微生物第三四五章总结

1、病毒和亚病毒因子现代病毒学家已把病毒这类非细胞生物分成真病毒和亚病毒两大类。真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种成分。亚病毒：分为类病毒，拟病毒，卫星病毒，卫星RNA和朊病毒。第一节：病毒一.概述病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞生物” ,其本质是一种只含 DNA 或 RNA 的遗传因子, 它们能以感染态和非感染态两种状态存在。绝大多数的病毒都是能通过细菌滤器的微小颗粒, 它们的直径多数在 100 nm上下, 因此,可粗略地记住病毒、细菌和真菌这 3 类微生物个体直径比约为 110100二.病毒的形态及核酸1.病毒粒有时也称病毒颗粒或病毒粒子,专指成熟的、结构完整的和有感染

2、性的单个病毒。病毒粒的基本成分是核酸和蛋白质。核酸位于它的中心,称为核心或基因组,蛋白质包围在核心周围, 形成了衣壳。衣壳是病毒粒的主要支架结构和抗原成分, 有保护核酸等作用。衣壳是由许多 在电镜下可辨别的形态学亚单位衣壳粒所构成。2.病毒粒的对称体制病毒粒的对称体制只有两种,即螺旋对称和二十面体对称。另一些结构较复杂的病毒,实质上是上述两种对称相结合的结果, 故称作复合对称。螺旋对称的代表是烟草花叶病毒（TMV），二十面体对称的代表是腺病毒，复合对称的代表是T偶数噬菌体。3.病毒的群体形态动、植物细胞中的病毒包涵体;由噬菌体在菌苔上形成的“负菌落”即噬菌斑,由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形

3、成的空斑,以及由植物病毒在植物叶片上形成的枯斑等。4.病毒的核酸病毒核酸的种类很多,是病毒系统分类中最可靠的分子基础, 主要有以下几个指标:是 DNA 还是 RNA是单链(ss)还是双链(ds)呈线状还是环状是闭环还是缺口环基因组是单分子、双分子、三分子还是多分子核酸的碱基、或碱基对(bp)数, 以及核苷酸序列等。三.噬菌体及其繁殖方式1.T偶数噬菌体由头部、颈部和尾部3部分构成。由于头部呈二十面体对称而尾部呈螺旋对称,故是一种复合对称结构。尾部由尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝5部分组成。2.噬菌体的繁殖方式与其他细胞型的微生物不同,噬菌体和一切病毒粒并不存在个体的生长过程, 而只有 其两种基本

4、成分的合成和进一步的装配过程,所以同种病毒粒间并没有年龄和大小之别。噬菌体的繁殖一般分为5个阶段, 即吸附、侵入、增殖(复制与生物合成)、成熟(装配)和裂解(释放)。凡在短时间内能连续完成以上 5 个阶段而实现其繁殖的噬菌体, 称为烈性噬菌体, 反之则称为温和噬菌体。烈性噬菌体所经历的繁殖过程, 称为裂解性周期。*与裂解现象相似的现象象为自外裂解, 是指大量噬菌体吸附在同一宿主细胞表面并释放众多的溶菌酶, 最终因外在的原因而导致细胞裂解。这种自外裂解是不可能导致大量子代噬菌体产生的。3.噬菌体效价的测定效价这一名词在不同的场合有不同的涵义。在这里,效价表示每毫升试样中所含有的具侵染性的噬菌体粒

5、子数, 又称噬菌斑形成单位数(pfu)。测定效价的方法很多, 较常用且较精确的方法称为双层平板法。用双层平板法测出的效价比用电镜直接记数得到的效价低。前者是计有感染力的噬菌体粒子，后者是计噬菌体的总数。双层平板的底层平板为2%琼脂培养基，上层平板由三部分组成：1%琼脂培养基，宿主菌悬液，噬菌体试样。4.一步生长曲线它可反映每种噬菌体(或病毒)的 3 个最重要的特征参数：潜伏期、裂解期和裂解量。（1）潜伏期 指噬菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个噬菌体粒子装配前的一段时间。它又可分为两段: 隐晦期：指在潜伏期前期人为地(用氯仿等)裂解宿主细胞后,此裂解液仍无侵染性的一段时间,这时细胞内正处于复制噬

