关于微生物的营养与代谢课件
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关于微生物的营养 与代谢
通过本章的学习，要求掌握：
1、通过本章的学习，掌握微生物所需要的营养物质、营养类型、微 生物吸收营养的方式及培养基的配制和类型。
2、微生物代谢类型的特点及多样性。 3、合成代谢所需小分子化合物及能量、还原力的产生。 4、微生物细胞中特有的合成代谢。
重点：
1、微生物的营养类型，微生物吸收营养物质的方式。 2、微生物的产能方式。 3、微生物细胞中特殊的合成代谢（肽聚糖合成）。
(2) 维持细胞膨压，并使原生质保持溶胶状态； (3) 水是物质代谢的原料； (4) 微生物从外界吸收营养或从内部排泄废物的媒介； (5) 是热的良好导体，比热高，能有效地吸收代谢过程中放出的
热并将其迅速散发，以免胞内温度骤然升高。
碳源
➢ 凡可被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳
架来源的营养物通称碳源（carbon source）。
能作为化能自养微生物能源的物质都是一些还原态的无机 物质，例如NO2-，S，H2S，H2和Fe2+等，这些化能自养型的 细菌包括硝化细菌、硫化细菌、氢细菌和铁细菌等
许多营养物具有一种以上的营养功能。 1、还原态无机营养物常是双功能的； 2、有机物常起着双功能或三功能的营养作用，例如以N， C，H，O类元素组成的营养物常是异养型微生物的能源、 碳源兼氮源。 3、光是光合微生物所利用的单功能能源。
矿物质元素
作用
构成细胞的结构成分 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 调节微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透平衡 控制细胞的氧化还原电位 作为某些微生物的能源物质
➢ 根据微生物生长繁殖对无机盐（mineral salts）需要量的 大小，可分为常量元素和微量元素两大类。
➢ 生长所需浓度在10-3～10-4mol/L范围内的元素，可称为常 量元素，例如S、P、K、Na 、Ca、Mg、Fe等。
促进扩散（facilitated diffusion）
✓ 需要载体蛋白的参与； ✓ 高度的立体专一性； ✓ 不需要能量； ✓ 载体蛋白能促进物质运输加快进行，但营养物
质仍不能逆浓度梯度吸收；
✓ 多见于真核微生物，例如酵母菌，某些物质的
吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。
主动运输（active transport）
占细菌细胞干重的 90% -97% 微量元素：磷、硫、钾、锌等矿物质元素
占细菌细胞干重的 3% -10%
二、微生物的营养物质 按照它们在机体中的生理作用不同，区分成:
碳源
氮源
水
微生物的 营养要素
能源
矿物质 元素
生长因子
水
功能：
(1) 是微生物细胞的重要组成成分，占微生物体湿重的70%∼90%， 还供给微生物氧和氢两种元素；
固氮微生物：当没有化合态氮利用时，能利用N2作为唯
一氮源，通过固氮酶将其还原为NH3，再进一步合成所需的 全部有机氮化合物。
能源
能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养 物或辐射能
｛ ｛ 能 源
化学物质
有机物 无机物
化能异养微生物的能源 化能自养微生物的能源
光能
光能自养和光能异养微生物的能源
➢ 所需浓度在10-6 ～ 10-8mol/L范围内的元素，则称为微量 元素，如Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Ni、Sn、Se等。
➢ Fe实际上是介于大量元素与微量元素之间。
生长因子
生长因子：那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物
自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物
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、氨基酸与碱基三大类
主要用来构成酶的辅基或辅酶
第二节 微生物的营养类型
碳源
CO2 有机物
能源
太阳光
氧化有机物 或无机物
自养 异养 光能营养 化能营养
化能自养型 化能异养型 光能自养型 光能异养型
光能自养型 化能自养型 光能异养型 化能异养型
碳源
CO2
CO2
简单有机物 或CO2
微生物对糖类的利用，单糖优于双糖和多糖；
