第四章微生物营养MicrobialNutrition营养物质:微生物为了生存就必须从环境中吸取各种物质以合成细胞物质、提供能量以及在新陈代谢中起调节作用。这些物质就称为营养物质。营养的概念:有机体吸取和利用营养物质的过程。第一节微生物的营养要求一、微生物细胞的化学组成二、营养物质及其生理功能三、微生物的营养类型NutritionalRequirementsofMicrobialCells一、微生物细胞的化学组成(一)化学元素(chemicalelement):大量元素(macroelement):碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁(其中前六种占细菌细胞干重的97%)。微量元素(traceelement):锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼。元素细菌酵母菌霉菌碳5049.847.9氮1512.45.2氢86.76.7氧2031.140.2磷3——硫1——表4—1微生物细胞中几种主要元素的含量(干重%)(二)元素在细胞内存在形式:上述元素主要以水、有机物、无机盐的形式存在于细胞中:1、水(1)营养细胞含水量高,占细胞总重的70%~90%酵母70%~80%细菌70%~85%霉菌85%~90%(2)细菌芽孢、霉菌孢子含水量较低(一般为40%左右)。(3)大部分含的是结合水,小部分是游离水。游离水:干重法可测得;结合水:不易蒸发、不冻结、也不能渗透,占水总量的17%—28%。2、有机物质(1)在细胞的全部干物质中,90%以上是有机物质。(2)构成的有机元素有:C、H、O、N。通常C与N在细胞成分中的比例约为C:N≈4:1。(3)有机物质包括:①蛋白质大部分与其它物质形成结合蛋白。核蛋白(核酸+pr)合成Pr的场所;脂蛋白(脂类+pr)构成各种膜系统②核酸两种:NDA、RNA;含量:细菌>真菌酵母>霉菌③糖类有单糖、双糖和多糖。A.大部分以多糖的形式存在(肽聚糖、葡聚糖、甘露聚糖)。B.作为细胞的结构物质,参与细胞的组成。C.作为细胞的贮藏物质④脂类或游离,或与蛋白质、糖类结合成,缺碳、能源时,可被细胞利用。磷脂:主要是卵磷脂,与Pr结合成脂蛋白,是膜的组成成分。蜡:某些微生物的细胞壁外含有,对细胞具保护作用。固醇:真菌含有,主要是麦角固醇(VD前体),故作VD生产菌。⑤维生素主为B族V,尤以VB2、VB12为多,是许多酶活性基组成成分,酵母细胞中富有,故作B族V的生产菌。⑥其它色素、毒素、抗生素等。2、有机物质3、无机元素(1)占细胞干重的3%--10%。(2)大量元素(macroelement):P、S、K、Na、Ca、Mg,以P含量最高,可达全部灰分的50%。(3)微量元素(traceelement):Fe、Zn、Mn、B、Mo、Si(一)、碳源(Carbonsource)◆定义:凡可被用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的营养物质。◆功能:提供合成细胞物质及代谢物的原料;并为整个生理活动提供所需要能源(异养微生物)。◆种类:无机含碳化合物:如CO2和碳酸盐等。有机含碳化合物:糖与糖的衍生物(多糖:如淀粉、麸皮、米糠等;饴糖;单糖),脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含氮的化合物。类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机碳C·H·O·N·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等C·H·O·N多数氨基酸、简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等C·H·O糖、有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等C·H烃类天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等无机碳C(?)——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3、等微生物的碳源谱微生物工业发酵中用做碳源的原料代粮发酵:纤维素、石油、CO2、H2传统种类:糖类(单糖,饴糖)淀粉(玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉等)麸皮各种米糠等假单胞:能利用90多种碳源。