《高三生物复习》PPT课件

第 一 节 微 生 物 的 营 养 要 素第 二 节 微 生 物 的 营 养 类 型 第 三 节 营 养 物 质 进 入 细 胞 的 方 式第 四 节 培 养 基微生物的营养 微 生 物 细 胞 的 元 素 构 成由 C、 H、 O、 N、 P、 S、 K、 Na、 Mg、 Ca、 Fe、 Mn、Cu、 Co、 Zn、 Mo等 组 成 。微 生 物 细 胞 的 化 学 元 素 与 其 营 养 物 质 微 生 物 生 长 所 需 的 营 养 物 质 应 该 包 含 有 组 成 细胞 的 各 种 化 学 元 素 ， 即 构 成 细 胞 物 质 的 碳 素 来源 的 碳 源 物 质 ， 构 成 细 胞 物 质 的 氮 素 来 源 的 氮源 物 质 和 一 些 含 有 K、 Na、 Mg、 Ca、 Fe、 Mn、 Cu、Co、 Zn、 Mo元 素 的 无 机 盐 。微生物的营养 一 、 微 生 物 的 营 养 物 质1、微生物细胞的化学组成 微 生 物 生 长 所 需 要 的 营 养 物 质 主 要是 以 有 机 物 和 无 机 物 的 形 式 提 供 的 ，小 部 分 由 气 体 物 质 供 给 。 微 生 物 的营 养 物 质 按 其 在 机 体 中 的 生 理 作 用可 区 分 为 ： 碳 源 、 氮 源 、 能 源 、 无 机盐 、 生 长 因 子 和 水 六 大 类 。 微生物的营养 2、微生物的营养物质及其生理功能 微生物的营养 v在 微 生 物 生 长 过 程 中 为 微 生 物 提 供 碳 素 来 源 的物 质 称 为 碳 源 (source of carbon)。 v从 简 单 的 无 机 含 碳 化 合 物 如 CO2和 碳 酸 盐 到 各种 各 样 的 天 然 有 机 化 合 物 都 可 以 作 为 微 生 物 的 碳源 ， 但 不 同 的 微 生 物 利 用 含 碳 物 质 具 有 选 择 性 ，利 用 能 力 有 差 异 。 碳 源 的 生 理 作 用v碳 源 物 质 通 过 复 杂 的 化 学 变 化 来 构 成 微 生 物 自身 的 细 胞 物 质 和 代 谢 产 物 ；v同 时 多 数 碳 源 物 质 在 细 胞 内 生 化 反 应 过 程 中 还能 为 机 体 提 供 维 持 生 命 活 动 的 能 量 ;v但 有 些 以 又 CO2为 唯 一 或 主 要 碳 源 的 微 生 物 生长 所 需 的 能 源 则 不 是 来 自 CO2。 （ 1） 碳 源 表 5.1 微 生 物 利 用 的 碳 源 物 质种 类 碳 源 物 质 备 注糖 葡 萄 糖 、 果 糖 、 麦 芽 糖 、 蔗 糖 、 淀 粉 、半 乳 糖 、 乳 糖 、 甘 露 糖 、 纤 维 二 糖 、 纤维 素 、 半 纤 维 素 、 甲 壳 素 、 木 质 素 等 单 糖 优 于 双 糖 ， 己 糖 优 于 戊 糖 ， 淀 粉 优 于纤 维 素 ， 纯 多 糖 优 于 杂 多 糖 。有 机 酸 糖 酸 、 乳 酸 、 柠 檬 酸 、 延 胡 索 酸 、 低 级脂 肪 酸 、 高 级 脂 肪 酸 、 氨 基 酸 等 与 糖 类 比 效 果 较 差 ， 有 机 酸 较 难 进 入 细 胞 ，进 入 细 胞 后 会 导 致 pH下 降 。 当 环 境 中 缺 乏碳 源 物 质 时 ， 氨 基 酸 可 被 微 生 物 作 为 碳 源利 用 。醇 乙 醇 在 低 浓 度 条 件 下 被 某 些 酵 母 菌 和 醋 酸 菌 利用 。脂 脂 肪 、 磷 脂 主 要 利 用 脂 肪 ， 在 特 定 条 件 下 将 磷 脂 分 解为 甘 油 和 脂 肪 酸 而 加 以 利 用 。 烃 天 然 气 、 石 油 、 石 油 馏 分 、 石 蜡 油 等 利 用 烃 的 微 生 物 细 胞 表 面 有 一 种 由 糖 脂 组成 的 特 殊 吸 收 系 统 ， 可 将 难 溶 的 烃 充 分 乳化 后 吸 收 利 用 。CO2 CO2 为 自 养 微 生 物 所 利 用 。碳 酸 盐 NaHCO3、 CaCO3、 白 垩 等 为 自 养 微 生 物 所 利 用 。其 他 芳 香 族 化 合 物 、 氰 化 物蛋 白 质 、 肋 、 核 酸 等 利 用 这 些 物 质 的 微 生 物 在 环 境 保 护 方 面 有重 要 作 用 。当 环 境 中 缺 乏 碳 源 物 质 时 ， 可 被 微 生 物 作为 碳 源 而 降 解 利 用 。 微生物的营养 （ 2） 氮 源&凡 是 可 以 被 微 生 物 用 来 构 成 细 胞 物 质 的 或 代 谢产 物 中 氮 素 来 源 的 营 养 物 质 通 称 为 氮 源 (source of nitrogen)物 质 。&能 被 微 生 物 所 利 用 的 氮 源 物 质 有 蛋 白 质 及 其 各类 降 解 产 物 、 铵 盐 、 硝 酸 盐 、 亚 硝 酸 盐 、 分 子 态氮 、 嘌 呤 、 嘧 啶 、 脲 、 酰 胺 、 氰 化 物 。