微生物学：第四章 微生物的营养

1、本章内容本章内容4.1 微生物的营养要求微生物的营养要求 _-微生物们需要吃什么，吃多少？微生物们需要吃什么，吃多少？食谱食谱4.2 培养基培养基 -如何为微生物准备食物？如何为微生物准备食物？一、配制培养基的原则一、配制培养基的原则二、培养基的类型及应用二、培养基的类型及应用4.3 营养物质进入细胞营养物质进入细胞 -微生物怎样吃东西？微生物怎样吃东西？一、扩散一、扩散二、促进扩散二、促进扩散三、主动运输三、主动运输四、膜泡运输四、膜泡运输营养：营养： 微生物在其生长过程中获取生命活动所需的能量和结构微生物在其生长过程中获取生命活动所需的能量和结构物质的生理过程。物质的生理过程。营养物质营养

2、物质： 外界环境可为细胞提供结构组分、能量、代谢调节物质外界环境可为细胞提供结构组分、能量、代谢调节物质和良好生长环境的化学物质。和良好生长环境的化学物质。 营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。和延续其生命形式的一种生理过程。概念区分概念区分：第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成微生物细胞微生物细胞水（水（70%-90%）干物质干物质有机物有机物 无机物（盐）无机物（盐）蛋白质、多糖、蛋白质、多糖、脂、核酸、维生脂、核酸、维生素、有机酸等及素、有

3、机酸等及其降解产物其降解产物细胞化学元素组成：细胞化学元素组成：主要元素主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫碳、氢、氧、氮、磷、硫 、钾、镁、钙、铁；、钾、镁、钙、铁；微量元素微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。 营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以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类：将它们区分成五类：质质异养微生物异养微生物自养微生物自养微生物 能源 有些微生物对碳源物质的利用表现出惊人的灵活性。实验表明，所有有些微生物对碳源物质的利用表现出惊人的灵活性。实验表明，所有天然有机物都可以被微生物利用

4、，如石油、天然气、石蜡甚至橡胶。一些天然有机物都可以被微生物利用，如石油、天然气、石蜡甚至橡胶。一些细菌似乎可以利用任何物质作为碳源，例如：洋葱伯克霍尔德氏菌细菌似乎可以利用任何物质作为碳源，例如：洋葱伯克霍尔德氏菌(Burkholderia Yabunchi )能够利用能够利用100种以上的碳水化合物。种以上的碳水化合物。速效氮源速效氮源迟效氮源迟效氮源举例举例玉米浆、蛋白胨、铵盐玉米浆、蛋白胨、铵盐黄豆饼粉、花生饼粉黄豆饼粉、花生饼粉成分成分蛋白质降解产物（肽、蛋白质降解产物（肽、氨基酸）、氨基酸）、NH4+等等大分子蛋白质大分子蛋白质微生物利用微生物利用快快慢慢生产应用生产应用菌体生长菌

5、体生长代谢产物形成代谢产物形成 在抗生素发酵中也可以通过控制培养基中速效碳和迟效碳、在抗生素发酵中也可以通过控制培养基中速效碳和迟效碳、速效氮和迟效氮的比例来控制菌体的生长和抗生素的合成。速效氮和迟效氮的比例来控制菌体的生长和抗生素的合成。生理酸性盐生理酸性盐: 当以（当以（NH4）2SO4为唯一氮源时，为唯一氮源时，NH4被利用后，培养基的被利用后，培养基的pH下降，下降，称为称为“生理酸性盐生理酸性盐”；生理碱性盐生理碱性盐: 当以当以KNO3为氮源时，为氮源时，NO3被利用被利用后，培养基的后，培养基的pH上升，称为上升，称为“生理碱生理碱性盐性盐”。 利用利用NH4NO3为氮源，可以避

