第五章 營(yíng)養(yǎng)課件

第五章

微生物的營(yíng)養(yǎng)與代謝第五章營(yíng)養(yǎng)-§5.1微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)類型

§5.2微生物的能量代謝第五章營(yíng)養(yǎng)-微生物細(xì)胞的化學(xué)組成微生物細(xì)胞水：70%-90%干物質(zhì)有機(jī)物蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素等及其降解產(chǎn)物

無(wú)機(jī)物（鹽）微生物、動(dòng)物、植物之間存在“營(yíng)養(yǎng)上的統(tǒng)一性”細(xì)胞化學(xué)元素組成：主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵等；微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。第五章營(yíng)養(yǎng)-一、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與生理功能（一）碳源(也做能源)

占干重50％

CO2到各種各樣天然有機(jī)化合物實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)微生物常用的碳源主要有葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉甘油和一些有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)中供給的碳源多數(shù)來(lái)自植物體如，山芋粉、玉米粉、麩皮、米糠、飴糖和淀粉等第五章營(yíng)養(yǎng)-（二）氮源氮?dú)夂透鞣N含氮化合物實(shí)驗(yàn)室：銨鹽、硝酸鹽、尿素、蛋白胨（蛋白質(zhì)的水解產(chǎn)物）和牛肉膏等發(fā)酵工業(yè)：豆餅粉、花生餅粉、玉米漿、麩皮、酵母粉、酵母膏和魚粉等第五章營(yíng)養(yǎng)-一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來(lái)源與成分第五章營(yíng)養(yǎng)-（三）礦物質(zhì)分為大量元素和微量元素。前者包括磷、鉀、鎂、鈣、硫、鈉等；后者包括鐵、硼、銅、鋅、鉬和鈷等。配制培養(yǎng)基時(shí)常用K2HPO4和MgSO4。過(guò)量的微量元素有毒害作用第五章營(yíng)養(yǎng)-（四）生長(zhǎng)因子某些微生物不能合成一種或幾種微量的有機(jī)化合物，必須由外源供給才能進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖。狹義指維生素廣義包括維生素、氨基酸、核苷。通常在培養(yǎng)基中加入酵母膏、牛肉膏、玉米漿、麥芽汁和其它新鮮動(dòng)植物浸出液滿足它們對(duì)生長(zhǎng)因子的需求。第五章營(yíng)養(yǎng)-（五）能源（六）水第五章營(yíng)養(yǎng)-二、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型微生物的營(yíng)養(yǎng)類型第五章營(yíng)養(yǎng)-三、微生物攝取營(yíng)養(yǎng)的方式1、膜泡運(yùn)輸-原生動(dòng)物2、滲透吸收-大部分微生物簡(jiǎn)單擴(kuò)散simplediffusion促進(jìn)擴(kuò)散Facilitateddiffusion主動(dòng)運(yùn)輸Activetransport基團(tuán)轉(zhuǎn)位Grouptranslocation第五章營(yíng)養(yǎng)-四、培養(yǎng)基（參見(jiàn)P42）培養(yǎng)基（medium）是人工配制的，適合微生物生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。任何培養(yǎng)基都應(yīng)該具備微生物生長(zhǎng)所需要六大營(yíng)養(yǎng)要素：碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、能源、生長(zhǎng)因子、水任何培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進(jìn)行滅菌處理；常規(guī)高壓蒸汽滅菌：

121℃20-30分鐘；第五章營(yíng)養(yǎng)-（一）、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法在微生物學(xué)研究和生長(zhǎng)實(shí)踐中，配置合適的培養(yǎng)基是一項(xiàng)最基本的要求。1、滿足微生物營(yíng)養(yǎng)要求，包括碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽和生長(zhǎng)因子。水>碳源>氮源>P。2、營(yíng)養(yǎng)物的濃度及其配比要合適。其中C/N比最重要。

