第四章微生物的生理II
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第四章 微生物的生理
第四章微生物的生理II
• 本章重点为微生物的营养和产能代谢 • 本章难点为微生物的产能代谢
• 理解酶的物质基础与结构特点 • 掌握微生物的营养类型和培养基 • 理解营养物质进入细胞的方式 • 理解微生物的产能形式 • 理解化能自养微生物的合成代谢
第四章微生物的生理II
五、培养基的类别
• 细胞膜以四种方式控制物质的运送，即单纯扩散（被动扩 散）、促进扩散、主动运输和基团转位，其中尤以主动运 输为最重要。
第四章微生物的生理II
（一）单纯扩散 simple diffusion
也称被动扩散，是一个物理扩散作用。被输送物质靠 细胞内外的浓度梯度为动力，通过细胞质膜中含水的小孔 从高浓度区域向低浓度区域扩散，直到两边浓度相等为止 ，这个过程不消耗能量，但扩散速度慢。
第四章微生物的生理II
作用机制：
1、Na+-K+泵主动运输
消耗ATP驱动Na+-K+泵向细胞外排Na+， 每排出3个Na+，吸进2个K+，从而使膜内外建 立电位差，促使Na+又从膜外向膜内转移。
第四章微生物的生理II
葡萄糖-Na同向转运载体
葡萄糖和Na+分别与同向转运载体的两个位点结合，由同向 转运载体携带进入细胞，第氨四章基微生酸物也的生可理I通I 过此种方式运送
与单纯扩散的方式相类似，也是以物质的浓度梯度为 动力，不需要代谢能量。不同在于有载体蛋白的参加。这 种载体蛋白与营养物质之间存在一种亲和力，这种亲和力 在细胞膜内外表面不同，在外表面亲和力大，内表面亲和 力小，通过这种亲和力大小的变化达到运输的目的。由于 有载体蛋白的参加，扩散速度比单纯扩散快。
载体蛋白有类似酶的特异性，因此也叫渗透酶，如葡萄 糖载体只运送葡萄糖。这些酶大都是一些诱导酶，只是在 环境中存在机体生长所需要的物质时，这些酶才合成。
第四章微生物的生理II
第四章微生物的生理II
（三）主动运输 active transport
它的一个重要特点是物质运输过程中需要消耗能量 和载体，而且可以进行逆浓度运输。
第四章微生物的生理II
逆浓度梯度将细胞外营养物质转送到细胞内，需要渗 透酶和消耗能量，渗透酶在这过程中起到改变平衡的作用。 渗透酶有三种：单向转运载体、同向转运载体、反向转运 载体。
通过主动运输进入细胞的物质有氨基酸、糖、无机离 子、硫酸盐、磷酸盐及有机酸等。
第四章微生物的生理II
（四）基团转位 group transport 一般来说，物质通过膜运送时，不需要化学修饰，但
有些物质如糖在通过细菌细胞膜时需要进行磷酸化反应加 入一个磷酸基团，以糖-磷酸的形式才能通过细胞膜，称为 基团转运。
第四章微生物的生理II
2、按培养基的物理性状 根据培养基制成后的物理状态，分为三类：固体培
养基、半固体培养基、液体培养基。以培养基中凝固剂 有无和含量多少来划分，常用的凝固剂有琼脂、明胶、 硅胶。硅胶适宜用于分离与培养自养型微生物。 （1）液体培养基：不加凝固剂。用于实验室及微生物大 规模的工业生产。 （2）半固体培养基：含少量（0.3－0.5％）凝固剂。 （3）固体培养基：含较多（1.5－2.0％）凝固剂。用于 菌种分离纯化、鉴定、保种等。
第四章微生物的生理II
3、 按培养基对微生物的功能和用途分类 （1）基础培养基
牛肉膏+蛋白胨+NaCl，pH偏碱性，大多数微生物都可 生长
（2）选择培养基 是根据某种或某一类群微生物的特殊营养需要或对某种
化合物的敏感性不同而设计出来的一类培养基。
加入某种化合物，可以从微生物群体中分离出抗此化合 物的微生物，如：
2、离子浓度梯度主动运输 消耗ATP建立离子浓度梯度，通过反向转运载体完成H+
和Na+、K+的运输。即Na+的进入胞内伴随H+的排出
3、H+浓度梯度主动运输 好氧微生物吸收营养的主要方式。在呼吸或ATP作用下
，好氧微生物将大量H+排到细胞外，使膜内外形成H+浓 度差，此为驱动力，使K+等阳离子单向运送入胞，阴离子 与H+同向转运入胞。中性糖和氨基酸也可由此方式入胞。