甲烷氧化菌:只能利用甲烷、甲醇某些纤维素分解菌,只能利用纤维素。不同微生物,对碳源的利用能力不同。凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养源。种类:分子态氮(N2)主要是一些固氮微生物无机氮:无机氮化物NO3-NO2-NH4+等;有机氮:脲、胺、氨基酸、蛋白质、嘌呤或嘧啶实验用氮源:牛肉膏、蛋白胨、酵母膏工业用氮源:尿素、氨水、花生饼粉、豆饼粉、麸皮、鱼粉、玉米浆等功能:1)提供合成细胞中含氮物,如蛋白质、核酸,以及含氮代谢物等的原料;2)少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。(二)氮源(Nitrogensource):硝酸盐NO3NH4+蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用,这种氮源叫迟效氮源。无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用,这种氮源叫做速效氮源。铵盐氨基酸入胞细胞物质蛋白胨豆饼蚕蛹粉分解入胞细胞物质诱导酶诱导酶生理酸性盐和生理碱性盐(NH4)2SO42NH4++SO42-入胞pHK+(Na+)+NO3-入胞pHKNO3NaNO3NH4NO3NH4+(先入胞)+NO3-(后入胞)(三)无机盐(inorganicsalt)定义:为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素(包括大量元素和微量元素)的物质,多以无机盐的形式共给。大量元素:P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe(微生物生长所需浓度在10-3~10-4mol/L)微量元素:Cu、Zn、Mn、Mo、Co(微生物生长所需浓度在10-6~10-8mol/L)一般微生物生长所需要的无机盐少,特别是微量无素,常混杂在其它营养养质里,除特别需要外,一般不必另外添加。无机盐的生理功能:无机盐大量元素微量元素一般功能特殊功能酶的激活剂(Cu2+、Mn2+、Zn2+等)特殊分子结构成分(Co、Mo等)维持渗透压生理调节物质酶的激活剂pH的稳定化能自养菌的能源(S、Fe2+、NH4+、NO2-)无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-)细胞内一般分子成分(如P,S,Ca,Mg,Fe等)(四)生长因子(growthfactor):定义:是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大,但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成,或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型”微生物。categories:Growthfactorsareorganizedintothreecategories:1.purinesandpyrimidines:requiredforsynthesisofnucleicacids(DNAandRNA)2.aminoacids:requiredforthesynthesisofproteins3.vitamins:neededascoenzymesandfunctionalgroupsofcertainenzymes生长素通常由酵母膏、动物肝浸出液或某些果实浸出液(马铃薯、麦芽汁、玉米浆)提供。有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些氨基酸的酶,所以不能合成生长所必需的氨基酸,这类微生物被称为“氨基酸缺陷型”。最早发现的生长因子是维生素,目前已经发现许多维生素都能起生长因子的作用。维生素大部分是构成酶的辅基或辅酶,需要量很少,但是缺少维生素微生物不能正常生长。根据微生物对生长因子的需要存在差异,可分为:1.野生型(wildtype)原养型不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株。2.营养缺陷型(auxotroph)由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需要提供特定生长素物质才能生长的菌株。水的生理功能:1、水是微生物细胞的重要组成成分,占营养细胞70%~90%。2、水是良好的溶剂。营物吸收,代谢产物的排泄,代谢反应物的代谢反应。