《高三生物复习》PPT课件.ppt

第一节 微生物的营养要素 第二节 微生物的营养类型 第三节 营养物质进入细胞的方 式 第四节 培养基 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 微生物细胞的元素构成 由C、H、O、N、P、S、K、Na、Mg、Ca、Fe、 Mn、Cu、Co、Zn、Mo等组成。 微生物细胞的化学元素与其营养物质 微生物生长所需的营养物质应该包含有组成 细胞的各种化学元素，即构成细胞物质的碳 素来源的碳源物质，构成细胞物质的氮素来 源的氮源物质和一些含有K、Na、Mg、Ca、Fe 、Mn、Cu、Co、Zn、Mo元素的无机盐。 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 一、微生物的营养物质 1、微生物细胞的化学组成 微生物生长所需要的营养物质主 要是以有机物和无机物的形式提 供的，小部分由气体物质供给。 微生物的营养物质按其在机体中 的生理作用可区分为：碳源、氮源 、能源、无机盐、生长因子和水六大 类。 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 2、微生物的营养物质及其生理功能 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 v在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的 物质称为碳源(source of carbon)。 v从简单的无机含碳化合物如CO2和碳酸盐到各 种各样的天然有机化合物都可以作为微生物的碳 源，但不同的微生物利用含碳物质具有选择性， 利用能力有差异。 碳源的生理作用 v碳源物质通过复杂的化学变化来构成微生物自 身的细胞物质和代谢产物； v同时多数碳源物质在细胞内生化反应过程中还 能为机体提供维持生命活动的能量; v但有些以又CO2为唯一或主要碳源的微生物生 长所需的能源则不是来自CO2。 （1）碳源 表5.1 微生物利用的碳源物质 种类类碳源物质质备备注 糖 葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、 半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维纤维 二糖、纤纤 维维素、半纤维纤维 素、甲壳素、木质质素等 单单糖优优于双糖，己糖优优于戊糖，淀粉优优于 纤维纤维 素，纯纯多糖优优于杂杂多糖。 有机酸 糖酸、乳酸、柠柠檬酸、延胡索酸、低级级 脂肪酸、高级级脂肪酸、氨基酸等 与糖类类比效果较较差，有机酸较难进较难进 入细细胞 ，进进入细细胞后会导导致pH下降。当环环境中缺 乏碳源物质时质时 ，氨基酸可被微生物作为为碳 源利用。 醇乙醇 在低浓浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利 用。 脂脂肪、磷脂 主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解 为为甘油和脂肪酸而加以利用。 烃烃天然气、石油、石油馏馏分、石蜡油等 利用烃烃的微生物细细胞表面有一种由糖脂组组 成的特殊吸收系统统，可将难难溶的烃烃充分乳 化后吸收利用。 CO2CO2为为自养微生物所利用。 碳酸盐盐NaHCO3、CaCO3、白垩等为为自养微生物所利用。 其他 芳香族化合物、氰氰化物 蛋白质质、肋、核酸等 利用这这些物质质的微生物在环环境保护护方面有 重要作用。 当环环境中缺乏碳源物质时质时 ，可被微生物作 为为碳源而降解利用。 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 （2）氮源 &凡是可以被微生物用来构成细胞物质的或代谢 产物中氮素来源的营养物质通称为氮源(source of nitrogen)物质。 &能被微生物所利用的氮源物质有蛋白质及其各 类降解产物、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、分子态 氮、嘌呤、嘧啶、脲、酰胺、氰化物。 &氮源物质常被微生物用来合成细胞中含氮物质 ，少数情况下可作能源物质，如某些厌氧微生物 在厌氧条件下可利用某些氨基酸作为能源。 &微生物对氮源的利用具有选择性，如玉米浆相 对于豆饼粉，NH4+相对于NO3-为速效氮源。铵盐 作为氮源时会导致培养基pH值下降，称为生理酸 性盐，而以硝酸盐作为氮源时培养基pH值会升高 ，称为生理碱性盐。 微 生 物 的 营 养 和 代 谢 表5.2 微生物利用的氮源物质 种类类氮源物质质备备注 蛋白质质 类类 蛋白质质及其不 同程度降解产产 物(胨胨、肽肽、氨 基酸等) 大分子蛋白质难进质难进 入细细胞，一些真菌和少数细细 菌能分泌胞外蛋白酶，将大分子蛋白质质降解利 用，而多数细细菌只能利用相对对分子质质量较较小其 降解产产物 氨及铵铵 盐盐 NH3、(NH4)2SO4 等 容易被微生物吸收利用 硝酸盐盐KNO3等容易被微生物吸收利用 分子氮N2 固氮微生物可利用，但当环环境中有化合态态氮源 时时，固氮微生物就失去固氮能力 其他 嘌呤、嘧啶嘧啶 、 脲脲、胺、酰酰胺 、氰氰化物 大肠肠杆菌不能以嘧啶嘧啶 作为为唯一氮源，在氮限量 的葡萄糖培养基上生长时长时 ，可通过诱导过诱导 作用先 合成分解嘧啶嘧啶 的酶，然后再分解并利用嘧啶嘧啶 可 不同程度地被微生物作为为氮源加以利用 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 （3）无机盐 (无机盐(inorganic salt)是微生物生长必不可少的 一类营养物质，它们在机体中的生理功能主要是作 为酶活性中心的组成部分、维持生物大分子和细胞 结构的稳定性、调节并维持细胞的渗透压平衡、控 制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能 源物质等(表5.3)。 (微生物可利用无机盐类型 (微量元素 (微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作 用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素， 通常需要量在10-6-10-8mol/L (培养基中含量)。