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文檔簡介
第三節(jié)微生物的營養(yǎng)吸收方式當(dāng)前第1頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)微生物們是怎樣吃東西的?當(dāng)前第2頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)所需的營養(yǎng)物質(zhì)不斷進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物及時(shí)分泌到細(xì)胞外物質(zhì)運(yùn)輸?shù)膬蓚€(gè)過程:微生物當(dāng)前第3頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)一、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)恼系K第一層,莢膜與粘液層第二層,細(xì)胞壁第三層,細(xì)胞膜當(dāng)前第4頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)1.莢膜與粘液層莢膜和粘液層是由一層結(jié)構(gòu)疏松的多糖物質(zhì)組成,對(duì)大多數(shù)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞影響不大。當(dāng)前第5頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)2.細(xì)胞壁肽聚糖組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),只允許一定相對(duì)分子質(zhì)量以下的小分子物質(zhì)進(jìn)入,大分子物質(zhì)就不能通過肽聚糖的網(wǎng)眼孔。當(dāng)前第6頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)3.細(xì)胞膜
細(xì)胞膜具有選擇性滲透作用,即細(xì)胞膜具有允許一種物質(zhì)比另一種物質(zhì)更容易通過的特性。當(dāng)前第7頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)細(xì)胞膜的選擇性滲透作用營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入代謝產(chǎn)物排出無害物質(zhì)的進(jìn)入有用物質(zhì)的漏出保證防止細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)運(yùn)輸影響最大,它能保證細(xì)胞與外界進(jìn)行合理的物質(zhì)交換。當(dāng)前第8頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)二、物質(zhì)運(yùn)輸方式
除了原生動(dòng)物外,其他各大類有細(xì)胞的微生物都是通過細(xì)胞膜的滲透和選擇吸收作用,從外界吸取營養(yǎng)物的。當(dāng)前第9頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)送基團(tuán)移位細(xì)胞膜運(yùn)送營養(yǎng)物質(zhì)的4種方式當(dāng)前第10頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)1.單純擴(kuò)散
單純擴(kuò)散(simplediffusion)又稱簡單擴(kuò)散、被動(dòng)運(yùn)送(passivetransport),指疏水性雙分子層細(xì)胞膜(包括孔蛋白在內(nèi))在無載體蛋白的參與下,單純依靠物理擴(kuò)散方式讓許多小分子、非電離分子尤其是親脂性分子被動(dòng)通過的一種物質(zhì)運(yùn)送方式。(1)定義當(dāng)前第11頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)(2)單純擴(kuò)散特點(diǎn)②不消耗能量,動(dòng)力來自參與擴(kuò)散的物質(zhì)在膜內(nèi)外的濃度差,從高濃度向低濃度運(yùn)送;①擴(kuò)散是非特異性的,不需載體蛋白協(xié)助;③擴(kuò)散過程中,物質(zhì)不與膜上各類分子發(fā)生反應(yīng),自身分子結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化。當(dāng)前第12頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)物質(zhì)跨膜擴(kuò)散的能力和速率與該物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)!相對(duì)分子質(zhì)量小脂溶性極性小易通過擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞當(dāng)前第13頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)氣體分子(O2、CO2)脂肪酸乙醇甘油苯某些氨基酸分子單純擴(kuò)散運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)當(dāng)前第14頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)2.促進(jìn)擴(kuò)散
促進(jìn)擴(kuò)散(facilitateddiffusion)指溶質(zhì)在運(yùn)送過程中,必須借助存在于細(xì)胞膜上的底物特異載體蛋白(carrierprotein)的協(xié)助,但不消耗能量的一類擴(kuò)散性運(yùn)送方式。(1)定義當(dāng)前第15頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)
載體蛋白有時(shí)稱作透性酶(permease)、移位酶
(translocase)或移位蛋白(translocatorprotein),一般通過誘導(dǎo)產(chǎn)生,它借助自身構(gòu)象的變化,在不耗能的條件下可加速把膜外高濃度的溶質(zhì)擴(kuò)散到膜內(nèi),直至膜內(nèi)外該溶質(zhì)濃度相等為止。每種載體只運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì),具有較高的專一性。載體蛋白(carrierprotein)當(dāng)前第16頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)(2)促進(jìn)擴(kuò)散特點(diǎn)③不消耗能量,動(dòng)力來自參與擴(kuò)散的物質(zhì)在膜內(nèi)外的濃度差,從高濃度向低濃度運(yùn)送。①需要細(xì)胞膜上的底物特異載體蛋白的協(xié)助;②載體蛋白對(duì)被運(yùn)送的物質(zhì)具有高度專一性;當(dāng)前第17頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)各種糖、氨基酸和維生素促進(jìn)擴(kuò)散吸收E.coli甘油促進(jìn)擴(kuò)散吸收當(dāng)前第18頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散速度的比較當(dāng)前第19頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)3.主動(dòng)運(yùn)送