在多糖中，淀粉明显地优于纤维素或几丁质等多糖， 纯多糖则优于琼脂等杂多糖和其他聚合物（如木质 素）等 。
氮源
凡是能为微生物生长提供氮素来源的营 养物质称为氮源。
｛ ｛ 氮 源
无机氮
NH3 铵盐 硝酸盐
N2
｛ 有机氮
尿素 蛋白质
核酸
氨基酸
根据对氨基酸合成 的能力分为：氨基 酸自养型和氨基酸 异养型
有机物
能源
光能
无机物的氧 化
光能
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有机物氧化 降解
供氢体
无机物 （H2O ，
H2S）
无机物
有机物
有机物
代表种 蓝细菌 硝化细菌 红螺菌
真菌
第三节 微生物摄取营养的方式
微生物摄取营养物质主要有胞吞作用和渗透吸收；
绝大多数微生物是渗透吸收，各种营养物质直接通过细胞
膜的渗透和选择性吸收进入细胞。
营养物质从微生物所处的周围环境通过细胞膜进人细胞的
➢ 需要载体蛋白的参与； ➢ 高度的立体专一性； ➢ 需要消耗能量，并且可以逆浓度梯度运
输。
➢ 是一种广泛存在于微生物中的主要物
质运输方式。微生物在生长与繁殖过程 中所需要的多数营养物质如氨基酸等主 要是通过主动运输的方式运输的。
方式，可分为4种类型，即简单扩散、促进扩散、主动运 输和基团转位。
简单扩散（simple diffusion）
➢ 营养物质在扩散通过细胞膜的过程中不 消耗能量，也不发生化学变化。物质扩 散的动力是物质在膜内外的浓度差。
➢ 非特异性。 ➢ 简单扩散不是微生物吸收营养物质的主
要方式，以这种方式运输的物质主要是 一些分子量小与脂溶性的物质。如水、 一些气体（如氧）、甘油和某些离子 。
➢ 利用有机碳源的异养型微生物，其碳源往往同时
又是能源。此时，碳源是一种具有双功能的营养 物。另一类种类较少的自养型微生物，则以CO2 为主要碳源 。
碳源种类
简单的无机含碳化合物---CO2和碳酸盐等； 复杂的天然有机化合物---糖与糖的衍生物、醇
类、有机酸、脂类、烃类、芳香族化合物以及 各种含氮的有机化合物；
难点：
1、微生物吸收营养物质的各种方式 2、肽聚糖的合成过程。
第一节 微生物的营养物质
➢ 营养：生物体从外部环境吸收生命活动所必需的
物质和能量，以满足其生长和繁殖需要的一种生理 过程。
➢ 营养物质：能够满足机体生长、繁殖和完成各
种生理活动所需要的物质。
一、微生物的化学组成
主要元素：碳、氢、氧、氮
通过本章的学习，要求掌握：
1、通过本章的学习，掌握微生物所需要的营养物质、营养类型、微 生物吸收营养的方式及培养基的配制和类型。
2、微生物代谢类型的特点及多样性。 3、合成代谢所需小分子化合物及能量、还原力的产生。 4、微生物细胞中特有的合成代谢。
重点：
1、微生物的营养类型，微生物吸收营养物质的方式。 2、微生物的产能方式。 3、微生物细胞中特殊的合成代谢（肽聚糖合成）。
(2) 维持细胞膨压，并使原生质保持溶胶状态； (3) 水是物质代谢的原料； (4) 微生物从外界吸收营养或从内部排泄废物的媒介； (5) 是热的良好导体，比热高，能有效地吸收代谢过程中放出的
热并将其迅速散发，以免胞内温度骤然升高。
碳源
➢ 凡可被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳
架来源的营养物通称碳源（carbon source）。
能作为化能自养微生物能源的物质都是一些还原态的无机 物质，例如NO2-，S，H2S，H2和Fe2+等，这些化能自养型的 细菌包括硝化细菌、硫化细菌、氢细菌和铁细菌等
许多营养物具有一种以上的营养功能。 1、还原态无机营养物常是双功能的； 2、有机物常起着双功能或三功能的营养作用，例如以N， C，H，O类元素组成的营养物常是异养型微生物的能源、 碳源兼氮源。 3、光是光合微生物所利用的单功能能源。
矿物质元素
作用
构成细胞的结构成分 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 调节微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透平衡 控制细胞的氧化还原电位 作为某些微生物的能源物质
➢ 根据微生物生长繁殖对无机盐（mineral salts）需要量的 大小，可分为常量元素和微量元素两大类。
➢ 生长所需浓度在10-3～10-4mol/L范围内的元素，可称为常 量元素，例如S、P、K、Na 、Ca、Mg、Fe等。
促进扩散（facilitated diffusion）
✓ 需要载体蛋白的参与； ✓ 高度的立体专一性； ✓ 不需要能量； ✓ 载体蛋白能促进物质运输加快进行，但营养物