微 量元素一般参与酶的组成或使酶活化(表5.4)。 表5.3 无机盐及其生理功能 元素化合物形式(常用)生理功能 磷KH2PO4，K2HPO4核酸、核蛋白、磷脂、辅辅酶及ATP等高能分子的 成分，作为缓为缓 冲系统调节统调节 培养基pH。 硫(NH4)2SO4，MgSO4含硫氨基酸(半胱氨酸、甲硫氨酸等)、维维生素的 成分，谷胱甘肽肽可调节调节 胞内氧化还还原电电位。 镁镁MgSO4己糖磷酸化酶、异柠柠檬酸脱氢氢酶、核酸聚合酶等 活性中心组组分，叶绿绿素和细细菌叶绿绿素成分。 钙钙CaCl2，Ca(NO3)2某些酶的辅辅因子，维维持酶(如蛋白酶)稳稳定性，芽 孢孢和某些孢孢子形成所需，建立细细菌感受态态所需 。 钠钠NaCl细细胞运输输系统组统组 分，维维持细细胞渗透压压，维维持某 些酶的稳稳定性。 钾钾KH2PO4，K2HPO4某些酶的辅辅因子，维维持细细胞渗透压压，某些嗜盐盐 细细菌核糖体的稳稳定因子。 铁铁FeSO4细细胞色素及某些酶的组组分，某些铁细铁细 菌的能源 物质质，合成叶绿绿素、白喉毒素所需。 表5.4 微量元素与生理功能 元素生理功能 锌锌 存在于乙醇脱氢氢酶、乳酸脱氢氢酶、碱性磷酸酶、醛缩醛缩 酶 、RNA与DNA聚合酶中 锰锰存在于过过氧化物歧化酶、柠柠檬酸合成酶中 钼钼存在于硝酸盐还盐还 原酶、固氮酶、甲酸脱氢氢酶中 硒存在于甘氨酸还还原酶、甲酸脱氢氢酶中 钴钴存在于谷氨酸变变位酶中 铜铜存在于细细胞色素氧化酶中 钨钨存在于甲酸脱氢氢酶中 镍镍存在于脲脲酶中，为氢细为氢细 菌生长长所必需 |生长因子(growth factor)通常指那 些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或 合成量不足以满足机体生长需要 的有机化合物。 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 （4）生长长因子 |根据生长因子的化学结构和它们在机体 中的生理功能的不同，可将生长因子分 为维生素(vitamin)、氨基酸与嘌呤与嘧 啶三大类(见表5.5)。 |维生素在机体中所起的作用主要是作为 酶的辅基或辅酶参与新陈代谢； |有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸的 能力，因此必须在培养基中补充这些氨 基酸或含有这些氨基酸的小肽类物质， 微生物才能正常生长； |嘌呤与嘧啶作为生长因子在微生物机体 内的作用主要是作为酶的辅酶或辅基， 以及用来合成核苷、核苷酸和核酸。 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 表5.5 维生素及其在代谢中的作用 化合物代谢谢中的作用 对对氨基苯甲酸 四氢氢叶酸的前体，一碳单单位转转移的辅辅酶 生物素 催化羧羧化反应应的酶的辅辅酶 辅辅酶M甲烷烷形成中的辅辅酶 叶酸四氢氢叶酸包括在一碳单单位转转移辅辅酶中 泛酸辅辅酶A的前体 硫辛酸丙酮酮酸脱氢氢酶复合物的辅辅基 尼克酸NAD、NADP的前体，它们们是许许多脱氢氢酶的辅辅酶 吡哆素(B6)参与氨基酸和酮酮酶的转转化 核黄素(B2)黄素单单磷酸(FMN)和FAD的前体，它们们是黄素蛋白的辅辅基 钴钴胺素(B12)辅辅酶B12包括在重排反应应里(为为谷氨酸变变位酶) 硫胺素(B1)硫胺素焦磷酸脱羧羧酶、转醛转醛 醇酶和转酮转酮 醇酶的辅辅基 维维生素K甲基酮类酮类 的前体，起电电子载载体作用(如延胡索酸还还原酶 ) 氧肟肟酸促进铁进铁 的溶解性和向细细胞中的转转移 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 （5）水 S水是微生物生长所必不可少的。水在细胞中的生理 功能主要有： S起到溶剂与运输介质的作用，营养物质的吸收与代 谢产物的分泌必须以水为介质才能完成； S参与细胞内一系列化学反应； S维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象； S因为水的比热高，是热的良好导体，能有效地吸收 代谢过程中产生的热并及时地将热迅速散发出体外 ，从而有效地控制细胞内温度的变化； S保持充足的水分是细胞维持自身正常形态的重要因 素； S微生物通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成 的结构，如酶、微管、鞭毛及病毒颗粒的组装与解 离。 S 水的有效性 S 常以水活度值(water activity, w)表示。 S 水活度值是指在一定的温度和压力条件下， 溶液的蒸气压力与同样条件下纯水蒸气压力 之比，即wPwP0w式中Pw代表溶液蒸气 压力，P0w代表纯水蒸气压力。 S 纯水w为1.00，溶液中溶质越多，w越小。 S 微生物一般在w为0.60-0.99的条件下生长， w过低时，微生物生长的迟缓期延长，比生 长速率和总生长量减少。 S 微生物不同，其生长的最适w不同(表5.6)。 一般而言，细菌生长最适w较酵母菌和霉菌 高，而嗜盐微生物生长最适w则较低。 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 表5.6 几类微生物生长最适w 微生物w 一般细细菌0.91 酵母菌0.88 霉菌0.80 嗜盐细盐细 菌0.76 嗜盐盐真菌0.65 嗜高渗酵母0.60 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 一、光能无机营养型 (photolithoautotrophy) 二、光能有机营养型 (photoorganoheterophy) 三、化能无机营养型 (chemolithoautotrophy) 四、化能有机营养型 (chemoorganoheterotrophy) 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 第二节微生物的营养类型 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 一、光能无机营养型 |光能无机营养型 也称光能自养型， 这是一类能以CO2为唯一碳源或主要 碳源并利用光能进行生长的的微生物 ，它们能以无机物如水、硫化氢、硫 代硫酸钠或其他无机化合物为电子供 体，使CO2固定还原成细胞物质，并 且伴随元素氧（硫）的释放。 