食品微生物3-1-微生物的营养和生长课件.ppt

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1、3Chapter微生物的营养与生长10102CONTENTS微生物的营养微生物的生长23.1 微生物的营养微生物的营养要求营养物质进入细胞的方式培养基微生物的食微生物的食谱吃什么？吃多少？吃什么？吃多少？微生物怎微生物怎样吃吃东西？西？如何如何给微生物微生物们做做饭？3水、无机盐、生长因子微生物的6大营养要素细胞化合物组成微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”水、无机盐、生长因子糖类、脂类蛋白质核酸碳源氮源能源3.1.1 细胞化合物组成与6大营养素间的关系4典型细胞中，碳元素约占50%，所有的大分子物质中，碳也是最主要的一种元素。不同种类微生物的碳源范围的差异是很大的碳源有机碳化物无机碳

2、化物CHONXCHONCHOCHCOCOX复杂蛋白质,核酸多数氨基酸,简单蛋白质糖,有机酸,醇,脂烃CO2NaHCO3,CaCO3氮源1 碳源6源1.碳源及其功能：必须利用有机碳源异养微生物最适碳碳源谱自养微生物无机碳源为（唯一）主要碳源糖类优于其它化合物单糖优于双糖、多糖己糖优于戊糖葡萄糖、果糖优于其它己糖71.碳源及其功能：同一微生物对不同碳源的利用差别速效碳源和迟效碳源如葡萄糖和半乳糖同时存在于培养基中时，E.coli先利用葡萄糖（速效碳源），再利用半乳糖（迟效碳源）不同微生物的碳源谱差别很大如Pseudomonas属的某些种可利用多达90种的碳源；甲基营养菌（methylotrophs

3、)仅能利用甲烷、CO、甲醇等一碳化合物作碳源。双功能营养物异养微生物的碳源又兼作能源。82.氮源及其功能速效氮源和迟效氮源（p81）实例：土霉素发酵生产过程中，添加的玉米浆和花生饼粉。玉米浆：氮源以蛋白质降解产物方式存在，易被利用（速效氮源）；花生饼粉：氮源以大分子蛋白质的方式存在，降解后可利用（迟效氮源）。发酵生产中的作用不同：前者有利于菌体生长，后者有利于代谢产物的形成。保持适当的比例，协调菌体生长期和产物形成期，提高土霉素的产量。10和2.氮源及其功能周德庆氨基酸异养型生物从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物人、动物、大多异养微生物氨基酸自养型生物从尿素、铵盐、硝酸盐、N2，合成氨基酸植

4、物、部分微生物廉价氮源转化成优质蛋白，如单细胞蛋白（SCP)等，扩大人类食物来源，解决人口增长和土地、粮食短缺的矛盾。意义114.无机盐生化课的主要内容微生物课的特有内容，难点！生化课的主要内容134.无机盐培养基中无机盐的添加大量元素：以相应的无机化学试剂加入微量元素特殊的营养代谢研究中，定量添加；通常，依赖于天然成分、水中、化学试剂中甚至玻璃器皿中的杂质即可满足。155.生长因子及其功能生长因子微生物生长代谢所必需且需要量很小，不能够由简单的碳、氮源自行合成或者合成量不足以满足机体需要的有机物。生理功能（1）主要是生物体中各种酶的辅基和辅酶；（2）生长必须物质（营养缺陷型）。16185.生

5、长因子及其功能生长因子过量合成的微生物：-作为维生素的生产菌种几种水溶性和脂溶性维生素已部分或者全部地利用工业发酵生产：（1）假囊酵母、阿舒霉菌及梭菌属生产VB2（2）链霉菌某些菌、假单胞菌生产 VB12（3）葡糖杆菌属、棒杆菌属及欧文氏菌属生产Vc（4）酵母属生产VD196.水及其功能1.水作为优良的溶剂和运输介质；2.水参与细胞内的化学反应；3.维持重要大分子如蛋白质、核酸的稳定构象；4.水具有高比热、高气化热等性质，有利于维持细胞的稳定环境；5.控制多亚基结构的组装和解离鞭毛、酶和病毒颗粒6.。20水活度（aw）的概念在生长环境中，微生物实际可利用水的有效性。一般用在一定的温度和压力条件

6、下,溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：aw =P /Po式中：P 代表溶液蒸汽压力,Po代表纯水蒸汽压力。纯水aw=1.00,溶液中溶质越多（溶液越浓）,aw 越小。21223.1.2 微生物的营养类型四大营养类型1光能无机自养型（photo-litho-autotroph）2光能有机异养型（photo-organo-heterotroph）3化能无机自养型（chemo-litho-autotroph）4化能有机异养型（chemo-organo-heterotroph ）24HCO2第一节 微生物的营养要求三、微生物的营养类型营养类型电子供体碳源能源举例光能无机自养型 H2、

7、2S、S或H2O CO2光能着色细菌、蓝细菌、藻类（光能自养型）光能有机异养型有机物有机物光能红螺细菌（光能异养型）化能无机自养型 H2、H2S、Fe2+、化学能氢细菌、硫杆菌、亚硝化单（化能自养型）NH3或NO2-(无机物氧化)胞菌属(Nitrosomonas)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)、醋 杆菌属(Acetobacter)化能有机异养型有机物有机物化学能假单胞菌属、芽孢杆菌属、（化能异养型）（有机物氧化)乳酸菌属、真菌、原生动物251光能无机自养型（photo-litho-autotroph）：能以CO2为唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如H

