微生物的营养主要内容微生物的营养物质微生物对营.pptx
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1、第四章第四章 微生物的营养微生物的营养主要内容主要内容 微生物的营养物质微生物的营养物质 微生物对营养物质的吸收微生物对营养物质的吸收 微生物的营养类型微生物的营养类型 培养基培养基第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成微生物的五种营养要素微生物的五种营养要素 营养物质是微生物生存的物质基础,而营养营养物质是微生物生存的物质基础,而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。营养物质营养物质:能够满足机体生长、繁殖和完成各种能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质生理活动所需要的物质.营
2、养营养:微生物获得和利用营养物质的过程。微生物获得和利用营养物质的过程。化学组成化学组成元素组成元素组成化合物组成化合物组成C、H、O、N、P、S、K、Mg、Ca、Fe、Mn、硼硼 Cl、Cu、Co、Zn、钼、硒等,其中、钼、硒等,其中C、H、O、N、P、S六种元素占六种元素占菌体干重的菌体干重的97%水水 有机物有机物 无机盐无机盐 一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成二、微生物的五种营养要素二、微生物的五种营养要素碳源 氮源 无机盐 生长因子 水 营养物质按照它们在机体中的生理作用不同,可以将它们区营养物质按照它们在机体中的生理作用不同,可以将它们区分成五大类。分成五大类。凡是
3、能提供微生物细胞物质凡是能提供微生物细胞物质和代谢产物中碳素来源的营和代谢产物中碳素来源的营养物质都称为碳养物质都称为碳 源源。碳 源碳源功能碳源种类碳源功能C素构成细胞及代谢产物的骨架 C素是大多数微生物代谢所需的能量来源 碳源种类无机C源:CO2、碳酸盐,只能被自养微生物利用有机C源:各种糖类,其次是有机酸、醇类、脂类和烃类化合物 对于为数众多的化能异养微生物来说,碳源是兼有能源对于为数众多的化能异养微生物来说,碳源是兼有能源功能营养物。功能营养物。目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是糖类目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是糖类物质、麸皮、米糠等。物质、麸皮、米糠等。实验室
4、常用的碳源主要有葡萄糖、蔗糖、甘露醇、有机实验室常用的碳源主要有葡萄糖、蔗糖、甘露醇、有机酸等酸等.凡是能提供微生物细胞物质和代谢产物中氮素来源的营养物质都称为氮源。氮 源氮源功能氮源种类 为微生物提供合成细胞物质代谢产物的原料,氮源一般不做能源,只有硝化细菌利用铵盐,亚硝酸盐作氮源,同时也作能源。同时也做能源。氮源功能氮源功能氮源种类氮源种类有机态氮:蛋白质及其降解产物 a速性氮源:实验室常用牛肉膏、蛋白 胨、酵母膏做氮源 b迟速性氮源:生产用玉米浆、豆 饼、葵花饼、花生饼等。分子态氮:固氮微生物以分子氮为唯一氮源无机态氮:硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用无无 机机 盐盐无机盐功能无机盐功能
5、 构成酶活性基的组成成分,维持E活性。Mg、Ca、K是多种E的激活剂 构成微生物细胞的组成成分调解微生物细胞的渗透压,PH值和氧化还原电 位作为某些自养微生物的能源和无氧呼吸的氢受体。Zn、Ca、Mn、Co、Mo等等微微量量元元素素,在在微微生生物物培培养养中中有有0.1PPM就就可可以以了了,自自来来水水原原料料中以够用,不需另加。中以够用,不需另加。无机盐种类无机盐种类 构成微生物细胞以构成微生物细胞以C、H、O、N、P、S六种元六种元素为主,约占细胞干重的素为主,约占细胞干重的95以上;以上;Ca、K、Mg、Fe为大量元素,以无机盐阳离为大量元素,以无机盐阳离子形式被吸收,配培养基进要加