細(xì)菌和酵母菌5/1，霉菌10/13、控制適當(dāng)?shù)膒H霉菌和酵母菌適合微酸（pH4.5-6），放線菌細(xì)菌適于中性或微堿性pH7-7.5，有些微生物在培養(yǎng)過(guò)程中產(chǎn)生代謝產(chǎn)物使pH發(fā)生改變，配制加緩沖劑穩(wěn)定pH，K2HPO4，KH2PO4，CaCO3。4、滅菌，121℃20-30分鐘；第五章營(yíng)養(yǎng)-（二）培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用1．根據(jù)化學(xué)組成劃分天然培養(yǎng)基：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（細(xì)菌）利用動(dòng)物、植物或微生物的組織、器官或其提取物制成的培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基：高氏一號(hào)（放線菌）用化學(xué)成分已知的試劑配制，各成分的量都確切知道。半合成培養(yǎng)基：馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基（真菌）由部分天然材料和部分化學(xué)試劑組成。第五章營(yíng)養(yǎng)-（二）培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用2．根據(jù)物理狀態(tài)劃分固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基觀察細(xì)菌運(yùn)動(dòng)、噬菌體效價(jià)、厭氧菌培養(yǎng)、趨化性研究液體培養(yǎng)基室內(nèi)研究生理、代謝和獲得大量菌體；生產(chǎn)中發(fā)酵第五章營(yíng)養(yǎng)-二、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用3．按用途劃分1）基礎(chǔ)培養(yǎng)基(minimummedium)在一定條件下含有某種微生物生長(zhǎng)繁殖所需的基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基，也稱為基本培養(yǎng)基。2）完全培養(yǎng)基(completemedium)在一定條件下含有某種微生物生長(zhǎng)繁殖所需的所有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基就是枯草芽孢桿菌等的完全培養(yǎng)基第五章營(yíng)養(yǎng)-（參見(jiàn)P44）3．按用途劃分3）加富培養(yǎng)基和富集培養(yǎng)基(enrichmentmedium)在普通培養(yǎng)基（如肉湯蛋白胨培養(yǎng)基）中加入某些特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。目的微生物在這種培養(yǎng)基中較其他微生物生長(zhǎng)速度快，并富集而占優(yōu)勢(shì)，從而容易達(dá)到分離該種微生物的目的。第五章營(yíng)養(yǎng)-3．按用途劃分4）鑒別培養(yǎng)基(differentialmedium)5）選擇培養(yǎng)基(selectivemedium)鑒定菌種如脫脂牛奶加入指示劑，產(chǎn)生顯色反應(yīng)，用于將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來(lái)的培養(yǎng)基。如分離真菌加入鏈霉素，可抑制細(xì)菌和放線菌的生長(zhǎng)結(jié)晶紫可抑制陽(yáng)性菌生長(zhǎng)第五章營(yíng)養(yǎng)-4）鑒別培養(yǎng)基(differentialmedium)第五章營(yíng)養(yǎng)-§5.1微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)類型

§5.2微生物的能量代謝第五章營(yíng)養(yǎng)-代謝（metabolism）：細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱代謝分解代謝(catabolism)合成代謝(anabolism)復(fù)雜分子（有機(jī)物）分解代謝合成代謝簡(jiǎn)單小分子ATP[H]第五章營(yíng)養(yǎng)-第五章營(yíng)養(yǎng)-(1)將電子供體傳遞來(lái)的電子轉(zhuǎn)移給電子受體電子運(yùn)輸系統(tǒng)由膜和相關(guān)的電子載體組成，這個(gè)系統(tǒng)有2個(gè)基本功能：(2)儲(chǔ)存能量（ATP）一、細(xì)胞中氧化還原反應(yīng)及其成員電子運(yùn)輸?shù)谖逭聽I(yíng)養(yǎng)-非蛋白的傳遞體-脂溶性的醌類電子傳遞過(guò)程中參與的氧化還原酶系NADH脫氫酶核黃素（Riboflavin）-含有電子載體，也稱黃素蛋白鐵硫蛋白（iron-sulfurproteins）細(xì)胞色素（Cytochromes）第五章營(yíng)養(yǎng)-二、合成ATP途徑化能營(yíng)養(yǎng)型光能營(yíng)養(yǎng)型底物水平磷酸化氧化磷酸化光合磷酸化ATP是最常見(jiàn)的高能磷酸化合物，在代謝中起重要作用第五章營(yíng)養(yǎng)-二、合成ATP途徑1、底物水平磷酸化（substratelevelphosphorylation）物質(zhì)在生物氧化過(guò)程中，常生成一些含有高能鍵的化合物，而這些化合物可直接偶聯(lián)ATP或GTP的合成。第五章營(yíng)養(yǎng)-二、合成ATP途徑2、氧化磷酸化（電子傳遞水平磷酸化）通過(guò)呼吸鏈產(chǎn)生ATP的過(guò)程。原核細(xì)胞質(zhì)膜真核線粒體內(nèi)膜呼吸鏈中最重要中間電子傳遞體是泛醌（CoQ）和細(xì)胞色素系統(tǒng)第五章營(yíng)養(yǎng)-二、合成ATP途徑3、光合磷酸化（photophosphorylation）光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過(guò)程：