8、2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为细胞物质；2光能有机异养型（photo-organo-heterotroph）不能以CO2为主要或唯一的碳源；以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子。2光能有机异养型（photo-organo-heterotroph）例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2 还原成细胞物质，同时积累丙酮。2H3CCHOH +CO2光能2 CH3C0CH3 +CH2O +H2OH3C光合色素3化能无机自养型（chemo-litho-autotroph）：生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化

9、学能；以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作为电子供体使CO2还原成细胞物质。化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物质循环。4化能有机异养型（chemo-organo-heterotroph ）：生长所需能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。电子供体也是有机化合物有机物通常既是碳源，也是能源双功能营养物大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；所有致病微生物从本质上说均为化能有机异养型微生物；

10、4化能有机异养型（化能异养型）腐生型(metatrophy)：可利用无生命的有机物作为碳源。寄生型(paratrophy)：寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存。在腐生型和寄生型之间还存在中间类型：兼性腐生型(facultive metatrophy)；兼性寄生型(facultive paratrophy)；不同营养类型之间的界限并非绝对异养型微生物并非绝对不能利用CO2自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长有些微生物在不同条件下生长时,其营养类型也会发生改变微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur b

11、acteria)：没有有机物时，同化CO2，为自养型微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；黑暗与好氧条件下，依靠无机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生物。第三节，营养物质进入细胞一、单纯扩散(diffusion)二、促进扩散(facilitated diffusion)三、主动运输(active transport)四、膜泡运输(memberane vesicle transport)各种方式的主要特点影响物质进入细胞的因素：1.微生物细胞的透过屏障壁、膜、荚膜、粘液层等2.营养物质的性质大分子、小分子、溶解性、极性

12、、电负性等3.环境条件温度：影响溶解度、膜的流动性pH:影响物质的解离度，。一、单纯扩散(diffusion)细胞膜在无载体的参与下，单纯依靠物理扩散方式让小分子、非电离的亲水性分子被动通过的一种物质运输方式。扩散的动力：膜两侧的浓度梯度运输速率与膜内、外物质的浓度差成正比不能逆浓度运输物质运输过程中不消耗能量，无载体参与参与运输的物质本身的分子结构不发生变化完全被动的物质跨膜运输方式一、单纯扩散(diffusion)二、促进扩散 (facilitated diffusion)（课本，P95，图4-1）跨膜运输的物质，必须借助于细胞膜上的底物特异载体蛋白(透过酶)的协助进入细胞。扩散动力：来源

13、于运输物质的浓度梯度，不需要消耗能量的一类扩散运输方式。运输物质有：氨基酸、单糖、维生素、无机盐。三、主动运输(active transport)指必须提供能量（包括ATP、质子势、或离子势），并通过细胞膜上特异性载体蛋白构象变化，使膜外低浓度的溶质运入膜内，在胞内富集的一种运输方式。消耗能量进行逆浓度运输的生存意义自然条件下主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式如：无机离子的运输、有机离子、糖类（乳糖、葡萄糖等）。三、主动运输(active transport)主动运输所需能量来源：好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能质子势；厌氧型微生物利用细胞通用化学能(ATP)；光合

14、微生物通过光合色素利用光能；嗜盐细菌通过紫膜(purple membrane)利用光能。不同微生物的产能方式将是代谢产能的重点内容；产能的生理功能之一为物质运输。三、主动运输(active transport)1、初级主动运输 (primary active transport)其本质是质子运输，在细胞膜两侧建立质子梯度，形成能化膜。代谢产能1、初级主动运输 (primary active transport)线粒体膜两侧质子势的建立2、次级主动运输(secondary active transport)其本质是消耗能化膜的质子势或离子势，伴随不同物质的运输方式：逆向运输(antiport)同

15、向运输(symport)单向运输(uniport)课本，p96,图4-23.ABC 转运蛋白系统ATP-binding cassette transporterATP结合性盒式合性盒式转运蛋白系运蛋白系统如大肠杆菌中，ABC转运蛋白系统由：1.转运蛋白跨膜结构域2.转运蛋白ATP结合域组成图：ABC 转运蛋白系统4、Na+,K+-ATP系统酶(Na+,K+-泵)Na+,K+-泵（细胞膜）5、基团转位 (group translocation )是一类既需要特异载体蛋白参与，又消耗能量，同时被运输的物质在运输前后发生分子结构的变化的运输方式。基团转位主要用于各种糖类、核苷、碱基等的运输其机制在

16、E.coli 中研究最为清楚，主要是：磷酸转移酶系统，又叫磷酸烯醇式丙酮酸磷酸糖转移酶系统（PTS )，该系统通常由5种蛋白组成。5、基团转位（课本，p98 ，图4-5）参与磷酸基团传递和转移过程的五种蛋白组分5、基团转位（课本，p98 ，图4-5）6.铁载体运输ABC转运系运系统的范例的范例微生物通过分泌铁载体到细胞外，捕获难溶性铁及衍生物，形成铁-铁载体复合物。它可通过ABC转运系统或者与膜上的载体受体蛋白结合而运到胞内，以满足生理需要。铁载体真菌产生的高铁色素由环氧肟酸盐分子组成大肠杆菌产生的肠杆菌素为环儿茶酚衍生物铁3个个铁载体分子体分子图：铁-铁载体复合物四、膜泡运输(memberane vesicle transport)胞吞作用胞饮作用微生物经常通过多种运输系统吸收某一种营养物质，如大肠杆菌至少有5种运输系统吸收半乳糖，3个系统吸收谷氨酸，2个系统吸收钾离子。不同的系统在对运输物质的亲和力，耗能以及调节方式等方面存在差异。运输物质方式的多样性赋予微生物在多变环境条件下更强的竞争优势。谢谢大家YOURNAME