6、磷酸盐、硫酸盐。子形式被吸收,配培养基进要加磷酸盐、硫酸盐。微生物生长所必需而且需要量很小,但微生物自身不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微量有机能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的微量有机化合物化合物 称为称为生长因子。生长因子。生生 长长 因子因子根据它们的化学结构和及其生理作用可分为:根据它们的化学结构和及其生理作用可分为:维生素维生素 氨基酸氨基酸嘌呤或嘧啶碱基嘌呤或嘧啶碱基 水水 水水是是一一切切生生物物生生存存的的基基本本条条件件,微微生生物物的的生生命命活活动动也也离离不不开开水水,微微生生物物细细胞胞含含水水约约占占细细
7、胞胞鲜鲜重重的的7090,水作用是多方面的。,水作用是多方面的。水的功能 是是细细胞胞中中生生化化反反应应的的良良好好介介质质;营营养养物物质质和和代代谢谢产产物物都都必必须须溶溶解解在在水水里里,才才能能被被吸吸收收或或排排出出体(细胞)外。体(细胞)外。水水的的比比热热高高,能能有有效效的的吸吸收收代代谢谢过过程程中中放放出出的的热量,不致使细胞的温度骤然上升。热量,不致使细胞的温度骤然上升。维持细胞的膨压(控制细胞形态)。维持细胞的膨压(控制细胞形态)。第二节微生物对营养物质的吸收第二节微生物对营养物质的吸收营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素:营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因
8、素:营养物质本身的性质(相对分子量、质量、溶解性、营养物质本身的性质(相对分子量、质量、溶解性、电负性等电负性等微生物所处的环境(温度、微生物所处的环境(温度、PHPH等);等);微生物细胞的透过屏障(原生质膜、细胞壁、荚膜等)。微生物细胞的透过屏障(原生质膜、细胞壁、荚膜等)。根据物质运输过程的特点根据物质运输过程的特点,可将物质的运输方式分为可将物质的运输方式分为自由扩散自由扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团转移基团转移自由扩散自由扩散原生质膜是一种半透性膜,营养物质通过原生质膜上的小原生质膜是一种半透性膜,营养物质通过原生质膜上的小孔,由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。孔,
9、由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。自由扩散特点:自由扩散特点:物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差。这种运输方式不消耗能量 没有特异性,被运输物质不与膜上物质发生任何反应,物质不发生化学变化。水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子,脂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(肪酸、乙醇、甘油、一些气体(O2O2、CO2CO2)及某些氨)及某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。自由扩散运输物质的种类:自由扩散运输物质的种类:促进扩散也叫协助扩散促进扩散也叫协助扩散促进扩散特点促进扩散特点 物质运输动力
10、是细胞外的浓度差。物质运输动力是细胞外的浓度差。运输过程不消耗能量。运输过程不消耗能量。有有膜膜载载体体参参加加,膜膜载载体体(渗渗透透酶酶)有有特特异异性性。运运输输葡葡萄萄糖糖的的载载体体只只运运输输葡葡萄萄糖糖。这这种种运运输输方方式式多多发发生生在在真真核核微微生生物物,原原核核生生物物少见。少见。促进扩散运输物质的种类:促进扩散运输物质的种类:通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质,但也有微生物对同一物质的运输