&氮 源 物 质 常 被 微 生 物 用 来 合 成 细 胞 中 含 氮 物 质 ，少 数 情 况 下 可 作 能 源 物 质 ， 如 某 些 厌 氧 微 生 物 在厌 氧 条 件 下 可 利 用 某 些 氨 基 酸 作 为 能 源 。&微 生 物 对 氮 源 的 利 用 具 有 选 择 性 ， 如 玉 米 浆 相对 于 豆 饼 粉 ， NH4+相 对 于 NO3-为 速 效 氮 源 。 铵 盐作 为 氮 源 时 会 导 致 培 养 基 pH值 下 降 ， 称 为 生 理 酸性 盐 ， 而 以 硝 酸 盐 作 为 氮 源 时 培 养 基 pH值 会 升 高 ，称 为 生 理 碱 性 盐 。 微生物的营养和代谢 表 5.2 微 生 物 利 用 的 氮 源 物 质种 类 氮 源 物 质 备 注蛋 白 质类 蛋 白 质 及 其 不同 程 度 降 解 产物 (胨 、 肽 、 氨基 酸 等 ) 大 分 子 蛋 白 质 难 进 入 细 胞 ， 一 些 真 菌 和 少 数 细菌 能 分 泌 胞 外 蛋 白 酶 ， 将 大 分 子 蛋 白 质 降 解 利用 ， 而 多 数 细 菌 只 能 利 用 相 对 分 子 质 量 较 小 其降 解 产 物氨 及 铵盐 NH3、 (NH4)2SO4等 容 易 被 微 生 物 吸 收 利 用硝 酸 盐 KNO 3等 容 易 被 微 生 物 吸 收 利 用分 子 氮 N2 固 氮 微 生 物 可 利 用 ， 但 当 环 境 中 有 化 合 态 氮 源时 ， 固 氮 微 生 物 就 失 去 固 氮 能 力其 他 嘌 呤 、 嘧 啶 、脲 、 胺 、 酰 胺 、氰 化 物 大 肠 杆 菌 不 能 以 嘧 啶 作 为 唯 一 氮 源 ， 在 氮 限 量的 葡 萄 糖 培 养 基 上 生 长 时 ， 可 通 过 诱 导 作 用 先合 成 分 解 嘧 啶 的 酶 ， 然 后 再 分 解 并 利 用 嘧 啶 可不 同 程 度 地 被 微 生 物 作 为 氮 源 加 以 利 用 微生物的营养 （ 3） 无 机 盐(无 机 盐 (inorganic salt)是 微 生 物 生 长 必 不 可 少 的一 类 营 养 物 质 ， 它 们 在 机 体 中 的 生 理 功 能 主 要 是 作为 酶 活 性 中 心 的 组 成 部 分 、 维 持 生 物 大 分 子 和 细 胞结 构 的 稳 定 性 、 调 节 并 维 持 细 胞 的 渗 透 压 平 衡 、 控制 细 胞 的 氧 化 还 原 电 位 和 作 为 某 些 微 生 物 生 长 的 能源 物 质 等 (表 5.3)。(微 生 物 可 利 用 无 机 盐 类 型(微 量 元 素(微 量 元 素 是 指 那 些 在 微 生 物 生 长 过 程 中 起 重 要 作用 ， 而 机 体 对 这 些 元 素 的 需 要 量 极 其 微 小 的 元 素 ，通 常 需 要 量 在 10-6-10-8mol/L (培 养 基 中 含 量 )。 微量 元 素 一 般 参 与 酶 的 组 成 或 使 酶 活 化 (表 5.4)。 表 5.3 无 机 盐 及 其 生 理 功 能元 素 化 合 物 形 式 (常 用 ) 生 理 功 能磷 KH2PO4， K2HPO4 核 酸 、 核 蛋 白 、 磷 脂 、 辅 酶 及 ATP等 高 能 分 子 的成 分 ， 作 为 缓 冲 系 统 调 节 培 养 基 pH。硫 (NH4)2SO4， MgSO4 含 硫 氨 基 酸 (半 胱 氨 酸 、 甲 硫 氨 酸 等 )、 维 生 素 的成 分 ， 谷 胱 甘 肽 可 调 节 胞 内 氧 化 还 原 电 位 。镁 MgSO4 己 糖 磷 酸 化 酶 、 异 柠 檬 酸 脱 氢 酶 、 核 酸 聚 合 酶 等活 性 中 心 组 分 ， 叶 绿 素 和 细 菌 叶 绿 素 成 分 。钙 CaCl 2， Ca(NO3)2 某 些 酶 的 辅 因 子 ， 维 持 酶 (如 蛋 白 酶 )稳 定 性 ， 芽孢 和 某 些 孢 子 形 成 所 需 ， 建 立 细 菌 感 受 态 所 需 。钠 NaCl 细 胞 运 输 系 统 组 分 ， 维 持 细 胞 渗 透 压 ， 维 持 某 些酶 的 稳 定 性 。钾 KH2PO4， K2HPO4 某 些 酶 的 辅 因 子 ， 维 持 细 胞 渗 透 压 ， 某 些 嗜 盐 细菌 核 糖 体 的 稳 定 因 子 。铁 FeSO4 细 胞 色 素 及 某 些 酶 的 组 分 ， 某 些 铁 细 菌 的 能 源 物质 ， 合 成 叶 绿 素 、 白 喉 毒 素 所 需 。 