微生物生理学-第1章绪论.ppt

微生物生理学 主讲邓艳芹 yanqindeng 第一章绪论 一 课程简介二 微生物生理学的发展历程三 微生物生理学技术方法 课程简介 课程性质和地位微生物生理学是研究微生物生理活动及规律的科学 是微生物学的重要分支科学 微生物生理学重点研究微生物细胞的分子结构和代谢途径 微生物生理学是我校食品与生物技术学院生物工程专业本科生的必修课 教学以讲授为主 先修课程主要为微生物学和生物化学 课程教学的基本要求 1 微生物生理学的发展史 主要内涵及常见的研究方法2 微生物分解代谢 包括微生物对大分子有机物的分解 以及其中的产能代谢机制 3 微生物合成代谢 CO2和二碳化合物的同化 氨基酸和糖的生物合成及其微生物特点 4 微生物生长动力学 平时成绩 40分 教学安排 期末成绩分配 考试卷面成绩 60分 闭卷 课堂提问课后习题考勤 参考资料 1 李季伦主编 微生物生理学 北京 中国农业出版社 1994年 2 沈萍 微生物学 北京 高等教育出版社 2006年 3 朱玉贤主编 现代分子生物学 北京 高等教育出版社 2007年 4 历朝龙主编 生物化学与分子生物学实验技术 杭州 浙江大学出版社 2003年 中国知网 万方数据http Google图书 hk books 什么是微生物生理学 微生物生理学是一门研究微生物生理活动特点及其规律的学科 是微生物学的一个重要分支学科 微生物生理学学科的形成及发展 实践应用 理论发展 未来的发展方向 理论成熟 应用开发 公元前数千年至现在 人类利用微生物酿造各种食品等过程中逐步累积了关于微生物生理学的应用经验 喜酸喜温 米酒 酸大米 明矾水 较高温度 红曲菌 实践应用阶段 在发展成一门独立学科之前 微生物生理活动已得到实践应用 但由于当时科学水平有限 这些知识只是经验性的 没有上升到理论认识阶段 酱菜 酱油 泡菜 微生物生理学的理论发展阶段 1 微生物种类与发酵产物的关系 2 菌株分离方法的建立 2 1860年 巴斯德发表关于酒精发酵的文章 路易斯 巴斯德 证明发酵过程的本质是由微生物引起的化学过程 同时发现 含糖培养基中一种微生物可以引起乳酸发酵 另一种微生物可引起酒精发酵 1 1857年 巴斯德发表 关于乳酸发酵的记录 3 1861年 巴斯德对丁醇发酵进行研究 4 1861年末 巴斯德首次涉及兼性厌氧微生物 微生物生理学的理论发展阶段 2 菌株分离方法的建立 1 微生物种类与发酵产物的关系 1881年创立了固体培养基划线分离纯种法 应用这种方法 主要的传染病病原菌被相继发现 发现了纯种结核杆菌 1890年 发现了结核菌素 提出用结核菌素 卡介苗的前身 治疗结核病 微生物生理学的医用价值 罗伯特科赫 微生物生理学的成熟时期 1858年 特劳贝 Traube 发现与糖发酵有关的可能是酵母菌细胞内特定的蛋白质 1900年 纽伯格发现葡萄糖发酵成乙醇是由许多小步骤完成的 每步都有一个酶 1 代谢途径中酶的重要性及特点 1930年 卡斯特龙发现组成酶和适应酶40年代后期 波洛克和莫诺发现适应酶机制 1904 1905 哈登 A Harden 发现大肠杆菌等在好氧和厌氧条件下的葡萄糖代谢产物有所不同 表明细菌具有适应性 2 代谢途径中酶的可调控性研究 亚历山大 弗莱明 1929年 亚历山大 弗莱明发现了青霉素 葡萄球菌 青霉菌 青霉素工业开发获得成功 带动了一批微生物初级和次级代谢物产品的开发 如氨基酸 维生素 核苷酸 酶等 微生物生理学发展应用的重要开拓者 目前从事微生物生理生化 微生物代谢与调控 微生物遗传及育种研究的人员较多 为我国经济建设和学科发展做出了重要贡献 我国目前发展情况 微生物生理学未来的发展方向 5 2 生物大分子结构和功能的研究 继续发现与研究新的细胞结构与功能 研究膜结构与功能 抗生素的开发 研究极端环境条件下微生物抗性与敏感性的机理及其调节 生物大分子组建成一个完整的有生物活性的细胞结构 探究生命的起源 研究微生物形态发生与分化的分子机理 如酵母菌的形态变化 研究微生物的趋向性 趋化性 趋光性 