6、免为氮源，可以避免pH急剧升急剧升降，但是，降，但是，NH4的吸收快，的吸收快，NO3 -的吸收滞后，的吸收滞后，所以，培养基所以，培养基pH会先降后升。会先降后升。NH4+是速效氮源，是速效氮源， NO3需先被还原成需先被还原成NH4+ (1)磷：合成核酸、磷脂、一些辅酶（磷：合成核酸、磷脂、一些辅酶（NAD，NADP，CoA等）及高能磷酸化合物的重要原料。一般都以等）及高能磷酸化合物的重要原料。一般都以K2HPO4和和KH2PO4的形式人为地提供。的形式人为地提供。(2)硫硫: 某些氨基酸（如半胱氨酸和蛋氨酸）、辅酶因子（如某些氨基酸（如半胱氨酸和蛋氨酸）、辅酶因子（如辅酶辅酶A，生物素，

7、硫辛酸和硫胺素）和谷胱甘肽的组，生物素，硫辛酸和硫胺素）和谷胱甘肽的组成成分。也是某些自养菌的能源物质。微生物从含硫成成分。也是某些自养菌的能源物质。微生物从含硫化合物中得到硫。一般人为的提供形式为化合物中得到硫。一般人为的提供形式为MgSO4。(3)镁镁: 一些酶（如己糖激酶，异柠檬酸脱氢酶，羧化酶和固一些酶（如己糖激酶，异柠檬酸脱氢酶，羧化酶和固氮酶）的激活剂，是光合细菌菌绿素的组成成分；具氮酶）的激活剂，是光合细菌菌绿素的组成成分；具有稳定核糖体、细胞膜和核酸的作用。缺乏镁，细胞有稳定核糖体、细胞膜和核酸的作用。缺乏镁，细胞生长就会停止。微生物可以利用硫酸镁或其他镁盐。生长就会停止。微生

8、物可以利用硫酸镁或其他镁盐。 (4)钾：不参加细胞结构物质的组成，但它是许多酶（如果糖钾：不参加细胞结构物质的组成，但它是许多酶（如果糖激酶）的激活剂，与原生质的胶体特性和细胞膜的透激酶）的激活剂，与原生质的胶体特性和细胞膜的透性有关。钾在胞内的浓度比胞外高许多倍。各种无机性有关。钾在胞内的浓度比胞外高许多倍。各种无机钾盐，尤其是磷酸钾盐（磷酸二氢钾，磷酸氢二钾）钾盐，尤其是磷酸钾盐（磷酸二氢钾，磷酸氢二钾）可作为钾源。可作为钾源。(5)钙：一般不参与微生物的细胞结构物质（除细菌芽孢外），钙：一般不参与微生物的细胞结构物质（除细菌芽孢外），但它是某些酶（如蛋白酶类）的激活剂，还参与细胞但它是某

9、些酶（如蛋白酶类）的激活剂，还参与细胞膜通透性的调节。各种水溶性的钙盐，如膜通透性的调节。各种水溶性的钙盐，如CaCl2及及CaCO3等都是微生物的钙元素来源。等都是微生物的钙元素来源。(6)钠：与细胞渗透压调节有关。胞内浓度低，而胞外浓度高。钠：与细胞渗透压调节有关。胞内浓度低，而胞外浓度高。对嗜盐菌来说，钠除了维持细胞的渗透压外，还与营对嗜盐菌来说，钠除了维持细胞的渗透压外，还与营养物的吸收有关，如吸收葡萄糖就需要养物的吸收有关，如吸收葡萄糖就需要Na的帮助。的帮助。(7)微量元素：与酶活性有关，或参与酶的组成，或是许多酶微量元素：与酶活性有关，或参与酶的组成，或是许多酶的调节因子的调节因

10、子。 铁：过氧化氢酶、过氧化物酶、细胞色素和细胞色素氧化铁：过氧化氢酶、过氧化物酶、细胞色素和细胞色素氧化酶的组成元素，也是铁细菌的能源，铁含量太低会影酶的组成元素，也是铁细菌的能源，铁含量太低会影响白喉杆菌形成白喉毒素；响白喉杆菌形成白喉毒素； 铜：多酚氧化酶和抗坏血酸氧化酶的成分；铜：多酚氧化酶和抗坏血酸氧化酶的成分； 锌：醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、肽酶和脱羧酶的辅助因子；锌：醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、肽酶和脱羧酶的辅助因子； 钴：参与维生素钴：参与维生素B12的组成；的组成； 钼：参与固氮酶的组成；钼：参与固氮酶的组成； 锰：超氧化物酶的激活剂。锰：超氧化物酶的激活剂。 无机盐离子的提供方式无机

