学习好资料欢迎下载微生物的营养要求：碳源无机碳源，有机碳源；氮源无机氮源，有机氮源；无机盐主要元素，微量元素生长因子维生素，生物素；水；能源微生物的六类营养要素：碳源，氮源，无机盐，生长因子，能源，水营养物质及其生理功能：水分功能： （1）溶剂与运输介质（吸收与分泌）（2）参与细胞内生化反应（3）维持蛋白、核酸等生物大分子稳定的天然构象及细胞正常形态（4）比热大，控制细胞内温度变化（5）通过水合与脱水控制多亚基组成的结构，如酶、微管、鞭毛的组装与分离碳源有机碳源：糖类(单糖 ,寡糖 ,多糖 )，有机酸 ,醇,脂类 ,烃类，芳香族化合物无机碳源：二氧化碳，碳酸氢钠，碳酸钠功能：构成细胞物质的主要成分(骨架 ) 能源(分解代谢过程中产生) 氮源有机氮：蛋白及其降解物（胨、肽、氨基酸），核酸、尿素、嘌呤、嘧啶等无机氮： N2，硝酸盐，铵盐功能：提供微生物生长、繁殖所需氮素营养；合成细胞含氮化合物，能源（自养菌）能源化学物质：有机、无机化合物辐射能：光无机盐大量元素: P , S, K, Mg, Ca, Na 微量元素 ( 0.1mg/L): Mn, Cu, Co, Zn, Mo , Fe 功能：（1）维持生物大分子和细胞结构的稳定；（2）酶活性中心的组成部分；（3）调节细胞渗透压平衡；（4）控制细胞氧化还原电位；（5）某些自养微生物的能源生长因子种类：维生素（B 族为主）、生物素、烟酰胺、氨基酸、胺类、甾醇、嘌呤、嘧啶功能：参与新陈代谢，促进微生物生长光能无机营养型：具有光合色素，利用光能并以水或还原态无机物为供氢体来同化CO2光合色素：主要色素：叶绿素，菌绿素辅助色素：类胡萝卜素，藻胆素（捕获光能，强光下保护作用）产氧光合作用：利用光能分解水而产生O2，还原CO2为有机物（藻类、蓝细菌内含叶素）光能CO2+H2O CH2O+O2叶绿素不产氧光合作用：吸收光能, 以还原态无机硫化物（H2S ）为氢或电子供体同化CO2（光合细菌：紫色细菌，绿色细菌等）光能CO2+2H2S CH2O+H2O+S 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 11 页学习好资料欢迎下载菌绿素生活环境：光照，厌氧，富含有机质，H2，硫化物非环式光合磷酸化系统PSII PSI ：P680-P680*-Ph-QA-QB-Qpool-Cyt bf-P700-P700*-FeS-Fd-Fp-NAD(P)H QB Qpool：非环式电子流（产生质子动力）Cyt bfFd：环式电子流（产生质子动力）环式光合磷酸化系统（紫色细菌）P870P870*-Bph-QA-QBQpoolCyt bc1-Cyt c2P870 -NAD(P)H Qpool-NAD(P)H：反向电子流（耗能）光能有机营养型：利用光能，以简单有机物（醇、有机酸）为供氢体同化CO2CH3光能CO2+2CH2-CHOH CH2O+2CH3COCH3+H2O 菌绿素化能无机营养型：通过氧化无机物取得能量，并以CO2为唯一或主要碳源1. 硝化细菌（亚硝化细菌群，硝化细菌群）2.硫(化)细菌（通过氧化还原态的无机硫化物（H2S、S、 S2O32-、SO32-）获得能量 , 同化 CO2）3. 铁细菌（氧化Fe2+为 Fe3+获取能量并同化 CO2）4. 氢细菌（具有氢化酶，从氢的氧化获取能量，同化CO2）* 区别于异养型的产氢细菌，具有氢酶，氧化氢获得能量，但不能同化CO2化能有机营养型：大多数微生物以有机物为碳源和能源腐生型，寄生型，兼性寄生营养类型能源供氢体基本碳源实例光能无机光无机物二氧化碳蓝细菌 , 光合细菌光能有机光有机物二氧化碳红螺菌科细菌， 简单有机物化能无机无机物无机物二氧化碳硝化细菌等化能有机有机物有机物有机物大多数细菌和真菌影响物质进入细胞的因素：1. 