藻类、蓝细菌和光合细菌属于这一类营养类型 。藻类和蓝细菌： 这与高等植物光合作用是一致的。 这与藻类、蓝细菌和高等植物是不同的。 光合细菌 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 二、光能有机营养型 |光能有机营养型 或称光能异养型，这类微生物 不能以CO2作为唯一碳源或主要碳源，需以有机物 作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质。 |红螺属的一些细菌就是这一营养类型的代表： 光能有机营养型细菌在生长时通常需要外源的 生长因子。 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 三、化能无机营养型 z 化能无机营养型 或称化能自养型，这类微生 物利用无机物氧化过程中放出的化学能作为它们 生长所需的能量，以CO2或碳酸盐作为的唯一或 主要碳源进行生长，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。 z 属于这类微生物的类群有硫化细菌、硝化细 菌、氢细菌与铁细菌等（参见微生物的产能方式 ）。例如氢细菌： 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 四、化能有机营养型 (化能有机营养型 或称化能异养型，这类微生物 生长所需的能量来自有机物氧化过程放出的化学 能，生长所需要的碳源主要是一些有机化合物， 如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等，也即化能有 机营养型微生物里的有机物通常既是它们生长的 碳源物质又是能源物质。 (大多数微生物属于化能有机营养型：绝大多数 的细菌、全部真菌、原生动物以及病毒。 (如果化能有机营养型微生物利用的有机物不具 有生命活性，则是腐生型；若是生活在生活细胞 内从寄生体内获得营养物质，则是寄生型。 微生物营养类型划分 表5.7微生物营养类型() 划分 依据 营营养类类型特点 碳源 自养型(autotrophs)以CO2为为唯一或主要碳源 异养型(heterotrophs)以有机物为为碳源 能源光能营营养型 (phototrophs) 以光为为能源 化能营营养型 (chemotrophs) 以有机物氧化释释放的化学能 为为能源 电电子 供体 无机营营养型(lithotrophs) 以还还原性无机物为电为电 子供 体 有机营营养型 (organotrophs) 以有机物为电为电 子供体 表5.8 微生物的营养类型() 营营养类类型电电子供体碳源能源代表类类群 光能无机营营养型 H2、H2S、S 、或H2O CO2光能 着色细细菌、蓝细蓝细 菌、藻 类类 光能有机营营养型有机物有机物光能 红红螺细细菌 化能无机营营养型 H2、H2S、 Fe2+、NH3、 或NO-2 CO2 化学能 (无机物氧化) 氢细氢细 菌、硫杆菌、 亚亚硝化单单胞菌属 (Nitrosomonas)、硝化 杆菌属(Nitrobacter) 、甲烷烷杆菌属 (Methanobacterium)、 醋酸杆菌属 (Acetobacter) 化能有机营营养型有机物有机物 化学能 (有机物氧化) 假单单胞菌属、芽孢孢杆菌 属、乳酸菌属、真菌、 原生动动物 &影响营养物质进入细胞的因素 &营养物质本身的性质 &微生物所处的环境 &微生物细胞的透过屏障 (permeability barrier) 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 第三节 营养物质进入细胞 l 简单扩散（Simple Diffusion） l 被动扩散（Passive Transport） l 主动运输（Active Transport） l 基团转位（Group Translocation） 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 物质运输的机制 Candida albicans 第 第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 |Simple diffusion is the net movement of small molecules or ions from an area of higher concentration to an area of lower concentration. |Diffusion is powered by the potential energy of a concentration gradient and does not require the expenditure of metabolic energy. Examples include the transport of oxygen and carbon dioxide into and out of cells. 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 微 生 物 的 营 养 和 代 谢 Simple Diffusion, Step 1 Simple Diffusion, Step 2 微 生 物 的 营 养 和 代 谢 Free Water Passing Through Membrane Pores When a solute such as sugar dissolves in water, it forms weak hydrogen bonds with water molecules. While free, unbound water molecules are small enough to pass through membrane pores, water molecules bound to solute are not. . 