《高三生物复习》PPT课件.ppt

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1、第 五 章微生物的营养,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,第五章微生物的营养,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。,第五章微生物的营养,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

2、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。,第五章微生物的营养,2、微生物的营养物质及其生理功能,第五章微生物的营养,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)。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；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;但有

3、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,第五章微生物的营养,（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

4、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,第五章微生物的营养,（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

5、(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,表5.4 微量元素与生理功能,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。,第五章微生物的营养,（4）生长因子,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

6、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。,第五章微生物的营养,表5.5 维生素及其在代谢中的作用,第五章微生物的营养,（5）水,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：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；参与细胞内一系列化学反应；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；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；保持充足的水分是细胞维持自身正常形态的重要因素；微生物

7、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。,水的有效性常以水活度值(water activity,w)表示。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。纯水w为1.00，溶液中溶质越多，w越小。微生物一般在w为的条件下生长，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。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。,第五章微生物的营养,表5.6 几类微生物生长最适w,

8、第五章微生物的营养,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),第五章微生物的营养,第二节微生物的营养类型,第五章微生物的营养,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

9、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,第五章微生物的营养,第五章微生物的营养,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。,第五章微生物的营养,三、化能无机营养型,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

10、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。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：,第五章微生物的营养,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

11、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(),表5.8 微生物的营养类型(),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),第五章微生物的营养,第三节 营养物质进入细胞,简单扩散（Simple Diffusion）被动扩散（Passive Transport）主动运输（Active Transport）基团转位（Group Translocation）,第五章微生物的营养,物质运输的机制,Candida albicans,第五章微生物的营养,Simple diffusio

12、n 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 carbo

13、n dioxide into and out of cells.,第五章微生物的营养,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 enoug

14、h 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

15、 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 SubstancesAcross a Membrane by Antiporters,微生物的营养和代谢,Transport of Substances Across a Membrane by Symporters,Transport o

16、f 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 t

17、he transport of substances across the membrane by means uniporters.,第五章微生物的营养,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)

18、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.,第五章微生物的营养,微生物的营养和代谢,Active TransportProton Motive For

19、ce,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 s

20、ubstrate-specific binding proteins located in the bacterial periplasm,the gel-like substance between the bacterial cell wall and cytoplasmic membrane.,第五章微生物的营养,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 hydrolysi

21、s 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

22、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

23、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 transport

24、ed 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 alter

25、ed 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 se

26、ries of enzymes to glucose.The final enzyme both phosphorylates the glucose and transports it across the membrane as glucose 6-phosphate.,第五章微生物的营养,Group Translocation,Step 1,When bacteria use the process of group translocation to transport glucose across their membrane,a high-energy phosphate group

27、 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 acr

28、oss 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 phosphoenolpyr

29、uvate(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,第五章微生物的营养,第四节 培养基,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。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

30、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。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。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。,第五章微生物的营养,一、什么是培养基,选择适宜的营养物质营养物质浓度及配比合适控制pH条件控制氧化还原电位(redoxpotential)原料选择灭菌处理,第五章微生物的营养,二、配制培养基的原则,氧化硫硫杆菌培养基,第五章微生物的营养,天然培养基(complex medium)这类培养基含有化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然

31、有机物，也称非化学限定培养基(chemically undefined medium)。合成培养基(synthetic medium)是由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基。,第五章微生物的营养,三、培养基的类型以及应用,1、按成分不同划分,根据培养基中凝固剂的有无及含量的多少，可将培养基划分为固体培养基、半固体培养基和液体培养基三种类型。理想的凝固剂应具备以下条件：不被所培养的微生物分解利用；在微生物生长的温度范围内保持固体状态，在培养嗜热细菌时，由于高温容易引起培养基液化，通常在培养基中适当增加凝固剂来解决这一问题；凝固剂凝固点温度不能太低，否则将不利于微生物的生长

32、；凝固剂对所培养的微生物无毒害作用；凝固剂在灭菌过程中不会被破坏；透明度好，粘着力强；配制方便且价格低廉。,第五章微生物的营养,2、根据物理状态划分,常用的凝固剂有琼脂(agar)、明胶(gelatain)和硅胶(silica gel)。表5.9列出琼脂和明胶的一些主要特征。,表5.9 琼脂与明胶主要特征比较,第五章微生物的营养,基础培养基(minimum medium)基础培养基是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基。加富培养基(enrichment medium)也称营养培养基，即在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基，这些特殊营养物质包括血液、血清、酵母

33、浸膏、动植物组织液等。鉴别培养基(differential medium)是用于鉴别不同类型微生物的培养基。在培养基中加入某种特殊化学物质，某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物，而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化，可将该种微生物与其他微生物区分开来。,第五章微生物的营养,3、按用途划分,选择培养基(selective medium)是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。一种类型选择培养基是依据某些微生物的特殊营养需求设计的。另一类选择培养基是在培养基中加入某种化学物质，这种化学物质没有营养作用，对所需分离的微生物无害，但可以抑制或杀死其他微生物。,第五章微生物的营养,