微生物生理学幻灯片(第二章)精品PPT课件

光能有机营养型 （光能异养型）
光
有机物
CO2及简单有 机物
红螺菌科的细菌（即紫色无硫细菌）
化能无机营养型 （化能自养型）
无机物*
无机物
硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、
CO2
硫黄细菌等
化能无机营养型 （化能异养型）
有机物
有机物
有机物 绝大多数细菌和全部真核微生物
*NH4+、NO2-、S0、H2S、H2、Fe2+等
一、物质传送的研究方法
▪ 研究物质传送所面临的困难：
▪ 1、在生活细胞里，有由不同成分组成的复杂 的运输系统（细胞膜囊）——成分的复杂性；
▪ 2、在生活细胞里，对一种物质或同类物质有 一种以上的运输方式，这样在分析结果时难 以确定某种物质的运输是以何种方式完成 的——运输方式的多样性。
▪ 3、物质进入细胞后，往往被机体迅速分解与 利用，机体分解与利用这种物质的能力也直 接影响该物质运输的速率（突变体、同位素 标记）——缺乏稳定性（不可测）。
▪ 影响物质运输的三层结构（涉及前章所 述）
1、荚膜、粘液层（疏松结构——影响较 小，增加粘性——阻碍物质扩散） 2、细胞壁——分子屏障——孔径固定 （有时有蛋白参与——孔蛋白），具有 一定分子量选择（较大）
3、原生质膜（特异选择性，最重要）— —直接影响物质的运输——一般只针对 小分子物质。
▪ 水活度：指在一定的温度和压力条件下，溶液中的 蒸汽压力与同样条件下纯水的蒸汽压力之比（相对 湿度）。微生物生长所要求的aw值通常在 0.66~0.99之间变动
▪ 碳氮比（C/N）：碳源中碳元素摩尔数与氮源中氮 元素摩尔数之比。
▪ 内源酸碱调节剂和外源酸碱调节剂
水活度的计算及表示
维生素与有关化合物在代谢中的作用
参与甘氨酸还原酶和甲酸脱氢酶的活动 参与带辅酶B12的一些酶（如谷氨酸变位酶和甲基丙二酰-COA变位酶） 的活动 参与细胞色素氧化酶和加氧酶的活动
WO42Ni2+
参与甲酸脱氢酶的活动 参与脲酶的活动，氢-氧化细菌在自养生长时也需要Ni
与营养有关的几个概念
▪ 生长因子是一类调节微生物正常代谢所必需，但不 能用简单的碳源、氮源自行全合成的有机物。狭义 的一般仅指维生素；广义的生长因子除了维生素外， 还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、 C4~C6的分支或直链脂肪酸，有时还包括氨基酸营 养缺陷突变株所需要的氨基酸在内。
来源 Zn2+ Mn2+
在代谢中的功能
参与醇脱氢酶、碱性磷酸酯酶、醛缩酶、RNA聚合酶或DNA聚合酶的 活动
参与细菌超氧化歧化酶的活动，也是某些酶（PEP脱羧酶、柠檬酸合 成酶）的辅助因子
Na+ 耐高盐细菌所需
Cl- 耐高盐细菌所需
MoO42+ SeO32Co2+
Cu2+
参与硝酸盐还原酶、固氮酶和甲酸脱氢酶的活动
Mg2+ Ca2+ Fe2+、Fe3+
许多酶（如激酶）的辅因子，存在于细胞壁和细胞膜中，维持细 胞结构的稳定
某些酶的辅因子，存在于胞外酶（如淀粉酶、蛋白酶）中，是芽 孢内的重要元素
构成细胞色素、铁氧还蛋白、铁硫蛋白的成分、某些脱水酶的辅 因子
微量元素来源与生理功能
元素 Zn
Mn
Na Cl Mo Se Co Cu W Ni
H2、H2O、各种有机物 NH4+、NO2-、N2、各种有机物 SO42-，HS-、S、S2O32-、各种有机硫
化物
HPO42-
构成细胞物质的主要成分 构成细胞物质的主要成分 构成细胞物质的主要成分 构成细胞物质的主要成分
构成含硫氨基酸、硫胺素、辅酶A、生物素、硫辛酸等
磷脂、核苷酸、核酸等
K+
细胞内主要的无机阳离子，某些酶的辅因子，构成物质运输系统
大量元素有碳、氮、氢、氧、磷、硫、钾、 镁、钙、铁（需要量在10-4mol/L以上）
微量元素有锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、 铜、钨、镍、硼等（需要量在10-4mol/L以下）
10种大量元素来源与生理功能
元素 C O H N S P K
Mg
Ca
Fe
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来源
在代谢中的功能
各种有机物、CO2 O2、H2O、各种有机物、CO2
营养物的生理功能
▪ ①参与细胞结构或细胞物质的组成； ▪ ②构成酶活性基团或组成物质的运输系统； ▪ ③通过代谢为机体完成各种生理活动提供所
需要的能量。
微生物的营养类型 （能源和碳源不同划分）
营养类型
能源
氢供体
基本碳源
实例
光能无机营养型 （光能自养型）
光
无机物
CO2
蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、藻类
▪ 某种物质能否作为营养物质支持微生物生长， 首先取决于这种物质能否进入细胞，其次还 要取决于微生物是否具有利用这种物质的能 力——运输和分解（转化）两个过程（针对 物质）。
▪ 所有微生物都具有一种能够保护机体完整性 和能够限制物质进出细胞的屏障——渗透屏 障（针对细胞构造）。
㈠、微生物细胞的表面结构
第二章 微生物的营养
▪ 营养——是指生物体从外部环境中摄取对生 命活动必需的能量和物质，以满足正常生长 和繁殖需要的一种最基本的生理功能。
▪ 营养物——指具有营养功能的物质，在微生 物学中，它还包括非常规物质形式的光辐射 能在内。可分为六大类：碳源、氮源、生长 因子、无机盐、水、能源。
▪ 按营养元素的需要量分：
细胞膜囊
▪ 通常是将细菌细胞经过一定的方式处理之后， 由细胞膜组成一种膜的囊泡，这种细胞膜囊 还存在物质运输系统与产能系统（主动运输 系统、磷酸转移酶系统和呼吸链中的电子载 体等），所以可作研究物质运输与能量的关 系，以及研究氨基酸与糖类的运输。
▪ 原生质体裂解→细胞膜→形成细胞膜囊
二、影响物质传送的因素
化合物 对氨基苯甲酸 生物素 辅酶M 叶酸
氯高铁血红素 硫辛酸 尼克酸 吡哆醇（B6） 核黄素（B2） B12 硫胺素（B1） 维生素K
在代谢中的作用 四氢叶酸前体，一碳单位转移酶的辅酶 催化羧化反应的酶（即羧化酶）的辅酶 甲烷形成中的辅酶 构成一碳单位转移酶的辅酶 细胞色素的前体 丙酮酸脱氢酶复合物的辅基 NAD、NADP的前体，它们是许多脱氢酶的辅基 磷酸吡哆醛是转氨酶、氨基酸脱氨酶的辅基 FMN和FAD的前体，黄素蛋白的辅基 催化分子重排反应的酶的辅基（谷氨酸变位酶） 硫胺素焦磷酸脱羧酶、转醛醇酶和转酮醇酶的辅酶 甲醌类的前体、起电子载体的作用（如延胡索酸还原酶）