营养物质本身的性质（分子量、溶解性、电负性等）；2. 微生物所处环境（温度、pH、离子强度） ；3. 微生物细胞的透过屏障（细胞壁、细胞膜、荚膜、粘液层等的孔径大小，松紧程度）微生物吸收营养物质的方式：1、 膜泡运输（吞噬作用）吸附期，膜伸展期，膜泡迅速形成期，附着膜泡形成期，膜泡释放期特点： 1. 主要存在于原生动物（变形虫）中；2. 细胞膜内陷包裹营养物,由胞外进入胞内; 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 11 页学习好资料欢迎下载2、被动扩散由细胞质膜内外营养物的浓度差而产生的物理扩散作用。一种简单的物质跨膜运输方式特点： 1. 非特异性；2. 不需要载体；3. 不消耗能量；4. 不能逆浓度梯度运输；5. 可运送的养料有限(水或溶于水的气体及小极性分子，如 尿素、甘油、乙醇等）3、促进扩散（协助扩散，强化扩散）：养料通过与细胞膜上通透酶的可逆性结合来加快其传递速度运送养料 :氨基酸，单糖，维生素，无机盐等特点： 1. 养料与载体蛋白（诱导酶）具有特异性; 2. 不能逆养料浓度梯度运输; 3. 不消耗能量 ; 4. 养料浓度过高时, 与酶出现饱和效应4、主动运输：在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体蛋白逆养料浓度梯度吸收营养物质的过程特点： 1. 具有养料和载体蛋白的专一性; 2. 消耗能量（不同菌能量来源各异）3. 可逆养料浓度梯度吸收营养; 4. 能改变运输反应的平衡点1. Na+-K+-ATP酶系统功能：利用ATP能量将 Na+由细胞内“泵”出胞外,并将 K+“ 泵” 入胞内。该酶由大小两个亚基组成作用步骤： 1. ATP酶（ E ）在细胞内侧与3 个 Na+结合 ,同时消耗能量 ; 2. 磷酸化 ATP酶（ E+）构象变化将Na+排除胞外 ,并与 2 个 K+结合 ; 3. K+激发 E+脱磷酸化恢复为E, 同时将 K+运入细胞。2. ATP-结合盒式转运蛋白ABC transporters 3. 基团转移（位）：细胞膜具有磷酸转移酶系统（PTS ）, 使糖在进入细胞膜的同时发生磷酸化（厌氧及兼性厌氧细菌）PTS系统： PEP , 酶 I, 酶 II (a,b,c), Hpr (小分子量热稳定蛋白) 特点： 1. PTS与 PEP偶联 , 需要能量 ; 2. 可逆养料浓度梯度运输; 3. 具有特异载体蛋白; 4.被运送养料分子结构改变(磷酸化）运送养料类型：糖, 脂肪酸 , 核苷等营养物进入细胞方式：不通过膜上载体蛋白：单纯扩散通过膜上载体蛋白不耗能: 促进扩散耗能运送前后物质分子不变：主动运输运送前后物质分子改变：基团转移配制培养基的原则1. 选择适宜的营养物质细菌：牛肉膏蛋白胨培养基，LB 放线菌：高氏一号培养基真菌：查氏合成培养基，PDA 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 11 页学习好资料欢迎下载2. 营养物质浓度及其配比C/N (碳原子摩尔数与氮原子摩尔数之比)影响微生物的生长繁殖和代谢物积累一般情况下：真菌: C/N =10:1；细菌 : C/N = 6:1 3. 控制 pH 细菌，放线菌 : pH 7.0-7.5； 酵母菌，霉菌 : pH 4.5-6.5 缓冲液的使用(K2HPO4, KH2PO4, CaCO3) 4. 