11、盐离子的提供方式常量元素：常量元素：K2HPO4，MgSO4（提供（提供4种主要元素）种主要元素）微量元素：自来水，玻璃器皿微量元素：自来水，玻璃器皿维生素、氨基酸、嘌呤与嘧啶 某些自养微生物和某些异养微生物不需外源生长因某些自养微生物和某些异养微生物不需外源生长因子也能生长。子也能生长。主要生理功能主要生理功能:水活度水活度w w的概念的概念 在一定的温度和压力下，体系中溶液蒸汽压与纯在一定的温度和压力下，体系中溶液蒸汽压与纯水的水蒸汽压之比。水的水蒸汽压之比。w w=P/P=P/P0 0式中式中P P代表溶液的蒸汽压力，代表溶液的蒸汽压力，P P0 0代表纯水的蒸汽压力代表纯水的蒸汽压力纯

12、水纯水w w=1.00,=1.00,溶液越浓，溶液越浓，w w越小。越小。微生物能在微生物能在w w=0.63=0.630.990.99的条件下生长。特定微的条件下生长。特定微生物对生物对w w的要求是一定的。的要求是一定的。(photolithoautotrphy)(photoorganoheterotrphy)(chemolithoautotrphy)(chemoorganoheterotrophy)CHOH +CHOH + CO2H H3 3C CH H3 3C C2光能自养型和光能异养型微生物可利用光能生长，光能自养型和光能异养型微生物可利用光能生长，在地球早期生态环境的演化过程中起重

13、要作用。在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用。目前在高浓度有机废水的处理中应用意义重大。目前在高浓度有机废水的处理中应用意义重大。代表菌种代表菌种主要的氢供体主要的氢供体主要碳源主要碳源生长条件生长条件绿硫细菌绿硫细菌H2S, H2SO3, H2CO2厌气厌气,明明红硫细菌红硫细菌H2S, H2SO3, H2 , 也也利用有机物利用有机物CO2 ,有机物有机物厌气厌气,明明红螺菌红螺菌H2,主要利用有机物主要利用有机物CO2,主要是主要是有机物有机物厌气厌气,明明好气好气,明明好气好气,暗暗光合细菌种类及其特性菌光合细菌种类及其特性菌 生长所需能量来自无机物氧化产生的化学能生长所需能量来自

14、无机物氧化产生的化学能；脱氮硫细菌：脱氮硫细菌：2 NH3 + 2O2 2 HNO3 + 4 H + ATP CO2 + 4 H CH2O + H2O紫色硫细菌：紫色硫细菌：H2S + O2 H2O + 2S + ATP化能异养型分为：化能异养型分为：腐生型腐生型( (metatrophy) )：利用无生命的有机物利用无生命的有机物(如动植物尸体和残体如动植物尸体和残体)作为碳源。作为碳源。寄生型寄生型(paratrophy)：寄生在活的寄主体内吸取营养物寄生在活的寄主体内吸取营养物,离开寄主不能生存。离开寄主不能生存。 腐生型和寄生型之间还存在中间类型腐生型和寄生型之间还存在中间类型： 兼性

15、腐生型兼性腐生型(facultive metatrophy)(facultive metatrophy)或兼性寄生型或兼性寄生型(facultive paratrophy)(facultive paratrophy)，如：人和动物肠道内普遍存在的大，如：人和动物肠道内普遍存在的大肠杆菌。肠杆菌。 四种基本营养类型的比较：四种基本营养类型的比较：例如紫色非硫细菌例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)：没有有机物时，同化没有有机物时，同化CO2， 为为自养型微生物自养型微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物异养