1、按照培养基组成物的性质可把培养基分为： 合成培养基：各成分是已知结构的纯化学物质，成分精确 ，重复性强，但价格相对昂贵，微生物生长较慢。一般适 合在实验室使用。 天然培养基：用天然有机物配制而成，如肉汁、酵母浸汁 、玉米粉、牛奶、血清等。比较经济，适宜在生产上大规 模培养和生产。 复合培养基：天然有机物和无机化合物配制
加入胆汁酸盐（麦康盖培养基） → G+被抑制，G-生长
加入几滴10%酚 → 细菌、霉菌被抑制，放线菌可生长
加入青霉素、四环素、链霉素 → 细菌、放线菌被抑制，酵母
菌和霉菌可被分离
第四章微生物的生理II
（3） 鉴别培养基 指在普通培养基里加入某种试剂或化学药品的培养基
，某种微生物生长后可以产生某种代谢产物，与培养基中 的特定试剂或化学药品起反应，产生某种明显的特征性变 化，由此可将此种微生物与其他微生物分别开。
明胶培养基 → 是否液化明胶 硝酸盐肉汤培养基 → 是否有硝酸盐还原作用 醋酸铅培养基 → 是否产生H2S EMB培养基（伊红美蓝琼脂培养基） → 是否有肠道 致病菌
第四章微生物的生理II
（4）加富培养基 指在普通培养基中加入血、血清、动物（
或植物）组织液或其他营养物质（或生长因子 ）的一类营养丰富的培养基。用来培养数量少 或营养要求苛刻的某种或某类菌。
①物质在扩散过程中没有发生任何反应；
②不消耗能量；不能逆浓度运输；
③运输速率与膜内外物质的浓度差成正比
第四章微生物的生理II
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、一些气体（O2、CO2）及某些氨 基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。
第四章微生物的生理II
（二）促进扩散 facilitated diffusion
第四章微生物的生理II
六、营养物质进入微生物细胞的方式
第四章微生物的生理II
• 对绝大多数属于渗透营养型的微生物来说，营养物质通过 细胞膜进入细胞的问题，是一个较复杂又很重要的生理学 问题。
• 细胞壁在营养物质运送上不起多大作用，仅简单地排阻分 子量过大的溶质的进入，细胞膜则是控制营养物进入和代 谢产物排出的主要屏障。
第四章微生物的生理II
• 本章重点为微生物的营养和产能代谢 • 本章难点为微生物的产能代谢
• 理解酶的物质基础与结构特点 • 掌握微生物的营养类型和培养基 • 理解营养物质进入细胞的方式 • 理解微生物的产能形式 • 理解化能自养微生物的合成代谢
第四章微生物的生理II
五、培养基的类别
• 细胞膜以四种方式控制物质的运送，即单纯扩散（被动扩 散）、促进扩散、主动运输和基团转位，其中尤以主动运 输为最重要。
第四章微生物的生理II
（一）单纯扩散 simple diffusion
也称被动扩散，是一个物理扩散作用。被输送物质靠 细胞内外的浓度梯度为动力，通过细胞质膜中含水的小孔 从高浓度区域向低浓度区域扩散，直到两边浓度相等为止 ，这个过程不消耗能量，但扩散速度慢。
第四章微生物的生理II
作用机制：
1、Na+-K+泵主动运输
消耗ATP驱动Na+-K+泵向细胞外排Na+， 每排出3个Na+，吸进2个K+，从而使膜内外建 立电位差，促使Na+又从膜外向膜内转移。
第四章微生物的生理II
葡萄糖-Na同向转运载体
葡萄糖和Na+分别与同向转运载体的两个位点结合，由同向 转运载体携带进入细胞，第氨四章基微生酸物也的生可理I通I 过此种方式运送
与单纯扩散的方式相类似，也是以物质的浓度梯度为 动力，不需要代谢能量。不同在于有载体蛋白的参加。这 种载体蛋白与营养物质之间存在一种亲和力，这种亲和力 在细胞膜内外表面不同，在外表面亲和力大，内表面亲和 力小，通过这种亲和力大小的变化达到运输的目的。由于 有载体蛋白的参加，扩散速度比单纯扩散快。
载体蛋白有类似酶的特异性，因此也叫渗透酶，如葡萄 糖载体只运送葡萄糖。这些酶大都是一些诱导酶，只是在 环境中存在机体生长所需要的物质时，这些酶才合成。
第四章微生物的生理II
第四章微生物的生理II
（三）主动运输 active transport
它的一个重要特点是物质运输过程中需要消耗能量 和载体，而且可以进行逆浓度运输。
