微生物生理学课件笔记整理
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绪论
微生物营养类型
微生物营养:指微生物获得与利用营养物质的过程
无机营养型微生物:以CO2作唯一碳源,不需要有机养料的微生物
有机营养型微生物:只以适宜的有机化合物作为营养物质的微生物
光能无机营养型:以日光为能源,以CO2为碳源合成细胞有机物的营养类型
光能有机营养型:以日光为能源,以外源有机物为碳源和供氢体合成细胞内物质的营养类型
化能无机营养型:通过以氧化无机物释放出的能量还原CO2成为细胞有机物的营养类型
化能有机营养型:用有机物分解时释放出的能量将有机物分解的中间产物合成新微生物营养类型
营养类型能源碳源代表类群
自养型光能无
机营养
光CO2
蓝细菌、绿色硫细菌、嗜盐
细菌
化能无
机营养
无机物CO2
硝化细菌、
硫化细菌
异养型光能有
机营养
光有机物与CO2红螺菌
化能有
机营养
有机物有机物
进一步分为
腐生菌和寄生菌
1、光能无机营养型(光能自养型)photolithoautotroph
(1)不产氧光合作用
代表菌种:绿硫菌、紫硫菌
CO2+2H2S (CH2O)+H2O+2S
(2)产氧光合作用
代表菌种:蓝细菌、藻类
CO2+H2O (CH2O)+O2
(3)嗜盐古细菌
以紫膜进行特殊的光能转化
2、光能有机营养型(光能异养型)photoorganoheterotroph
在以二氧化碳为主要碳源时,需要以有机物作为供氢体,利用光能将二氧化碳还原成细胞物质,它们的细胞中含有光合色素,生长时大多需要外源的生长因子,例如
红螺菌(Rhodospirillum)
3、化能无机营养型(化能自养型)Chemolithoautotroph
化能自养型化能自养菌还原CO2而需要的ATP和还原力[H] 是通过氧化无机底物(NH4+、NO2-、H2S、H2和Fe2+等)来实现的。
化能自养细菌的能量代谢主要有三个特点:
①无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系。由脱氢酶或氧化还原酶催化的无机底物脱氢或脱电子后,直接进入呼吸链传递。这与异养微生物葡萄糖氧化要经过EMP和TCA等途径的复杂代谢过程不同。
②呼吸链的组分更为多样化,氢或电子可从任一组分进入呼吸链。
③产能效率即P/O比一般要比异养微生物更低。
4、化能有机营养型(化能异养型, Chemorganoheterotroph)
从有机物氧化过程中获得能量,并以有机物作为主要碳源进行生长。又可根据它们利用有机物的特性分为腐生菌和寄生菌,以及它们之间的过渡类型。
上述营养型的划分不是绝对的,在它们中间存在着很多过渡类型。例如:氢单胞菌,在完全是无机养料的环境中,通过氢和氧化获得能量,同化二氧化碳,营自养生活;当环境中有有机物时,直接利用有机物碳架物质而营异养生活。又如:红螺菌,在光照下能利用光能生长,在暗处有氧条件下,可通过氧化有机物获得能量,实现生长,表现为化能营养型。
为避免混乱,一般认为依据营养型分类以最简单的营养条件为根据,即光能营养型先于化能营养型,自养型先于异养型。
微生物的代谢特点(以及微生物研究生理的优点)
①代谢速率快(V/S大)
②代谢的多样性
③代谢研究的易操作性
代谢途径:中间产物与中产物,直线代谢途径(一般为分解代谢)与分枝代谢途径(一般为合成代谢),两向代谢途径
细胞壁结构
1. 真菌细胞壁组成
①肽聚糖②脂多糖③磷壁酸质④分枝菌酸
2. T古生菌细胞壁组成
①假肽聚糖②酸性杂多糖③糖蛋白
3. 酵母细胞壁组成
甘露聚糖蛋白②葡聚糖③chitin(几丁质)④纤维素⑤others
纤维素的分解:
纤维素分子的基本结构: β-1,4糖苷键,酮多糖,椅式构象,全部舒展,氢键交联成网状结构
淀粉:β-1,4糖苷键,β-1,6糖苷键,连接松散,加热易糊化
原生质膜:
I. 原核细胞中
1. 磷脂中异常脂肪酸,
2. 质脂,
3. 糖脂,
4. 二醚磷脂酰甘油,
5. 鲨烯,
6. 脂类色素
II. 真核微生物中
酵母甾醇,2. 麦角甾醇
分解代谢
单糖分解途径:
EMP(糖酵解)途径
碳架结构变化
②生理意义:a. 产生ATP, b. 产生NADH2, c. 小分子碳架,d. 生糖。
分布广泛。
歧路:(兼性)好氧菌中的丙酮醛支路。
笔记:EMP途径又叫二磷酸己糖途径,原因是1,6-二磷酸果糖酶为该途径的特征酶。
其过程一般为激活----氧化-----产能。小分子碳架指c3,c4
HMP途径
①经典途径
②Williams等发现的新途径。
③生理功能:a. 提供多种碳架,b. 产生NADPH2,c. 产生Ru5P。
④分布广泛。
与EMP的联系。
笔记:HMP途径又叫单磷酸己糖途径,不是严格的分解代谢途径
ED途径
①碳架结构的变化
②特点:a. KDPG, b. 特征酶:KDPG醛缩酶,c. ATP。
③分布:主要限于Pseudomonas
笔记:1. ED途径比HMP途径短
KDPG通过裂解产生丙酮酸和甘油醛,只有一半产生了ATP,故ATP产生数量比EMP途径少近一半,但产热多。
其过程为:激活---氧化----脱水
4. WD途径(裂解直接产物为乙酰磷酸)
①碳架结构变化:a. PK途径(磷酸-戊糖分解), b. HK途径(己糖分解)。
②特点:a. 特征酶为磷酸解酮酶,b. 特征反应…。
③生理意义:a. 仅分布在少数细菌中,b. PK途径为戊糖分解的重要途径,c.
H K途径为己糖分解的重要途径。
笔记:1常用程度:HMP>EMP>ED>WD
2这四个途径都从葡萄糖开始
从Glc到Pyr四条途径的总结:
1.如何确定a. 特征酶,b. 放射性同位素标记。
2.丙酮酸代谢(氧化或者还原,为共同代谢产物必经之路)
丙酮酸代谢的途径:
①发酵:a. 乙醇发酵,b. 乳酸发酵,c. 丁酸型发酵,d. 丙酸发酵,e. 混合酸和丁二醇发酵;
②TCA (呼吸)
乙醇发酵
酵母的乙醇发酵——现象、产物与机理:
第一型发酵(在时,产物为乙醇。)
第二型发酵(在3%的NaHSO3时,产物为甘油和乙醇。)
第三型发酵(在时,产物为乙醇、乙酸和甘油。),高渗发酵(例如当环境中的NaCl为时,产物主要为甘油。)
细菌的乙醇发酵:经ED途径
笔记:
利用酵母进行酒精发酵的优点是抗高渗,缺点是只能利用葡萄糖