16、型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物光能营养型微生物；黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生物化能营养型微生物第二节培养基第二节培养基 (culture medium)(culture medium)培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。谢产物的营养基质。培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础任何培养基都应该具备微生物生长所任何培

17、养基都应该具备微生物生长所需要营养需要营养要素：要素：碳源、氮源碳源、氮源、生长因子、生长因子、无机盐、水、无机盐、水任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；常规高压蒸汽灭菌：常规高压蒸汽灭菌： 1.05kg/cm2,121.315-30分钟；分钟；0.56kg/cm2,112.615-30分钟分钟一、配制培养基的原则（一、配制培养基的原则（The rule of preparation for CM） 1.选择适宜的营养物质选择适宜的营养物质（suitable nutrient）根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。根据不同的微生物的营养要

18、求配制针对强的培养基。培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：S 10g MgSO4.7H2O 0.5g （NH4)2SO4 0.4g FeSO4 0.01g H2PO4 4g CaCl2 0.25g H2O 1000ml培养化能异养的大肠杆菌一种培养基是由下列化学成分组成培养化能异养的大肠杆菌一种培养基是由下列化学成分组成：葡萄糖葡萄糖 5g NH4H2PO4 1g NaCl 5g MgSO4.7H2O 0.2g K2HPO4 1g H2O 1000ml常见的培养四大类微生物的培养基常见的培养四大类微生物的培养基细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：细菌（牛

19、肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏牛肉膏 3g 3g 蛋白胨蛋白胨 10g NaCl 5g H10g NaCl 5g H2 2O O 1000ml1000ml放线菌（高氏放线菌（高氏1 1号）号）淀粉淀粉 20g K20g K2 2HPOHPO4 4 0.5g NaCl 0.5g MgSO 0.5g NaCl 0.5g MgSO4 4.7H.7H2 2O O 0.5g KNO0.5g KNO3 3 1g FeSO 1g FeSO4 4 0.01g H 0.01g H2 2O 1000mlO 1000ml酵母菌酵母菌( (麦芽汁培养基麦芽汁培养基) )干麦芽粉加四倍水，在干麦芽粉加四倍水，在50-605

20、0-60保温糖化保温糖化3-43-4小时，用碘液小时，用碘液试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为1010巴林，煮沸后巴林，煮沸后，纱布过滤，调，纱布过滤，调pHpH为为6.06.0。霉菌（查氏合成培养基）霉菌（查氏合成培养基）NaNONaNO3 3 3g K 3g K2 2HPOHPO4 4 1g KCl 0.5g MgSO 1g KCl 0.5g MgSO4 4.7H.7H2 2O O 0.5g FeSO0.5g FeSO4 4 0.01g 0.01g 蔗糖蔗糖 30g H30g H2 2O 1000mlO 1000ml2. 营养物质浓度及配比合适（营

21、养物质浓度及配比合适（suitable concentration and ratio）培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物质浓度过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能质浓度过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。对微生物生长起抑制作用。培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（C/N）的）的影响较大。影响较大。碳氮比指培养基中碳元素与氮

22、元素的物质的量比值，有时也碳氮比指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之比。指培养基中还原糖与粗蛋白之比。例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培养基碳氮比为养基碳氮比为4/1时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基碳氮比为当培养基碳氮比为3/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。酸产量则大量增加。3. 控制控制 pH条件条件培养基的培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。微

23、生物的生长繁殖或产生代谢产物。通常培养条件：通常培养条件：细菌与放线菌：细菌与放线菌：pH77.5酵母菌和霉菌：酵母菌和霉菌：pH4.56范围内生长范围内生长为了维持培养基为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中加入的相对恒定，通常在培养基中加入pH缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。4.控制氧化还原电位控制氧化还原电位（redox potential）氧化还原电位又称氧化还原电势（氧化还原电位又称氧化还原电势（redox potential），是度量），是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化

