微生物学 第三节 营养物质进入细胞的方式

细胞膜外
细胞膜
细胞膜内
S S SEnz2来自SEnz2~
HPr
P
Enz1+ PEP 丙酮酸
Enz2
S
P
Enz2 S
~
HPr
基团移位模式图 基团移位模式图
四种运输营养物质方式的比较
比较项目 特异载体蛋白 运输速度 物质运输方向 胞内外浓度 运输分子 能量消耗 运输后物质的 结构
单纯扩散 促进扩散 无 慢 由浓至稀 相等 无特异性 不需要 不变 有 快 由浓至稀 相等 特异性 不需要 不变
酶1
丙酮酸 + P-HPr
HPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上， 是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上， 是一种低分子量的可溶性蛋白 具有高能磷酸载体的作用。 具有高能磷酸载体的作用。
2. 糖被磷酸化后运入膜内 膜外环境中的糖先与外膜表面的酶II结合， 膜外环境中的糖先与外膜表面的酶 结合，再被转运 结合 到内膜表面。这时，糖被 上的磷酸激活， 到内膜表面。这时，糖被P-HPr上的磷酸激活，并通过酶 上的磷酸激活 II的作用将糖 磷酸释放到细胞内。 的作用将糖-磷酸释放到细胞内 的作用将糖 磷酸释放到细胞内。
主动运输 有 快 由稀至浓 胞内浓度高 特异性 需要 不变
基团转位 有 快 由稀至浓 胞内浓度高 特异性 需要 改变
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细胞膜 外
细胞膜
细胞膜 内
单纯扩散模式图
2、促进扩散 (facilitated diffusion) 、
营养物通过与细胞膜上载体蛋白（ 营养物通过与细胞膜上载体蛋白（也称作透过酶 载体蛋白 permease）的可逆性结合来加快其传递速度。 ）的可逆性结合来加快其传递速度。 营养物质本身在分子结构上不会发生变化； 营养物质本身在分子结构上不会发生变化； 结构上不会发生变化 不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输。 运输的速率 不消耗代谢能量， 不能进行逆浓度运输。 由胞内外该物质的浓度差决定； 由胞内外该物质的浓度差决定； 需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输； 需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输； 载体蛋白 被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性； 被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性； 特异性 营养物浓度过高时, 与载体蛋白出现饱和效应 饱和效应； 营养物浓度过高时 与载体蛋白出现饱和效应； 促进扩散的运输方式多见于真核微生物中。 促进扩散的运输方式多见于真核微生物中。
②在扩散过程中营养物质的结构不发生变化：即既不与膜上 在扩散过程中营养物质的结构不发生变化： 结构不发生变化 的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化； 的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化； ③不需要载体参与；扩散是一个不需要代谢能的运输方式，因 不需要载体参与；扩散是一个不需要代谢能的运输方式， 参与 此，物质不能进行逆浓度运输； 物质不能进行逆浓度运输； ④物质运输的速率较慢：速率与胞内外营养物质的浓度差有关 物质运输的速率较慢： 速率较慢 ，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物 即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小， 质浓度相同； 质浓度相同； ⑤可运送的营养物有限：限于水、溶于水的气体，及分子量小 运送的营养物有限：限于水、溶于水的气体， 的营养物有限 ，脂溶性、极性小的营养物质。 脂溶性、极性小的营养物质。
第三节 营养物质进入细胞的方式
1、单纯扩散 、单纯扩散(simple diffusion or passive diffusion)
被输送的物质，靠细胞内外浓度为动力， 被输送的物质，靠细胞内外浓度为动力，以扩散的形式 内外浓度为动力 从高浓度区向低浓度区的扩散。 高浓度区向低浓度区的扩散。 特点： 特点： ①扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物质通过细 扩散是非特异性的营养物质吸收方式： 非特异性的营养物质吸收方式 胞膜中的含水小孔， 胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩 散；
酶II
P-HPr + 糖
糖-P + HPr
是一种结合于细胞膜上的蛋白， 酶II是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特 是一种结合于细胞膜上的蛋白 异性选择作用， 异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出一系列与底物分子 相应的酶II。 相应的酶 。
在酶Ⅱ的作用下P-HPr将磷 酸转移给糖
在酶Ⅰ的作用 下HPr被激活
4、基团移位 、基团移位(group translocation)
指一类既需特异性载体 基团移位(group translocation)：指一类既需特异性载体 蛋白的参与，又需耗能，同时营养物在运送前后还会发生分 蛋白的参与，又需耗能，同时营养物在运送前后还会发生分 子结构的变化的一种物质运送方式 子结构的变化的一种物质运送方式 ，因此它不同于一般的 主动运输。基团移位主要用于运送各种糖类(葡萄糖、果糖、 葡萄糖、果糖、 主动运输。 甘露糖和N-乙酰葡糖胺等)、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等物质。 核苷酸、丁酸和腺嘌呤等物质。 基团移位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中， 基团移位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，也主要 是用于单（或双）糖与糖的衍生物， 是用于单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷与脂肪散的运 输
细胞膜外
细胞膜
构象 恢复 改 变 移位 象 构
细胞膜内
促进扩散模式 图
3、主动运输(active transport) 、主动运输
在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体蛋白逆 在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体蛋白逆营养物 载体蛋白 浓度梯度吸收物质的过程 需要消耗能量； 需要消耗能量； 消耗能量 可以进行逆浓度运输； 可以进行逆浓度运输； 逆浓度运输 需要载体蛋白参与； 需要载体蛋白参与； 蛋白参与 对被运输的物质有高度的立体专一性； 对被运输的物质有高度的立体专一性； 立体专一性 被运输的物质在转移的过程中不发生任何化学变化 不发生任何化学变化。 被运输的物质在转移的过程中不发生任何化学变化。
Comparison of passive and active transport
不同微生物在主动运输过程中所需的能量来源不同， 不同微生物在主动运输过程中所需的能量来源不同，好氧 微生物直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能， 微生物直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合 微生物则主要来自光能。 微生物则主要来自光能。 主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。 主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。
运送机制：是依靠磷酸转移酶系统， 运送机制：是依靠磷酸转移酶系统，即磷酸烯醇式丙酮 己糖磷酸转移酶系统。 酸-己糖磷酸转移酶系统。 己糖磷酸转移酶系统 运送步骤： 运送步骤： 1. 热稳载体蛋白 热稳载体蛋白(heat-stable carrier protein，HPr)的激活 ， 的激活 细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸 细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（ ） 基团把HPr激活。 激活。 基团把 激活 PEP + HPr