微生物的营养课件

微生物的营养课件1微生物的營養大綱5.1一般的營養需求5.2對碳、氫和氧的需求5.3微生物的營養類型5.4對氮、磷和硫的需求5.5生長因子5.6細胞對營養物質的吸收5.7培養基5.8純培養物的分離微生物的營養大綱2一般的營養需求THECOMMONNUTRIENTREQUIREMENTS大量元素(Macroelement)或大量營養物質:95%以上由C、O、H、N、S、P、K、Ca、Mg、和Fe等少數幾種主要元素組成C、O、H、N、S、P是糖類、脂類、蛋白質、以及核酸的主要成分K、Ca、Mg、和Fe離子形式存在於細胞中，它們的生理功能多樣微量元素(traceelement或microelement)或微量營養物質Mn、Zn、Co、Mo、Ni、和Cu等特殊的營養需求：如：矽藻要矽酸(H4SiO4)一般的營養需求THECOMMONNUTRIENTRE3對碳、氫、氧的需求REQUlREMENTSFORCARBON，HYDROGEN，ANDOXYGEN碳元素為構成所有有機分子骨架或主鏈微生物也提供氫原子和氧原子生物體需要電子來源電子移動經過電子傳遞鏈以及在其他氧化還原反應過程，提供能量ATP自養型(autotroph,自營型)能夠以無機物當作唯一或主要的碳源獲得能量固定CO2、進行光合作用、氧化無機物異養型(heterotroph,異營型)生物就是指利用現成的有機分子作為碳源的生物所有天然有機物都可以被微生物利用某些細菌則只能利用少數幾種含碳化合物對碳、氫、氧的需求REQUlREMENTSFORCARB4微生物的營養類型NUTRITIONALTYPESOFMICROORGANISMS碳源的不同可分為異養型或自養型僅有兩種能源可以利用光能：光能營養型(Phototroph)利用光能化學能：化學能營養型(Chemotroph)則從化合物(有機物或無機物)的氧化作用中獲得能量無機營養型(Lithotroph)：以還原型無機物作為電子來源有機營養型(Organotroph)：利用有機物作為電子來源微生物的營養類型NUTRITIONALTYPESOF5微生物的营养课件6根據對碳、能量、和電子的最初來源，大多數可歸於4種營養類型中的一種光能無機自養型(photolithotrophicAutotroph或photolithoautotroph)簡稱光能自養型光能有機異養型(photorganotrophicheterotroph或photorganoheterotroph)簡稱光能異養型化學能無機自養型(chemolithorophicautotroph或chemo­lithoautotroph)簡稱化能自養型化學能有機異養型(chemoorganotrophicheterotroph或chemoorganohetertroph)簡稱化能異養型光能無機自養型或化能有機異養型占大多數光能有機異養型和化學能無機自養型微生物較少根據對碳、能量、和電子的最初來源，大多數可歸於4種營養類型7兼養型(Mixotrophic):可依賴無機能源和有機(有時為CO2)碳源，兼有化學能無機自和異養的代謝過程兼養型(Mixotrophic):可依賴無機能源和有機(有時8微生物的营养课件9對氮、磷、和硫的需求REQUIREMENTSFORNITROGEN，PHOSPHORUS，ANDSULFUR微生物通常利用無機物獲取它們氮用於合成胺基酸、嘌呤、嘧啶、某些糖和脂類、酶的輔助因子、及其他物質許多微生物以胺基酸為氮源大多數光合微生物和許多非光