表 5.4 微 量 元 素 与 生 理 功 能元 素 生 理 功 能锌 存 在 于 乙 醇 脱 氢 酶 、 乳 酸 脱 氢 酶 、 碱 性 磷 酸 酶 、 醛 缩 酶 、RNA与 DNA聚 合 酶 中锰 存 在 于 过 氧 化 物 歧 化 酶 、 柠 檬 酸 合 成 酶 中钼 存 在 于 硝 酸 盐 还 原 酶 、 固 氮 酶 、 甲 酸 脱 氢 酶 中硒 存 在 于 甘 氨 酸 还 原 酶 、 甲 酸 脱 氢 酶 中钴 存 在 于 谷 氨 酸 变 位 酶 中铜 存 在 于 细 胞 色 素 氧 化 酶 中钨 存 在 于 甲 酸 脱 氢 酶 中镍 存 在 于 脲 酶 中 ， 为 氢 细 菌 生 长 所 必 需 | 生 长 因 子 (growth factor)通 常 指 那些 微 生 物 生 长 所 必 需 而 且 需 要 量很 小 ， 但 微 生 物 自 身 不 能 合 成 或合 成 量 不 足 以 满 足 机 体 生 长 需 要的 有 机 化 合 物 。微生物的营养 （ 4） 生 长 因 子 | 根 据 生 长 因 子 的 化 学 结 构 和 它 们 在 机 体 中的 生 理 功 能 的 不 同 ， 可 将 生 长 因 子 分 为 维生 素 (vitamin)、 氨 基 酸 与 嘌 呤 与 嘧 啶 三 大类 (见 表 5.5)。| 维 生 素 在 机 体 中 所 起 的 作 用 主 要 是 作 为 酶的 辅 基 或 辅 酶 参 与 新 陈 代 谢 ；| 有 些 微 生 物 自 身 缺 乏 合 成 某 些 氨 基 酸 的 能力 ， 因 此 必 须 在 培 养 基 中 补 充 这 些 氨 基 酸或 含 有 这 些 氨 基 酸 的 小 肽 类 物 质 ， 微 生 物才 能 正 常 生 长 ； | 嘌 呤 与 嘧 啶 作 为 生 长 因 子 在 微 生 物 机 体 内的 作 用 主 要 是 作 为 酶 的 辅 酶 或 辅 基 ， 以 及用 来 合 成 核 苷 、 核 苷 酸 和 核 酸 。微生物的营养 表 5.5 维 生 素 及 其 在 代 谢 中 的 作 用 化 合 物 代 谢 中 的 作 用对 氨 基 苯 甲 酸 四 氢 叶 酸 的 前 体 ， 一 碳 单 位 转 移 的 辅 酶生 物 素 催 化 羧 化 反 应 的 酶 的 辅 酶辅 酶 M 甲 烷 形 成 中 的 辅 酶叶 酸 四 氢 叶 酸 包 括 在 一 碳 单 位 转 移 辅 酶 中泛 酸 辅 酶 A的 前 体硫 辛 酸 丙 酮 酸 脱 氢 酶 复 合 物 的 辅 基尼 克 酸 NAD、 NADP的 前 体 ， 它 们 是 许 多 脱 氢 酶 的 辅 酶吡 哆 素 (B 6) 参 与 氨 基 酸 和 酮 酶 的 转 化核 黄 素 (B2) 黄 素 单 磷 酸 (FMN)和 FAD的 前 体 ， 它 们 是 黄 素 蛋 白 的 辅 基钴 胺 素 (B12) 辅 酶 B12包 括 在 重 排 反 应 里 (为 谷 氨 酸 变 位 酶 )硫 胺 素 (B1) 硫 胺 素 焦 磷 酸 脱 羧 酶 、 转 醛 醇 酶 和 转 酮 醇 酶 的 辅 基维 生 素 K 甲 基 酮 类 的 前 体 ， 起 电 子 载 体 作 用 (如 延 胡 索 酸 还 原 酶 )氧 肟 酸 促 进 铁 的 溶 解 性 和 向 细 胞 中 的 转 移 微生物的营养 （ 5） 水S水 是 微 生 物 生 长 所 必 不 可 少 的 。 水 在 细 胞 中 的 生 理功 能 主 要 有 ：S起 到 溶 剂 与 运 输 介 质 的 作 用 ， 营 养 物 质 的 吸 收 与 代谢 产 物 的 分 泌 必 须 以 水 为 介 质 才 能 完 成 ；S参 与 细 胞 内 一 系 列 化 学 反 应 ；S维 持 蛋 白 质 、 核 酸 等 生 物 大 分 子 稳 定 的 天 然 构 象 ；S因 为 水 的 比 热 高 ， 是 热 的 良 好 导 体 ， 能 有 效 地 吸 收代 谢 过 程 中 产 生 的 热 并 及 时 地 将 热 迅 速 散 发 出 体 外 ，从 而 有 效 地 控 制 细 胞 内 温 度 的 变 化 ；S保 持 充 足 的 水 分 是 细 胞 维 持 自 身 正 常 形 态 的 重 要 因素 ；S微 生 物 通 过 水 合 作 用 与 脱 水 作 用 控 制 由 多 亚 基 组 成的 结 构 ， 如 酶 、 微 管 、 鞭 毛 及 病 毒 颗 粒 的 组 装 与 解离 。 S 水 的 有 效 性S 常 以 水 活 度 值 (water activity, w)表 示 。S 水 活 度 值 是 指 在 一 定 的 温 度 和 压 力 条 件 下 ， 溶液 的 蒸 气 压 力 与 同 样 条 件 下 纯 水 蒸 气 压 力 之 比 ，即 w Pw P0w式 中 Pw代 表 溶 液 蒸 气 压 力 ， P0w代 表 纯 水 蒸 气 压 力 。S 纯 水 w为 1.00， 溶 液 中 溶 质 越 多 ， w越 小 。S 微 生 物 一 般 在 w为 0.60-0.99的 条 件 下 生 长 ， w过 低 时 ， 微 生 物 生 长 的 迟 缓 期 延 长 ， 比 生 长 速率 和 总 生 长 量 减 少 。S 微 生 物 不 同 ， 其 生 长 的 最 适 w不 同 (表 5.6)。 一般 而 言 ， 细 菌 生 长 最 适 w较 酵 母 菌 和 霉 菌 高 ，而 嗜 盐 微 生 物 生 长 最 适 w则 较 低 。