主動(dòng)運(yùn)送(activetransport)指一類須提供能量(包括ATP、質(zhì)子動(dòng)勢(shì)或“離子泵”等)并通過細(xì)胞膜上特異性載體蛋白構(gòu)象的變化,而使膜外環(huán)境中低濃度的溶質(zhì)運(yùn)入膜內(nèi)的一種運(yùn)送方式。屬于逆濃度梯度運(yùn)送營養(yǎng)物的方式。(1)定義當(dāng)前第20頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)②消耗能量,逆濃度梯度運(yùn)送物質(zhì);①需要細(xì)胞膜上的底物特異載體蛋白的協(xié)助;(2)主動(dòng)運(yùn)送特點(diǎn)③
溶質(zhì)在運(yùn)送前后不發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化。當(dāng)前第21頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)“選擇”能力—載體蛋白“濃縮”能力—逆濃度梯度當(dāng)前第22頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)作用步驟:1.ATP酶(E)在細(xì)胞內(nèi)側(cè)與3個(gè)Na+結(jié)合,同時(shí)消耗能量;2.磷酸化ATP酶(E+)構(gòu)象變化將Na+排除胞外,并與2個(gè)K+
結(jié)合;3.K+激發(fā)E+脫磷酸化恢復(fù)為E,同時(shí)將K+運(yùn)入細(xì)胞.當(dāng)前第23頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)主動(dòng)運(yùn)送可以運(yùn)輸某些無機(jī)和有機(jī)離子以及糖類等。主動(dòng)運(yùn)送是逆濃度梯度運(yùn)送營養(yǎng)物的方式,對(duì)許多生存在低濃度營養(yǎng)環(huán)境中的貧養(yǎng)菌(oligophyte,或稱寡養(yǎng)菌)的生存極為重要。當(dāng)前第24頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)4.基團(tuán)移位
基團(tuán)移位(grouptranslocation)指既需特異性載體蛋白的參與,又需耗能的一種物質(zhì)運(yùn)送方式,其特點(diǎn)是溶質(zhì)在運(yùn)送前后還會(huì)發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化。(1)定義當(dāng)前第25頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)②消耗能量,逆濃度梯度運(yùn)送物質(zhì);①需要細(xì)胞膜上的底物特異載體蛋白的協(xié)助;③
溶質(zhì)在運(yùn)送前后發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化。(2)基團(tuán)移位特點(diǎn)當(dāng)前第26頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)基團(tuán)移位運(yùn)送的物質(zhì)各種糖類核苷酸丁酸腺嘌呤等葡萄糖果糖甘露糖N-乙酰葡糖胺等當(dāng)前第27頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)
在E.coli
中研究得較為清楚,主要靠磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)(phosphotrasferasesystem)即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)進(jìn)行?;鶊F(tuán)移位的運(yùn)送機(jī)制當(dāng)前第28頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)
此系統(tǒng)由24種蛋白組成,運(yùn)送某一具體糖,至少有4種蛋白參與,其特點(diǎn)是每輸入一個(gè)葡萄糖分子,就要消耗一個(gè)ATP的能量。磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)(phosphotrasferasesystem)當(dāng)前第29頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)具體運(yùn)送分兩步進(jìn)行:(1)熱穩(wěn)載體蛋白的激活細(xì)胞內(nèi)高能化合物——磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的磷酸基團(tuán)通過酶Ⅰ的作用激活HPr:PEP+HPrPyr(丙酮酸)+P~HPr
酶Ⅰ當(dāng)前第30頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)HPr(heat-stablecarrierprotein,HPr)是一種低相對(duì)分子質(zhì)量的可溶性蛋白,結(jié)合在細(xì)胞膜上,起著高能磷酸載體的作用。
酶Ⅰ是一種可溶性細(xì)胞質(zhì)蛋白。HPr和酶Ⅰ在磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)中,均無底物特異性。當(dāng)前第31頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)(2)糖經(jīng)磷酸化而運(yùn)入細(xì)胞膜內(nèi)
膜外環(huán)境中的糖先與細(xì)胞膜外表面上的底物特異膜蛋白——酶Ⅱc結(jié)合,接著糖分子被由P~HPr→酶Ⅱa→酶Ⅱb逐級(jí)傳遞來的磷酸基團(tuán)激活,最后通過酶Ⅱc再把這一磷酸糖釋放到細(xì)胞質(zhì)中。當(dāng)前第32頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)糖分子
+
酶Ⅱc結(jié)合P~HPr酶Ⅱa酶Ⅱb磷酸基團(tuán)磷酸基團(tuán)磷酸糖酶Ⅱc細(xì)胞質(zhì)中逐級(jí)傳遞磷酸基團(tuán)激活釋放當(dāng)前第33頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)酶Ⅱ酶Ⅱa酶Ⅱb酶Ⅱc細(xì)胞質(zhì)蛋白,無底物特異性均為膜蛋白,具有底物特異性,可通過誘導(dǎo)產(chǎn)生當(dāng)前第34頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)例如:
E.coli、
金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、
枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)
和巴氏梭菌(Clostridiumpasteurianum)中,葡萄糖是通過基團(tuán)移位方式自外環(huán)境運(yùn)送入細(xì)胞內(nèi)的。當(dāng)前第35頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)當(dāng)前第36頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)簡單擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸基團(tuán)移位需要載體需要能量發(fā)生化學(xué)變化四種運(yùn)輸方式的本質(zhì)區(qū)別當(dāng)前第37頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)請(qǐng)預(yù)習(xí)下一節(jié):培養(yǎng)基當(dāng)前第38頁\共有42頁\編于星期四\17點(diǎn)
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