《微生物的生理機(jī)制》課件

生物的基本特征新陳代謝生物體進(jìn)行著物質(zhì)和能量交換，從外界攝取物質(zhì)并轉(zhuǎn)化為自身所需的物質(zhì)，同時(shí)釋放能量維持生命活動(dòng)。例如，植物通過(guò)光合作用合成有機(jī)物，動(dòng)物則通過(guò)消化吸收食物獲取營(yíng)養(yǎng)。生長(zhǎng)發(fā)育生物體能夠通過(guò)細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)來(lái)增加體積，并不斷發(fā)生變化以適應(yīng)環(huán)境。例如，種子萌發(fā)為幼苗，幼苗逐漸生長(zhǎng)為成株，最終完成其生命周期。繁殖生物體能夠產(chǎn)生后代，將遺傳信息傳遞給下一代，確保種族的延續(xù)。例如，動(dòng)物通過(guò)交配產(chǎn)下幼崽，植物通過(guò)種子或孢子繁殖下一代。應(yīng)激性細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能細(xì)胞膜細(xì)胞膜是細(xì)胞的外界屏障，控制著物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞，參與細(xì)胞間的通訊和識(shí)別。細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)是細(xì)胞膜和細(xì)胞核之間的區(qū)域，包含各種細(xì)胞器，如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等，負(fù)責(zé)細(xì)胞的物質(zhì)合成、能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)然顒?dòng)。細(xì)胞核原核細(xì)胞與真核細(xì)胞原核細(xì)胞原核細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有真正的細(xì)胞核，遺傳物質(zhì)DNA位于細(xì)胞質(zhì)中，沒(méi)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器，例如細(xì)菌、藍(lán)藻。真核細(xì)胞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能1保護(hù)作用細(xì)胞膜作為細(xì)胞的外層結(jié)構(gòu)，保護(hù)細(xì)胞內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和功能不受外界環(huán)境的影響。2選擇性通透性細(xì)胞膜控制著物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞，只允許某些物質(zhì)通過(guò)，而阻止其他物質(zhì)通過(guò)，維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。3參與細(xì)胞間通訊細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)1內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是一個(gè)由膜包裹的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分為粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，參與蛋白質(zhì)合成、脂類合成和物質(zhì)運(yùn)輸。2高爾基體高爾基體由扁平的囊狀結(jié)構(gòu)組成，負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)的加工、包裝和分泌，參與細(xì)胞壁的合成。3溶酶體細(xì)胞核核膜核膜是細(xì)胞核的外界屏障，控制著物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞核，參與細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能的維持。核仁核仁是細(xì)胞核中的一個(gè)球形結(jié)構(gòu)，參與核糖體的合成。染色質(zhì)細(xì)胞核內(nèi)染色體染色體染色體是細(xì)胞核中由DNA和蛋白質(zhì)組成的線狀結(jié)構(gòu)，是遺傳物質(zhì)的載體，在細(xì)胞分裂時(shí)容易被觀察到。基因基因是染色體上的遺傳單位，控制著生物體的性狀，決定著生物體的遺傳特征。遺傳信息DNA的復(fù)制和修復(fù)復(fù)制起始DNA復(fù)制過(guò)程從一個(gè)特定的起始點(diǎn)開(kāi)始，解開(kāi)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，形成復(fù)制叉。1復(fù)制延伸沿著復(fù)制叉方向，以母鏈為模板，合成新的子鏈，遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。2復(fù)制終止當(dāng)兩個(gè)復(fù)制叉相遇時(shí)，復(fù)制過(guò)程結(jié)束，形成兩個(gè)新的DNA分子。