由光照引起的電子傳遞作用和磷酸化作用相偶聯(lián)而生成ATP的過(guò)程。光合磷酸化和氧化磷酸化一樣都是通過(guò)電子傳遞系統(tǒng)產(chǎn)生ATP第五章營(yíng)養(yǎng)-3、光合磷酸化（photophosphorylation）光能營(yíng)養(yǎng)型生物產(chǎn)氧不產(chǎn)氧真核生物：藻類及其它綠色植物原核生物：藍(lán)細(xì)菌（僅原核生物有）：光合細(xì)菌第五章營(yíng)養(yǎng)-3、光合磷酸化（photophosphorylation）細(xì)菌葉綠素和高等植物中的葉綠素的區(qū)別：側(cè)鏈基團(tuán)的不同。第五章營(yíng)養(yǎng)-3、光合磷酸化（photophosphorylation）（1）非環(huán)式光合磷酸化產(chǎn)氧型光合作用（綠色植物、藍(lán)細(xì)菌）第五章營(yíng)養(yǎng)-3、光合磷酸化（photophosphorylation）（2）環(huán)式光合磷酸化光合細(xì)菌主要通過(guò)環(huán)式光合磷酸化作用產(chǎn)生ATP不是利用H2O，而是利用還原態(tài)的H2、H2S等作為還原CO2的氫供體，進(jìn)行不產(chǎn)氧的光合作用；電子傳遞的過(guò)程中造成了質(zhì)子的跨膜移動(dòng)，為ATP的合成提供了能量。第五章營(yíng)養(yǎng)-3、光合磷酸化（3）嗜鹽菌紫膜的光合作用一種只有嗜鹽菌才有的，無(wú)葉綠素或細(xì)菌葉綠素參與的獨(dú)特的光合作用。第五章營(yíng)養(yǎng)-三、微生物中能量的釋放和利用生物氧化反應(yīng)發(fā)酵呼吸有氧呼吸厭氧呼吸1.發(fā)酵(fermentation)有機(jī)物氧化釋放的電子直接交給本身未完全氧化的某種中間產(chǎn)物，同時(shí)釋放能量并產(chǎn)生各種不同的代謝產(chǎn)物。無(wú)需外源電子受體（參見(jiàn)P50）根據(jù)電子受體性質(zhì)劃分第五章營(yíng)養(yǎng)-1.發(fā)酵(fermentation)發(fā)酵產(chǎn)生ATP的方式只有底物水平磷酸化有機(jī)化合物只是部分地被氧化，因此，只釋放出一小部分的能量。發(fā)酵在無(wú)氧條件下進(jìn)行，因此是厭氧菌獲得能量的主要方式第五章營(yíng)養(yǎng)-生理上發(fā)酵作用的電子受體為有機(jī)物分子而非氧氣，為厭氧代謝工業(yè)上凡是利用微生物進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程，無(wú)論有氧和無(wú)氧，統(tǒng)稱發(fā)酵生理上與工業(yè)中發(fā)酵的區(qū)別第五章營(yíng)養(yǎng)-巴斯德效應(yīng)有些兼性厭氧菌在無(wú)氧條件下也能進(jìn)行發(fā)酵作用，若通入氧氣則會(huì)發(fā)生呼吸作用對(duì)發(fā)酵作用的抑制。酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)酒精時(shí)通氧，則發(fā)酵作用減慢，酒精產(chǎn)量下降。第五章營(yíng)養(yǎng)-2.呼吸作用呼吸作用與發(fā)酵作用的根本區(qū)別：