24、剂接受电子趋势的一种指标，其单位是的一种指标，其单位是V（伏）或（伏）或mV（毫伏）。（毫伏）。不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同好氧性微生物：好氧性微生物：+0.1+0.1伏以上时可正常生长伏以上时可正常生长, ,以以+0.3+0.3+0.4+0.4伏为宜；伏为宜；厌氧性微生物：低于厌氧性微生物：低于+0.1+0.1伏条件下生长；伏条件下生长；兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1+0.1伏以上时进行好氧呼吸伏以上时进行好氧呼吸, , +0.1 +0.1伏以下时进行发酵。伏以下时进行发酵。配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基

25、成份,特别是在发酵工业中,以降低生产成本。以粗代精以野代家以废代好以简代繁以烃代粮以纤代糖对微生物来说，各种粗原料营养更加完全，效果更好。而且在经济上也节约。以野生植物原料代替栽培植物原料，如木薯、橡子、薯芋等都是富含淀粉质的野生植物，可以部分取代粮食用于工业发酵的碳源。以无机氮代蛋白 5.原料来源的选择原料来源的选择（The source of raw material）6.6.灭菌处理（灭菌处理（sterilizationsterilization）原则：高温短时原则：高温短时 二、培养基的类型及应用二、培养基的类型及应用（The types and application of CM）培

26、养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培养分成多种类型。途可将培养分成多种类型。按成分不同划分按成分不同划分天然培养基天然培养基complex medium合成培养基合成培养基synthetic medium含有化学成分还不清楚或化含有化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物学成分不恒定的天然有机物牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基汁培养基化学成分完全了解的物质配化学成分完全了解的物质配制而成的培养基制而成的培养基高氏高氏1 1号培养基、查氏培养基号培养基、查氏培养基按物理状态不同划分按物理状态不同划分固体培养基固体培养基

27、 solid medium液体培养基液体培养基liquid medium在液体培养基中加入一定量凝固在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态，琼脂含剂，使其成为固体状态，琼脂含量一般为量一般为1.5%-2.0%1.5%-2.0%琼脂含量一般为琼脂含量一般为0.2%-0.7%不加任何不加任何凝固剂凝固剂半固体培养基半固体培养基semisolid medium固体培养基常用来进行微生物的分固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏离、鉴定、活菌计数及菌种保藏 观察微生物的运动特征、分类鉴观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定定及噬菌体效价滴定 大规模工业生产及在实验

28、室进行大规模工业生产及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的微生物的基础理论和应用方面的研究研究 按用途不同划分按用途不同划分基础培养基基础培养基minimum medium鉴别培养基鉴别培养基differential medium含有一般微生物生长繁殖所含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基需的基本营养物质的培养基用来将某种或某类微生物从混杂的用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基微生物群体中分离出来的培养基用于鉴别不同类型微生物的培养基用于鉴别不同类型微生物的培养基选择培养基选择培养基selective medium在基础培养基中加入某些特殊营养在基础培养基

29、中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基物质制成的一类营养丰富的培养基微生物产生某种代谢产物，与培养微生物产生某种代谢产物，与培养基中的特殊化学物质发生特定的化基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征变化学反应，产生明显的特征变化牛肉膏蛋白胨培养基是最常牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基用的基础培养基加富培养基加富培养基enrichment medium特殊营养物质包括血液、血清、酵特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等母浸膏、动植物组织液等在培养基中加入相应的特殊营养物质在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的或化学物质，抑制不需

30、要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长生长，有利于所需微生物的生长蓝白斑筛选蓝白斑筛选依据某些微生物特殊营养需求设计依据某些微生物特殊营养需求设计筛选纤维素降解菌筛选纤维素降解菌纤维素为唯一碳源的选纤维素为唯一碳源的选 择培养基择培养基筛选蛋白酶产生菌筛选蛋白酶产生菌蛋白质为唯一氮源的选蛋白质为唯一氮源的选 择培养基择培养基分离固氮菌分离固氮菌缺乏氮源的选择培养基缺乏氮源的选择培养基第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式 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