质仍不能逆浓度梯度吸收；
✓ 多见于真核微生物，例如酵母菌，某些物质的
吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。
主动运输（active transport）
占细菌细胞干重的 90% -97% 微量元素：磷、硫、钾、锌等矿物质元素
占细菌细胞干重的 3% -10%
二、微生物的营养物质 按照它们在机体中的生理作用不同，区分成:
碳源
氮源
水
微生物的 营养要素
能源
矿物质 元素
生长因子
水
功能：
(1) 是微生物细胞的重要组成成分，占微生物体湿重的70%∼90%， 还供给微生物氧和氢两种元素；
固氮微生物：当没有化合态氮利用时，能利用N2作为唯
一氮源，通过固氮酶将其还原为NH3，再进一步合成所需的 全部有机氮化合物。
能源
能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养 物或辐射能
｛ ｛ 能 源
化学物质
有机物 无机物
化能异养微生物的能源 化能自养微生物的能源
光能
光能自养和光能异养微生物的能源
➢ 所需浓度在10-6 ～ 10-8mol/L范围内的元素，则称为微量 元素，如Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Ni、Sn、Se等。
➢ Fe实际上是介于大量元素与微量元素之间。
生长因子
生长因子：那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物
自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物
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、氨基酸与碱基三大类
主要用来构成酶的辅基或辅酶
第二节 微生物的营养类型
碳源
CO2 有机物
能源
太阳光
氧化有机物 或无机物
自养 异养 光能营养 化能营养
化能自养型 化能异养型 光能自养型 光能异养型
光能自养型 化能自养型 光能异养型 化能异养型
碳源
CO2
CO2
简单有机物 或CO2
微生物对糖类的利用，单糖优于双糖和多糖；
在多糖中，淀粉明显地优于纤维素或几丁质等多糖， 纯多糖则优于琼脂等杂多糖和其他聚合物（如木质 素）等 。
氮源
凡是能为微生物生长提供氮素来源的营 养物质称为氮源。
｛ ｛ 氮 源
无机氮
NH3 铵盐 硝酸盐
N2
｛ 有机氮
尿素 蛋白质
核酸
氨基酸
根据对氨基酸合成 的能力分为：氨基 酸自养型和氨基酸 异养型
有机物
能源
光能
无机物的氧 化
光能
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有机物氧化 降解
供氢体
无机物 （H2O ，
H2S）
无机物
有机物
有机物
代表种 蓝细菌 硝化细菌 红螺菌
真菌
第三节 微生物摄取营养的方式
微生物摄取营养物质主要有胞吞作用和渗透吸收；
绝大多数微生物是渗透吸收，各种营养物质直接通过细胞
膜的渗透和选择性吸收进入细胞。
营养物质从微生物所处的周围环境通过细胞膜进人细胞的
➢ 需要载体蛋白的参与； ➢ 高度的立体专一性； ➢ 需要消耗能量，并且可以逆浓度梯度运
输。
➢ 是一种广泛存在于微生物中的主要物
质运输方式。微生物在生长与繁殖过程 中所需要的多数营养物质如氨基酸等主 要是通过主动运输的方式运输的。
方式，可分为4种类型，即简单扩散、促进扩散、主动运 输和基团转位。
简单扩散（simple diffusion）
➢ 营养物质在扩散通过细胞膜的过程中不 消耗能量，也不发生化学变化。物质扩 散的动力是物质在膜内外的浓度差。
➢ 非特异性。 ➢ 简单扩散不是微生物吸收营养物质的主
要方式，以这种方式运输的物质主要是 一些分子量小与脂溶性的物质。如水、 一些气体（如氧）、甘油和某些离子 。
➢ 利用有机碳源的异养型微生物，其碳源往往同时
又是能源。此时，碳源是一种具有双功能的营养 物。另一类种类较少的自养型微生物，则以CO2 为主要碳源 。
碳源种类
简单的无机含碳化合物---CO2和碳酸盐等； 复杂的天然有机化合物---糖与糖的衍生物、醇
类、有机酸、脂类、烃类、芳香族化合物以及 各种含氮的有机化合物；
难点：
1、微生物吸收营养物质的各种方式 2、肽聚糖的合成过程。
第一节 微生物的营养物质
➢ 营养：生物体从外部环境吸收生命活动所必需的
物质和能量，以满足其生长和繁殖需要的一种生理 过程。
➢ 营养物质：能够满足机体生长、繁殖和完成各
种生理活动所需要的物质。
一、微生物的化学组成
主要元素：碳、氢、氧、氮