微生物的耐鹽機制ppt課件

.,微生物的耐鹽機制,.,第一節(jié)嗜鹽微生物,概念嗜鹽微生物(halophilicmicroorganism)是生長的最適鹽濃度大于0.2mol/L（氯化物）的微生物。根據(jù)微生物對鹽的需要可將細(xì)菌和古菌分為四類：非嗜鹽微生物（菌）輕度嗜鹽微生物（菌）中度嗜鹽微生物（菌）極端嗜鹽微生物（菌）,.,最適NaCI濃度非嗜鹽菌弱嗜鹽菌1%-3%中度嗜鹽菌3%-15%極端嗜鹽菌13%-15%,.,中度嗜鹽菌和極端嗜鹽菌屬于極端環(huán)境微生物大多存在于海洋、鹽（堿）湖、鹽場、沙漠植物、鹽漬食物等高鹽環(huán)境中兩者區(qū)別：對NaCI濃度要求不同不同類群（細(xì)菌和古菌）,.,中度嗜鹽菌和極端嗜鹽菌的種類中度嗜鹽菌生長離不開鹽、適應(yīng)鹽濃度范圍寬（0.1%-32%）典型的是鹽單胞菌科（Halomonadaceae），下有10余各屬，最大的屬為Halomanas（鹽單胞菌屬），60余個種，主要成員Halomonaselongata（伸長鹽單胞菌）,.,極端嗜鹽菌屬古菌，18個屬，49個種。屬需氧微生物，菌落呈紅色或粉紅色,.,Na+對嗜鹽菌的影響很多微生物可以耐受一定濃度的NaCI，但沒有依賴性。大腸桿菌、葡萄球菌、根瘤菌中度嗜鹽菌和極端嗜鹽菌對NaCI有很強的依賴性,在沒有NaCI的環(huán)境中不能生長,.,第二節(jié)微生物的鹽適應(yīng)機制,一、滲透調(diào)節(jié)內(nèi)鹽機制有機滲透質(zhì)機制二、Na+輸出機制1.初級鈉泵2.次級鈉泵,.,一、滲透調(diào)節(jié)內(nèi)鹽機制（KCI機制）屬無機滲透質(zhì)機制菌體內(nèi)積累高濃度KCI，以K+和CI-作為滲調(diào)劑，維持滲透平衡多數(shù)極端嗜鹽菌采用此種機制某些高等植物也通過積累鉀來抵抗鹽危害,.,利用內(nèi)鹽機制進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)的微生物，細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)含有大量酸性氨基酸（天冬氨酸和谷氨酸）利于蛋白質(zhì)形成水合外層，保持正常的構(gòu)型和功能,.,2.有機滲透質(zhì)機制（親和性溶質(zhì)機制）親和性溶質(zhì)：生理pH條件下不帶凈電荷、高度可溶的小分子有機物親和性溶質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)積累，不影響細(xì)胞的正常形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能環(huán)境中滲透壓增高時，通過積累親和性溶質(zhì)平衡滲透壓取代水與蛋白質(zhì)表面的結(jié)合，保護(hù)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定親和性溶質(zhì)的產(chǎn)生：自身合成，細(xì)胞外吸收,.,.,幾種常見的親和性溶質(zhì)氨基酸類：脯氨酸、谷氨酸氨基酸衍生物類：四氫嘧啶、脯氨酸甜菜堿小分子肽類：N-乙酰谷氨酰谷氨酸氨基化合物磺酸脂類：膽堿-O-磺酸多羥基化合物類：甘油、甘油葡萄糖苷糖類：海藻糖、蔗糖,.,.,脯氨酸大多數(shù)細(xì)菌滲透脅迫時細(xì)胞內(nèi)積聚高濃度脯氨酸革蘭陽性菌：胞內(nèi)合成革蘭陰性菌：提高轉(zhuǎn)運水平脯氨酸轉(zhuǎn)運系統(tǒng)：PutP、ProP、ProU,.,甘氨酸甜菜堿、脯氨酸甜菜堿、谷氨酸甜菜堿自然界中最重要的相容性溶質(zhì)存在原核生物、動物和植物自行合成四氫嘧啶嗜鹽菌的重要的親和性溶質(zhì)自行合成,.,海藻糖蔗糖、麥芽糖、纖維二糖、龍膽二糖、松二糖大腸桿菌、沙門菌從頭合成海藻糖ostAB操縱子編碼的兩種酶催化海藻糖的生成,.,二、Na+輸出系統(tǒng)將細(xì)胞內(nèi)多余的鈉離子排到細(xì)胞外，維持細(xì)胞內(nèi)較低的鹽濃度細(xì)菌存在2種Na+輸出系統(tǒng)1.