3、水直接参与某些代谢反应如水解反应,光合作用。4、可有效调节细胞内的温度。(五)水(water)◆微生物对水的需要程度(水对微生物生长的影响)常用环境(或基质)中的水活度值(wateractivity,w)表示。所谓w就是水的有效浓度。◆定义:水活度为在一定的温度条件下,溶液的蒸汽压(材料上部蒸气相中水浓度)与纯水的蒸汽压(即纯水上部蒸气相中水浓度)之比,即:w=/o表示溶液的蒸汽压o表示纯水的蒸汽压◆在w为0.60~0.99的环境条件均有微生物生长,但对某种微生物而言,它对w的要求是一定的,微生物对水的需求有相当的变化程度。即微生物不同,其生长的最适w亦不同。几类微生物生长最适w微生物w一般细菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80噬盐细菌0.70噬盐真菌0.65嗜高渗酵母0.60◆为了表示微生物生长与水的关系,有时也常用相对湿度(RH)的概念(w×100=RH);通常也用测定蒸气相中相对湿度的方法得知溶液或物质的水活度。三、微生物的营养类型根据生长所需要的营养物质的性质(碳源),可将生物分成两种基本的营养类型异养型生物:在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质自养型生物:在生长时能以简单的无机物质作为营养物质动物属于异养型生物,植物属于自养型,而微生物既有异养型的也有自养型的,大多数微生物属于异养型生物,少数微生物属于自养型生物。根据生长时能量的来源不同,又可将生物分成两种类型化能营养型生物:依靠化合物氧化释放的能量进行生长光能营养型生物:依靠光能进行生长动物和大部分微生物属于化能营养型生物,它们从物质的氧化过程中获得能量。植物和少部分微生物属于光能营养型生物按供氢体分无机营养型生物;有机营养型生物:营养类型光能自养型微生物以C02作为唯一碳源或主要碳源,并利用光能,以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化物作为供氢体将CO2还原成细胞物质,同时产生元素硫光能CO2+H2S[CH2O]+2S+H2O光合色素光能自养型微生物包括蓝细菌(含叶绿素)、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物(含细菌叶绿素),由于含有光合色素,因而能使先能转变成化学能(ATP),供机体直接利用。光能异养型微生物以CO2为主要碳源或唯一碳源,以有机物(如异丙醇)作为供氢体,利用光能将CO2还原成细胞物质,红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。光能2(H3C)2CHOH+CO22CH3COCH3+[CH2O]+H2O光合色素光能异养型细菌在生长时大多数采要外源的生长因子利用光能,以简单有机物(醇、有机酸)为供氢体同化CO2CH3│光能CO2+2CH2-CHOH----→[CH2O]+2CH3COCH3+H2O菌绿素例:红螺菌属(Rhodospirillum)光能异养型微生物化能自养型微生物以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源,以无机物氧化释放的化学能为能源,,利用电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使CO2还原成细胞物质。这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。通过氧化无机物取得能量,并以CO2为唯一或主要碳源1.硝化细菌:亚硝化细菌2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H++132Kcal硝化细菌NO2-+1/2O2→NO3-+18.1Kcal化能无机营养型2.硫化细菌:通过氧化还原态的无机硫化物(H2S、S、S2O32-、SO32-)获得能量(硫杆菌属,硫微螺菌属)H2S+1/2O2→S+H2O+50.1KcalS+11/2O2+H2O→H2SO4+149.8Kcal3.铁细菌:氧化Fe2+为Fe3+获取能量并同化CO22Fe2++1/2O2+2H+→2Fe3++H2O+21.2Kcal4.氢细菌:具有氢化酶,从氢的氧化获取能量,同化CO2H2+1/2O2→H2O+56.7Kcal化能异养型微生物多数微生物属于化能异养型,其生长所需要能量和碳源通常来自同一种有机物。根据化能异养型微生物利用有机物的特性,又可以将其分为下列两种类型:腐生型微生物:利用无生命活性的有机物作为生长的碳源。