微生物的营养 表 5.6 几 类 微 生 物 生 长 最 适 w微 生 物 w一 般 细 菌 0.91酵 母 菌 0.88霉 菌 0.80嗜 盐 细 菌 0.76嗜 盐 真 菌 0.65嗜 高 渗 酵 母 0.60微生物的营养 一 、 光 能 无 机 营 养 型 (photolithoautotrophy)二 、 光 能 有 机 营 养 型(photoorganoheterophy)三 、 化 能 无 机 营 养 型(chemolithoautotrophy)四 、 化 能 有 机 营 养 型(chemoorganoheterotrophy) 微生物的营养 第 二 节 微 生 物 的 营 养 类 型 微生物的营养一、光能无机营养型|光 能 无 机 营 养 型 也 称 光 能 自 养 型 ，这 是 一 类 能 以 CO2为 唯 一 碳 源 或 主 要碳 源 并 利 用 光 能 进 行 生 长 的 的 微 生 物 ，它 们 能 以 无 机 物 如 水 、 硫 化 氢 、 硫 代硫 酸 钠 或 其 他 无 机 化 合 物 为 电 子 供 体 ，使 CO2固 定 还 原 成 细 胞 物 质 ， 并 且 伴随 元 素 氧 （ 硫 ） 的 释 放 。 藻 类 、 蓝 细 菌 和 光 合 细 菌 属 于 这 一 类 营 养 类型 。 藻 类 和 蓝 细 菌 ： 2222 OOCH叶 绿 素光 能OHCO这 与 高 等 植 物 光 合 作 用 是 一 致 的 。 2SOHOCH菌 绿 素光 能S2HCO 2222 这 与 藻 类 、 蓝 细 菌 和 高 等 植 物 是 不 同 的 。光 合 细 菌 微生物的营养 微生物的营养二、光能有机营养型|光 能 有 机 营 养 型 或 称 光 能 异 养 型 ， 这 类 微 生 物不 能 以 CO2作 为 唯 一 碳 源 或 主 要 碳 源 ， 需 以 有 机 物作 为 供 氢 体 ， 利 用 光 能 将 CO2还 原 为 细 胞 物 质 。|红 螺 属 的 一 些 细 菌 就 是 这 一 营 养 类 型 的 代 表： OHOCHCOCH2CH 光 合 色 素光 能COCHOH)2(CH 2233 223 光 能 有 机 营 养 型 细 菌 在 生 长 时 通 常 需 要 外 源 的生 长 因 子。 微生物的营养三、化能无机营养型z 化 能 无 机 营 养 型 或 称 化 能 自 养 型 ， 这 类 微 生物 利 用 无 机 物 氧 化 过 程 中 放 出 的 化 学 能 作 为 它 们生 长 所 需 的 能 量 ， 以 CO2或 碳 酸 盐 作 为 的 唯 一 或主 要 碳 源 进 行 生 长 ， 利 用 电 子 供 体 如 氢 气 、 硫 化氢 、 二 价 铁 离 子 或 亚 硝 酸 盐 等 使 CO2还 原 成 细 胞物 质 。z 属 于 这 类 微 生 物 的 类 群 有 硫 化 细 菌 、 硝 化 细菌 、 氢 细 菌 与 铁 细 菌 等 （ 参 见 微 生 物 的 产 能 方式 ） 。 例 如 氢 细 菌 ： 56.7千 卡OHO21H 222 微生物的营养四、化能有机营养型(化 能 有 机 营 养 型 或 称 化 能 异 养 型 ， 这 类 微 生 物生 长 所 需 的 能 量 来 自 有 机 物 氧 化 过 程 放 出 的 化 学能 ， 生 长 所 需 要 的 碳 源 主 要 是 一 些 有 机 化 合 物 ，如 淀 粉 、 糖 类 、 纤 维 素 、 有 机 酸 等 ， 也 即 化 能 有机 营 养 型 微 生 物 里 的 有 机 物 通 常 既 是 它 们 生 长 的碳 源 物 质 又 是 能 源 物 质 。(大 多 数 微 生 物 属 于 化 能 有 机 营 养 型 ： 绝 大 多 数 的细 菌 、 全 部 真 菌 、 原 生 动 物 以 及 病 毒 。(如 果 化 能 有 机 营 养 型 微 生 物 利 用 的 有 机 物 不 具 有生 命 活 性 ， 则 是 腐 生 型 ； 若 是 生 活 在 生 活 细 胞 内从 寄 生 体 内 获 得 营 养 物 质 ， 则 是 寄 生 型 。 微 生 物 营 养 类 型 划 分表 5.7微 生 物 营 养 类 型 ( )划 分依 据 营 养 类 型 特 点碳 源 自 养 型 (autotrophs) 以 CO2为 唯 一 或 主 要 碳 源异 养 型 (heterotrophs) 以 有 机 物 为 碳 源能 源 光 能 营 养 型 (phototrophs) 以 光 为 能 源化 能 营 养 型 (chemotrophs) 以 有 机 物 氧 化 释 放 的 化 学 能为 能 源电 子供 体 无 机 营 养 型 (lithotrophs) 以 还 原 性 无 机 物 为 电 子 供 体有 机 营 养 型 (organotrophs) 以 有 机 物 为 电 子 供 体 表 5.8 微 生 物 的 营 养 类 型 ( )营 养 类 型 电 子 供 体 碳 源 能 源 代 表 类 群光 能 无 机 营 养 型 H2、 H2S、 S、或 H2O CO2 