合微生物可將硝酸鹽還原成氨透過固氮酶系統將氣態氮還原並吸收利用對氮、磷、和硫的需求REQUIREMENTSFORNI10磷主要存在於核酸、磷脂、核苷酸(如ATP)、一些輔助因子、某些蛋白質、和其他細胞組成分中可將無機磷酸鹽作為磷源而直接利用大腸桿菌能利用有機磷酸鹽、無機磷酸，利用利用膜孔蛋白通到運輸硫主要用於合成半胱胺酸、甲硫胺酸、某些碳水化合物、生物素、和硫胺素(維生素B1)大多數微生物透過硫酸鹽還原作用，將硫酸鹽還原後利用少數微生物需要還原態硫(如半胱胺酸)磷主要存在於核酸、磷脂、核苷酸(如ATP)、一些輔助因子、11生長因子GROWTHFACTORS微生物生長所必須，但自身不能合成而必須從外界環境獲得的有機物質(或其前驅物)稱之主要有3類胺基酸：蛋白質合成嘌呤和嘧啶：核酸合成維生素：小分子有機物質，通常用來組成酶的輔助因子的部分或全部糞腸球菌需要8種不同的維生素流行性感冒嗜血桿菌需要血紅素黴漿菌(mycoplasma)需膽固醇作為生長生長因子GROWTHFACTORS12常見維生素在微生物中的生理功能生物素羧化作用CO2固定-碳代謝釀酒酵母、棕鞭毛屬藻、卡斯泰拉尼棘變形蟲維生素B12碳代謝（甲基載體）乳桿菌屬、纖細裸藻、哇藻和許多其他藻、卡斯泰拉尼棘變形蟲葉酸碳代謝糞腸球菌、梨形四膜蟲硫辛酸醯基轉移乾酪乳酸菌、四膜蟲桿菌泛酸輔酶A前驅物摩根氏茵變形桿菌、有孢酵母屬、草履蟲維生素B6胺基酸代謝乳桿菌屬、梨形四膜蟲維生素B3（菸葉鹼）NAD、NADH前驅物流產布魯氏菌、流感嗜血菌、芽校徽、束狀短膜蟲維生素B2（核黃素）FAD、FMN前驅物弧形柄桿菌、網柄菌屬、梨形四膜蟲維生素B1（硫胺素）醛基轉移炭疽芽抱桿菌、布拉克須黴、斯棕鞭藻、彎曲鉤形蟲常見維生素在微生物中的生理功能生物素羧化作用CO2固定-碳代13微生物對生長因子需求的專一性測試將缺乏待測生長因子但含有過量的其他營養物質的培養基分裝於一系列試管中，用於測定的微生物，然後在這些試管中分別加入不同量的該生長因子的標準樣品及待測樣品利用微生物發酵生產水溶性和脂溶性維生素核黃素(梭菌屬、假絲酵母屬、阿舒囊黴屬、假囊酵母屬維生素BI2(鏈黴菌屬、丙酸桿菌屬、假單胞菌屬)輔酶A(短桿菌屬)、維生素C(葡糖桿菌屬、歐文氏菌屬、棒桿菌屬)、beta-胡蘿蔔素(杜氏藻)、和維生素D(酵母屬)當今研究的重點：提高產量和發掘能產生大量維生素的微生物微生物對生長因子需求的專一性測試14細胞對營養物質的吸收UPTAKEOFNUTRIENTSBYTHECELL必須有將營養物質從胞外低濃度環境運輸到胞內高濃度環境的逆濃度運輸能力細胞質膜必須有選擇透過性，允許營養物質進入胞內，而阻止其他物質自由進入包含三種運輸方式促進擴散(facilitateddiffusion)、主動運輸(activetransport)、和基團轉位(grouptranslocation)在真核微生物中尚未發現基團轉位，可以透過胞吞作用吸收營養物質細胞對營養物質的吸收UPTAKEOFNUTRIENTS15被動擴散PassiveDiffusion甘油、水等少數物質可以透過被動擴散穿過細胞質膜也簡稱擴散：指營養物質從高濃度部位向低濃度部位運動的過程速度取決於膜內外該物質濃度差小分子H2O、O2、CO2可跨膜運輸大分子、離子、極性物質無法透過被動運輸促進性擴散FacilitatedDiffusion在載體蛋白協助下進行擴散的運輸方式稱為促進性擴散載體蛋白(carrierprotein)也稱透過酶(Permease，通透酶