第五章微生物的營養(yǎng)與代謝

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第五章 微生物的營養(yǎng)與代謝,通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握：,1,、,通過本章的學(xué)習(xí)，掌握微生物所需要的營養(yǎng)物質(zhì)、營養(yǎng)類型、微生物吸收營養(yǎng)的方式及培養(yǎng)基的配制和類型。,2,、,微生物代謝類型的特點(diǎn)及多樣性。,3,、合成代謝所需小分子化合物及能量、還原力的產(chǎn)生。,4,、微生物細(xì)胞中特有的合成代謝。,重點(diǎn)：,1,、,微生物的營養(yǎng)類型，微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的方式。,2,、微生物的產(chǎn)能方式。,3,、微生物細(xì)胞中特殊的合成代謝（肽聚糖合成）。,難點(diǎn)：,1,、,微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的各種方式,2,、肽聚糖的合成過程。,第一節(jié) 微

2、生物的營養(yǎng)物質(zhì),營養(yǎng)：,生物體從外部環(huán)境吸收生命活動所必需的物質(zhì)和能量，以滿足其生長和繁殖需要的一種,生理過程,。,營養(yǎng)物質(zhì)：,能夠滿足機(jī)體生長、繁殖和完成各種生理活動所需要的,物質(zhì),。,一、微生物的化學(xué)組成,主要元素：,碳,、,氫,、,氧,、,氮,微量元素：,磷、硫、鉀、鋅等礦物質(zhì)元素,占細(xì)菌細(xì)胞干重的,90%-97%,占細(xì)菌細(xì)胞干重的,3%-10%,二、微生物的營養(yǎng)物質(zhì),按照它們在機(jī)體中的生理作用不同，區(qū)分成,:,氮源,碳源,能源,生長因子,礦物質(zhì)元素,水,微生物的營養(yǎng)要素,水,功能：,(1),是微生物細(xì)胞的重要組成成分，占微生物體濕重的,70%90%,，還供給微生物,氧和氫,兩種元素；,

3、(2),維持細(xì)胞膨壓，并使原生質(zhì)保持溶膠狀態(tài)；,(3),水是物質(zhì)代謝的原料；,(4),微生物從外界吸收營養(yǎng)或從內(nèi)部排泄廢物的媒介；,(5),是熱的良好導(dǎo)體，比熱高，能有效地吸收代謝過程中放出的熱并將其迅速散發(fā)，以免胞內(nèi)溫度驟然升高。,碳源,凡可被微生物用來構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中碳架來源的營養(yǎng)物通稱,碳源,（,carbon source,）。,利用有機(jī)碳源的,異養(yǎng)型微生物,，其碳源往往同時(shí)又是,能源,。此時(shí)，碳源是一種具有雙功能的營養(yǎng)物。另一類種類較少的,自養(yǎng)型微生物,，,則以,CO,2,為主要碳源。,碳源種類,簡單的無機(jī)含碳化合物,-,CO,2,和碳酸鹽,等；,復(fù)雜的天然有機(jī)化合物,-,糖與

4、糖的衍生物、醇類、有機(jī)酸、脂類、烴類、芳香族化合物以及各種含氮的有機(jī)化合物,；,在多糖中，淀粉明顯地優(yōu)于纖維素或幾丁質(zhì)等多糖，純多糖則優(yōu)于瓊脂等雜多糖和其他聚合物（如木質(zhì)素）等。,微生物對糖類的利用，單糖優(yōu)于雙糖和多糖；,氮源,凡是能為微生物生長提供氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為氮源。,氮 源,有機(jī)氮,無機(jī)氮,NH,3,銨鹽,硝酸鹽,N,2,尿素,蛋白質(zhì),核酸,氨基酸,根據(jù)對氨基酸合成的能力分為：,氨基酸自養(yǎng)型,和,氨基酸異養(yǎng)型,固氮微生物：,當(dāng)沒有化合態(tài)氮利用時(shí)，能利用,N,2,作為唯一氮源，通過固氮酶將其還原為,NH,3,，再進(jìn)一步合成所需的全部有機(jī)氮化合物。,能源,能源：,能為微生物的生命活動提