微 生 物 的 营 养 和 代 谢 Transport of Substances Across a Membrane by Uniporters 微 生 物 的 营 养 和 代 谢 Transport of Substances Across a Membrane by Uniporters Uniporters are transport proteins that transports a substance from one side of the membrane to the other. Since no energy is required for this type of transport, it is known as passive transport. 微 生 物 的 营 养 和 代 谢 Transport of Substances Across a Membrane by Antiporters Transport of Substances Across a Membrane by Antiporters 微 生 物 的 营 养 和 代 谢 Transport of Substances Across a Membrane by Symporters Transport of Substances Across a Membrane by Symporters |PASSIVE TRANSPORT The transport of substances across a membrane by protein transporters (also called carrier proteins) from areas of higher concentration to lower concentration. No energy is required. Passive transport, also known as facilitated diffusion, is the transport of substances across the membrane by means uniporters. 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 微 生 物 的 营 养 和 代 谢 Transport of Substances Across a Membrane by Uniporters 微 生 物 的 营 养 和 代 谢 Passive Transport of Substances Across a Membrane |ACTIVE TRANSPORT: The cell uses transporter proteins (carrier molecules, antiporters or symporters ) and energy from a proton motive force or the breakdown of ATP to transport substances across a membrane against the concentration gradient. Active transport allows cells to accumulate needed substances even when the concentration is lower outside. 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 微 生 物 的 营 养 和 代 谢 Active Transport Proton Motive Force A symporter transports protons (H+) and a substrate across the membrane. The movement of protons across the membrane (proton motive force) provides the energy. |An example of an ATP- dependent active transport found in various gram-negative bacteria is the ATP-binding cassette (ABC) system. This involves substrate-specific binding proteins located in the bacterial periplasm, the gel-like substance between the bacterial cell wall and cytoplasmic membrane. 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 微 生 物 的 营 养 和 代 谢 Active Transport, Step 1 This form of active transport involves both transporter proteins and the energy provided by the hydrolysis of ATP. A specific periplasmic- binding protein carries the substance to be transported to a membrane-spanning transporter. 微 生 物 的 营 养 和 代 谢 Active Transport, Step 2 The molecule to be transported across the membrane enters the transporter protein system and a molecule of ATP enters the ATP binding site of the ATP- hydrolyzing protein. 