)，是一種位於質膜上的蛋白質被動擴散PassiveDiffusion16當載體蛋白被飽和時，促進擴散的速度就不再隨物質濃度差的增加而增加對所運輸物質具有專一性促進擴散還是一種擴散運輸方式，必須依賴膜內外營養物質濃度差的驅動，並隨著濃度差的消失而停止營養物質膜外與載體蛋白結合後，蛋白構形發生變化，並將營養物質釋放於胞內，然後載體蛋白恢復其原來構形過程也是可逆的，一般不會出現送到細胞外原核生物中，促進擴散並非一種重要的運輸方式，因細胞外的營養物濃度常較低真核細胞中較為明顯，很多糖和胺基酸經由這種方式進入細胞當載體蛋白被飽和時，促進擴散的速度就不再隨物質濃度差的增加而17微生物的营养课件18微生物的营养课件19主動傳輸ActiveTransport可將溶質分子進行逆濃度運輸，將胞外溶質分子運輸至較高濃度的細胞內過程中需要消耗能量需要載體蛋白，載體蛋白或通透酶對所運輸物質真有較強的專一性具有載體飽和效應細菌、古生菌、和真核生物具有結合蛋白轉運系統或ATP結合性卡式轉運蛋白(ABC轉運蛋白)主動傳輸ActiveTransport20由兩個疏水跨膜區組成，並與胞內的兩個核苷酸結合區形成複合物跨膜區在膜上形成一個孔，核苷酸結合區結合ATPATP水解促使物質吸收ABC轉運蛋白與專一的基質結合蛋白結合革蘭氏陰性菌，結合蛋白位於周質間隙中，革蘭氏陽性菌，附著在質膜外表面脂膜上大腸桿菌用這種運輸方式轉運各種糖類和胺基酸小分子物質能利用像外膜蛋白F(OmpF)一類膜孔蛋白穿過外膜大分子物質則需要專一性膜孔蛋白由兩個疏水跨膜區組成，並與胞內的兩個核苷酸結合區形成複合物21微生物的营养课件22細菌也利用電子傳遞過程中產生的膜內外質子梯度來驅動主動運輸缺乏專門的周質結合蛋白來結合營養物質通透酶將乳糖分子運入胞內，而胞外高濃度質子是由電子傳遞鏈的作用產生兩種物質以同一方向進行跨膜運輸的方式稱為同向運輸(symport)

大腸桿菌運輸系統在質子進入胞內的同時將鈉排出胞外這種不同物質以相反方向同時進行跨膜運輸的方式稱為逆向運輸(antiport)微生物經常通過多種運輸系統吸收某一種營養物質運輸方式的多樣性賦予微生物在多變環境條件下更強的競爭優勢細菌也利用電子傳遞過程中產生的膜內外質子梯度來驅動主動運輸23(1)電子傳遞時，質子被排出質膜外(2)質子梯度透過逆向運輸機制驅動鈉離子外排(3)鈉離子結合到載體蛋白複合物上(4)載體蛋白溶質結合位置形狀發生改變，並與溶質結合(5)載體蛋白的構形發生改變，將鈉釋放於胞內，隨後溶質也從載體蛋白上解離下來(一種同向運輸機制)內外使用質子與鈉離子梯度進行主動運輸(1)電子傳遞時，質子被排出質膜外內外使用質子與鈉離子梯度進24基團轉位GroupTranslocation過程中被運輸的物質發生化學變化主動運輸的營養物質沒有被修飾發生改變需要使用代謝能，屬於依賴能量的運輸類型磷酸烯醇式丙酮酸:糖磷酸轉移酶系統(phosphoenolpyruvate:sugarphosphotransferasesystem，PTS)許多糖進入原核生物胞內同時被磷酸化使用磷酸烯醇式丙酮酸PEP提供磷酸PEP+糖(胞外)→丙酮酸+糖-p(胞內)