控制氧化还原电位5. 原料的选择6. 灭菌处理（高压蒸汽灭菌, 过滤灭菌）培养基的类型1、按成分不同划分(1) 天然培养基：化学成分不清或不恒定(2) 合成培养基：化学成分清楚并限定用量(3) 半合成培养基：天然成分与化学试剂共存2、按物理状态划分(1) 固体培养基：液体培养基中加入凝固剂（供微生物的分离、培养用）凝固剂种类：琼脂: 石花菜中提取的高度分支的复杂多糖明胶 : 胶原蛋白制备产物硅胶 : 硅酸纳与盐酸聚合而成, 纯无机物(2) 半固体培养基：琼脂含量一般为0.2-0.7% 应用 :观察微生物运动特征; 分类鉴定 ; 噬菌体效价的测定等(3) 液体培养基3、按用途划分(1) 基础培养基： 含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基(C, N, 无机盐 ) （ 野生型菌株）(2) 选择培养基（加富培养基）：根据不同种类微生物的特殊营养要求，在培养基中加入相应物质，利于所需微生物生长，抑制其它微生物。(3) 鉴别培养基：用于鉴别不同微生物的培养基。培养基中加入某种特殊化合物，使微生物代谢产物与特定的化学物质发生反应而产生明显的特征变化，用以区分微生物的种类。(4) 其他：分析培养基：分析某些化合物浓度还原性培养基：培养厌氧微生物组织培养物培养基：培养病毒（鸡胚）、立克氏次体（鼠）6-1 小结：1、微生物需要的营养物质包括：碳、氮、无机盐、生长因子、能源及水；2、根据碳、能源及电子供体不同，将微生物分为：光能无机、光能有机、化能无机和化能有机四种类型；3、 营养物质进入细胞主要方式有：膜泡运输、 被动扩散、促进扩散、 主动运输（Na+-K+-ATP酶系统 , ABC 转运系统 ) 和基团转移；4、培养基是满足微生物营养需求的营养基质，配制时应选择适宜的营养物质并调整其浓度比、控制氧还电位、pH、利用廉价原料和灭菌处理5、培养基的主要种类(成分、物理状态、用途）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 11 页学习好资料欢迎下载微生物自身的代谢特点：1. 代谢速率快（个体小，比表面积大，吸收营养和生长繁殖快）2. 种类多，代谢多样（营养要求与代谢方式各异）3. 高度适应性，易变异（及时改变自身代谢方式, 易于人工控制）1. ATP的结构：磷酸基腺苷核糖2. ATP的生成途径： 1、底物水平磷酸化X P + ADP ATP + X（某些化合物将其携带高能磷酸根转移给ADP， 生成 ATP 电子仅在两种物质间转移）2、呼吸链(电子传递链 ) 氢和电子传递体由各种辅酶和辅基组成（真核：线粒体内膜，原核：细胞质膜）泛醌（ CoQ）, 细胞色素系统，黄素蛋白，铁硫蛋白（ Fe-S ）3、光合磷酸化（产氧和 不产氧）（光合细菌：细菌叶绿素吸收光能处于激发态，放出高能电子，电子通过传递系统，返回细菌叶绿素，在电子传递过程中产生ATP ）4、嗜盐杆菌紫膜中细菌紫膜质的质子泵光介导模型微生物的氧化方式1. 有氧呼吸化合物氧化脱下的氢和电子经呼吸链传递, 最终交给氧 , 并生成水。将底物彻底氧化并释放能量，其中一部分能量转移至ATP ，另一部分以热的形式散出。1 分子葡萄糖 CO2+H2O + 688 Kcal (300 Kcal ATP) (1cal = 4.184 J) 特点：有氧存在，氧化彻底，产能量大。