6、菌体核酸和合成 其蛋白质衣壳的阶段。胞内累积期：指在隐晦期后, 若人为地裂解细胞, 其裂解液已呈现侵染性的一段时间,这意味着细胞内已 开始装配噬菌体粒子,并可用电镜观察到。 （2）裂解期：指溶液中噬菌体粒子急剧增多的一 段时间。（3）平稳期：溶液中噬菌体总数达到最高点后的时期。*一步生长曲线的基本实验步骤为:用噬菌体的稀释液去感染高浓度的宿主细胞, 以保证每个细胞所吸附的噬菌体至多只有一个。经数分钟吸附后, 在混合液中加入适量的相 应抗血清,借以中和尚未吸附的噬菌体。然后用保温的培养液稀释此混合液, 同时终止抗血清的作用,随即置于适宜的温度下培养。其间每隔数分钟取样, 连续测定其效价, 再把

7、结果绘制成图即可。5.溶源性：温和噬菌体侵入相应宿主细胞后, 由于前者的基因组整合到后者的基因组上,并随后者的复制而进行同步复制, 因此,这种温和噬菌体的侵入并不引起宿主细胞裂解,此即称溶源性或溶源现象。温和噬菌体十分常见,例如 E .coli的噬菌体。含有温和噬菌体的DNA 而又找不到形态上可见的噬菌体粒子的宿主细菌叫溶源菌。检验某菌株是否为溶源菌的方法,是将少量溶源菌与大量的敏感性指示菌(遇溶源菌裂解后所释放的温和噬菌体会发生裂解循环者)相混合, 然后与琼脂培养基混匀后倒一个平板,经培养后溶源菌就一一长成菌落。由于溶源菌在细胞分裂过程中有极少数个体会引起自发裂解,其释放的噬菌体可不断侵染溶

8、源菌菌落周围的指示菌菌苔, 于是就形成了一个个中央有溶源菌的小菌落,四周有透明圈围着的这种独特噬菌斑。三.动植物昆虫病毒及其繁殖方式了解课本，其中植物病毒植物病毒大多是单链RNA病毒。植物病毒没有专门的吸附结构，通过昆虫口器、摩擦伤口、嫁接和人为伤口进入寄主细胞。植物病毒在入住宿主细胞后脱去蛋白质外壳。动物病毒动物病毒属于大多呈球状，含有单链或双链的 DNA 或 RNA 。有些是有包膜的，有些无包膜（裸露的），大小差异很大。动物病毒能以下列不同的机制进入细胞：完整病毒穿过细胞膜的移位方式；细胞的内吞功能；毒粒包膜与细胞质膜的融合。第二节：亚病毒因子类病毒：只含具侵染性的RNA组分拟病毒：只含有

9、不具独立侵染性的RNA组分朊病毒：只含蛋白质卫星病毒：与真病毒伴生的缺陷病毒 卫星RNA:只含与侵染无关的RNA组分朊病毒又称蛋白质侵染因子。朊病毒是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质,能引起宿主体内现成的同类蛋白质分子与其相似的感应生构象变化而使宿主致病。可导致脑组织海绵状病变而引起克雅氏病。微生物的营养和培养基第一节：微生物的6类营养素即碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水一.碳源：一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物, 称为碳源。对一切异养微生物来说,其碳源同时又兼作能源,因此,这种碳源又称双功能营养物。二.氮源凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源,称

10、为氮源。在微生物培养基成分中, 最常用的有机氮源是牛肉抽提物(牛肉膏)、酵母膏、植物的饼粕粉和蚕蛹粉等, 由动、植物蛋白质经酶消化后的各种蛋白胨使用尤为广泛。三.能源能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能, 称为能源。化能自养微生物的能源十分独特, 它们都是一些还原态的无机物质。某一具体营养物可同时兼有几种营养要素功能。例如,光辐射能是单功能营养“物” (能源) , 还原态的无机物 NH4+ 是双功能营养物(能源, 氮源) , 而氨基酸类则是三功能营养物(碳源, 氮源,能源)。四.生长因子生长因子是一类对调节微生物正常代谢所必需、但不能用简单的碳、氮源自行合成的 有机物。广义的生长