光 能 着 色 细 菌 、 蓝 细 菌 、 藻类光 能 有 机 营 养 型 有 机 物 有 机 物 光 能 红 螺 细 菌化 能 无 机 营 养 型 H 2、 H2S、Fe2+、 NH3、或 NO-2 CO2 化 学 能(无 机 物 氧 化 ) 氢 细 菌 、 硫 杆 菌 、亚 硝 化 单 胞 菌 属(Nitrosomonas)、 硝 化杆 菌 属 (Nitrobacter)、甲 烷 杆 菌 属(Methanobacterium)、醋 酸 杆 菌 属(Acetobacter)化 能 有 机 营 养 型 有 机 物 有 机 物 化 学 能(有 机 物 氧 化 ) 假 单 胞 菌 属 、 芽 孢 杆 菌属 、 乳 酸 菌 属 、 真 菌 、原 生 动 物 &影 响 营 养 物 质 进 入 细 胞 的 因 素 &营 养 物 质 本 身 的 性 质 &微 生 物 所 处 的 环 境 &微 生 物 细 胞 的 透 过 屏 障(permeability barrier) 微生物的营养 第 三 节 营 养 物 质 进 入 细 胞 l简 单 扩 散 （ Simple Diffusion）l被 动 扩 散 （ Passive Transport） l主 动 运 输 （ Active Transport）l基 团 转 位 （ Group Translocation） 微生物的营养 物 质 运 输 的 机 制 Candida albicans 微生物的营养 |Simple diffusion is the net movement of small molecules or ions from an area of higher concentration to an area of lower concentration. |Diffusion is powered by the potential energy of a concentration gradient and does not require the expenditure of metabolic energy. Examples include the transport of oxygen and carbon dioxide into and out of cells. 微生物的营养 微生物的营养和代谢Simple Diffusion, Step 1 Simple Diffusion, Step 2 微生物的营养和代谢 Free Water Passing Through Membrane Pores When a solute such as sugar dissolves in water, i t f o r m s w e a k hydrogen bonds w i t h w a t e r molecules. While free, unbound water molecules are small enough to pass through membrane pores, water molecules bound to solute are n o t . . 微生物的营养和代谢 Transport of Substances Across a Membrane by Uniporters 微生物的营养和代谢 Transport of Substances Across a Membrane by Uniporters Uniporters are transport proteins that transports a substance from one side of the membrane to the other. Since no energy is required for this type of transport, it is known as passive transport. 微生物的营养和代谢 Transport of Substances Across a Membrane by Antiporters Transport of SubstancesAcross a Membrane by Antiporters 微生物的营养和代谢 Transport of Substances Across a Membrane by Symporters Transport of Substances Across a Membrane by Symporters |PASSIVE TRANSPORT The transport of substances across a membrane by protein transporters (also called carrier proteins) from areas of higher concentration to lower concentration. No energy is required. Passive transport, also known as facilitated diffusion, is the transport of substances across the membrane by means uniporters. 