31、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、荚微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）膜等）根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为自由扩散自由扩散（Passive transport）促进扩散促进扩散（Facilitated diffusion）主动运输主动运输（Active transport）膜泡运输膜泡运输（ memberane vesicle transport ）一、自由扩散一、自由扩散（Passive transpor

32、t）原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质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。行扩散。特特点点物质在扩散过程中没有发生任何反应；物质在扩散过程中没有发生任何反应；不消耗能量；不能逆浓度运输；不消耗能量；不能逆浓度运输；运输速率与膜内外物质的浓度差成正比运输速率与膜内外物质的浓度差成正比水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，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（脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（O O2 2、COCO2 2）及某些）及某些氨基酸在一定

33、程度上也可通过自由扩散进出细胞。氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。 二、二、促进促进扩散扩散（Facilitated diffusion） 促进扩散促进扩散 (facilitated diffusion)， 指溶质在运送过程指溶质在运送过程中，必须借助存在于细胞膜上的底物特异中，必须借助存在于细胞膜上的底物特异载体蛋白载体蛋白的协的协助，但不消耗能量的一种扩散性运送方式。助，但不消耗能量的一种扩散性运送方式。特特点点不消耗能量不消耗能量参与运输的物质本身的分子结构不发生变化参与运输的物质本身的分子结构不发生变化不能进行逆浓度梯度运输不能进行逆浓度梯度运输运输速率与膜内外物质的浓度差成

34、正比运输速率与膜内外物质的浓度差成正比需要载体参与需要载体参与 通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸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、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的物质，但也有微生物对同一物质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由一种以上的载体蛋白来完成。的运输由一种以上的载体蛋白来完成。 载体蛋白也称为透过酶（载体蛋白也称为透过酶（permease）,大都是诱导酶大都是诱导酶,只有在环境中只有在环境中存在机体生长所需的营养物质时，相应的透过酶才合成。存在机体生长所需的营养物质时，相应

35、的透过酶才合成。促进扩散速度与营养物质膜内外的浓度梯度的促进扩散速度与营养物质膜内外的浓度梯度的关系，类似酶与底物之间的相互作用关系，不关系，类似酶与底物之间的相互作用关系，不同于被动扩散的线性关系。同于被动扩散的线性关系。被运输物质在膜内被运输物质在膜内外的浓度差越大，促进扩散的速度就越快，但外的浓度差越大，促进扩散的速度就越快，但是当被动运输的物质的浓度过高而使载体蛋白是当被动运输的物质的浓度过高而使载体蛋白饱和时，运输速度就不再增加。饱和时，运输速度就不再增加。 三、主动运输三、主动运输（Active transport）它的一个重要特点是物质运输过程中需要消耗能量和它的一个重要特点是物

36、质运输过程中需要消耗能量和载体，而且可以进行逆浓度运输载体，而且可以进行逆浓度运输。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。1.1.初级主动运输初级主动运输(primary active transport)(primary active transport)2.2.次级主动运输次级主动运输(secondary active transport)(secondary active transport)3.ATP3.ATP结合性盒式转运蛋白系统结合性盒式转运蛋白系统(ATP-binding cassette(ATP-bindin

37、g cassette transporter system) transporter system)4.Na+,K+-ATP4.Na+,K+-ATP酶酶(Na+,K+-ATPase)(Na+,K+-ATPase)系统系统5.5.基团转位基团转位(group translocation )(group translocation )6.6.铁载体运输铁载体运输(siderophore transport )(siderophore transport ) 类型（类型（typestypes）1、初级主动运输、初级主动运输(primary active transport)是指由电子传递系统、是指由

38、电子传递系统、ATP酶或细菌嗜紫红质酶或细菌嗜紫红质引起的引起的质子质子的运输方式。的运输方式。1、有氧呼吸时，电子通过电子传递链传递的过程中伴随质子外排；、有氧呼吸时，电子通过电子传递链传递的过程中伴随质子外排；2、发酵时，发生底物水平磷酸化时，产生的、发酵时，发生底物水平磷酸化时，产生的ATP在在ATP酶作用下水解生酶作用下水解生成成ADP和磷酸，同时伴随质子外排；和磷酸，同时伴随质子外排；3、嗜盐古菌视紫红质吸收光能后，生色团构象改变导致质子外排。、嗜盐古菌视紫红质吸收光能后，生色团构象改变导致质子外排。能量来自于呼吸能（电子传递系统）、化学能（能量来自于呼吸能（电子传递系统）、化学能（