5、供最初能量來源營養(yǎng)物或輻射能,能 源,化學(xué)物質(zhì),光能,化能異養(yǎng)微生物的能源,有機(jī)物,無機(jī)物,化能自養(yǎng)微生物的能源,光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源,許多營養(yǎng)物具有一種以上的營養(yǎng)功能。,1,、還原態(tài)無機(jī)營養(yǎng)物常是雙功能的；,2,、有機(jī)物常起著雙功能或三功能的營養(yǎng)作用，例如以,N,，,C,，,H,，,O,類元素組成的營養(yǎng)物常是異養(yǎng)型微生物的能源、碳源兼氮源。,3,、光是光合微生物所利用的單功能能源。,能作為化能自養(yǎng)微生物能源的物質(zhì)都是一些還原態(tài)的無機(jī)物質(zhì)，例如,NH,4+,，,NO,2-,，,S,，,H,2,S,，,H,2,和,Fe,2+,等，這些化能自養(yǎng)型的細(xì)菌包括硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌、氫細(xì)菌和鐵細(xì)

6、菌等,礦物質(zhì)元素,作用,酶活性中心的組成部分,調(diào)節(jié)微生物的原生質(zhì)膠體狀態(tài)，維持細(xì)胞的滲透平衡,維持生物大分子和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,控制細(xì)胞的氧化還原電位,作為某些微生物的能源物質(zhì),構(gòu)成細(xì)胞的結(jié)構(gòu)成分,根據(jù)微生物生長繁殖對無機(jī)鹽,（,mineral salts,）,需要量的大小，可分為,常量元素和微量元素,兩大類。,生長所需濃度在,10,-3,10,-4,mol/L,范圍內(nèi)的元素，可稱為常量元素，例如,S,、,P,、,K,、,Na,、,Ca,、,Mg,、,Fe,等。,所需濃度在,10,-6,10,-8,mol/L,范圍內(nèi)的元素，則稱為微量元素，如,Cu,、,Zn,、,Mn,、,Mo,、,Co,、,

7、Ni,、,Sn,、,Se,等。,Fe,實(shí)際上是介于大量元素與微量元素之間。,生長因子,生長因子：,那些微生物生長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滿足機(jī)體生長需要的有機(jī)化合物,根據(jù)生長因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和它們在機(jī)體中的生理功能的不同，可將生長因子分為,維生素,、,氨基酸,與,堿基,三大類,主要用來構(gòu)成酶的輔基或輔酶,第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)類型,碳源,CO,2,有機(jī)物,自養(yǎng),異養(yǎng),能源,太陽光,氧化有機(jī)物或無機(jī)物,光能營養(yǎng),化能營養(yǎng),化能異養(yǎng)型,光能自養(yǎng)型,光能異養(yǎng)型,化能自養(yǎng)型,光能自養(yǎng)型,化能自養(yǎng)型,光能異養(yǎng)型,化能異養(yǎng)型,碳源,CO,2,CO,2,簡單有機(jī)物或,CO,2,

8、有機(jī)物,能源,光能,無機(jī)物的氧化,光能,有機(jī)物氧化降解,供氫體,無機(jī)物（,H,2,O,，,H,2,S,）,無機(jī)物,有機(jī)物,有機(jī)物,代表種,藍(lán)細(xì)菌,硝化細(xì)菌,紅螺菌,真菌,第三節(jié) 微生物攝取營養(yǎng)的方式,營養(yǎng)物質(zhì)從微生物所處的周圍環(huán)境通過細(xì)胞膜進(jìn)人細(xì)胞的方式，可分為,4,種類型，即,簡單擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動運(yùn)輸和基團(tuán)轉(zhuǎn)位。,微生物攝取營養(yǎng)物質(zhì)主要有,胞吞作用和滲透吸收,；,絕大多數(shù)微生物是,滲透吸收,，各種營養(yǎng)物質(zhì)直接通過細(xì)胞膜的滲透和選擇性吸收進(jìn)入細(xì)胞。,簡單擴(kuò)散（,simple diffusion,）,營養(yǎng)物質(zhì)在擴(kuò)散通過細(xì)胞膜的過程中,不消耗能量,，也,不發(fā)生化學(xué)變化,。物質(zhì)擴(kuò)散的動力是物質(zhì)在