基團轉位GroupTranslocation25PTS由兩種酶(EI和Ell)和一個低分子量熱穩定蛋白(HPr)組成HPr和EI存在於細胞質中Ell由3個次單元或結構區組成EllA(也稱EIII)為可溶性細胞質蛋白EIIB也是親水性蛋白EIIC則是疏水蛋白位於細胞膜上EIIB、C常結合在一起在運輸過程中，在EI和HPr的作用下，一個高能磷酸由PEP傳遞到EllEll將一個糖分子運入胞內並將其磷酸化Ell只專一性運輸某一類糖不同的PTS其Ell不同，而EI和HPr都相同PTS由兩種酶(EI和Ell)和一個低分子量熱穩定蛋白(HP26基團轉位，細菌PTS運輸系統圖中顯示兩種PTS，兩種酶(EI和EII)和一個低分子量熱穩定蛋白(HPr)組成基團轉位，細菌PTS運輸系統27鐵的攝取IronUptake幾乎所有微生物都需要鐵作為細胞色素和許多酶的組成分鐵(Fe3+)及其衍生物非常難溶於水，以致於微生物對鐵的吸收十分困難許多細菌和真菌通過分泌鐵載體(siderophore)的方式克服與Fe3+形成複合物並運輸進入胞內的小分子物質通常為hydroxamate：高鐵色素ferrichrome是許多真菌產生酚鹽一兒茶酚鹽phenolates-catecholate：腸桿菌素enterobactin是大腸桿菌產生鐵的攝取IronUptake28微生物的营养课件29微生物的营养课件30微生物向胞外分泌鐵載體與鐵結合鐵一鐵載體複合物到達細胞表面時，就與鐵載體受體蛋白結合然後鐵或被釋放於胞內，或整個鐵一鐵載體複合物被ABC轉運蛋白運入胞內大腸桿菌受體蛋白位於細胞外膜，被運輸的Fe3+到達周質問隙後透過轉運蛋白穿過細胞質膜而進入胞內Fe3+被還原為Fe2+微生物向胞外分泌鐵載體與鐵結合31培養基CULTUREMEDIA合成或已知成分培養基SyntheticorDefinedMedia所有組成分都是已知化合物複合培養基ComplexMedia培養基含有一些化學組成不清楚的成分蛋白胴(peptone)是肉、酪蛋白、大豆粉、明膠、和其他蛋白質的部分水解產物，通常作為碳源和氮源牛肉萃取物和酵母萃取物分別是瘦牛肉和啤酒酵母的水溶性萃取物液體培養基中加入1.0～2.0%(通常為1.5%)的瓊脂agar可製成固體培養基瓊脂是主要由D-半乳糖、D-葡糖醛酸組成的聚物，紅藻萃取。優良的固化劑，40～42°C時凝固，凝固的瓊脂在溫度80～90°C時可保持固體狀態大多數微生物不能降解瓊脂培養基CULTUREMEDIA32微生物的营养课件33微生物的营养课件34培養基的類型TypesofMedia選擇培養基(selectivemedium)培養基中加入特定物質，用來培養特定的微生物加入膽鹽、鹼性品紅、或結晶紫等染料可以抑制G+細菌生長，但不影響G-細菌生長EMBagar以纖維素當作唯一碳源，分離纖維素分解細菌鑑別培養基(differentialmedium)根據微生物各自特點設計的用於區分和鑑定不同微生物的培養基血瓊脂bloodagar，可用於區分溶血性和非溶血性細菌，麥氏培養基……培養基的類型TypesofMedia35純培養物的分離ISOLATIONOFPURECLUTURES平板塗佈法和平板劃線法TheSpreadPlateandStreakPlate平板傾倒法ThePourPlate萬落的形態和生長ColonyMorphologyandGrowth純培養物的分離ISOLATIONOFPURECLUT36微生物的营养课件37微生物的營養大綱5.1一般的營養需求5.2對碳、氫和氧的需求5.3微生物的營養類型5.4對氮、磷和硫的需求5.5生長因子5.6細胞對營養物質的吸收5.7培養基5.8純培養物的分離微生物的營養大綱38一般的營養需求THECOMMONNUTRIENTREQUIREMENTS大量元素(Macroelement)或大量營養物質:95