11、由一种以上的载体蛋的物质,但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。白来完成。主动运输主动运输特点:特点:被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内 要消耗能量,必需有能量参加。要消耗能量,必需有能量参加。有膜载体参加,膜载体发生构型变化有膜载体参加,膜载体发生构型变化 被运送物质不发生任何变化。被运送物质不发生任何变化。主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。质运输方式。通通过过这这种种方方式式运运输输方方式式吸吸收收的的营营养养物物质质:有有糖糖类类(乳乳糖糖、半半乳乳糖糖、阿阿拉拉伯伯糖糖等等
12、)、氨氨基基酸酸、核核苷苷、钾离子等。钾离子等。主动运输运输物质的种类:主动运输运输物质的种类:基基 团团 转转 位位 基团转位:是在研究糖的运输时发现的一种主动运输方式。运输过程中需要能量,被运输的物质发生化学变化的运输叫基团移位。许多糖就是靠基团移位进行运输的。这种运输方式是微生物通过磷酸转移酶系统(PTS)来运输营养物质的。E糖糖-P 膜外内EE-PP-HPrHPrPEP丙酮酸E糖基团移位磷酸转移磷酸转移E系统(系统(PTS)酶酶(非特异性)(非特异性)酶酶 酶酶 热稳定蛋白热稳定蛋白HPr(非特异性)(非特异性)在在PTS运输系统中,除运输系统中,除E 位位于细胞膜上外,其余三种成分都
13、于细胞膜上外,其余三种成分都存在于细胞质中。在糖的运输过存在于细胞质中。在糖的运输过程中,磷酸烯醇式丙酮酸上的磷程中,磷酸烯醇式丙酮酸上的磷酸通过酸通过E、HPr和和E 逐渐磷逐渐磷酸化,最后在酸化,最后在E 的作用下,的作用下,E 所携带的磷酸交给糖,生成磷酸糖释放于细胞质中。如大肠杆菌对葡萄糖吸收所携带的磷酸交给糖,生成磷酸糖释放于细胞质中。如大肠杆菌对葡萄糖吸收和金黄色葡萄球菌对乳糖吸收的结果表明,这些糖在运输的过程中发生了磷酸化。和金黄色葡萄球菌对乳糖吸收的结果表明,这些糖在运输的过程中发生了磷酸化。E磷酸化:磷酸化:PEP上的磷酸通过高能磷酸键结合到上的磷酸通过高能磷酸键结合到E的组
14、的组氨酸上氨酸上。PEP+E EP+P+丙酮酸丙酮酸磷酸糖生成:磷酸从磷酸糖生成:磷酸从E 转移到转移到E II,再转移到糖上,再转移到糖上,最后生成的磷酸糖释放到细胞质中。最后生成的磷酸糖释放到细胞质中。糖糖+E P-P-糖糖P P+E E HPr磷酸化:磷酸化:磷酸从磷酸从E转移到转移到HPr的组氨酸上。的组氨酸上。EP+P+HPr HPr P+P+E E 磷酸化:磷酸化:磷酸从磷酸从HPr转移到专一性的酶转移到专一性的酶E 上,以共上,以共价键与价键与E 的组氨酸或谷氨酸结合,的组氨酸或谷氨酸结合,E 的三个亚基同时被磷酸化。的三个亚基同时被磷酸化。HPr P+P+E E P+P+HPr
15、金黄色葡萄球菌对乳糖吸收过程概括如下:金黄色葡萄球菌对乳糖吸收过程概括如下:基团转移运输物质的种类:基团转移运输物质的种类:基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中,主要主要用于糖的运输,脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这用于糖的运输,脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这种方式运输。种方式运输。基团转移运输特点:被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内 需要磷酸酶系统进行催化需要磷酸酶系统进行催化 被运输的物质发生化学变化,被磷酸化被运输的物质发生化学变化,被磷酸化 需要能量需要能量比较项目比较项目 单纯扩散单纯扩散 促进扩散促
16、进扩散 主动运输主动运输 基团移位基团移位特异载体蛋白特异载体蛋白 无无 有有 有有 有有运送速度运送速度 慢慢 快快 快快 快快溶质运送方向溶质运送方向 由浓至稀由浓至稀 由浓至稀由浓至稀 由稀至浓由稀至浓由稀至浓由稀至浓平衡时内外浓度内外相等平衡时内外浓度内外相等 内外相等内外相等 内部高内部高内部高内部高运送分子运送分子 无特异性无特异性 特异性特异性 特异性特异性特异性特异性能量消耗能量消耗 不需要不需要 需要需要 需要需要需要需要运送前后溶质分子不变运送前后溶质分子不变 不变不变 不变不变改变改变载体饱和效应载体饱和效应无无 有有 有有 有有与溶质类似物与溶质类似物 无竞争性无竞争性
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