微生物營養(yǎng)和培養(yǎng)基

第三節(jié)微生物的營養(yǎng)吸收方式當(dāng)前1頁，總共42頁。微生物們是怎樣吃東西的？當(dāng)前2頁，總共42頁。所需的營養(yǎng)物質(zhì)不斷進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物及時(shí)分泌到細(xì)胞外物質(zhì)運(yùn)輸?shù)膬蓚€(gè)過程：微生物當(dāng)前3頁，總共42頁。一、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)恼系K第一層，莢膜與粘液層第二層，細(xì)胞壁第三層，細(xì)胞膜當(dāng)前4頁，總共42頁。1.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，對(duì)大多數(shù)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞影響不大。當(dāng)前5頁，總共42頁。2.細(xì)胞壁肽聚糖組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，只允許一定相對(duì)分子質(zhì)量以下的小分子物質(zhì)進(jìn)入，大分子物質(zhì)就不能通過肽聚糖的網(wǎng)眼孔。當(dāng)前6頁，總共42頁。3.細(xì)胞膜

細(xì)胞膜具有選擇性滲透作用，即細(xì)胞膜具有允許一種物質(zhì)比另一種物質(zhì)更容易通過的特性。當(dāng)前7頁，總共42頁。細(xì)胞膜的選擇性滲透作用營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入代謝產(chǎn)物排出無害物質(zhì)的進(jìn)入有用物質(zhì)的漏出保證防止細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)運(yùn)輸影響最大，它能保證細(xì)胞與外界進(jìn)行合理的物質(zhì)交換。當(dāng)前8頁，總共42頁。二、物質(zhì)運(yùn)輸方式

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細(xì)胞膜的滲透和選擇吸收作用,從外界吸取營養(yǎng)物的。當(dāng)前9頁，總共42頁。單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)送基團(tuán)移位細(xì)胞膜運(yùn)送營養(yǎng)物質(zhì)的4種方式當(dāng)前10頁，總共42頁。1.單純擴(kuò)散

單純擴(kuò)散（simplediffusion）又稱簡單擴(kuò)散、被動(dòng)運(yùn)送（passivetransport），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，單純依靠物理擴(kuò)散方式讓許多小分子、非電離分子尤其是親脂性分子被動(dòng)通過的一種物質(zhì)運(yùn)送方式。（1）定義當(dāng)前11頁，總共42頁。（2）單純擴(kuò)散特點(diǎn)②不消耗能量，動(dòng)力來自參與擴(kuò)散的物質(zhì)在膜內(nèi)外的濃度差，從高濃度向低濃度運(yùn)送；①擴(kuò)散是非特異性的，不需載體蛋白協(xié)助；③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。當(dāng)前12頁，總共42頁。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)！相對(duì)分子質(zhì)量小脂溶性極性小易通過擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞當(dāng)前13頁，總共42頁。氣體分子（O2、CO2）脂肪酸乙醇甘油苯某些氨基酸分子單純擴(kuò)散運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)當(dāng)前14頁，總共42頁。2.促進(jìn)擴(kuò)散

促進(jìn)擴(kuò)散（facilitateddiffusion）指溶質(zhì)在運(yùn)送過程中，必須借助存在于細(xì)胞膜上的底物特異載體蛋白（carrierprotein）的協(xié)助，但不消耗能量的一類擴(kuò)散性運(yùn)送方式。（1）定義當(dāng)前15頁，總共42頁。

載體蛋白有時(shí)稱作透性酶（permease）、移位酶

（translocase）或移位蛋白（translocatorprotein），一般通過誘導(dǎo)產(chǎn)生，它借助自身構(gòu)象的變化，在不耗能的條件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)，具有較高的專一性。載體蛋白（carrierprotein）當(dāng)前16頁，總共42頁。（2）促進(jìn)擴(kuò)散特點(diǎn)③不消耗能量，動(dòng)力來自參與擴(kuò)散的物質(zhì)在膜內(nèi)外的濃度差，從高濃度向低濃度運(yùn)送。①需要細(xì)胞膜上的底物特異載體蛋白的協(xié)助；②載體蛋白對(duì)被運(yùn)送的物質(zhì)具有高度專一性；當(dāng)前17頁，總共42頁。釀酒酵母（Saccharomycescerevisiae）各種糖、氨基酸和維生素促進(jìn)擴(kuò)散吸收E.coli甘油促進(jìn)擴(kuò)散吸收當(dāng)前18頁，總共42頁。自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散速度的比較當(dāng)前19頁，總共42頁。3.主動(dòng)運(yùn)送