%以上由C、O、H、N、S、P、K、Ca、Mg、和Fe等少數幾種主要元素組成C、O、H、N、S、P是糖類、脂類、蛋白質、以及核酸的主要成分K、Ca、Mg、和Fe離子形式存在於細胞中，它們的生理功能多樣微量元素(traceelement或microelement)或微量營養物質Mn、Zn、Co、Mo、Ni、和Cu等特殊的營養需求：如：矽藻要矽酸(H4SiO4)一般的營養需求THECOMMONNUTRIENTRE39對碳、氫、氧的需求REQUlREMENTSFORCARBON，HYDROGEN，ANDOXYGEN碳元素為構成所有有機分子骨架或主鏈微生物也提供氫原子和氧原子生物體需要電子來源電子移動經過電子傳遞鏈以及在其他氧化還原反應過程，提供能量ATP自養型(autotroph,自營型)能夠以無機物當作唯一或主要的碳源獲得能量固定CO2、進行光合作用、氧化無機物異養型(heterotroph,異營型)生物就是指利用現成的有機分子作為碳源的生物所有天然有機物都可以被微生物利用某些細菌則只能利用少數幾種含碳化合物對碳、氫、氧的需求REQUlREMENTSFORCARB40微生物的營養類型NUTRITIONALTYPESOFMICROORGANISMS碳源的不同可分為異養型或自養型僅有兩種能源可以利用光能：光能營養型(Phototroph)利用光能化學能：化學能營養型(Chemotroph)則從化合物(有機物或無機物)的氧化作用中獲得能量無機營養型(Lithotroph)：以還原型無機物作為電子來源有機營養型(Organotroph)：利用有機物作為電子來源微生物的營養類型NUTRITIONALTYPESOF41微生物的营养课件42根據對碳、能量、和電子的最初來源，大多數可歸於4種營養類型中的一種光能無機自養型(photolithotrophicAutotroph或photolithoautotroph)簡稱光能自養型光能有機異養型(photorganotrophicheterotroph或photorganoheterotroph)簡稱光能異養型化學能無機自養型(chemolithorophicautotroph或chemo­lithoautotroph)簡稱化能自養型化學能有機異養型(chemoorganotrophicheterotroph或chemoorganohetertroph)簡稱化能異養型光能無機自養型或化能有機異養型占大多數光能有機異養型和化學能無機自養型微生物較少根據對碳、能量、和電子的最初來源，大多數可歸於4種營養類型43兼養型(Mixotrophic):可依賴無機能源和有機(有時為CO2)碳源，兼有化學能無機自和異養的代謝過程兼養型(Mixotrophic):可依賴無機能源和有機(有時44微生物的营养课件45對氮、磷、和硫的需求REQUIREMENTSFORNITROGEN，PHOSPHORUS，ANDSULFUR微生物通常利用無機物獲取它們氮用於合成胺基酸、嘌呤、嘧啶、某些糖和脂類、酶的輔助因子、及其他物質許多微生物以胺基酸為氮源大多數光合微生物和許多非光合微生物可將硝酸鹽還原成氨透過固氮酶系統將氣態氮還原並吸收利用對氮、磷、和硫的需求REQUIREMENTSFORNI46磷主要存在於核酸、磷脂、核苷酸(如ATP)、一些輔助因子、某些蛋白質、和其他細胞組成分中可將無機磷酸鹽作為磷源而直接利用大腸桿菌能利用有機磷酸鹽、無機磷酸，利用利用膜孔蛋白通到運輸硫主要用於合成半胱胺酸、甲硫胺酸、某些碳水化合物