课程名称：微生物学 班级：生物工程1101 (第十二讲) 章节标题：第三节营养物质进出细胞的方式 第四节培养基 目的要求：1.了解营养物质进出细胞的四类主要方式。 2.学握每一种运输方式的特点 3.了解培养基配置的原则和方法 4.掌握培养基的种类几个种类成分的特点 教学重点：1.营养物质进出细胞的主要方式 2.培养基的种类 教学难点：四种营养物质进入细胞方式的异同 教学方法：多媒体讲授及讨论法 内容提要及课时分配 1.营养物质进出细胞的主要方式及其特点 40分钟 2.培养基配置的原则和方法 20分钟 3.培养基的种类 35分钟 4.小结 5分钟 主讲教师：赵萌萌 授课日期：2013年4月4日 兰州交通大学化学与生物工程学院
第三节营养物质进入细胞的方式 环境中的营养物质只有吸收到细胞内，才能被微生物逐步利用。微生物在生 长中不断产生多种代谢产物，必须及时排到胞外，以避免在细胞内积累产生毒害 作用，微生物才能正常生长。 它们没有专门的摄食和排泄器官，营养物质主要是通过细胞的渗透屏障进入 细胞内部。渗透屏障主要由细胞膜、细胞壁、荚膜及粘液层组成。荚膜与粘液层 结构疏松，对营养物质吸收的影响较小。细胞壁对营养物质的吸收有一定影响 能阻挡分子过大的物质进入。 营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素： ①营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等）②微生物 所处的环境（温度、PH等）：③微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、英 膜等)。 和其他因素相比，细胞膜是控制营养物质进入和代谢产物排出的主要屏障。 微生物一般直接吸收水溶性和脂溶性的小分子物质。大分子的营养物质，如多糖 蛋白质、核酸、脂肪等，必须经相应的胞外酶水解成小分子物质，才能被微生物 细胞吸收。 目前，根据对细胞膜结构及物质运输的研究结果，一般认为营养物质通过质 膜的方式有4种：单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转移。 一、单纯扩散(Simple Diffusion) 单纯扩散也称被动扩散，它是由于细胞质膜内外营养物质的浓度差而产生的 物理扩散作用。由于进入细胞的营养物质不断被消耗，使细胞内始终保持较低的 浓度，所以胞外的营养物质能够源源不断地通过这种方式进入细胞内部。扩散是 非特异性的。扩散速度取决于营养物的浓度差、分子大小、溶解性、极性、p、 离子强度和温度等因素。营养物的扩散将使细胞内外的浓度差不断减小，直至两 者相等并达到动态平衡。 单纯扩散不需膜上载体蛋白参与，也不消耗能量，因此它不能逆浓度梯度运 输养料，而运输速度慢，运输的养料种类也十分有限。所以这种不太高明的方 式细胞自然不会选择他成为主要的运输方式。能以单纯扩敢方式进入细胞的物质 主要有水、溶于水的气和小的极性分子（如尿素、甘油、乙醇等）。大肠杆菌吸收
钠离子是依靠这种方式进行的。 二、促进扩散(acilitated Diffusion) 又叫协助扩散。养料通过与细胞质膜上的载体蛋白(Permease,或称载体蛋白) 的可逆性结合从高浓度环境进入低浓度环境的传递过程称为促进扩散（或书上的 概念)。促进扩散的动力仍然是养料在细胞质膜内外的浓度差，它不消耗能量， 同样也不改变最终达到膜内外浓度相等的动态平衡。 载体蛋白是位于细胞膜上的蛋白质，起着“渡船”的作用。他运送溶质的机 制是构型的改变。营养物质在胞外与载体的亲和力高，易于结合：进入细胞后亲 和力降低，将营养物质释放出来。由于有它的协助，促进扩散速度比单纯扩散要 快。该过程具有3个特点： ①特异性，即一定的载体蛋白只能与一定的养料离子或结构相近的分子结 合比如运输葡萄糖的载体只能运输葡萄糖： ②能提高养料的运输速度，提前达到动态平衡： ③当膜外养料浓度过高时，由于载体蛋白数量有限而表现出饱和效应。促 进扩散只对生长在高养料浓度下的微生物有意义。因为这种载体蛋白类似于酶的 作用，又叫渗透酶。这些酶大多数是诱导酶，只有在外界营养物质浓度较高时这 种酶才会被诱导而产生。 促进扩散的运输方式多见于真核微生物中。如厌氧生活的酵母菌，对葡萄糖 等物质的吸收就是通过这种方式。 三、主动运输(Active Transport) 微生物吸收营养物质的主要机制.其特点是被吸收的营养物质的运输输读不 受细胞膜内外浓度差的制约，可以逆浓度梯度运输，因此运输过程中要消耗能量， 其特点是： 特异性，即养料与载体蛋白间存在者专一对应的关系： 消耗能量： 逆浓度梯度运输： 能改变养料运输反应的平衡点。 这一过程是膜蛋白载体发生构型变化而被运送物质不发生任何变化。主动运 输是微生物在自然界稀薄的营养环境中能够获得营养物，正常生存的重要原因之