主動(dòng)運(yùn)送（activetransport）指一類須提供能量（包括ATP、質(zhì)子動(dòng)勢(shì)或“離子泵”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)送營養(yǎng)物的方式。（1）定義當(dāng)前20頁，總共42頁。②消耗能量，逆濃度梯度運(yùn)送物質(zhì)；①需要細(xì)胞膜上的底物特異載體蛋白的協(xié)助；（2）主動(dòng)運(yùn)送特點(diǎn)③

溶質(zhì)在運(yùn)送前后不發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化。當(dāng)前21頁，總共42頁?！斑x擇”能力—載體蛋白“濃縮”能力—逆濃度梯度當(dāng)前22頁，總共42頁。作用步驟:1.ATP酶(E)在細(xì)胞內(nèi)側(cè)與3個(gè)Na+結(jié)合,同時(shí)消耗能量;2.磷酸化ATP酶(E+)構(gòu)象變化將Na+排除胞外,并與2個(gè)K+

結(jié)合;3.K+激發(fā)E+脫磷酸化恢復(fù)為E,同時(shí)將K+運(yùn)入細(xì)胞.當(dāng)前23頁，總共42頁。主動(dòng)運(yùn)送可以運(yùn)輸某些無機(jī)和有機(jī)離子以及糖類等。主動(dòng)運(yùn)送是逆濃度梯度運(yùn)送營養(yǎng)物的方式，對(duì)許多生存在低濃度營養(yǎng)環(huán)境中的貧養(yǎng)菌（oligophyte，或稱寡養(yǎng)菌）的生存極為重要。當(dāng)前24頁，總共42頁。4.基團(tuán)移位

基團(tuán)移位（grouptranslocation）指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。（1）定義當(dāng)前25頁，總共42頁。②消耗能量，逆濃度梯度運(yùn)送物質(zhì)；①需要細(xì)胞膜上的底物特異載體蛋白的協(xié)助；③

溶質(zhì)在運(yùn)送前后發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化。（2）基團(tuán)移位特點(diǎn)當(dāng)前26頁，總共42頁?；鶊F(tuán)移位運(yùn)送的物質(zhì)各種糖類核苷酸丁酸腺嘌呤等葡萄糖果糖甘露糖N-乙酰葡糖胺等當(dāng)前27頁，總共42頁。

在E.coli

中研究得較為清楚，主要靠磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（phosphotrasferasesystem）即磷酸烯醇式丙酮酸－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)制當(dāng)前28頁，總共42頁。

此系統(tǒng)由24種蛋白組成，運(yùn)送某一具體糖，至少有4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)ATP的能量。磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（phosphotrasferasesystem）當(dāng)前29頁，總共42頁。具體運(yùn)送分兩步進(jìn)行：（1）熱穩(wěn)載體蛋白的激活細(xì)胞內(nèi)高能化合物——磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基團(tuán)通過酶Ⅰ的作用激活HPr：PEP+HPrPyr（丙酮酸）+P～HPr

酶Ⅰ當(dāng)前30頁，總共42頁。HPr（heat-stablecarrierprotein，HPr）是一種低相對(duì)分子質(zhì)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。

酶Ⅰ是一種可溶性細(xì)胞質(zhì)蛋白。HPr和酶Ⅰ在磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)中，均無底物特異性。當(dāng)前31頁，總共42頁。（2）糖經(jīng)磷酸化而運(yùn)入細(xì)胞膜內(nèi)

膜外環(huán)境中的糖先與細(xì)胞膜外表面上的底物特異膜蛋白——酶Ⅱc結(jié)合，接著糖分子被由P～HPr→酶Ⅱa→酶Ⅱb逐級(jí)傳遞來的磷酸基團(tuán)激活，最后通過酶Ⅱc再把這一磷酸糖釋放到細(xì)胞質(zhì)中。當(dāng)前32頁，總共42頁。糖分子

＋

酶Ⅱc結(jié)合P～HPr酶Ⅱa酶Ⅱb磷酸基團(tuán)磷酸基團(tuán)磷酸糖酶Ⅱc細(xì)胞質(zhì)中逐級(jí)傳遞磷酸基團(tuán)激活釋放當(dāng)前33頁，總共42頁。酶Ⅱ酶Ⅱa酶Ⅱb酶Ⅱc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，可通過誘導(dǎo)產(chǎn)生當(dāng)前34頁，總共42頁。例如：

E.coli、

金黃色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）、

枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）

和巴氏梭菌（Clostridiumpasteurianum）中，葡萄糖是通過基團(tuán)移位方式自外環(huán)境運(yùn)送入細(xì)胞內(nèi)的。當(dāng)前35頁，總共42頁。當(dāng)前36頁，總共42頁。簡單擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸基團(tuán)移位需要載體需要能量發(fā)生化學(xué)變化四種運(yùn)輸方式的本質(zhì)區(qū)別當(dāng)前37頁，總共42頁。請(qǐng)預(yù)習(xí)下一