微生物的营养 微生物的营养和代谢 Transport of Substances Across a Membrane by Uniporters 微生物的营养和代谢 Passive Transport of Substances Across a Membrane |ACTIVE TRANSPORT:The cell uses transporter proteins (carrier molecules, antiporters or symporters ) and energy from a proton motive force or the breakdown of ATP to transport substances across a membrane against the concentration gradient. Active transport allows cells to accumulate needed substances even when the concentration is lower outside.微生物的营养 微生物的营养和代谢 Active TransportProton Motive Force A symporter transports protons (H+) and a substrate across the membrane. The movement of protons across the membrane (proton motive force) provides the energy. |An example of an ATP-dependent active transport found in various gram-negative bacteria is the ATP-binding cassette (ABC) system. This involves substrate-specific binding proteins located in the bacterial periplasm, the gel-like substance between the bacterial cell wall and cytoplasmic membrane. 微生物的营养 微生物的营养和代谢 Active Transport, Step 1 This form of active transport involves both transporter proteins and the energy provided by the hydrolysis of ATP. A specific periplasmic-binding protein carries the substance to be transported to a membrane-spanning transporter. 微生物的营养和代谢 Active Transport, Step 2 The molecule to be transported across the membrane enters the transporter protein system and a molecule of ATP enters the ATP binding site of the ATP-hydrolyzing protein. 微生物的营养和代谢 Active Transport, Step 3 Energy provided by the hydrolysis of ATP into ADP, phosphate, and energy moves the molecule across the membrane. Active Transport, Step 4 The carrier protein releases the molecule being transported and the transporter system is ready to be used again Active Transport of Substances Across a Membrane:The ATP-Binding Cassette Transport System In the ATP-binding cassette (ABC) system of transport, a high affinity binding protein located in the periplasm between the cytoplasmic membrane and the cell wall picks up the