共七十九頁，2022年，8月28日膜電勢調(diào)節(jié)膜電勢增加（膜內(nèi)更負(fù)）可能促使酶Ⅱ氧化，糖