趋磁性等 生物传感器的开发 3 从分子水平上研究细胞的重建 形态发生 分化过程与趋向性等行为的特点与研究 4 微生物 代谢工程学 研究 什么是代谢工程 是指利用DNA重组技术优化细胞的酶活 提高细胞活力的方法 Bailey J E Towardascienceofmetabolicengineering Science 1991 252 1668 1675 发展 70年代DNA重组 90年代形成 代谢工程的手段 应用重组DNA技术和分子生物学相关的遗传学手段进行有精确目标的基因操作 通过有目的的对细胞代谢进行修饰 从而达到代谢活性提高的目的 代谢工程的目标 提高细胞现存代谢途径中天然产物的产量改造细胞现存代谢途径 使其合成新产物对不同细胞代谢途径进行拟合 构建全新的代谢通路 从而产生细胞自身不能合成的新产物优化细胞的生物学特性 如 提高生长速率 某些极端环境的耐受性等 5 系统生物学的发展 对微生物生命现象的遗传与调控研究 目前多处于单基因研究 研究表明 许多重要的生理现象都是多基因调控的 因此 多基因共同参与的对微生物生命现象 系统与进化 生理与代谢 遗传与发育 的整体调控研究将成为微生物学学科的发展趋势 A 多基因系统生物学 自然环境中同种或异种微生物之间存在复杂的信息传递 微生物对环境也同样具有复杂的信息应答 对自然系统条件下的微生物进行综合研究 将成为微生物学生理学系统研究的问题之一 B 多物种系统生物学 小结 微生物生理学是阐述微生物的生命活动规律的一门科学 重点内容包括 微生物细胞的结构和功能 微生物的营养与物质运输 微生物的分解代谢 微生物的合成代谢 微生物的代谢调节 微生物的次级代谢及其调节 微生物的生长繁殖与环境 微生物的分化 基因组时代的微生物生理学等 学习重点章节 教材 第一章绪论 1学时 第四章异养微生物的生物氧化 6学时 第五章自养微生物的生物氧化 3学时 第六章微生物的合成代谢 8学时 第九章微生物的生长繁殖与环境 6学时 第十章微生物的分化 8学时 微生物生理学中常用的技术与方法 细胞破碎技术离心技术层析技术电泳技术过滤技术微量测压技术 常用生化技术 第二章微生物细胞的结构与功能 原核微生物真核微生物 原核微生物 以细菌为典型代表 基本结构包括细胞壁 细胞膜 细胞质 核区 特殊结构 包括荚膜 鞭毛和芽孢等 细菌细胞结构 鞭毛 芽孢 纤毛 质粒 细胞膜 周质空间 肽聚糖层 外膜 细胞膜 肽聚糖层 革兰氏阳性菌与阴性菌 是细菌细胞在其生命活动过程中在一定营养条件下向细胞表面分泌的一层胶状透明的粘性物质 位于细胞壁的外侧 荚膜 如果分泌的粘性物质与细胞壁结合紧密 有一定的外形和明显的边缘 则称荚膜 糖被 粘液层 若与细胞壁结合较松散 无一定的外形和明显的边缘 则称粘液层 化学组分 主要为多糖或多肽 还有一定数量的多肽 糖蛋白 脂蛋白等 因菌种而异 含水量90 以上 荚膜 粘液层 功能 1 对菌体起保护作用 防止干燥和被吞噬 2 形成各种形状的菌胶团 3 做为贮存物 在碳源缺乏时可利用荚膜物质生存 重要应用举例 黄原胶 野油菜黄单胞菌胞外荚膜中提取的黄原胶 在国内外应用非常广泛 用量很大 2 用途 1 用于油田开发 作为钻井泥浆 提高采油率 2 用于食品工业 作为食品添加剂 蛋糕 面包 果冻等 1983年世界卫生组织 WHO 在罗马开会 批准黄原胶 Xanthongum 在世界范围使用 每年上万吨 美国 用于食品 1 性质 1 具有假塑性 流变性 乳化稳定性 颗粒悬浮性 2 耐酸碱 耐高温 3 抗盐钙 4 高粘度 是指一大类具有完整细胞核 结构精巧的染色体和多种细胞器的微生物 真核微生物 真核微生物包括哪些 真核微生物的特点 线粒体 溶酶体 粗面内质网 核糖体 细胞核 核仁 核膜 粗面内质网 微管 中心体 囊泡 细胞膜 高尔基体 细胞质 具有细胞壁的真核微生物主要是真菌和藻类 细胞壁 原核细胞和真核细胞的区别 第3章预习 1 无氧呼吸与发酵作用是一回事吗 有什么异同点 2 无氧呼吸和发酵的电子受体分别是什么 3 四种糖代谢途径的特征酶和特征产物是什么