substance to be transported and carries it to the membrane spanning transporter. The actual transport across the membrane is powered by the energy provided by the breakdown of ATP by an ATP-hydrolyzing protein | Group Translocation:A special form of active transport that can occur in prokaryotes. A substance is chemically altered during transport across a membrane so that once inside, the membrane becomes impermeable to that substance and it remains within the cell.| An example of group translocation in bacteria is the phosphotransferase system. A high-energy phosphate group from phosphoenolpyruvate (PEP) is transferred by a series of enzymes to glucose. The final enzyme both phosphorylates the glucose and transports it across the membrane as glucose 6-phosphate. 微生物的营养 Group Translocation, Step 1When bacteria use the process of group translocation to transport glucose across their membrane, a high-energy phosphate group from phosphoenolpyruvate (PEP) is transferred to the glucose molecule to form glucose-6-phosphate Group Translocation, Step 2 A high-energy phosphate group from PEP is transferred to the glucose molecule to form glucose-6-phosphate. Group Translocation, Step 3The glucose-6-phosphate is transported across the membrane. Group Translocation, Step 4Once the glucose has been converted to glucose-6-phosphate and transported across the membrane, it can no longer be transported back out. Active Transport of Substances Across a Membrane:Group TranslocationA high-energy phosphate group from phosphoenolpyruvate (PEP) is transferred by a series of enzymes to glucose. The final enzyme both phosphorylates the glucose and transports it across the membrane as glucose 6-phosphate. 一 、 什 么 是 培 养 基二 、 配 制 培 养 基 的 原 则 三 、 培 养 基 的 类 型 以 及 应 用 微生物的营养第四节 培养基 l 培 养 基 (culture medium)是 人 工 配 制 的 ， 适 合微 生 物 生 长 繁 殖 或 产 生 代 谢 产 物 的 营 养 基 质 。l 无 论 是 以 微 生 物 为 材 料 的 研 究 ， 还 是 利 用 微 生 物生 产 生 物 制 品 ， 都 必 须 进 行 培 养 基 的 配 制 ， 它 是微 生 物 学 研 究 和 微 生 物 发 酵 生 产 的 基 础 。 l 培 养 基 中 应 含 满 足 微 生 物 生 长 发 育 的 ： 水 分 、 碳源 、 氮 源 、 生 长 因 子 以 及 基 本 的 离 子 ， 磷 、 硫 、钠 、 钙 、 镁 、 钾 和 铁 及 各 种 微 量 元 素 。