11、因子除了维生素外,还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、 C4 C6 的分枝或直链脂 肪酸,有时还包括氨基酸营养缺陷突变株所需要的氨基酸在内; 而狭义的生长因子一般仅指维生素。五.无机盐无机盐或矿质元素主要可为微生物提供除碳、氮源以外的各种重要元素。，在配制微生物培养基时, 对大量元素来说, 只要加入相应化学试剂即可, 但其中首选的应是 K2HPO4 和MgSO4 , 因为它们可同时提供4种需要量最大的元素。6.水第二节：微生物的营养类型营养类型是指根据微生物生长所需要的主要营养要素即能源和碳源的不同, 而划分的微生物类型。营养类型能源氢供体基本碳源实例光能异养型光无机物CO2蓝细菌光能自养

12、型光有机物CO2以简单有机物紫硫细菌化能自养型无机物无机物CO2硝化细菌化能异养型有机物有机物有机物大多数生物第三节：营养物质进入细胞的方式。细胞膜运送营养物质有4种方式, 即单纯扩散、促进扩散、主动运送和基团移位,它们的特点可概括为:单纯扩散：不需要膜上载体蛋白和ATP。促进扩散：需要载体蛋白不需要ATP。主动运送：需要载体和ATP。基团位移：溶质在运送前后会发生分子结构的变化,需要载体和ATP。第四节：培 养 基培养基是指由人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合营养料。任何培养基都应具备微生物生长所需要的六大营 养要素,且其间的比例是合适的。制作培养基时均应尽快配制和立即灭菌

13、, 否则就会杂菌 丛生,并破坏其固有的成分和性质。一.选用和设计培养基的原则和方法(一)4个原则1. 目的明确2. 营养协调: 一般地讲, 真菌需 C/N比较高的培养基, 细菌尤其是动物病原菌 需C/N比较低的培养基。生产碳元素较多的代谢产物时C/N要高。而生产氮元素较多的代谢产物时C/N要低。3. 理化适宜：PH:从整体上来看, 各大类微生物都有其生长适宜的 pH 范围, 如细菌为7.0 8.0,放线菌为7.58.5 酵母菌为 3.86.0,霉菌为 4.05.8。氧化还原势：好氧菌的需要的氧化还原电势要高于厌氧菌的氧化还原电势，为了培养严格厌氧菌, 除应驱走空气中的氧外, 还应在培养基中加入

14、适量的还原剂,包括巯基乙酸、抗坏血酸(Vc)等, 以降低它的氧化还原势。4. 经济节约二.培养基种类(一)按对培养基成分的了解作分类1. 天然培养基：指一类利用动、植物或微生物体包括用其提取物制成的培养基。例如培养多种细菌所用的牛肉膏蛋白 胨培养基, 培养酵母菌的麦芽汁培养基等。2. 组合培养基：是一类按微生物的营养要求精确设 计后用多种高纯化学试剂配制成的培养基。例如培养大肠杆菌等细菌用的葡萄糖铵盐培养基,培养一些放线菌的淀粉硝酸盐培养基(常称“高氏一号培养基”) , 培养真菌的蔗糖硝酸盐培养基(即察氏培养基)等。3. 半组合培养基指一类主要以化学试剂配制, 同时还加有 某种或某些天然成分的

15、培养基例如,培养真菌的马铃薯蔗糖培养基（PDA）等。(二)按培养基外观的物理状态作分类1. 液体培养基2. 固体培养基3. 半固体培养基：把它用于细菌的动力观察（鞭毛）,厌氧菌的培养、分离和计数, 以及细菌和酵菌的菌种保藏等,若用于双层平板法中, 还可测定噬菌体的效价4. 脱水培养基(三)按培养基对微生物的功能作分类1. 选择性培养基：一类根据某微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基, 具有使混合菌样中的劣势菌变成优势菌的功能, 广泛用于菌种筛选等领域。2. 鉴别性培养基：一类在成分中加有能与目的菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂, 从而达到只 须用肉眼辨别颜色就能方