初級鈉泵包括四類：脫羧酶、甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體、ATP酶和NADH泛醌氧化還原酶,.,脫羧酶催化草酰乙酸脫羧，在催化脫羧反應(yīng)時向細(xì)胞外輸出鈉離子主要包括：草酰乙酸脫羧酶、甲基丙二酰輔酶A脫羧酶、戊烯二酰輔酶A脫羧酶、丙二酸脫羧酶,.,甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體產(chǎn)甲烷古菌的初級鈉泵，催化甲基從甲基四氫甲烷喋呤轉(zhuǎn)移到輔酶M，在此過程中偶聯(lián)鈉離子輸出有8個不同的Mtr亞基，MtrA、MtrB、MtrC、MtrD、MtrE、MtrF、MtrG、MtrH，由轉(zhuǎn)錄單元mtrEDCBAFGH編碼,.,ATP酶與細(xì)胞膜相連，伴隨ATP酶水解，將鈉離子從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外2種類型：F型ATP酶和V型ATP酶，廣泛分布在古菌、細(xì)菌和真核生物中,.,NADH泛醌氧化還原酶大多數(shù)細(xì)菌呼吸鏈中的一個組成成分，在呼吸過程中輸出鈉離子最早在溶藻弧菌（V.alginolyticus）中發(fā)現(xiàn)弧菌屬、枯草桿菌屬和大腸桿菌等中都有發(fā)現(xiàn),.,2.次級鈉泵常稱為Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白，廣泛存在細(xì)菌、真菌、植物和動物細(xì)胞中，屬跨膜蛋白，催化單價陽離子（Na+、K+、Li+）輸出，與質(zhì)子（H+）的輸入相偶聯(lián)根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分2類：單亞基鈉離子逆向轉(zhuǎn)運蛋白多亞基鈉離子逆向轉(zhuǎn)運蛋白,.,單亞基鈉離子逆向轉(zhuǎn)運蛋白普遍存在于細(xì)菌、真菌、動物和植物中細(xì)菌中有：NhaA、NhaB、NhaC、NhaD、NhaE、NhaG、NhaP、ChaA、MdfA真菌中：SOD2、Nha1擬南芥：AtNHX1、SOS1,.,.,多亞基鈉離子逆向轉(zhuǎn)運蛋白（Mrp逆向轉(zhuǎn)運蛋白）由6-7個亞基組成，跨膜轉(zhuǎn)運蛋白最早發(fā)現(xiàn)于耐鹽芽孢桿菌嗜鹽菌和耐鹽的細(xì)菌中都存在（枯草桿菌、金葡菌等）,.,大多數(shù)微生物都存在多個Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白大腸桿菌：4種（NhaA、NhaB、ChaA、MdfA）枯草芽孢桿菌：5種（NhaC、NhaK、Mrp、MleN、TetL）霍亂弧菌：6種？（NhaA、NhaB、NhaC、NhaD、Mrp）不僅介導(dǎo)鈉離子輸出，還參與抗生素外排、芽孢形成等生理活動,.,.,第三節(jié)嗜鹽菌的應(yīng)用,一、農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用培育耐鹽作物將編碼甘氨酸甜菜堿的基因betA轉(zhuǎn)入甘藍(lán)菜，生物量、葉綠素含量和水分含量都有提高。在150mmol/L和L300mmol/LNaCI條件下，生物量分別提高21.3%和20%,.,二、工業(yè)中的應(yīng)用食品工業(yè)：合成胡蘿卜素、類胡蘿卜素酶工業(yè)：合成分泌