寄生型微生物:寄生在生活的细胞内,从寄生体内获得生长所需要的营养物质。存在于寄生与腐生之间的中间过渡类型微生物,称为兼性腐生型或兼性寄生型。自养微生物:不依赖任何有机营养物即可正常生活的微生物。异养微生物:至少需要提供一种大量有机物才能满足其正常营养要求的微生物(即其碳源必须是有机物,供氢体是有机物,能源可以是氧化有机物活利用日光能)关于营养类型的定义:第二节培养基(medium)定义:由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质(混合养料)。特点:任何培养基都应具备微生物所需要的五大营养要素,且应比例适当。所以一旦配成必须立即灭菌。用途:促使微生物生长;积累代谢产物;分离微生物菌种;鉴定微生物种类;微生物细胞计数;菌种保藏;制备微生物制品一、培养基的配制原则(一)培养基组分应适合微生物的营养特点(目的明确)(二)营养物的浓度与比例应恰当(营养协调)(三)物理化学条件适宜(条件适宜)(四)根据培养目的选择原料及其来源(经济节约)(一)培养基组分应适合微生物的营养特点即根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。不同营养类型的微生物,其对营养物的需求差异很大。如自养型微生物的培养基完全可以(或应该)由简单的无机物质组成。异养做生物的培养基至少需要含有一种有机物质,但有机物的种类需适应所培养菌的特点。按微生物的主要类群来说,它们所需要的培养基成分也不同:细菌:牛肉膏蛋白胨培养基LB(Luria-Bertani)放线菌:高氏一号培养基真菌:查氏合成培养基PDA(Potato-Dextrose-Agar)酵母菌;麦芽汁(二)营养物的浓度与比例应恰当●浓度过高——微生物的生长起抑制作用,浓度过小——不能满足微生物生长的需要。●碳氮比(C/N)直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累,故常作为考察培养基组成时的一个重要指标;●速效性氮(或碳)源与迟效性氮(或碳)源的比例●各种金属离子间的比例碳源中的碳原子的mol数氮源中所含的氮原子的mol数C/N比值=例:谷氨酸生产中C/N=4/1时,菌体大量繁殖,谷氨酸积累少;C/N=3/1时,菌体生长受抑制,而谷氨酸大量增加。(三)物理化学条件适宜(1)pH:各类微生物的最适生长pH值各不相同:细菌:7.0~8.0放线菌:7.5~8.5酵母菌:3.8~6.0霉菌:4.0~5.8代谢过程中,由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累,培养基的初始pH值会发生改变。调节方式:A.配制培养基时,用1摩尔浓度的NaoH或HCl调B.生长过程中酸碱度的改变用缓冲剂(K2HPO4—KH2PO4)C.微生物大量产酸时,用CaCO3(不溶性)中和D、生产中按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液(三)物理化学条件适宜(续)☆磷酸缓冲液:pH值从6.0~7.6之间K2HPO4+HClKH2PO4+KClKH2PO4+KOHK2HPO4+H2O☆加入CaCO3:CO32–HCO3–H2CO3CO2+H2O+H+–H–+H+–H–☆培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。(2)渗透压渗透压等渗溶液适宜微生物生长高渗溶液细胞发生质壁分离低渗溶液细胞吸水膨胀,直至破裂大多数微生物适合在等渗的环境下生长,而有的菌如Staphylococcusaureus则能在3mol/LNaCl的高渗溶液中生长。能在高盐环境(2.8~6.2/LNaCl)生长的微生物常被称为嗜盐微生物(Halophiles)。(3)氧化还原电势(redoxpoyential)各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求:好氧微生物:+0.3~+0.4V,(在>0.1V以上的环境中均能生长).厌氧微生物:只能在+0.1V以下生长兼性厌氧微生物:+0.1V以上呼吸、+0.1V以下发酵培养基是多氧化还原偶的复杂电化学系统,测出的Eh值仅代表其综合结果。对微生物影响最大的是:分子氧和分子氢的浓度培养基中常用的还原剂:巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。(四)根据培养基的应用目的选择原料及其来源该培养基的应用目的,即:是培养菌体还是积累代谢产物?是实验室种子培养还是大规模发酵?