16、便地从近似菌落中找出目的菌菌落的培养基。最常见的鉴别性培养基是伊红美蓝乳糖培养基, 即EMB培养基。微生物的新陈代谢第一节 微生物的能量代谢一.化能异养微生物的生物氧化和产能而生物氧化的类型则包括了呼吸、无氧呼吸和发酵 3 种。(一)底物脱氢的4条途径（以葡萄糖为底物）1.EMP 途径：EMP 途径与人类生产实践的关系来看, 则它与乙 醇、乳酸、甘油、丙酮和丁醇等的发酵生产关系密切。2.HMP 途径：HMP 途径中的核酮糖-5-磷酸在羧化酶的催化下可固定CO2并形成核酮糖- 1, 5 -二磷酸。详见后面卡尔文循环3.ED 途径：存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径, 为微生物所

17、特有。*经 ED 途径发酵生产乙醇的方法称为细菌酒精发酵（常用菌种为运动发酵单胞菌），比传统的酵母酒精发酵有较多的优点, 包括代谢速率高,产物转化率高, 菌体生成少,代谢副产物少, 发酵温度较高, 以及不必定期供氧等。其缺点则是生长 pH 较高。较易染杂菌, 并且对乙醇的耐受力 较酵母菌低。4.TCA 循环TCA 位于一切分解代谢和合成代谢中的枢纽地位, 不仅可为微生物的生物合成提供各种碳架原料, 而且还与人类的发酵生产 (如柠檬酸、苹果酸、谷氨酸、延胡索酸和琥珀酸等)紧密相关。(二)递氢和受氢根据递氢特点尤其是受氢体性质的不同,把生物氧化区分为呼吸、无氧呼吸和发酵3种类型。1.呼吸底物按常规

18、方式脱氢后, 脱下的氢(常以还原力 H 形式存在) 经完整的电子传递链传递, 最终被外源分子氧接受,产生了水并释放出ATP形式的能量。2.无氧呼吸这是一类在无氧条件下进行的、产能效率较低的特殊呼吸。其特点是底物按常规途径脱氢后,经部分呼吸链递氢, 最终由氧化态的无机物或有机物受氢,并完成氧化磷酸化产能反应。根据呼吸链末端氢受体的不同,可把无氧呼吸分成多种类型。3. 发酵：广义的发酵, 最早是从会不断冒泡并产生有益产品的一些自然现象开始的;目前已泛指任何利用好氧性或厌氧性微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料的一类生产方式。(1)由EMP途径中丙酮酸出发的发酵：酿酒酵母的同型酒精发酵，德氏乳杆菌保

19、加利亚亚种的同型乳酸发酵，E.coli的混合酸发酵，丙酮丁醇梭菌的丁酸型发酵。其中同型乳酸发酵由一分子葡萄糖产生两分子乳酸。(2)通过 HMP 途径的发酵异型乳酸发酵异型乳酸发酵的“经典”途径（PK途径）：肠膜明串珠菌为代表，利用萄萄糖时,发酵产物为乳酸、乙醇和CO2 ,并产生一分子H2O和一分子ATP。异型乳酸发酵的双歧杆菌途径（HK途径）：双歧杆菌为代表，特点是2分子葡萄糖可产3分子乙酸、2分子乳酸和5分子 ATP。(3)通过ED途径进行的发酵 通过ED途径的发酵就是指细菌酒精发酵*巴斯德效应：在厌氧条件下,向发酵的培养基中通入氧气,则葡萄糖消耗减少，这种抑制发酵产物积累的现象称为巴斯德效

