大學(xué)分子生物學(xué)經(jīng)典課件7、微生物的生長.ppt

1、第六章微生物生長和生長繁殖的概念：生長：指所有化學(xué)成分(蛋白質(zhì)、核酸等)的有規(guī)律、平衡和不可逆的生長(增加)。)在細(xì)胞中生長，并且當(dāng)體積增加時發(fā)生生長(個體生長)。繁殖：增加細(xì)胞數(shù)量和個體數(shù)量的生物學(xué)過程。增長是一個量化的過程，是再生產(chǎn)的基礎(chǔ)。再生產(chǎn)是一個質(zhì)變過程，是增長的結(jié)果。單細(xì)胞生物的生長和繁殖之間的關(guān)系非常密切。例如，從細(xì)菌的形態(tài)變化可以觀察到細(xì)菌的繁殖。首先，它的細(xì)胞物質(zhì)增加，然后細(xì)胞伸展，同時形成隔膜和兩個子細(xì)胞。在這個過程中，生長和繁殖是不可分割的。如果不考慮它的繁殖，我們就無法衡量它的個體成長。因此，所謂的細(xì)胞生長實(shí)際上是以群體細(xì)胞數(shù)量的增加為標(biāo)志的，即整個物質(zhì)的增加。在多細(xì)胞

2、生物中，如果細(xì)胞數(shù)量的增加不伴隨著個體數(shù)量的增加，那就只能稱之為生長，包括菌絲的延伸等。形成有性和無性孢子的過程被稱為繁殖。微生物種群增長：分批培養(yǎng)，研究微生物生長規(guī)律的基本方法；連續(xù)培養(yǎng)，以恒定的特定生長率，保持在恒定的生長階段。在群體生長的每個階段中生理特征的表達(dá)是群體的平均指數(shù)，不可能每個個體微生物都處于相同的生理狀態(tài)或相同的生長階段。第一部分是微生物的個體生長，第一部分是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)制(合成)，第一部分是染色體復(fù)制，它是DNA的載體。對細(xì)菌來說，染色體實(shí)際上是脫氧核糖核酸，而脫氧核糖核酸是在生長過程中通過半保守復(fù)制完成的。(2)細(xì)胞壁的擴(kuò)張?jiān)诩?xì)胞生長過程中，由于細(xì)胞壁的擴(kuò)張，細(xì)胞體積增

3、加。使用熒光免疫分析，發(fā)現(xiàn)有兩種類型的細(xì)胞壁生長：(1)在芽孢桿菌的生長過程中，新合成的肽聚糖不是在一個位置而是在多個位置插入細(xì)胞壁，從而新的和舊的細(xì)胞壁間隔分布；(2)球菌新合成的肽聚糖被固定并插入赤道板附近，導(dǎo)致新舊細(xì)胞壁明顯分離，原始細(xì)胞壁被推向兩端。(3)核糖體生物合成核糖體重建包括三個過程：rRNA合成、蛋白質(zhì)合成和rRNA上的蛋白質(zhì)組裝。例子：大腸桿菌核糖體重建。野村正泰用純化的核糖體rRNA和蛋白質(zhì)分子成功地重建了大腸桿菌核糖體。最重要的發(fā)現(xiàn)是30S粒子的組裝，它只需要16S rRNA分子和21個S型蛋白質(zhì)。重構(gòu)的粒子具有自然粒子的所有生物學(xué)功能。50S粒子的情況與30s粒子相同

4、，所以體內(nèi)核糖體的形成是一個自組裝的過程。核糖核酸和蛋白質(zhì)的相互作用是一種高度特異的作用。這個過程在真核細(xì)胞中要復(fù)雜得多。(4)線粒體生物發(fā)生線粒體是指細(xì)胞中的線粒體如何生成新的線粒體。有兩種方法。一是細(xì)胞中最初存在的線粒體的生長和分裂；另一種是類似酵母萌發(fā)的分裂方式。(5)細(xì)胞膜擴(kuò)張的研究細(xì)胞膜擴(kuò)張的方法是研究原始細(xì)胞膜的分布，然后確定新擴(kuò)張的位置。通過突變株的培養(yǎng)，確定了細(xì)胞膜的擴(kuò)增位置，陰影部分為原始細(xì)胞膜。隨著分裂次數(shù)的增加，子細(xì)胞中原始細(xì)胞膜的數(shù)量越來越少。細(xì)胞分裂：各種細(xì)胞物質(zhì)的膨脹導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞的分裂。細(xì)菌細(xì)胞分裂一般處于中間性位置，從壁和膜的凹陷處開始，最后形成兩個新細(xì)胞。(6)