代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物?☆用于培养菌体种子的培养基营养应丰富,氮源含量宜高(碳氮比低);☆用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般应比种子培养基稍低,(但若发酵产物是含氮化合物时,有时还应提高培养基的氮源含量);若代谢产物是次级代谢产物时要考虑是否加入特殊元素或特定的代谢产物;☆当所设计的是大规模发酵用的培养基时,应重视培养基中各成份的来源和价格,应选择来源广泛、价格低廉的原料,提倡以粗代精,以废代好。二、培养基的类型及其应用★-1根据所培养微生物的微生物类群来分①细菌培养基②放线菌培养基③霉菌培养基★-2根据培养目的来分①种子培养基(seedculturemedium)———是为保证发酵生产获得大量优质种子而设计的培养基,特点是营养较丰富,氮源比例较高。有时为使菌种能迅速适应后面的发酵条件,还有意识地加入发酵培养基的基质。②发酵培养基(fermentationmedium)——用于生产预定发酵产物,一般以碳为主要元素,碳源含量往往高于种子培养基。大规模生产时,原料应价廉易得,还应有利于下游的分离提取。★-1细菌培养基——营养肉汤(nutrientbroth):牛肉膏3g;水1000ml;蛋白胨5g;pH7.2~7.4放线菌培养基——高氏1号:可溶性淀粉20g;KNO31g;K2HPO41gMgSO40.5gNaCl1g;FeSO4•7H2O0.5g水1000ml;pH7.2~7.4霉菌培养基——查氏(zapek)培养基:蔗糖30g;KCl0.5g;MgSO4.H2O0.5g;FeSO40.5g水1000ml;K2HPO41g;NaNO33g;pH6.7酵母菌培养基——麦芽汁培养基味精生产菌北京棒状杆菌AS1299的一级种子(用摇床培养)培养基配方:葡萄糖3%玉米浆2.5~3.5%尿素0.3~0.5%K2HPO40.1~0.2%MgSO40.05%二级种子(1200升发酵罐)培养基配方:以水解糖3%代替葡萄糖3%,其他成分相同。★-3按对培养基成分的了解程度来分①天然培养基(complexmedium):也称作chemicallyundefinedmedium。利用生物的组织、器官以及它们的抽提物或制品制成的培养基即利用化学成分还不完全清楚或不恒定的天然物质(麦芽汁、米曲汁、豆芽汁、玉米粉、麸皮、马铃薯、豆饼粉、花生饼粉、鱼粉、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏)制成的培养基。②合成(组合)培养基(syntheticmedium):也称作chemicallydefinedmedium.由已知成分和数量的化学药品配制而成的培养基。该类培养基的组成成分精确、清楚,重复性强,但微生物生长较慢。③半合成培养基(semi-definedmedium):在一部分采用天然材料,部分用已知的化学药品组成的培养基.如马铃薯蔗糖培养基★-4按培养基的物理状态来分①液体培养基(liquidmedium):将各营养成分按一定的量加入定量水溶解后即成。②固体培养基(solidmedium):在液体培养基中加入一定量能固化的胶体物质而制成。天然固体营养基质制成的培养基.③半固体培养基(semi-solidmedium):在液体培养基中加入0.2-0.7%的琼脂构成的培养基。1.不被微生物分解、利用、液化;2.不因消毒灭菌而被破坏;3.在微生物的生长温度内保持固态;4.凝固点的温度对微生物无害;5.透明度好,粘着力强理想凝固剂应具备的条件★-5按特殊用途划分1、生理特性试验用培养基如糖发酵培养基:判断产酸、产气情况,指示剂为酸性复红。明胶培养基:判断蛋白酶的产生情况穿刺→30℃培养→冰箱→观察液化情况淀粉培养基:判断淀粉酶的产生与产量碘液培养透明圈2、增殖培养基定义:为从混杂的微生物群体中分离出某一种微生物而设计的适于该种微生物在其中迅速生长(占优势),其它微生物逐渐被淘汰。常用于菌种筛选。如:滤纸条培养基:筛选纤维素分解菌滤纸无机盐(无纤微素粉、琼脂碳源)石蜡油培养基:在基础培养基上加入石蜡油作碳源,筛选石油脱腊酵母。3、选择性培养基(selectivemedium)定义:在培养基中加入某种药剂(抑菌剂、杀菌剂)以抑制不需要的微生物生长。分离石油脱蜡酵母:加氯霉素抑细菌分离放线菌:加10%酚数滴抑细菌、霉菌分离酵母、霉菌:加PC、四环素、链霉素抑细菌、放线菌分离G(-):加结晶紫、抑G(+)4、鉴别培养基differentialmedium定义:在培养基中加入某种试剂,使培养后发生某种变化,从而区别不同类型的微生物。