微 生 物 的 营 养 和 代 谢 Active Transport, Step 3 Energy provided by the hydrolysis of ATP into ADP, phosphate, and energy moves the molecule across the membrane. Active Transport, Step 4 The carrier protein releases the molecule being transported and the transporter system is ready to be used again Active Transport of Substances Across a Membrane: The ATP-Binding Cassette Transport System In the ATP-binding cassette (ABC) system of transport, a high affinity binding protein located in the periplasm between the cytoplasmic membrane and the cell wall picks up the substance to be transported and carries it to the membrane spanning transporter. The actual transport across the membrane is powered by the energy provided by the breakdown of ATP by an ATP-hydrolyzing protein |Group Translocation: A special form of active transport that can occur in prokaryotes. A substance is chemically altered during transport across a membrane so that once inside, the membrane becomes impermeable to that substance and it remains within the cell. |An example of group translocation in bacteria is the phosphotransferase system. A high- energy phosphate group from phosphoenolpyruvate (PEP) is transferred by a series of enzymes to glucose. The final enzyme both phosphorylates the glucose and transports it across the membrane as glucose 6-phosphate. 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 Group Translocation, Step 1 When bacteria use the process of group translocation to transport glucose across their membrane, a high- energy phosphate group from phosphoenolpyruvate (PEP) is transferred to the glucose molecule to form glucose-6- phosphate Group Translocation, Step 2 A high-energy phosphate group from PEP is transferred to the glucose molecule to form glucose- 6-phosphate. Group Translocation, Step 3 The glucose- 6-phosphate is transported across the membrane. Group Translocation, Step 4 Once the glucose has been converted to glucose-6- phosphate and transported across the membrane, it can no longer be transported back out. Active Transport of Substances Across a Membrane:Group Translocation A high-energy phosphate group from phosphoenolpyruvat e (PEP) is transferred by a series of enzymes to glucose. The final enzyme both phosphorylates the glucose and transports it across the membrane as glucose 6- phosphate. 一、什么是培养基 二、配制培养基的原则 三、培养基的类型以及应用 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 第四节 培养基 l培养基 (culture medium)是人工配制的，适 合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质 。 l无论是以微生物为材料的研究，还是利用微生 物生产生物制品，都必须进行培养基的配制， 它是微生物学研究和微生物发酵生产的基础。 l培养基中应含满足微生物生长发育的：水分、 碳源、氮源、生长因子以及基本的离子，磷、 硫、钠、钙、镁、钾和铁及各种微量元素。 l此外，培养基还应具有适宜的酸碱度(pH值)和 一定缓冲能力及一定的氧化还原电位和合适的 渗透压。 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 一、什么是培养基 选择适宜的营养物质 l营养物质浓度及配比合适 l控制pH条件 l控制氧化还原电位(redox potential) l原料选择 l灭菌处理 第第 五五 章章 微 生 物 的 营 养 二、配制培养基的原则 氧化硫硫杆菌培养