20、应。（由发酵转向有氧呼吸导致糖消耗减少，糖利用率升高）二.自养微生物产ATP和产还原力(一)化能自养微生物化能自养微生物还原CO2所需要的ATP和 H 是通过氧化还原态无机底物而获得的。(二)光能营养微生物1.循环光合磷酸化：一种存在于光合细菌中的原始光合作用机制, 因可在光能驱动下通过电子的循环式传递而完成磷酸化产能反应。特点是进行不产氧光合作用。2.非循环光合磷酸化这是各种绿色植物、藻类和蓝细菌所共有的利用光能产生 ATP 的磷酸化反应，产氧气。3.嗜盐菌紫膜的光介导 ATP 合成嗜盐古生菌所特有的一种反应，无需叶绿素和菌绿素的参与。第二节 微生物独特合成代谢途径举例一. 卡尔文循环这一循

21、环是光能自养生物和化能自养生物固定CO2的主要途径。本循环可分3个阶段：(1)羧化反应：核酮糖-1, 5-二磷酸通过核酮糖二磷酸羧化酶将3分子CO2固定。(2)还原反应：发生3-磷酸甘油酸上的羟基还原成醛基的反应。(3)CO2受体的再生：核酮糖-5-磷酸在磷酸核酮糖激酶的催化下转变成核酮糖-1,5-二磷酸。二. 肽聚糖的生物合成研究对象主要是采用G+细菌Staphylococcus aureus(金黄色葡萄球菌)。(一)在细胞质中的合成1. 由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸。2. 由N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸。(二)在细胞膜中的合成由“Park”核苷酸合成肽聚糖单体是在细胞

22、膜上进行的。(三)在细胞膜外的合成细菌细胞分泌自溶素解开反应部位的肽聚糖网套，肽聚糖单体在转肽酶的作用下接入肽聚糖网套。*对肽聚糖合成有抑制作用的各种抗生素机制：环丝氨酸：抑制“Park”核苷酸的合成。（细胞质中起作用）青霉素：竞争转肽酶，阻止肽聚糖单体之间肽桥的合成。此对处于生长繁殖旺盛阶段的细菌具有明显的抑制作用,相反,对处于生长停滞状态的休止细胞,却无抑制作用。（胞膜外起作用）万古霉素，杆菌肽：对类脂载体的合成起到干扰阻止的作用。（细胞膜上起作用）溶菌酶：直接破坏肽聚糖网套，对繁殖期和休止期的细胞均有作用。三.次级代谢产物次生代谢物是指某些微生物生长到稳定期前后,以结构简单、代谢途径明确

23、、产量较大的初生代谢物作前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的各种结构复杂的化学物。如抗生素,色素,毒素,生物碱等。第三节 微生物的代谢调节与发酵生产一、微生物的代谢调节以调节代谢流的方式最为重要, 它包括“粗调” 和“细调”两个方面,前者指调节酶合成量的诱导或阻遏机制, 后者指调节现成酶催化活力的反馈抑制机制。其中酶量调节是属于基因水平上的调节,酶活调节属于酶分子水平上的调节。二、代谢调节在发酵工业中的应用(一)应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节(二)应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节(三)控制细胞膜的渗透性习题：一.判断题1.微生物有极广的的碳源谱，它不论对于整个微生物界或个别微生物种来说

24、，都是一致的。2.青霉素抑制肽聚糖分子中肽桥的生物合成，因此对于生长旺盛的细胞具有明显的抑制作用，而对于休止的细胞无抑制作用。3.促进扩散可实现营养物质从外界你浓度梯度输入到细胞内。4.化能异养微生物的能源都是一些氧化钛的无机化合物。5.与噬菌体一样，植物病毒和动物病毒都是现在宿主细胞外脱壳，其核酸才进入细胞。6.基团移位是营养物质从外界输入到细胞内的一种你浓度梯度，要消耗能养并并改变营养物质分子基团的运送方式。7.配置谷氨酸发酵用的培养基的碳氮比要高于柠檬酸发酵的。8.水分活度对于微生物的生长非常重要，一般规律是水生性较强的微生物适合在低水分活度的环境中生长，而陆生性较强的微生物则适合在高水