電子載體不是將電子直接傳遞給底物降解的中間產(chǎn)物，而是交給電子傳遞系統(tǒng)，逐步釋放出能量后再交給最終電子受體。第五章營(yíng)養(yǎng)-2.呼吸作用(1)有氧呼吸葡萄糖糖酵解作用丙酮酸發(fā)酵有氧無(wú)氧各種發(fā)酵產(chǎn)物三羧酸循環(huán)被徹底氧化生成CO2和水，釋放大量能量。有氧呼吸：電子傳遞鏈；氧分子；(最終電子受體)第五章營(yíng)養(yǎng)-2.呼吸作用（2）無(wú)氧呼吸某些厭氧和兼性厭氧微生物在無(wú)氧條件下進(jìn)行無(wú)氧呼吸；無(wú)氧呼吸的最終電子受體不是氧，而是無(wú)機(jī)氧化物。（參見(jiàn)P51）第五章營(yíng)養(yǎng)-（2）無(wú)氧呼吸硝酸鹽還原細(xì)菌被認(rèn)為是一種兼性厭氧菌，無(wú)氧但環(huán)境中存在硝酸鹽時(shí)進(jìn)行厭氧呼吸，而有氧時(shí)其細(xì)胞膜上的硝酸鹽還原酶活性被抑制，細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸。第五章營(yíng)養(yǎng)-（3）有氧呼吸與無(wú)氧呼吸的異同相同點(diǎn)：有電子傳遞體產(chǎn)生ATP底物徹底氧化分解不同點(diǎn)：電子受體不同，前者是氧氣；后者是無(wú)機(jī)氧化物有氧呼吸產(chǎn)生能量多第五章營(yíng)養(yǎng)-3、能量的消耗生物合成運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸生物發(fā)光生物熱第五章營(yíng)養(yǎng)-化能異養(yǎng)化自異養(yǎng)光能營(yíng)養(yǎng)第五章營(yíng)養(yǎng)-(1)有氧呼吸葡萄糖糖酵解作用丙酮酸發(fā)酵有氧無(wú)氧各種發(fā)酵產(chǎn)物三羧酸循環(huán)被徹底氧化生成CO2和水，釋放大量能量。四、微生物的分解代謝－己糖第五章營(yíng)養(yǎng)-己糖二磷酸途徑（EMP）磷酸戊糖途徑（HMP）ED途徑生物體內(nèi)葡萄糖被降解成丙酮酸的過(guò)程稱為糖酵解（glycolysis）糖酵解途徑：第五章營(yíng)養(yǎng)-（一）糖酵解和三羧酸循環(huán)葡萄糖在有氧條件下分解包括4個(gè)階段：糖酵解生成乙酰輔酶A三羧酸循環(huán)進(jìn)入呼吸鏈產(chǎn)能葡萄糖徹底氧化分解為二氧化碳和水糖酵解中最一般的途徑是己糖二磷酸途徑第五章營(yíng)養(yǎng)-1.糖酵解的EMP途徑無(wú)氧條件下，一分子葡萄糖經(jīng)醛縮酶催化，可生成2分子丙酮酸，2分子ATP。對(duì)于專性厭氧微生物，EMP途徑是產(chǎn)能的唯一途徑。第五章營(yíng)養(yǎng)-2.乙酰輔酶A的生成丙酮酸在丙酮酸脫氫酶系的催化下氧化脫羧、脫氫生成乙酰輔酶A。第五章營(yíng)養(yǎng)-TCA不僅產(chǎn)能而且是物質(zhì)的樞紐；起聯(lián)系糖、蛋白質(zhì)、脂代謝的橋梁作用為生物合成提供碳架原料

TCA的酶廣泛分布在微生物中，如許多好氧菌、原生動(dòng)物、大多數(shù)藻類和真菌。（1）三羧酸循環(huán)TricarboxylicAcidCycle丙酮酸乙酰輔酶A檸檬酸順烏頭酸順烏頭酸異檸檬酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸蘋果酸草酰乙酸第五章營(yíng)養(yǎng)-3.三羧酸循環(huán)（有氧條件下）從乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合成檸檬酸開始，它是葡萄糖降解成丙酮酸后進(jìn)一步徹底氧化的過(guò)程。產(chǎn)生NADH和FADH2。進(jìn)入呼吸鏈產(chǎn)能。1分子葡萄糖經(jīng)糖酵解和三羧酸循環(huán)被徹底氧化為二氧化碳和水，產(chǎn)生38個(gè)ATP。真核生物36個(gè)ATP。第五章營(yíng)養(yǎng)-（二）糖酵解其它途徑HMP途徑形成五碳糖分子，故稱磷酸戊糖途徑。在同一微生物中一般同時(shí)含有己糖二磷酸和磷酸戊糖途徑2.ED途徑葡萄糖分解成丙酮酸另一途徑，主要假單胞菌具有，產(chǎn)能低，1ATP＋2NADH3.磷酸酮糖酶途徑是磷酸戊糖途徑的支路，只在某些原核生物中第五章營(yíng)養(yǎng)-產(chǎn)生五碳糖和NADPH己糖單磷酸途徑(HMP)(磷酸戊糖途徑)第五章營(yíng)養(yǎng)-五、丙酮酸代謝的多樣性（參見(jiàn)P55）有氧條件下通過(guò)TCA循環(huán)徹底氧化成二氧化碳無(wú)氧條件下某些微生物通過(guò)發(fā)酵將其轉(zhuǎn)化為各種發(fā)酵產(chǎn)物。如酒精發(fā)酵、乳酸發(fā)酵、丁酸發(fā)酵第五章營(yíng)養(yǎng)-（一）酒精發(fā)酵－丙酮酸無(wú)氧時(shí)生成乙醇過(guò)程1.酵母菌葡萄糖經(jīng)己糖二磷酸途徑降解為丙酮酸2.某些細(xì)菌生成乙醇途徑為ED途徑2種方式產(chǎn)物均為二氧化碳和酒精，細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)能是酵母菌的一半第五章營(yíng)養(yǎng)-（二）乳酸發(fā)酵－葡萄糖產(chǎn)乳酸許多細(xì)菌能利用葡萄糖產(chǎn)生乳酸，產(chǎn)生乳酸的這類細(xì)菌稱乳酸細(xì)菌乳酸發(fā)酵有同型乳酸發(fā)酵異型乳酸發(fā)酵第五章營(yíng)養(yǎng)-同型乳酸發(fā)酵和異型乳酸發(fā)酵比較菌種葡萄糖代謝途徑產(chǎn)物能量乳桿菌屬鏈球菌屬己