第四章 微生物的营养
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• 透过酶大都是诱导酶，只有在环境中存在机体生 长所需的营养物质时，相应的透过酶才合成。
细胞膜外
细胞膜
恢复原构象 再 循 环
结
合
构
象
结 合
改 变
移位
细胞膜内
促进扩散模式图
促进扩散动画视频
（三）主动运输
1.主动运输的概念
是微生物吸收营养物质的主要机制。物质 逆浓度梯度运输，需要特异性载体蛋白， 运输过程需要消耗细胞能量。
2.主动运输的特点
低浓度→高浓度 主动运输，消耗细胞能量，营养物质能逆浓度运输 需要特异性的载体蛋白，被运输的物质与载体蛋白 有高度的特异性，是特异性的营养物质吸收方式
广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式
主动运输的能量来源
• 好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用 呼吸能
• 厌氧型微生物利用化学能（ATP） • 光合微生物利用光能
（二）促进扩散
1.促进扩散的概念
借助原生质膜上特异性的载体蛋白，使物 质通过原生质膜，从高浓度胞外（内）环 境向低浓度胞内（外）进行运输的过程。
2.促进扩散的特点
高浓度→低浓度
被动运输，不消耗细胞能量，动力来自参与促进扩散 的物质在膜内外的浓度差。
需要特异性的载体蛋白（透过酶）协助扩散，被运 输的物质与载体蛋白有高度的特异性，是特异性的 营养物质吸收方式
逆向运输
某种物质与质子通过同一载体以相反方向进 行的次级主动运输
如Na+ 与质子通 过同一载体按相 反方向进行运输
单向运输
在能化膜质子浓度差（或电势差）消失过 程中，某种物质单独通过某一载体进行的 次级主动运输。
运输结果通常导致胞 内阳离子（如K+）积 累或阴离子浓度降低
（3）ATP结合性盒式转运蛋白系统
• 细胞壁及糖被层可以看成是一个透性膜，在营养 物质运送上不起多大作用，细胞壁仅简单的排阻 分子量过大的溶质（＞600Da）进入；
• 原生质膜是一种选择性的半透膜，是控制物质进 出细胞的主要屏障。
二、营养物质的运输方式
（一）扩散 1.扩散的概念
物质通过原生质膜，从高浓度胞外（内） 环境向低浓度胞内（外）进行运输的过程。
好 氧 微 生 物 或 兼 性 厌 氧 微 生 物
（2）次级主动运输
概念
通过初级主动运输建立的能化膜在质子浓 度差（或电势差）消失的过程中，偶联其 它物质的运输
同向运输
逆向运输
单向运输
同向运输
某种物质与质子通过同一载体以相同方向进 行的次级主动运输
大肠杆菌中，通过这种方 式运输的物质主要有丙氨 酸、丝氨酸、甘氨酸、谷 氨酸、半乳糖、岩藻糖蜜 二糖、阿拉伯糖、乳酸、 葡萄糖醛酸及某些阴离子 （如HPO42-）等
将K+运入细胞
ATP酶的磷酸化与去磷酸化
（5）基团转位 概念
物质通过载体帮助，在一个较复杂的运输 系统的作用下进行的跨膜主动运输，被运 输物质在该过程中化学性质发生改变。
ATP结合性盒式转运蛋白（ABC转运蛋白）
利用ATP的能量跨膜转运物质而不改变其 化学性质的膜蛋白复合体，需要一种质膜 外底物结合蛋白来行使功能。
过程
ATP结合性盒 式转运蛋白系统
ABC转运蛋白
2个疏水性跨膜域 2个核苷酸结合结构域
特异性溶质结合蛋白
溶质 参见P96图4-3
ATP
（4）Na+，K+- ATP酶系统- Na+，K+泵
2.扩散的特点
高浓度→低浓度 细胞被动运输，不消耗细胞的能量。动力来自参与扩 散的物质在膜内外的浓度差。
不需要载体，是非特异性的营养物质吸收方式
水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂 肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子（ O2、CO2 ） 及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞
扩散动画视频
3.主动运输的具体方式
初级主动运输 次级主动运输 ATP结合性盒式转运蛋白系统 Na+，K+- ATP酶系统
基团转位 铁载体运输
（1）初级主动运输
概念
