微生物生理學(xué)課件

微生物生理學(xué)MicrobialPhysiology郝勃haobo@Chapter1IntroductiontoMicrobialPhysiology1-1微生物生理學(xué)的定義與內(nèi)容1-3

微生物生理學(xué)的發(fā)展史概要：以名人及其貢獻(xiàn)為里程碑定義:微生物生理學(xué)是微生物學(xué)的分支學(xué)科，著重研究微生物生命活動(dòng)的規(guī)律以及與周圍環(huán)境的關(guān)系MainContents:微生物生物化學(xué)1-4

課程的考試與計(jì)分方法1-5如何學(xué)習(xí)本課程？1-2

微生物代謝概論1.1.1MainContentsChapter1RegulationofProkaryoticGeneExpressionChapter2CellStructureandFunctionChapter3GeneralPathwaysofCarbohydrateMetabolismChapter4EnergyProductionandMetaboliteTransportChapter5MetabolismofSubstratesotherthanGlucoseChapter6FermentationPathwayChapter7PhotosynthesisandInorganicMetabolismChapter8LipidsandSterolsChapter9NitrogenMetabolismChapter10BiosynthesisandMetabolismofAminoAcidsChapter11SecondaryMetabolismofMicrobes1.1.2MainTopics

ofMicrobialPhysiologyFig.1-4CapsulesofStreptococcuspneumoniaeFig.1-5Microbialappendages（P6）(a)FlagellaofSamonella

typhimuriumFig.1-5Microbialappendages（P6）(b)PiliofEscherichiacoliFig.1-15MaturesporeofClostridiumbotulinum

(肉毒梭菌).Shownisawall-defined,multilayeredexporium(E),anelectron-denseoutercoatlayer,athickinnercoat(C)andalessdensecortex(CX).Thedarklystainedribosomes(R)andnucleoidareas(N)areclearlydifferentiatedinthesporeinterior.Barequals0.2μm.Fromp19ofthetext.

From

p14ofthetext,Fig.1-10thewholenetworkofmetabolismwouldbeputin…1.1.3微生物的營(yíng)養(yǎng)類型微生物營(yíng)養(yǎng):指微生物獲得與利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過程無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物:以CO2作唯一碳源,不需要有機(jī)養(yǎng)料的微生物有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物:只以適宜的有機(jī)化合物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的微生物光能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型:以日光為能源,以CO2為碳源合成細(xì)胞有機(jī)物的營(yíng)養(yǎng)類型

光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型：以日光為能源，以外源有機(jī)物為碳源和供氫體合成細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)類型化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型:通過以氧化無機(jī)物釋放出的能量還原CO2成為細(xì)胞有機(jī)物的營(yíng)養(yǎng)類型化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型:用有機(jī)物分解時(shí)釋放出的能量將有機(jī)物分解的中間產(chǎn)物合成新的有機(jī)物的營(yíng)養(yǎng)類型概念表1-1微生物營(yíng)養(yǎng)類型營(yíng)養(yǎng)類型能源碳源代表類群自養(yǎng)型光能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)光CO2藍(lán)細(xì)菌、綠色硫細(xì)菌、嗜鹽細(xì)菌化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)無機(jī)物CO2硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌異養(yǎng)型光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)光有機(jī)物與CO2紅螺菌化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)有機(jī)物有機(jī)物進(jìn)一步分為腐生菌和寄生菌

1、光能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）

photolithoautotroph

（１）不產(chǎn)氧光合作用代表菌種：綠硫菌、紫硫菌

CO2+2H2S（CH2O）+H2O+2S

（２）產(chǎn)氧光合作用代表菌種：藍(lán)細(xì)菌、藻類

CO2+H2O（CH2O）+O2

（３）嗜鹽古細(xì)菌以紫膜進(jìn)行特殊的光能轉(zhuǎn)化

２、光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）photoorganoheterotroph

在以二氧化碳為主要碳源時(shí)，需要以有機(jī)物作為供氫體，利用光能將二氧化碳還原成細(xì)胞物質(zhì)，它們的細(xì)胞中含有光合色素，生長(zhǎng)時(shí)大多需要外源的生長(zhǎng)因子，例如紅螺菌（Rhodospirillum）

CO2+2CH3CHOHCH3

（CH2O）+H2O+2CH3COCH3

3、化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）Chemolithoautotroph

化能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)菌還原CO2而需要的ATP和還原力[H]是通過氧化無機(jī)底物（NH4+、NO2-、H2S、H2

和Fe2+

等）來實(shí)現(xiàn)的。化能自養(yǎng)細(xì)菌的能量代謝主要有三個(gè)特點(diǎn)：

①無機(jī)底物的氧化直接與呼吸鏈發(fā)生聯(lián)系。由脫氫酶或氧化還原酶催化的無機(jī)底物脫氫或脫電子后，直接進(jìn)入呼吸鏈傳遞。這與異養(yǎng)微生物葡萄糖氧化要經(jīng)過EMP和TCA等途徑的復(fù)雜代謝過程不同。

②呼吸鏈的組分更為多樣化，氫或電子可從任一組分進(jìn)入呼吸鏈。

③產(chǎn)能效率即P／O比一般要比異養(yǎng)微生物更低。４、化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(化能異養(yǎng)型,Chemorganoheterotroph)