5、鞭毛的形成鞭毛亞單位在細(xì)胞中合成并儲存在細(xì)胞中，然后通過鞭毛中間的通道逐漸運(yùn)輸?shù)奖廾哪┒诉M(jìn)行組裝，使鞭毛可以延伸到正常長度。同位素標(biāo)記和抗原抗體反應(yīng)可以證實(shí)。隨著長度的增加，速度變慢(輸送距離)。真核生物的鞭毛亞單位在細(xì)胞中合成，然后組裝細(xì)胞分裂的控制為什么細(xì)胞分裂可以開始？一種假設(shè)是對數(shù)期細(xì)胞的成分合成繼續(xù)呈指數(shù)增長，這使得擴(kuò)散變得困難，并且有利于一些外部反應(yīng)，例如細(xì)胞壁合成，這使得細(xì)胞分裂成兩個新的細(xì)胞。細(xì)胞分裂的另一個原因與細(xì)胞中大分子變化的連續(xù)序列有關(guān)。尤其是脫氧核糖核酸的合成，因?yàn)榧?xì)胞分裂總是發(fā)生在脫氧核糖核酸復(fù)制完成之后，而脫氧核糖核酸復(fù)制在一定程度上決定了細(xì)胞分裂。(1)分批培

6、養(yǎng)的概念和特征(1)將少量細(xì)菌接種到液體培養(yǎng)基中，在合適的條件下培養(yǎng)，生長和繁殖，在生長期間不補(bǔ)充營養(yǎng)和去除代謝物，在這種封閉系統(tǒng)中的生長稱為分批培養(yǎng)。特點(diǎn)：微生物生活的環(huán)境是不斷變化的，這使得研究微生物在不同環(huán)境中的菌落生長規(guī)律變得方便和簡單。(2)將微生物菌生長曲線接種到定量液體培養(yǎng)基中，定期取樣測定細(xì)胞數(shù)。以培養(yǎng)時間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，繪制出反映整個培養(yǎng)期間細(xì)菌數(shù)量變化規(guī)律的曲線。典型的生長曲線呈S形，反映了微生物從生長開始到衰退的整個動態(tài)過程中的數(shù)量和生理變化。一條典型的生長曲線至少可以分為四個生長期，即緩慢生長期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定生長期和衰退生長期。1.緩慢期也稱停滯期，適應(yīng)

7、期的原因如下：微生物被接種到新的環(huán)境中，暫時缺乏分解和催化相關(guān)底物的酶，或缺乏足夠的中間代謝物等。為了產(chǎn)生誘導(dǎo)型酶或合成中間代謝物，需要一個適應(yīng)期。2.對數(shù)生長期以最大速度增長和分裂，細(xì)菌數(shù)量以對數(shù)增長，細(xì)菌中的成分按比例有規(guī)律地增長，表現(xiàn)出均衡的增長。3.細(xì)菌在穩(wěn)定期的繁殖和死亡數(shù)量基本相等，達(dá)到動態(tài)平衡。營養(yǎng)素已經(jīng)成為限制因素。4.衰退期死亡人數(shù)大大超過繁殖速度，死亡率達(dá)到最大值。在不同條件下，生長曲線的形狀有所不同，但一般形式是相似的。(2)同步培養(yǎng)群體細(xì)胞同時處于同一生長階段的培養(yǎng)稱為同步培養(yǎng)，獲得的培養(yǎng)為同步培養(yǎng)，是研究微生物細(xì)胞生理活性的理想材料。同步培養(yǎng)的方法如下：(1)物理方法

8、，根據(jù)細(xì)菌的大小，用分區(qū)密度梯度離心或過濾或從固體載體上洗脫新的分裂細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)；(2)控制環(huán)境條件(溫度、化學(xué)藥物等)的誘導(dǎo)方法。)。在這兩種方法中，誘導(dǎo)法可能引起與正常細(xì)胞周期不同的周期變化，因此不如選擇法，特別是在生理學(xué)研究中。硝化纖維過濾法、密度梯度離心法、誘導(dǎo)法：例如，當(dāng)胸腺嘧啶停止時，DNA合成立即停止，但RNA和蛋白質(zhì)的合成速率不受影響。加入胸腺嘧啶30分鐘后，脫氧核糖核酸合成立即恢復(fù)。結(jié)果，幾乎所有細(xì)胞在35-40分鐘的延遲期后分裂，并且可以獲得同步培養(yǎng)。連續(xù)培養(yǎng)的概念和方法在微生物培養(yǎng)過程中，不斷補(bǔ)充新鮮無菌培養(yǎng)基，培養(yǎng)液均勻排放，避免代謝物的積累，保持對數(shù)生長期。濁度儀和恒化器的比較，第三節(jié)影響微生物生長的主要因素，包括營養(yǎng)物質(zhì)、水分活度、溫度、酸堿度和氧氣。1.溫度根據(jù)微生物生長的最適溫度，微生物可分為五種不同的類型：嗜冷型、兼性嗜冷型、嗜熱型、嗜熱型和嗜熱型。2，酸堿度，加入堿或氮源；改善通風(fēng)并添加酸或碳源；降低通風(fēng)率，1。影響細(xì)菌破壞細(xì)菌中結(jié)構(gòu)物質(zhì)的原因；影響營養(yǎng)物質(zhì)的電離程度。3.氧，兼性厭氧菌(主要是呼吸和厭氧呼吸)，1。微生物與氧氣的關(guān)系，微需氧細(xì)菌(0.010.03巴)，耐氧細(xì)菌(沒有氧氣，只有發(fā)酵能力，