初级主动运输是一种质子的主动运输方式，由电 子传递系统、ATP酶或细菌视紫红质引起的胞内 质子（或其他离子）的外排，结果导致原生质膜 内外建立质子浓度差（或电势差），使膜处于充 能状态，即形成能Baidu Nhomakorabea膜。此过程需要消耗呼吸能、 化学能或光能。
通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、 单糖、维生素及无机盐等。
促进扩散与载体
• 载体具有较高的专一性，只运输相应的物质。 • 被运输物质与载体之间亲和力大小变化是通过载
体分子构象变化实现的。
• 载体蛋白也称为透过酶。载体自身在跨膜运输过 程中不发生化学变化，载体只影响物质的运输速 率。被运输物质在膜内外浓度差越大，促进扩散 的速率越快，但是当被运输物质浓度过高而使载 体蛋白饱和时，运输速率就不再增加。
• 光合微生物吸收光能后，光能激发产生的电子在 电子传递过程中，伴随质子外排（外排动力为光 能）
• 嗜盐细菌紫膜上的细菌视紫红质吸收光能后，导 致质子外排（外排动力为光能）
能 化 膜
细胞通过消耗呼吸能或化学能或光能，引起胞内质 子（或其他离子）外排，在原生质膜内外建立质子 浓度差（或电势差），使膜处于充能状态。
微生物学
一、影响营养物质进入细胞的因素 营养物质本身的性质
分子质量、溶解性、电负性、极性等
微生物所处的环境
温度、pH、物质环境（诱导剂、抑制剂、结构类似物）
微生物细胞的透过屏障
糖被、G+菌细胞壁、质膜对营养物质的透性
透过屏障
• 由原生质膜、细胞壁、荚膜及粘液层等组成的具 有保护机体及控制物质进出细胞的屏障；
概念
存在于原生质膜上的一种离子通道蛋白， 利用ATP的能量将胞内Na+“泵”出胞外， 而将胞外K+“泵”入胞内，也称Na+，K+ 泵。
过程
• ATP酶（E）在细胞内侧与Na+结合同时消耗能量 • 磷酸化ATP酶（E+）构象变化，转向膜外，将
Na+排除胞外，并与K+ 结合 • K+激发E+脱磷酸化，转向膜内，恢复为E，同时
好氧微生物或兼性厌氧微生物、厌氧微生物、光 合微生物和嗜盐菌的初级主动运输方式不同
过程
• 好氧型微生物和兼性厌氧微生物在有氧氧化过程 中，释放的电子在位于原生质膜上的电子传递链 上传递的过程中，伴随质子外排（外排动力为呼 吸能）
• 厌氧型微生物在发酵过程中产生ATP，在位于原 生质膜上的ATP酶的作用下，ATP水解生成ADP 和磷酸，伴随质子外排（外排动力为ATP ）
细胞膜外
细胞膜
恢复原构象 再 循 环
结
合
构
象
结 合
改 变
移位
细胞膜内
促进扩散模式图
促进扩散动画视频
（三）主动运输
1.主动运输的概念
是微生物吸收营养物质的主要机制。物质 逆浓度梯度运输，需要特异性载体蛋白， 运输过程需要消耗细胞能量。
2.主动运输的特点
低浓度→高浓度 主动运输，消耗细胞能量，营养物质能逆浓度运输 需要特异性的载体蛋白，被运输的物质与载体蛋白 有高度的特异性，是特异性的营养物质吸收方式
广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式
主动运输的能量来源
• 好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用 呼吸能
• 厌氧型微生物利用化学能（ATP） • 光合微生物利用光能
（二）促进扩散
1.促进扩散的概念
借助原生质膜上特异性的载体蛋白，使物 质通过原生质膜，从高浓度胞外（内）环 境向低浓度胞内（外）进行运输的过程。
2.促进扩散的特点
高浓度→低浓度
被动运输，不消耗细胞能量，动力来自参与促进扩散 的物质在膜内外的浓度差。
需要特异性的载体蛋白（透过酶）协助扩散，被运 输的物质与载体蛋白有高度的特异性，是特异性的 营养物质吸收方式
逆向运输
某种物质与质子通过同一载体以相反方向进 行的次级主动运输
如Na+ 与质子通 过同一载体按相 反方向进行运输
单向运输
在能化膜质子浓度差（或电势差）消失过 程中，某种物质单独通过某一载体进行的 次级主动运输。
运输结果通常导致胞 内阳离子（如K+）积 累或阴离子浓度降低
（3）ATP结合性盒式转运蛋白系统
• 细胞壁及糖被层可以看成是一个透性膜，在营养 物质运送上不起多大作用，细胞壁仅简单的排阻 分子量过大的溶质（＞600Da）进入；
• 原生质膜是一种选择性的半透膜，是控制物质进 出细胞的主要屏障。
二、营养物质的运输方式
（一）扩散 1.扩散的概念
物质通过原生质膜，从高浓度胞外（内） 环境向低浓度胞内（外）进行运输的过程。