25、分活度的环境中生长。9.厌氧菌需要生活在氧化还原电势较高的培养基中。10.有朊病毒引起的人和动物疾病，都与脑部和神经中枢发生海绵状病变和功能衰退有关。11.真病毒是一类只含有核酸和蛋白质两种成分的病毒。12.有包膜的病毒，其包膜的类脂成分主要来自宿主细胞。13.无氧呼吸和有氧呼吸一样也需要细胞色素等电子传递体。也能产生较多的能量用于生命活动，但由于部分能量虽电子转移给最终电子受体，所以生成的能量不如有氧呼吸多，14.与其他为生物类似，同种病毒粒和噬菌体个体间也存在着生长期和形态上的差别。15.噬菌体通过自外裂解方式发生裂解后，可释放出大批已装配好的子代噬菌体。16.某样品双层平板测出来的噬菌体

26、效价通常与用电子显微镜计数的结果相一致。17.一步生长曲线是用于描述所有噬菌体生长规律的一种实验曲线。18.与动物病毒和噬菌体相一致，植物病毒也有较强的宿主专一性。19.光能营养型微生物与植物一样，通过叶绿素吸收光能进行产氧型光合作用。12.在配置化能异养微生物培养基时，添加了碳源后就不必再添加能源了。二.填空题1.同型乳酸发酵是指葡萄糖经_途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下被NADH还原为乳酸。异型乳酸发酵经_和_途径分解葡萄糖，代谢终产物除了乳酸还有_。2.双层平板法是测定噬菌体效价的最常见方法，其底层平板含_，上层平板中的三种成分分别是_、_和_。3.温和噬菌体可形成四周为_，

27、中央有_的特殊噬菌斑。4. _的乙醇发酵是指葡萄糖经_途径分解为丙酮酸后，进一步形成乙醛，乙醛还原生成乙醇；_的乙醇发酵是利用ED途径分解葡萄糖为丙酮酸，最后生成乙醇。5.酶的代谢调节表现在两种方式：_是一种非常迅速的机制，发生在酶蛋白分子水平上。_是一种比较缓慢的机制，发生在基因水平上。6.呼吸作用于发酵作用的根本区别是有氧呼吸中电子载体不是将电子直接传递给底物的降解中间产物，而是交给_系统，逐步释放出能量最后交给_。7.巴斯德效应是发生在很多微生物中的现象，当微生物从_转换到_下，糖代谢速率_，这是因为_比发酵作用更加有效的获取能量。8.S.aureus肽聚糖合成分为三个阶段：细胞质中合成

28、_，在细胞膜中进一步合成_，然后在细胞膜外壁引物存在下合成肽聚糖。青霉素在细胞膜外抑制_的活性从而抑制肽聚糖的合成。9.凡在_和两种成分中，只含有其中一种分子的病原体或者是由_构成的功能不完善的病原体成为亚病毒，主要有类病毒、_、卫星病毒、_和_五种。10.根据对培养基成分的了解程度，可将培养基分为_、_和_三种。11.次级代谢是微生物生长至_期前后，以_为前体，合成一些对微生物自身生命活动没有明显生理功能的物质的工程。次级代谢产物大多是分子结构比较复杂如_、_和_等。12.不同病毒在不同宿主细胞上可形成不同特征的聚集体，如在动物细胞内的_，细菌菌苔上的_，植物叶片上的_，昆虫细胞内的_，以及动物单层细胞上的_等。13.大肠杆菌的偶数噬菌体是一类重要的模式生物，有T2，T4，T6三种，他们都属于_对称结构。个体由_、_和_三部分组成，而其尾部由_、_、_、_和_五部分组成。14.微生物的四种糖代谢途径中，_是存在于大多数生物体内的一条主流代谢途径。_是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种代替途径，为微生物所特有。_是产生4碳，5碳等中间产物，为生物合成提供多种前体物质的途径。三.选择题1.在谷氨酸发酵的培养基中生长因子的主要来源是