第四章微生物的生理II
逆浓度梯度将细胞外营养物质转送到细胞内，需要渗 透酶和消耗能量，渗透酶在这过程中起到改变平衡的作用。 渗透酶有三种：单向转运载体、同向转运载体、反向转运 载体。
通过主动运输进入细胞的物质有氨基酸、糖、无机离 子、硫酸盐、磷酸盐及有机酸等。
第四章微生物的生理II
（四）基团转位 group transport 一般来说，物质通过膜运送时，不需要化学修饰，但
有些物质如糖在通过细菌细胞膜时需要进行磷酸化反应加 入一个磷酸基团，以糖-磷酸的形式才能通过细胞膜，称为 基团转运。
第四章微生物的生理II
2、按培养基的物理性状 根据培养基制成后的物理状态，分为三类：固体培
养基、半固体培养基、液体培养基。以培养基中凝固剂 有无和含量多少来划分，常用的凝固剂有琼脂、明胶、 硅胶。硅胶适宜用于分离与培养自养型微生物。 （1）液体培养基：不加凝固剂。用于实验室及微生物大 规模的工业生产。 （2）半固体培养基：含少量（0.3－0.5％）凝固剂。 （3）固体培养基：含较多（1.5－2.0％）凝固剂。用于 菌种分离纯化、鉴定、保种等。
第四章微生物的生理II
3、 按培养基对微生物的功能和用途分类 （1）基础培养基
牛肉膏+蛋白胨+NaCl，pH偏碱性，大多数微生物都可 生长
（2）选择培养基 是根据某种或某一类群微生物的特殊营养需要或对某种
化合物的敏感性不同而设计出来的一类培养基。
加入某种化合物，可以从微生物群体中分离出抗此化合 物的微生物，如：
2、离子浓度梯度主动运输 消耗ATP建立离子浓度梯度，通过反向转运载体完成H+
和Na+、K+的运输。即Na+的进入胞内伴随H+的排出
3、H+浓度梯度主动运输 好氧微生物吸收营养的主要方式。在呼吸或ATP作用下
，好氧微生物将大量H+排到细胞外，使膜内外形成H+浓 度差，此为驱动力，使K+等阳离子单向运送入胞，阴离子 与H+同向转运入胞。中性糖和氨基酸也可由此方式入胞。
1、按照培养基组成物的性质可把培养基分为： 合成培养基：各成分是已知结构的纯化学物质，成分精确 ，重复性强，但价格相对昂贵，微生物生长较慢。一般适 合在实验室使用。 天然培养基：用天然有机物配制而成，如肉汁、酵母浸汁 、玉米粉、牛奶、血清等。比较经济，适宜在生产上大规 模培养和生产。 复合培养基：天然有机物和无机化合物配制
加入胆汁酸盐（麦康盖培养基） → G+被抑制，G-生长
加入几滴10%酚 → 细菌、霉菌被抑制，放线菌可生长
加入青霉素、四环素、链霉素 → 细菌、放线菌被抑制，酵母
菌和霉菌可被分离
第四章微生物的生理II
（3） 鉴别培养基 指在普通培养基里加入某种试剂或化学药品的培养基
，某种微生物生长后可以产生某种代谢产物，与培养基中 的特定试剂或化学药品起反应，产生某种明显的特征性变 化，由此可将此种微生物与其他微生物分别开。
明胶培养基 → 是否液化明胶 硝酸盐肉汤培养基 → 是否有硝酸盐还原作用 醋酸铅培养基 → 是否产生H2S EMB培养基（伊红美蓝琼脂培养基） → 是否有肠道 致病菌
第四章微生物的生理II
（4）加富培养基 指在普通培养基中加入血、血清、动物（
或植物）组织液或其他营养物质（或生长因子 ）的一类营养丰富的培养基。用来培养数量少 或营养要求苛刻的某种或某类菌。
①物质在扩散过程中没有发生任何反应；
②不消耗能量；不能逆浓度运输；
③运输速率与膜内外物质的浓度差成正比
第四章微生物的生理II
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、一些气体（O2、CO2）及某些氨 基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。
第四章微生物的生理II
（二）促进扩散 facilitated diffusion
第四章微生物的生理II
六、营养物质进入微生物细胞的方式
第四章微生物的生理II
• 对绝大多数属于渗透营养型的微生物来说，营养物质通过 细胞膜进入细胞的问题，是一个较复杂又很重要的生理学 问题。
• 细胞壁在营养物质运送上不起多大作用，仅简单地排阻分 子量过大的溶质的进入，细胞膜则是控制营养物进入和代 谢产物排出的主要屏障。