伊红一美兰培养基(EMB):区别大肠与产气杆菌。大肠杆菌发酵乳糖时能使伊红与美兰结合成黑色化合物,菌落呈紫黑色、有金属光泽,较小;而产气菌菌落较大,温润,呈棕色。EMB(EosinMethyleneBlue)Figure14.Left:Escherichiacolicells.Right:E.colicoloniesonEMBAgar.5、基础培养基minimummedium定义:是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基。另外基础培养基也可作为一些特殊培养基的基础成分(如制备糖发酵培养基时).6、加富培养基enrichedmedium定义:在普通培养基中加入某些特殊的营养物,如血、血清、动、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。用来培养营养要求苛刻的微生物,或用以富集(数量上占优势)和分离某中微生物.(四)其它对于专性寄生的微生物如病毒、立克次氏体等,不能人工培养在普通培养基上。通常是接种在动植物体内,动植物组织或细胞里培养。常用的动物有小白鼠、家兔、豚鼠等。可用鸡胚培养新城域鸡瘟病毒、牛痘病毒、天花病毒、狂犬病毒等。将病毒注射到鸡胚的绒毛尿囊膜、尿囊、羊膜囊或卵黄囊中培养即可得。三、培养基的配制方法1、按照配方的组成及用量分别称量及配成液体2、调酸碱度3、配固体培养基加入2%琼脂并加热熔化4、分装试管、△瓶并塞上棉塞5、包扎、灭菌、备用例一:斜面培养基的配制程序称量→量水加热→熔化琼脂→加其它成分→调酸碱度→补足水分→分装→加塞→包扎→灭菌→摆斜面例二:平板培养基的配制程序称料→熔解→定溶→调酸碱度→装△瓶→加2%琼脂→加塞包扎→灭菌→倒平板→冷凝备用1.生态模拟调查所培养菌的生态条件,查看“嗜好”,对“症”下料———初级天然培养基.2.查阅文献查阅、分析文献,调查前人的工作资料,借鉴人家的经验,以便从中得到启发设计有自己特色的培养基配方.3.精心设计借助优选法或正交试验设计法等方法.四、设计培养基的方法四、设计培养基的方法(续)4、实验比较:不同培养基配方的选择比较单种成分来源和数量的比较几种成分浓度比例调配的比较小型试验放大到大型生产条件的比较pH和温度试验高压蒸气灭菌一般培养基:1.05Kg/cm2,121.3℃,15-30min含糖培养基:0.56Kg/cm2,112.6℃,15-30min培养基的灭菌第三节营养物质进入细胞某种物质能否作为营养物支持微生物生长,首先取决于它能否进入细胞,其次决定于微生物是否具有利用它的能力。一、细胞质膜的结构与透性物质进出细胞,有三道屏障:荚膜、粘液层蔬松对物质的运输影响较小细胞壁粗筛,允许一定分子大小物质通过,无选择性细胞质膜半渗透膜,高度的选择性细胞质膜的透性①水分子最易透过。②大分子物质必须由胞外酶水解成小分子可溶于水的物质才可透过。③脂溶性物质比水溶性物质更易透过。④弱电解质比强电解质易透过。⑤低价离子比高价离子易透过。谷氨酸生产菌:生物素缺陷型≠>脂肪酸≠>磷脂≠>细胞膜缺损≠>膜透性↑二、营养物质吸收方式被输送的物质,靠细胞内外浓度为动力,以透析或扩散的形式从高浓度区向低浓度区的扩散。1、单纯扩散simplediffusionorpassivediffusion)单纯扩散simplediffusionorpassivediffusion)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;②在扩散过程中营养物质的结构不发生变化:即既不与膜上的分子发生反应,本身的分子结构也不发生变化;③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,即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小,直到胞内外物质浓度相同;④不需要载体参与;扩散是一个不需要代谢能的运输方式:因此,物质不能进行逆浓度运输。⑤可运送的养料有限:限于水、溶于水的气体,及分子量小,脂溶性、极性小的营养物质。smosisflowstowardshighsaltconcentrations单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜内细胞膜2、促进扩散(facilitateddiffusion)特点:在促进扩散过程中营养物质本身在分子结构上也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)参与物质运输被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性养料浓度过高时,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,例如通常在厌氧生活的酵母菌中,某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。