、生物素、和硫胺素(維生素B1)大多數微生物透過硫酸鹽還原作用，將硫酸鹽還原後利用少數微生物需要還原態硫(如半胱胺酸)磷主要存在於核酸、磷脂、核苷酸(如ATP)、一些輔助因子、47生長因子GROWTHFACTORS微生物生長所必須，但自身不能合成而必須從外界環境獲得的有機物質(或其前驅物)稱之主要有3類胺基酸：蛋白質合成嘌呤和嘧啶：核酸合成維生素：小分子有機物質，通常用來組成酶的輔助因子的部分或全部糞腸球菌需要8種不同的維生素流行性感冒嗜血桿菌需要血紅素黴漿菌(mycoplasma)需膽固醇作為生長生長因子GROWTHFACTORS48常見維生素在微生物中的生理功能生物素羧化作用CO2固定-碳代謝釀酒酵母、棕鞭毛屬藻、卡斯泰拉尼棘變形蟲維生素B12碳代謝（甲基載體）乳桿菌屬、纖細裸藻、哇藻和許多其他藻、卡斯泰拉尼棘變形蟲葉酸碳代謝糞腸球菌、梨形四膜蟲硫辛酸醯基轉移乾酪乳酸菌、四膜蟲桿菌泛酸輔酶A前驅物摩根氏茵變形桿菌、有孢酵母屬、草履蟲維生素B6胺基酸代謝乳桿菌屬、梨形四膜蟲維生素B3（菸葉鹼）NAD、NADH前驅物流產布魯氏菌、流感嗜血菌、芽校徽、束狀短膜蟲維生素B2（核黃素）FAD、FMN前驅物弧形柄桿菌、網柄菌屬、梨形四膜蟲維生素B1（硫胺素）醛基轉移炭疽芽抱桿菌、布拉克須黴、斯棕鞭藻、彎曲鉤形蟲常見維生素在微生物中的生理功能生物素羧化作用CO2固定-碳代49微生物對生長因子需求的專一性測試將缺乏待測生長因子但含有過量的其他營養物質的培養基分裝於一系列試管中，用於測定的微生物，然後在這些試管中分別加入不同量的該生長因子的標準樣品及待測樣品利用微生物發酵生產水溶性和脂溶性維生素核黃素(梭菌屬、假絲酵母屬、阿舒囊黴屬、假囊酵母屬維生素BI2(鏈黴菌屬、丙酸桿菌屬、假單胞菌屬)輔酶A(短桿菌屬)、維生素C(葡糖桿菌屬、歐文氏菌屬、棒桿菌屬)、beta-胡蘿蔔素(杜氏藻)、和維生素D(酵母屬)當今研究的重點：提高產量和發掘能產生大量維生素的微生物微生物對生長因子需求的專一性測試50細胞對營養物質的吸收UPTAKEOFNUTRIENTSBYTHECELL必須有將營養物質從胞外低濃度環境運輸到胞內高濃度環境的逆濃度運輸能力細胞質膜必須有選擇透過性，允許營養物質進入胞內，而阻止其他物質自由進入包含三種運輸方式促進擴散(facilitateddiffusion)、主動運輸(activetransport)、和基團轉位(grouptranslocation)在真核微生物中尚未發現基團轉位，可以透過胞吞作用吸收營養物質細胞對營養物質的吸收UPTAKEOFNUTRIENTS51被動擴散PassiveDiffusion甘油、水等少數物質可以透過被動擴散穿過細胞質膜也簡稱擴散：指營養物質從高濃度部位向低濃度部位運動的過程速度取決於膜內外該物質濃度差小分子H2O、O2、CO2可跨膜運輸大分子、離子、極性物質無法透過被動運輸促進性擴散FacilitatedDiffusion在載體蛋白協助下進行擴散的運輸方式稱為促進性擴散載體蛋白(carrierprotein)也稱透過酶(Permease，通透酶)，是一種位於質膜上的蛋白質被動擴散PassiveDiffusion52當載體蛋白被飽和時，促進擴散的速度就不再隨物質濃度差的增加而增加對所運輸物質具有專一性促進擴散還是一種擴散運輸方式，必須依賴膜內外營養物質濃度差的驅動，並隨著濃度差的消失而停止營養物質膜外與載體蛋白結合後，蛋白構形發生變化，並將營養物質釋放於胞內，然後載體蛋白恢復其原來構形過