RNA的轉(zhuǎn)錄和加工轉(zhuǎn)錄起始RNA聚合酶識(shí)別并結(jié)合到DNA模板鏈的啟動(dòng)子區(qū)域，開(kāi)始轉(zhuǎn)錄過(guò)程。轉(zhuǎn)錄延伸RNA聚合酶沿著DNA模板鏈移動(dòng)，以DNA模板鏈為模板，合成RNA分子，遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，但以尿嘧啶(U)代替胸腺嘧啶(T)。轉(zhuǎn)錄終止蛋白質(zhì)的合成1mRNA信使RNA（mRNA）攜帶遺傳信息，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。2tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）負(fù)責(zé)將氨基酸運(yùn)送到核糖體，參與蛋白質(zhì)合成。3核糖體酶的作用機(jī)理降低活化能酶能夠降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)更容易進(jìn)行，加快反應(yīng)速度。提供反應(yīng)場(chǎng)所酶能夠?yàn)榉磻?yīng)物提供一個(gè)特殊的反應(yīng)場(chǎng)所，使反應(yīng)物更容易發(fā)生反應(yīng)。改變反應(yīng)路徑酶能夠改變反應(yīng)的路徑，使反應(yīng)更容易進(jìn)行，加快反應(yīng)速度。細(xì)胞代謝的類型合成代謝合成代謝是指生物體將簡(jiǎn)單的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的物質(zhì)，并儲(chǔ)存能量的過(guò)程，例如光合作用，合成蛋白質(zhì)、多糖等。分解代謝細(xì)胞呼吸作用1糖酵解葡萄糖在細(xì)胞質(zhì)中分解為丙酮酸，釋放少量的能量。2檸檬酸循環(huán)丙酮酸進(jìn)入線粒體，經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)，釋放大量的能量。3電子傳遞鏈光合作用過(guò)程光反應(yīng)階段在光照下，葉綠素吸收光能，將水分子裂解，釋放氧氣，產(chǎn)生ATP和NADPH。1暗反應(yīng)階段利用光反應(yīng)階段產(chǎn)生的ATP和NADPH，將二氧化碳固定，合成有機(jī)物。微生物營(yíng)養(yǎng)需求碳源提供微生物生長(zhǎng)和繁殖所需的碳元素，例如葡萄糖、淀粉、纖維素等。氮源提供微生物合成蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)所需的氮元素，例如氨基酸、硝酸鹽、銨鹽等。無(wú)機(jī)鹽提供微生物生長(zhǎng)所需的磷、鉀、鎂、硫等無(wú)機(jī)元素，例如磷酸鹽、硫酸鹽等。生長(zhǎng)因子微生物生長(zhǎng)條件溫度每種微生物都有最佳生長(zhǎng)溫度，例如，嗜熱菌在高溫下生長(zhǎng)良好，嗜冷菌在低溫下生長(zhǎng)良好。pH值每種微生物都有最佳生長(zhǎng)pH值，例如，酸性菌在酸性環(huán)境下生長(zhǎng)良好，堿性菌在堿性環(huán)境下生長(zhǎng)良好。氧氣根據(jù)對(duì)氧氣的需求，微生物可以分為需氧菌、厭氧菌、兼性厭氧菌等。水分微生物培養(yǎng)基1成分培養(yǎng)基的成分根據(jù)微生物的營(yíng)養(yǎng)需求而定，通常包括碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子等。2類型培養(yǎng)基可以分為固體培養(yǎng)基、液體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基，根據(jù)微生物的生長(zhǎng)特性選擇不同的培養(yǎng)基。3制備微生物生長(zhǎng)曲線遲滯期微生物適應(yīng)新的環(huán)境，合成代謝活躍，準(zhǔn)備進(jìn)行快速增殖，生長(zhǎng)速率緩慢。對(duì)數(shù)期微生物大量繁殖，生長(zhǎng)速率最快，細(xì)胞數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)。穩(wěn)定期微生物生長(zhǎng)速率減緩，細(xì)胞死亡率增加，生長(zhǎng)速率等于死亡率，細(xì)胞數(shù)量保持穩(wěn)定。衰亡期微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)1比生長(zhǎng)速率微生物在單位時(shí)間內(nèi)的生長(zhǎng)速度，可以用每單位時(shí)間內(nèi)細(xì)胞數(shù)量的增加來(lái)表示。2世代時(shí)間微生物從一個(gè)細(xì)胞分裂為兩個(gè)細(xì)胞所需要的時(shí)間，是衡量微生物生長(zhǎng)速度的重要指標(biāo)。3影響因素微生物代謝調(diào)控1酶活性調(diào)節(jié)通過(guò)改變酶的活性來(lái)控制代謝反應(yīng)的速度，例如，反饋抑制機(jī)制。2酶合成調(diào)節(jié)通過(guò)調(diào)節(jié)酶的合成來(lái)控制代謝反應(yīng)的速度，例如，操縱子模型。3代謝途徑調(diào)節(jié)細(xì)菌生物膜的形成附著細(xì)菌通過(guò)鞭毛、菌毛等結(jié)構(gòu)附著到基質(zhì)表面。