Embededprotein:Proteinsthatactascarriersaretoolargetomoveacrossthemembrane.Theyaretransmembraneproteins.Theycyclebetweentwoconformationsinwhichasolutebindingsiteisaccessibleononesideofthemembraneortheother.促进扩散模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合结合构象改变3、主动运输(Activetransport)特点:物质在主动运输的过程中需要消耗代谢能可以进行逆浓度运输的运输方式需要载体蛋白参与对被运输的物质有高度的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同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同,好氧微生物中直接来自呼吸能,厌氧微生物主要来自化学能,光合微生物中则主要来自光能。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。主动运输模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变ADP+PiATPNa+-K+-ATP酶系统Na+-K+-ATPase是存在于原生质膜上的一种重要离子通道蛋白功能:利用ATP能量将Na+由细胞内“泵”出胞外,并将K+“泵”入胞内。该酶由大小两个亚基组成(MW:12万,5.5万)作用步骤:1.ATP酶(E)在细胞内侧与3个Na+结合,同时消耗能量;2.磷酸化ATP酶(E+)构象变化将Na+排除胞外,并与2个K+结合;3.K+激发E+脱磷酸化恢复为E,同时将K+运入细胞.基因转位是一种特殊的主动运输,与普通的主动运输相比,营养物质在运输的过程中发生了化学变化(糖在运输的过程中发生了磷酸化)。其余特点与主动运输相同。基因转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,以及核苷与脂肪散的运输4、基团转位(Grouptranslocation)在酶Ⅰ的作用下HPr被激活在酶Ⅱ的作用下P-HPr将磷酸转移给糖运送机制:是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖磷酸转移酶系统.运送步骤:(1)热稳载体蛋白(HPr)的激活细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的磷酸基团把HPr激活。酶1PEP+HPr丙酮酸+P-HPrHPr是一种低分子量的可溶性蛋白,结合在细胞膜上,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2结合,再被转运到内膜表面。这时,糖被P-HPr上的磷酸激活,并通过酶2的作用将糖-磷酸释放到细胞内。酶2P-HPr+糖糖-P+HPr酶2是一种结合于细胞膜上的蛋白,它对底物具有特异性选择作用,因此细胞膜上可诱导出一系列与底物分子相应的酶2。基团移位模式图细胞膜外细胞膜内SSSS细胞膜Enz2Enz2Enz2Enz2SSHPrP~PHPr~Enz1+PEP丙酮酸SpecialCases1. Endocytosis2. Exocytosis膜泡运输四种运输营养物质方式的比较比较项目单纯扩散促进扩散主动运输基团转位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有快由稀至浓胞内浓度高特异性需要不变有快由稀至浓胞内浓度高特异性需要改变思考题:1、简述微生物营养的五大要素及其功能。2、列表说明微生物的四大营养类型。3、细胞质膜的结构与透性各有何特点。4、微生物吸收营养物质的方式有哪几种?各有何特点?5、什么叫培养基?按营养物质的来源可分哪几种?6、试述培养基的制备原则及制备方法。
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