好 氧 微 生 物 或 兼 性 厌 氧 微 生 物
（2）次级主动运输
概念
通过初级主动运输建立的能化膜在质子浓 度差（或电势差）消失的过程中，偶联其 它物质的运输
同向运输
逆向运输
单向运输
同向运输
某种物质与质子通过同一载体以相同方向进 行的次级主动运输
大肠杆菌中，通过这种方 式运输的物质主要有丙氨 酸、丝氨酸、甘氨酸、谷 氨酸、半乳糖、岩藻糖蜜 二糖、阿拉伯糖、乳酸、 葡萄糖醛酸及某些阴离子 （如HPO42-）等
将K+运入细胞
ATP酶的磷酸化与去磷酸化
（5）基团转位 概念
物质通过载体帮助，在一个较复杂的运输 系统的作用下进行的跨膜主动运输，被运 输物质在该过程中化学性质发生改变。
ATP结合性盒式转运蛋白（ABC转运蛋白）
利用ATP的能量跨膜转运物质而不改变其 化学性质的膜蛋白复合体，需要一种质膜 外底物结合蛋白来行使功能。
过程
ATP结合性盒 式转运蛋白系统
ABC转运蛋白
2个疏水性跨膜域 2个核苷酸结合结构域
特异性溶质结合蛋白
溶质 参见P96图4-3
ATP
（4）Na+，K+- ATP酶系统- Na+，K+泵
2.扩散的特点
高浓度→低浓度 细胞被动运输，不消耗细胞的能量。动力来自参与扩 散的物质在膜内外的浓度差。
不需要载体，是非特异性的营养物质吸收方式
水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂 肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子（ O2、CO2 ） 及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞
扩散动画视频
3.主动运输的具体方式
初级主动运输 次级主动运输 ATP结合性盒式转运蛋白系统 Na+，K+- ATP酶系统
基团转位 铁载体运输
（1）初级主动运输
概念
初级主动运输是一种质子的主动运输方式，由电 子传递系统、ATP酶或细菌视紫红质引起的胞内 质子（或其他离子）的外排，结果导致原生质膜 内外建立质子浓度差（或电势差），使膜处于充 能状态，即形成能Baidu Nhomakorabea膜。此过程需要消耗呼吸能、 化学能或光能。
通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、 单糖、维生素及无机盐等。
促进扩散与载体
• 载体具有较高的专一性，只运输相应的物质。 • 被运输物质与载体之间亲和力大小变化是通过载
体分子构象变化实现的。
• 载体蛋白也称为透过酶。载体自身在跨膜运输过 程中不发生化学变化，载体只影响物质的运输速 率。被运输物质在膜内外浓度差越大，促进扩散 的速率越快，但是当被运输物质浓度过高而使载 体蛋白饱和时，运输速率就不再增加。
• 光合微生物吸收光能后，光能激发产生的电子在 电子传递过程中，伴随质子外排（外排动力为光 能）
• 嗜盐细菌紫膜上的细菌视紫红质吸收光能后，导 致质子外排（外排动力为光能）
能 化 膜
细胞通过消耗呼吸能或化学能或光能，引起胞内质 子（或其他离子）外排，在原生质膜内外建立质子 浓度差（或电势差），使膜处于充能状态。
微生物学
一、影响营养物质进入细胞的因素 营养物质本身的性质
分子质量、溶解性、电负性、极性等
微生物所处的环境
温度、pH、物质环境（诱导剂、抑制剂、结构类似物）
微生物细胞的透过屏障
糖被、G+菌细胞壁、质膜对营养物质的透性
透过屏障
• 由原生质膜、细胞壁、荚膜及粘液层等组成的具 有保护机体及控制物质进出细胞的屏障；
概念
存在于原生质膜上的一种离子通道蛋白， 利用ATP的能量将胞内Na+“泵”出胞外， 而将胞外K+“泵”入胞内，也称Na+，K+ 泵。
过程
• ATP酶（E）在细胞内侧与Na+结合同时消耗能量 • 磷酸化ATP酶（E+）构象变化，转向膜外，将
Na+排除胞外，并与K+ 结合 • K+激发E+脱磷酸化，转向膜内，恢复为E，同时
好氧微生物或兼性厌氧微生物、厌氧微生物、光 合微生物和嗜盐菌的初级主动运输方式不同
过程
• 好氧型微生物和兼性厌氧微生物在有氧氧化过程 中，释放的电子在位于原生质膜上的电子传递链 上传递的过程中，伴随质子外排（外排动力为呼 吸能）
• 厌氧型微生物在发酵过程中产生ATP，在位于原 生质膜上的ATP酶的作用下，ATP水解生成ADP 和磷酸，伴随质子外排（外排动力为ATP ）