一。无机离子、有机离子和一些笳类（乳糖、蜜二糖及葡萄糖）通过主动运输进入 细胞。 如大肠杆菌吸收乳糖是以这种方式进行的，如果一旦细胞中的代谢能量停止产 生，这种运输方式也会随之停止。 四、基团转移(Group Translocation) 基团转移是另一种类型的主动运输。他同样需要特异性载体蛋白和能量消 耗，但养料在运输前后分子结构发生改变，因而不同于主动运输。基团转移主要 用于葡萄糖、果糖、甘露糖、核苷酸、丁酸和嘌呤等物质。目前仅在原核生物中 发现该过程，主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中。 大肠杆菌对葡萄糖和金黄色葡萄球菌对乳糖吸收都是通过这种方式。这些糖 在运输过程中发生了磷酸化作用，并以磷酸糖的形式存在与细胞质中。进一步研 究结果表明，磷酸糖中的磷酸来自磷酸烯酮式丙酮酸。因此，基团转移的运输方 式称为磷酸烯醇式丙刷酸-磷酸糖转移酶运输系统。简称磷酸转移酶系统。 这是一个十分复杂的运输系统。一般由4种不同的蛋白质组成：酶I、酵Ⅱ、 酶Ⅲ和HPr(热稳定载体蛋白)。酶I和HP工这两种蛋白是在所有运输糖的系统 中都起作用，酶Ⅱ和酶只对特定糖起作用。酶Ⅱ位于细胞质膜以外，其它三种 都在细胞质中。这一运输过程分两步进行： 热稳定载体蛋白(HPr)激活 细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的磷酸基团通过酶I把PT激 活： 酶IHPr+PEP==P-P+丙酮酸 糖被磷酸化后进入质膜内 膜外环境中的糖先与外膜表面的酶Ⅱ结合，再转运至内膜表面。这时，糖被 P一Pr上的磷酸激活，通过酶Ⅱ作用将糖一磷酸释放到细胞内。 酶Ⅱ糖（细胞外）+P-HP==糖-P(细胞内)+HPr 其实，除了上述四种运输方式还有一种常见于原生动物中的运输方式叫做膜 泡运输。原生动物通过趋向运动靠近某种营养物质，并将该物质吸附到膜表血， 然后在这种物质附者处的细胞膜内陷，膜逐步包围这种物质，最后形成包囊，然 后包囊离开细胞膜而游离于细胞质中。如果膜泡中包的是固体物质，那么这种运
输方式就叫胞吞作用：如果包含的是液体营养物质，就叫胞饮作用 第四节培养基 人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质称为培养基。配 制好的培养基是科学研究、发酵生产微生物制品等方面重要的基础工作。培养基 含有微生物所需的6大营养要素（水分、碳源、氯源、能源、刊质元素和生长素） 和适宜的H、渗透压及氧化还原电位等，这对于任何一种微生物而言都是极好 的生长条件，所以制作培养基应该尽快配制并立即灭菌，以防止杂菌生长。 一、选用和设计培养基的原则和方法 配制培养基的原则 目的明确：要培养什么微生物？获得何种产物？用于实验室还是发酵生产？ 等等 自养微生物有较强的合成能力，因此，培养这种微生物的培养基由简单无机 物组成。 异养微生物合成能力差，因此培养基中至少需要一种有机物。 实验室的常用培养基：细南：牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）： 放线菌：高氏1号合成培养基；酵母菌：麦芽汁培养基：得菌：查氏合成培养基： 如果为了获得菌体，则培养基中的含氮量应当高一些，有利于菌体蛋白的合 成。如果为获得代谢产物，则碳氨比应高一些，是微生物不至于生长过旺，有利 于代谢产物的积紫。 营养协调 微生物只有在营养物质浓度适当、各种营养物质比例适合时才能良好生长。 营养物质浓度过低不能满足生长需要，过高又抑制生长。 碳氮比是直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的积崇的主要因素。碳源不 足的菌体容易早衰。氮源过多，菌体生长过旺，不利于代谢产物的积累。氨源不 足，菌体生长缓慢。 一般细菌和酵母细胞C/N约为5/1，霉菌为10/1，所以霉菌培养基的C/N 较大，适宜在富含淀粉的培养基上生长：细菌酵母培养基要求有较丰富的氨源物 质。如微生物发酵生产谷氨酸需要较多的氨作为合成谷氨酸的氮源，若培养基 CN为4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积紫少：若培养基CN为3/1，则菌体生