9、,膜內(nèi)外的濃度差,。,非特異性。,簡單擴(kuò)散不是微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式，以這種方式運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)主要是一些分子量小與脂溶性的物質(zhì)。如,水、一些氣體（如氧）、甘油和某些離子,。,促進(jìn)擴(kuò)散,（,facilitated diffusion,）,需要,載體蛋白,的參與；,高度的,立體專一性,；,不需要能量；,載體蛋白能促進(jìn)物質(zhì)運(yùn)輸加快進(jìn)行，但營養(yǎng)物質(zhì)仍,不能逆濃度梯度吸收,；,多見于真核微生物，例如酵母菌，某些物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌是通過這種方式完成的。,主動運(yùn)輸,（,active transport,）,需要,載體蛋白,的參與；,高度的,立體專一性,；,需要,消耗能量,，并且可以,逆濃度梯度運(yùn)輸

10、,。,是一種廣泛存在于微生物中的主要物質(zhì)運(yùn)輸方式。微生物在生長與繁殖過程中所需要的多數(shù)營養(yǎng)物質(zhì)如氨基酸等主要是通過主動運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)輸?shù)摹?鈉鉀泵,細(xì)胞外,細(xì)胞內(nèi),1,1,2,3,4,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,酶,I,HPr,酶,IIa,酶,IIb,酶,IIc,磷酸糖,膜內(nèi),膜外,細(xì)胞膜,糖,大腸桿菌磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（,PTS),基團(tuán)轉(zhuǎn)移（,group transport,）,既需要載體蛋白又需要消耗能量的物質(zhì)運(yùn)輸方式。,有一個(gè),復(fù)雜的運(yùn)輸酶系統(tǒng),來完成物質(zhì)的運(yùn)輸，,底物在運(yùn)輸過程中發(fā)生,化學(xué)結(jié)構(gòu)變化,。,主要存在于厭氧細(xì)菌和兼性厭氧細(xì)菌中。,主要用于,糖,的運(yùn)輸以及,脂肪酸、核苷、堿基,等物質(zhì)的

11、運(yùn)輸。,第四節(jié) 培養(yǎng)基,培養(yǎng)基,是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。,任何培養(yǎng)基都,應(yīng)該,具備微生物生長所需要六大營養(yǎng)要素：,碳源、氮源、無機(jī)鹽、能源、生長因子、水,培養(yǎng)基配制應(yīng)遵循的原則,目的明確：,根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基；,營養(yǎng)協(xié)調(diào)：,控制不同營養(yǎng)物的合適配比,（,C/N,比,）,；,物理化學(xué)調(diào)件合適：,將培養(yǎng)基的水活度、,pH,和氧化還原電勢,控制在適宜的范圍之內(nèi)；,滅菌處理：,培養(yǎng)基應(yīng)無菌。,經(jīng)濟(jì)節(jié)約：,所用原料應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)節(jié)約、來源廣泛的原則。,按成分不同劃分,復(fù)合培養(yǎng)基,合成培養(yǎng)基,半合成培養(yǎng)基,化學(xué)成分不詳和化學(xué)成分已知的化合物配成的培養(yǎng)基。

12、,馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基：,馬鈴薯,200g,蔗糖,20g H,2,O 1000ml,。,化學(xué)成分完全了解的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基,放線菌（高氏,1,號）,淀粉,20g K,2,HPO,4,0.5g,NaCl,0.5g MgSO,4,.7H,2,O 0.5g KNO,3,1g FeSO,4,0.01g H,2,O 1000ml,含有化學(xué)成分還不清楚或化學(xué)成分不恒定的天然有機(jī)物,細(xì)菌（牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）：,牛肉膏,3g,蛋白胨,10g,NaCl,5g H,2,O 1000ml,按物理狀態(tài)不同劃分,固體培養(yǎng)基,液體培養(yǎng)基,半固體培養(yǎng)基,在液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固劑，使其成為固體狀態(tài)，瓊脂含量一般為,1