程也是可逆的，一般不會出現送到細胞外原核生物中，促進擴散並非一種重要的運輸方式，因細胞外的營養物濃度常較低真核細胞中較為明顯，很多糖和胺基酸經由這種方式進入細胞當載體蛋白被飽和時，促進擴散的速度就不再隨物質濃度差的增加而53微生物的营养课件54微生物的营养课件55主動傳輸ActiveTransport可將溶質分子進行逆濃度運輸，將胞外溶質分子運輸至較高濃度的細胞內過程中需要消耗能量需要載體蛋白，載體蛋白或通透酶對所運輸物質真有較強的專一性具有載體飽和效應細菌、古生菌、和真核生物具有結合蛋白轉運系統或ATP結合性卡式轉運蛋白(ABC轉運蛋白)主動傳輸ActiveTransport56由兩個疏水跨膜區組成，並與胞內的兩個核苷酸結合區形成複合物跨膜區在膜上形成一個孔，核苷酸結合區結合ATPATP水解促使物質吸收ABC轉運蛋白與專一的基質結合蛋白結合革蘭氏陰性菌，結合蛋白位於周質間隙中，革蘭氏陽性菌，附著在質膜外表面脂膜上大腸桿菌用這種運輸方式轉運各種糖類和胺基酸小分子物質能利用像外膜蛋白F(OmpF)一類膜孔蛋白穿過外膜大分子物質則需要專一性膜孔蛋白由兩個疏水跨膜區組成，並與胞內的兩個核苷酸結合區形成複合物57微生物的营养课件58細菌也利用電子傳遞過程中產生的膜內外質子梯度來驅動主動運輸缺乏專門的周質結合蛋白來結合營養物質通透酶將乳糖分子運入胞內，而胞外高濃度質子是由電子傳遞鏈的作用產生兩種物質以同一方向進行跨膜運輸的方式稱為同向運輸(symport)

大腸桿菌運輸系統在質子進入胞內的同時將鈉排出胞外這種不同物質以相反方向同時進行跨膜運輸的方式稱為逆向運輸(antiport)微生物經常通過多種運輸系統吸收某一種營養物質運輸方式的多樣性賦予微生物在多變環境條件下更強的競爭優勢細菌也利用電子傳遞過程中產生的膜內外質子梯度來驅動主動運輸59(1)電子傳遞時，質子被排出質膜外(2)質子梯度透過逆向運輸機制驅動鈉離子外排(3)鈉離子結合到載體蛋白複合物上(4)載體蛋白溶質結合位置形狀發生改變，並與溶質結合(5)載體蛋白的構形發生改變，將鈉釋放於胞內，隨後溶質也從載體蛋白上解離下來(一種同向運輸機制)內外使用質子與鈉離子梯度進行主動運輸(1)電子傳遞時，質子被排出質膜外內外使用質子與鈉離子梯度進60基團轉位GroupTranslocation過程中被運輸的物質發生化學變化主動運輸的營養物質沒有被修飾發生改變需要使用代謝能，屬於依賴能量的運輸類型磷酸烯醇式丙酮酸:糖磷酸轉移酶系統(phosphoenolpyruvate:sugarphosphotransferasesystem，PTS)許多糖進入原核生物胞內同時被磷酸化使用磷酸烯醇式丙酮酸PEP提供磷酸PEP+糖(胞外)→丙酮酸+糖-p(胞內)

基團轉位GroupTranslocation61PTS由兩種酶(EI和Ell)和一個低分子量熱穩定蛋白(HPr)組成HPr和EI存在於細胞質中Ell由3個次單元或結構區組成EllA(也稱EIII)為可溶性細胞質蛋白EIIB也是親水性蛋白EIIC則是疏水蛋白位於細胞膜上EIIB、C常結合在一起在運輸過程中，在EI和HPr的作用下，一個高能磷酸由PEP傳遞到EllEll將一個糖分子運入胞內並將其磷酸化Ell只專一性運輸某一類糖不同的PTS其Ell不同，而EI和HPr都相同PTS由兩種酶(EI和Ell)和一個低分子量熱穩定蛋白(HP62基團轉位，細菌PTS運輸系統圖中顯示兩種PTS，兩種酶(EI和EII)和一個低分子量熱穩定蛋白(HPr)組成