從有機(jī)物氧化過程中獲得能量，并以有機(jī)物作為主要碳源進(jìn)行生長(zhǎng)。又可根據(jù)它們利用有機(jī)物的特性分為腐生菌和寄生菌，以及它們之間的過渡類型。上述營(yíng)養(yǎng)型的劃分不是絕對(duì)的，在它們中間存在著很多過渡類型。例如：氫單胞菌，在完全是無機(jī)養(yǎng)料的環(huán)境中，通過氫和氧化獲得能量，同化二氧化碳，營(yíng)自養(yǎng)生活；當(dāng)環(huán)境中有有機(jī)物時(shí)，直接利用有機(jī)物碳架物質(zhì)而營(yíng)異養(yǎng)生活。又如：紅螺菌，在光照下能利用光能生長(zhǎng)，在暗處有氧條件下，可通過氧化有機(jī)物獲得能量，實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)，表現(xiàn)為化能營(yíng)養(yǎng)型。為避免混亂，一般認(rèn)為依據(jù)營(yíng)養(yǎng)型分類以最簡(jiǎn)單的營(yíng)養(yǎng)條件為根據(jù)，即光能營(yíng)養(yǎng)型先于化能營(yíng)養(yǎng)型，自養(yǎng)型先于異養(yǎng)型。EscherichiacoliSalmonellatyphiStaphylococcusaureusLeuconostoc

paramesenteroidesBasicNutritionGlucose/NH4+/K+/Mn2+/Fe2+/SO42+/PO43+/Cl-RequiedbyallformaximumgrowthindefinedmediumAdditionalRequirementsNoneTryptophanNicotinicacidThiamine10aminoacidsNicotinicacidThiaminePantothenatePyridoxalRiboflavinCobalaminBiotin/Folatep-AminobezoateGuanine/Uracil16AminoacidSodiumacetateToween80Tab.1-2NutritionalRequirementsofSomeOrganotrophs1.代謝的基本概念以及代謝的微生物特點(diǎn)2.研究微生物代謝的常用方法1-2微生物代謝概論2.1

靜息細(xì)胞：定義與獲得方法

2.3

放射性同位素示蹤：twotricks

2.2Warburg壓力計(jì):用于氣體的測(cè)定

2.4

代謝途徑阻斷突變株：auxotroph&idiotroph(naught)mutant1.2.1

代謝的基本概念以及代謝的微生物特點(diǎn)1.

代謝的基本概念①代謝：分解代謝與合成代謝②代謝途徑：中間產(chǎn)物與中產(chǎn)物，直線代謝途徑與分枝代謝途徑，兩向代謝途徑③代謝的生理功能：初級(jí)代謝與次級(jí)代謝2.

代謝的微生物特點(diǎn)①代謝速率快②代謝的多樣性③代謝研究的易操作性2.1靜息細(xì)胞：定義與獲得方法靜息細(xì)胞：在人工培養(yǎng)條件中內(nèi)源性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗殆盡的微生物細(xì)胞靜息細(xì)胞應(yīng)用：研究微生物對(duì)于外源性（營(yíng)養(yǎng)）物質(zhì)的利用靜息細(xì)胞的獲得舉例：斜面搖瓶培養(yǎng)收集細(xì)胞無菌水中搖瓶靜息細(xì)胞2種同位素示蹤方法1.同位素競(jìng)爭(zhēng)法A*BCA2.逐次標(biāo)記法Fig1-24:Warburgrespirator1.2.2研究微生物代謝的常用方法圖1-25以E.coli

的營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株確認(rèn)色氨酸生物合成途徑中間產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)操作左為生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)基中加入4種生長(zhǎng)因子（表1—3）；右為互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，在培養(yǎng)基中加入微量的蛋白胨M1M2WM31-22-33-1

生長(zhǎng)因子菌株對(duì)氨基苯甲酸鄰氨基苯甲酸吲哚色氨酸W++++M1-+++M2--++M3---+表1—3

E.coli

營(yíng)養(yǎng)缺陷性突變株M1、M2、M3和野生株W在不同的補(bǔ)充培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)（+）或不長(zhǎng)（-）1.2.2研究微生物代謝的常用方法年代學(xué)者發(fā)現(xiàn)意義1696Antony

Leeuvanhock第一次（報(bào)道）在自制顯微鏡下觀察到微生物開創(chuàng)對(duì)新的生命類型的研究1857-1865？LouisPasteur①打破微生物自然發(fā)生說②厭氧微生物③釀酒中不同微生物導(dǎo)致不同的發(fā)酵將微生物與其生命活動(dòng)有機(jī)聯(lián)系1890？Winogradsky硫細(xì)菌的生活方式自養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)型1888M.W.BeijerinckAzobacter

&

Cyanobacteria生物固氮1900Büchner酵母胞外產(chǎn)酒精的反應(yīng)微生物化學(xué)1961Jacob&MonodOperontheory代謝調(diào)節(jié)Sofarscientists在重要雜志上的相關(guān)報(bào)道全方位表1-4著名學(xué)者對(duì)微生物生理的貢獻(xiàn)1-4課程的考試與計(jì)分方法計(jì)分平時(shí)期終考試1001090主要參考書1.AlbertG.Moat,JohnW.FosterandMichaelP.Spector,MicrobialPhysiology(4th