39、ATP酶）、酶）、光能（细菌视紫红质），导致原生质膜内外建立质子浓度光能（细菌视紫红质），导致原生质膜内外建立质子浓度差（质子外排），使膜处于充能状态差（质子外排），使膜处于充能状态能化膜能化膜运输质子（运输质子（H+）1、初级主动运输、初级主动运输(secondary active transport)通过初级主动运输建立的跨膜质通过初级主动运输建立的跨膜质子动势，在电势差消失的过程中子动势，在电势差消失的过程中往往伴随着其他物质的运输。往往伴随着其他物质的运输。同向运输同向运输(symport)与质子通过同一载体同方向运输，如与质子通过同一载体同方向运输，如单糖、双糖、氨基酸、某些阴离子；

40、单糖、双糖、氨基酸、某些阴离子；逆向运输逆向运输(antiport)与质子通过同一载体反方向运输，与质子通过同一载体反方向运输，Na+；单向运输单向运输(uniport)单独通过某一载体运输，单独通过某一载体运输，k+3、ATP结合性盒式转运蛋白系统结合性盒式转运蛋白系统(ATP-binding cassette transporter，ABC转运蛋白转运蛋白)转运糖类（阿拉转运糖类（阿拉伯糖、麦芽糖、伯糖、麦芽糖、半乳糖及核糖）、半乳糖及核糖）、氨基酸（谷氨酸、氨基酸（谷氨酸、组氨酸及亮氨酸）组氨酸及亮氨酸）和微生物和微生物B12等等Active Transport, Step 1 Acti

41、ve Transport, Step 2Active Transport, Step 33、Na+,K+-ATP酶酶(Na+,K+-ATPase)系统系统1957年丹麦学者斯克发现了位于原生质膜上的一种重要的离子通道蛋白年丹麦学者斯克发现了位于原生质膜上的一种重要的离子通道蛋白利用利用ATP能量将能量将Na+由细胞内由细胞内“泵泵”出胞外出胞外,并并将将K+“泵泵”入胞内。入胞内。该酶由大小两个亚基组成（该酶由大小两个亚基组成（MW: 12万万, 5.5万）万）作用步骤作用步骤:（1） ATP酶酶(E1)在细胞内侧与在细胞内侧与3个个Na+结合结合,同时消耗能量同时消耗能量;（2）磷酸化）磷酸

42、化ATP酶酶(E2)构象变化将构象变化将Na+排除胞外排除胞外,并与并与2个个K+ 结合结合;（3）K+激发激发E2脱磷酸化恢复为脱磷酸化恢复为E1, 同时将同时将K+运入细胞运入细胞.基团转位又称为磷酸烯醇式丙酮酸基团转位又称为磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖转移酶运输磷酸糖转移酶运输系统（系统（PTS），），PTS 通常由五种蛋白质组成，包括酶通常由五种蛋白质组成，包括酶I、酶、酶II（包括（包括a、b、c三种亚基）和一种低相对分子量的热稳定蛋白三种亚基）和一种低相对分子量的热稳定蛋白质（质（HPr）。）。5 5、基团转位、基团转位(group translocation )基团转位是另一种类型的

43、主动运输，它运输方式的不同之基团转位是另一种类型的主动运输，它运输方式的不同之处在于它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而物质在处在于它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而物质在运输过程中发生化学变化。运输过程中发生化学变化。PEP-P + HPr P- HPr + 丙酮酸丙酮酸 P - HPr +糖糖糖糖-P +HPr基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这种方式运输。过这种方式运输。铁铁的的摄摄取取（Iron Uptake Iron Uptake ） 几几乎所有微生物都需