13、.5%-2.0%,瓊脂含量一般為,0.2%-0.7%,不加任何,凝固劑,固體培養(yǎng)基常用來進(jìn)行微生物的分離、鑒定、活菌計(jì)數(shù)及菌種保藏,觀察微生物的運(yùn)動特征、分類鑒定及噬菌體效價(jià)滴定,大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)及在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微生物的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面的研究,按用途不同劃分,基礎(chǔ)培養(yǎng)基,鑒別培養(yǎng)基,選擇培養(yǎng)基,基礎(chǔ)培養(yǎng)基,牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是最常用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基,含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基,選擇培養(yǎng)基,用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基,培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)物質(zhì)，這種化學(xué)物質(zhì)沒有營養(yǎng)作用，對所需分離的微生物無害，但可以抑制或殺死其他微生物。如結(jié)晶紫、抗生素等。,1,、

14、加富培養(yǎng)基,也稱營養(yǎng)培養(yǎng)基，即在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入某些,特殊營養(yǎng)物質(zhì),制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。如：纖維素分解菌。,2,、抑制性選擇培養(yǎng)基,鑒別培養(yǎng)基,在成分中加有能與目的菌的無色代謝產(chǎn)物發(fā)生明顯顯色反應(yīng)的指示劑，從而達(dá)到只需肉眼就能方便地從近似菌落中找出目的菌落的培養(yǎng)基。,伊紅美藍(lán)乳糖培養(yǎng)基（,EMB,培養(yǎng)基）,15.0,瓊脂,2.0,磷酸氫二鉀,(K2HPO4),0.065,美藍(lán),0.4,伊紅,10.0,乳糖,10.0,蛋白胨,(g),-,無色,好,-,很好,志賀氏菌,-,紅色,好,-,很好,糞大腸菌群,-,無,好,-,很好,沙門氏菌,-,無色,不長,-,差,金黃色葡萄球菌,+,黑色,好,

15、-,很好,大腸桿菌,DH5,+,黑色,好,-,很好,大腸桿菌,JM109,+,黑色,好,-,很好,大腸桿菌,金屬光澤,菌落顏色,生長情況,質(zhì)控菌株,第五節(jié) 微生物的能量代謝,代謝（,metabolism,）,：,活細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總和,復(fù)雜分子,（有機(jī)物）,分解代謝,合成代謝,簡單小分子,ATP,H,物質(zhì)代謝,分解代謝,(catabolism),合成代謝,(anabolism),能量代謝,產(chǎn)能代謝,耗能代謝,能量代謝是一切生物代謝的核心問題,化能異養(yǎng)微生物,化能自養(yǎng)微生物,光能營養(yǎng)微生物,高能化合物,（,ATP,）,最初能源,有機(jī)物,還原態(tài)無機(jī)物,日 光,通用能源,1,底物水平磷酸化

16、,不需氧，不經(jīng)過呼吸鏈。,X,P+ADP,ATP+X,3,光合磷酸化,光合微生物捕捉光能，轉(zhuǎn)給,ATP,藻類、藍(lán)細(xì)菌：有光合系統(tǒng),、,，進(jìn)行環(huán)式和非環(huán)式光合作用。,CO,2,+H,2,O -(CH,2,O),n,-+O,2,綠細(xì)菌：只有光合系統(tǒng),，進(jìn)行環(huán)式光合磷酸化,CO,2,+2H,2,S -(CH,2,O),n,-+H,2,O+2S,2,氧化磷酸化,需,氧氣，經(jīng)過呼吸鏈。物質(zhì)氧化放出的電子在呼吸鏈中傳遞時(shí)，放出能量，生成,ATP,一、,ATP,產(chǎn)生的主要方式,定義：,物質(zhì)在生物氧化過程中，常生成一些含有高能鍵的化合物，而這些化合物可直接偶聯(lián),ATP,或,GTP,的合成，這種產(chǎn)生,ATP,等高能分子的方式稱為底物水平磷酸化,3-,磷酸甘油醛,1,，,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,底物水平磷酸化,氧化磷酸化,定義：,物質(zhì)在體內(nèi)氧化時(shí)釋放的能量供給,ADP,與無機(jī)磷,合成,ATP,的偶聯(lián)反應(yīng),煙酰胺腺嘌呤二核苷酸,黃素腺嘌呤二核苷酸,特點(diǎn)：,物質(zhì)氧化產(chǎn)生的質(zhì)子和電子，通過一系列電子傳遞體，傳給末端電子受體，并在此過程中生成,ATP,，即