能够进行呼吸作用的微生物（好氧和兼性厌氧菌）化能异养菌：氧化有机物进行呼吸多数细菌，全部真菌和原生动物化能自养菌：氧化无机物进行呼吸氢细菌（氢）硫细菌（含硫无机物）硝化细菌（氨、亚硝酸）2、发酵作用：化合物氧化时脱下的氢和电子经某些辅酶或辅基(NAD, NADP , FAD) 传递给另一个有机物 , 最终产生一种还原性产物。（厌氧菌获得能量的主要方式）广义的发酵：利用好氧性或厌氧性微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料的一类生产方式。1 分子葡萄糖 2分子乙醇+ 54 Kcal 特点：没有分子氧参与，氧化不彻底，由底物水平磷酸化产生ATP ，只释放一部分自由能。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 11 页学习好资料欢迎下载能够进行发酵作用的微生物厌氧微生物、兼性厌氧微生物（有氧时：进行呼吸，无氧时：进行发酵）巴斯德效应：兼性厌氧菌在无氧条件下进行发酵作用，若通入氧气则会发生呼吸作用抑制发酵作用。如酵母菌发酵生产酒精时通入氧气，则发酵减慢，酒精量下降。3、厌氧呼吸（无氧呼吸）： 化合物氧化脱下的氢和电子经呼吸链传递，最终交给无机氧化物的过程。化合物ATP 无机氧化物氢和电子（细胞色素等）进行厌氧呼吸的微生物（呼吸链末端氢受体不同）反硝化细菌(硝酸盐呼吸 )：NO3-N2 （脱氮作用）反硫化细菌（硫酸盐呼吸，硫呼吸）： SO42-H2S （脱硫作用）甲烷菌（碳酸盐呼吸） ： CO2 CH4（甲烷发酵作用） 、碳酸盐乙酸NO3- NO2- NO N2O N2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 11 页学习好资料欢迎下载硫酸还原细菌的电子传递和能量的储存。增加了外部的氢气。由有机化合物如乳酸和丙酮酸的代谢生成的H2可以激活氢化酶。无氧呼吸特点：无氧气参与、产生能量低能量的利用1. 生物合成 1/3 能量用于合成各种细胞物质; 2. 生命活动营养物的主动吸收、鞭毛运动、孢子释放、细胞质流动；(运动和运输 ) 3. 生物发光能量转移方式4. 生物热的产生能量以热的形式散失（青贮和堆肥）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 11 页学习好资料欢迎下载微生物的（分解）产能代谢一、己糖的分解(生物共有途径) 1. 糖酵解 EMP 途径，己糖二磷酸途径特点：一分子葡萄糖为底物，产生2 个分子丙酮酸和2 个分子 ATP ，产能效率低。多种中间产物 为生物合成提供原材料; 连接多种相关代谢途径EMP途径关键步骤1. 葡萄糖磷酸化1.6 二磷酸果糖 (耗能 ) 2. 1.6 二磷酸果糖 2分子 3-磷酸甘油醛3. 3-磷酸甘油醛 丙酮酸反应式：葡萄糖+2NAD+2Pi+2ADP 2 丙酮酸 +2NADH2+2ATP CoA 丙酮酸脱氢酶乙酰 CoA， 进入 TCA 2、HMP 途径：是葡萄糖降解产生五碳糖的主要途径。氧化阶段： 6 - 磷酸葡萄糖脱氢 , 水解 , 氧化脱羧 5- 磷酸核酮糖和CO2非氧化阶段：磷酸戊糖之间基团转移, 缩合(分子重排 ) , 生成 7、4、3 碳化合物及6-磷酸己糖再生 (存在于大多数好氧和兼性厌氧菌) HMP 途径关键步骤1. 葡萄糖 6 -磷酸葡萄糖酸2. 6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核酮糖 5 -磷酸木酮糖 5-磷酸核糖 参与核酸生成3. 5-磷酸核酮糖 6-磷酸果糖 +3-磷酸甘油醛(进入EMP) HMP 途径的意义1. 