l 此 外 ， 培 养 基 还 应 具 有 适 宜 的 酸 碱 度 (pH值 )和 一定 缓 冲 能 力 及 一 定 的 氧 化 还 原 电 位 和 合 适 的 渗 透压 。微生物的营养一、什么是培养基 选 择 适 宜 的 营 养 物 质l 营 养 物 质 浓 度 及 配 比 合 适l 控 制 pH条 件l 控 制 氧 化 还 原 电 位 (redoxpotential)l 原 料 选 择l 灭 菌 处 理微生物的营养二、配制培养基的原则 (NH4)2SO4MgSO47H2O FeSO4K H2PO4CaCl2SH2OpH灭 菌 条 件 0.40.5 0.0140.251010007.0 121 ,20min微生物的营养 | 天 然 培 养 基 (complex medium) 这 类培 养 基 含 有 化 学 成 分 还 不 清 楚 或 化 学成 分 不 恒 定 的 天 然 有 机 物 ， 也 称 非 化学 限 定 培 养 基 (chemically undefined medium)。 | 合 成 培 养 基 (synthetic medium)是 由 化学 成 分 完 全 了 解 的 物 质 配 制 而 成 的 培养 基 ， 也 称 化 学 限 定 培 养 基 。 微生物的营养三、培养基的类型以及应用 1、 按 成 分 不 同 划 分 根 据 培 养 基 中 凝 固 剂 的 有 无 及 含 量 的 多 少 ，可 将 培 养 基 划 分 为 固 体 培 养 基 、 半 固 体 培 养基 和 液 体 培 养 基 三 种 类 型 。 理 想 的 凝 固 剂 应 具 备 以 下 条 件 ： 不 被 所 培养 的 微 生 物 分 解 利 用 ； 在 微 生 物 生 长 的 温度 范 围 内 保 持 固 体 状 态 ， 在 培 养 嗜 热 细 菌 时 ，由 于 高 温 容 易 引 起 培 养 基 液 化 ， 通 常 在 培 养基 中 适 当 增 加 凝 固 剂 来 解 决 这 一 问 题 ； 凝固 剂 凝 固 点 温 度 不 能 太 低 ， 否 则 将 不 利 于 微生 物 的 生 长 ； 凝 固 剂 对 所 培 养 的 微 生 物 无毒 害 作 用 ； 凝 固 剂 在 灭 菌 过 程 中 不 会 被 破坏 ； 透 明 度 好 ， 粘 着 力 强 ； 配 制 方 便 且价 格 低 廉 。微生物的营养 2、 根 据 物 理 状 态 划 分 常 用 的 凝 固 剂 有 琼 脂 (agar)、 明 胶 (gelatain)和 硅 胶(silica gel)。 表 5.9列 出 琼 脂 和 明 胶 的 一 些 主 要 特 征 。 表 5.9 琼 脂 与 明 胶 主 要 特 征 比 较内 容 琼 脂 明 胶常 用 浓 度 (%) 1.5 2 5 12熔 点 ( ) 96 25凝 固 点 ( ) 40 20pH 微 酸 酸 性灰 分 (%) 16 14 15氧 化 钙 (%) 1.15 0氧 化 镁 (%) 0.77 0氮 (%) 0.4 18.3微 生 物 利 用 能 力 绝 大 多 数 微 生 物 不 能 利 用 许 多 微 生 物 能 利 用微生物的营养 l 基 础 培 养 基 (minimum medium)基 础 培 养 基 是含 有 一 般 微 生 物 生 长 繁 殖 所 需 的 基 本 营 养 物 质的 培 养 基 。 | 加 富 培 养 基 (enrichment medium) 也 称 营 养培 养 基 ， 即 在 基 础 培 养 基 中 加 入 某 些 特 殊 营 养物 质 制 成 的 一 类 营 养 丰 富 的 培 养 基 ， 这 些 特 殊营 养 物 质 包 括 血 液 、 血 清 、 酵 母 浸 膏 、 动 植 物组 织 液 等 。| 鉴 别 培 养 基 (differential medium) 是 用 于 鉴别 不 同 类 型 微 生 物 的 培 养 基 。 在 培 养 基 中 加 入某 种 特 殊 化 学 物 质 ， 某 种 微 生 物 在 培 养 基 中 生长 后 能 产 生 某 种 代 谢 产 物 ， 而 这 种 代 谢 产 物 可以 与 培 养 基 中 的 特 殊 化 学 物 质 发 生 特 定 的 化 学反 应 ， 产 生 明 显 的 特 征 性 变 化 ， 根 据 这 种 特 征性 变 化 ， 可 将 该 种 微 生 物 与 其 他 微 生 物 区 分 开来 。 微生物的营养 3、 按 用 途 划 分 | 选 择 培 养 基 (selective medium) 是 用 来将 某 种 或 某 类 微 生 物 从 混 杂 的 微 生 物 群 体中 分 离 出 来 的 培 养 基 。| 一 种 类 型 选 择 培 养 基 是 依 据 某 些 微 生 物 的特 殊 营 养 需 求 设 计 的 。| 另 一 类 选 择 培 养 基 是 在 培 养 基 中 加 入 某 种化 学 物 质 ， 这 种 化 学 物 质 没 有 营 养 作 用 ，对 所 需 分 离 的 微 生 物 无 害 ， 但 可 以 抑 制 或杀 死 其 他 微 生 物 。 微生物的营养