生長(zhǎng)附著的細(xì)菌開(kāi)始繁殖，形成微菌落，并分泌胞外多糖等物質(zhì)。成熟細(xì)菌的細(xì)胞間通訊感應(yīng)系統(tǒng)細(xì)菌通過(guò)感應(yīng)系統(tǒng)感知周?chē)h(huán)境的變化，例如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、溫度等。信號(hào)分子細(xì)菌釋放信號(hào)分子，例如自誘導(dǎo)物，傳遞信息，協(xié)調(diào)群體行為。群體感應(yīng)細(xì)菌的細(xì)胞分裂染色體復(fù)制細(xì)菌的遺傳物質(zhì)DNA復(fù)制，形成兩個(gè)相同的染色體。1細(xì)胞壁合成細(xì)胞壁向內(nèi)生長(zhǎng)，將細(xì)胞分成兩部分。2細(xì)胞分裂細(xì)胞壁合成完成后，細(xì)胞分裂為兩個(gè)子細(xì)胞。細(xì)菌的芽胞形成條件當(dāng)細(xì)菌處于不利環(huán)境，例如營(yíng)養(yǎng)缺乏、溫度過(guò)高或干燥等條件時(shí)，會(huì)形成芽胞。過(guò)程細(xì)菌將部分細(xì)胞質(zhì)和DNA包裹在堅(jiān)韌的芽胞壁中，形成休眠狀態(tài)的芽胞。意義細(xì)菌的耐熱性1芽胞的耐熱性細(xì)菌的芽胞具有很強(qiáng)的耐熱性，能夠在高溫下存活很長(zhǎng)時(shí)間。2蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性芽胞中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易被高溫破壞。3水分含量原生動(dòng)物的生理特征單細(xì)胞生物原生動(dòng)物是單細(xì)胞的真核生物，包括變形蟲(chóng)、草履蟲(chóng)等。營(yíng)養(yǎng)方式原生動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)方式多樣，包括吞噬、吸食、寄生等。運(yùn)動(dòng)方式真菌的生理特征異養(yǎng)生物真菌是異養(yǎng)生物，不能進(jìn)行光合作用，需要從外界攝取有機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。細(xì)胞壁真菌細(xì)胞具有細(xì)胞壁，主要成分是幾丁質(zhì)，為真菌提供了結(jié)構(gòu)支撐和保護(hù)作用。繁殖方式病毒的生理特征非細(xì)胞結(jié)構(gòu)病毒是非細(xì)胞生物，沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，由蛋白質(zhì)外殼和核酸核心組成。寄生性病毒是嚴(yán)格的寄生生物，必須在宿主細(xì)胞內(nèi)才能復(fù)制和繁殖。遺傳物質(zhì)細(xì)菌的生理特征1細(xì)胞壁細(xì)菌細(xì)胞具有細(xì)胞壁，主要成分是肽聚糖，為細(xì)菌提供了結(jié)構(gòu)支撐和保護(hù)作用。2營(yíng)養(yǎng)方式細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)方式多樣，包括自養(yǎng)、異養(yǎng)、寄生等。3繁殖方式微生物與環(huán)境的關(guān)系物質(zhì)循環(huán)微生物參與了自然界中各種物質(zhì)的循環(huán)，例如碳循環(huán)、氮循環(huán)、磷循環(huán)等，維持著生態(tài)平衡。環(huán)境污染一些微生物可以導(dǎo)致環(huán)境污染，例如，病原菌污染水源、土壤，造成疾病傳播。環(huán)境凈化微生物應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)食品工業(yè)微生物應(yīng)用于食品發(fā)酵，例如，酵母菌用于釀酒、面包制作，乳酸菌用于酸奶、泡菜制作等。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)微生物應(yīng)用于醫(yī)藥1抗生素生產(chǎn)微生物可以產(chǎn)生抗生素，例如青霉素、鏈霉素等，用于治療細(xì)菌感染。2疫苗生產(chǎn)微生物可以用于生產(chǎn)疫苗，例如，乙肝疫苗、流感疫苗等，提高人體免疫力。3益生菌治療微生物應(yīng)用于生物工程基因工程利用微生物進(jìn)行基因改造，例如，生產(chǎn)胰島素、干擾素等藥物。蛋白質(zhì)工程改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，例如，生產(chǎn)新型酶、抗體等。代謝工程微生物應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)污水處理利用微生物分解污水中的有機(jī)物，凈化水質(zhì)。固體廢物處理利用微生物分解固體廢物，例如垃圾、畜禽糞便等，減少環(huán)境污染。生物修復(fù)本課程的知識(shí)點(diǎn)總結(jié)1微生物的生理機(jī)制，包括細(xì)胞結(jié)構(gòu)、代謝、生長(zhǎng)、繁殖等。2微生物的營(yíng)養(yǎng)需求和生長(zhǎng)條件，以及如何培養(yǎng)微生物。今后的研究方向展望微生物組研究深入研究微生物群落與宿主之間的相互作用，以及對(duì)宿主健康的影響。1新藥開(kāi)發(fā)利用微生物開(kāi)發(fā)新的藥物，例如抗生素、抗病毒藥物等。