为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸；2. 产生大量NADPH2， 为合成脂肪酸等需要,可通过呼吸链产能；3. 提供合成芳香氨基酸的前体赤藓糖-4-磷酸； （苯丙氨酸、 色氨酸、组氨酸、酪氨酸）4. 反应中存在C3C7的各种糖，使具有此途径微生物碳源利用范围广；5. 产生许多发酵产物: 核苷酸，氨基酸，辅酶等3、ED途径分解葡萄糖生成丙酮酸和3-磷酸甘油醛的另一途径，只在某些革兰氏阴性菌中发现，独立存在或与HMP 途径共存葡萄糖丙酮酸特点：某些G 菌中发现，产能水平低1 分子ATP ，2 分子NAD(P)H，2 分子丙酮酸ED 途径不依赖于EMP 和 HMP 途径而单独存在。ED 途径关键反应2- 酮-3-脱氧 - 6 磷酸葡萄糖酸的裂解精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 11 页学习好资料欢迎下载二、丙酮酸代谢有氧：TCA 彻底氧化为CO2 ， NADH +H+ , FADH2进入呼吸链，H+和电子交给氧生成水，获得能量。无氧 : 各种发酵产物（以产物命名）如：乙醇发酵，乳酸发酵等产能水平低。1. 乙醇发酵丙酮酸在无氧条件下脱羧、还原生成乙醇酵母菌 EMP途径获得丙酮酸乙醇（产物纯）反应式：CO3COCOOH CH3CHO+CO2 (脱羧酶 ) CH3CHO+NADH2 CH3CH2OH+NAD (乙醇脱氢酶 ) C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CH2OH+2CO2+2ATP 丙酮酸来源 -ED 途径（产物为乙醇和二氧化碳，产能低）C6H12O6+ADP+Pi 2CH3CH2OH+2CO2+ATP+H2O 2. 乳酸发酵乳酸细菌利用葡萄糖产生乳酸。乳酸细菌具有共同的特点（固体平板上菌落不大）特点： （1）微好氧，缺少细胞色素氧化酶或过氧化氢酶，由于FADH2自行氧化产生的H2O2积累而抑制生长；（2）合成氨基酸能力弱，需提供动、植物组织液或牛奶等；（3）需提供B族维生素（特别是VB2）发酵类型：I. 同型乳酸发酵葡萄糖经EMP 途径产生丙酮酸后，丙酮酸在乳酸脱氢酶催化下被NADH 还原生成乳酸。（德氏乳杆菌，保加利亚乳杆菌等）反应式： CH3COCOOH+NADH2 CH3CHOHCOOH+NAD 特点：厌氧条件下产物只有乳酸II 异型乳酸发酵利用 HMP 分解葡萄糖为5-磷酸核酮糖，经差向异构转变为5-磷酸木酮糖，由磷酸酮糖酶催化裂解产生3-磷酸甘油醛和乙酰磷酸，分别进入EMP途径或还原后生成乳酸、乙醇、ATP和二氧化碳。反应式：葡萄糖+ADP+Pi 乳酸 +乙醇 +CO2+ATP 特点：产物除乳酸外，还有乙醇、CO2、ATP 产能量为同型乳酸发酵的1/2 乳酸发酵的应用： 乳酸菌不具备分解纤维素酶系和水解蛋白质酶系，不会破坏植物细胞组织，也不会使蛋白分解，因此，不会降低食品和青贮饲料的营养价值。3. 丁酸发酵葡萄糖经EMP 途径产生丙酮酸后, 在厌氧条件下生成丁酸的过程, 由丁酸梭菌完成。反应式：丙酮酸乙酰CoA+ H2+ CO22 乙酰 CoA 乙酰乙酰CoA 丁酸乙酰 CoA 乙酰磷酸乙酰磷酸 + ADP 乙酸 +ATP 产物：丁酸，乙酸，H2，CO2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 11 页学习好资料欢迎下载4. 三羧酸循环：一分子葡萄糖彻底氧化可获得：原核38 个 ATP 真核36 个 ATP 三、多糖的分解1、淀粉的分解：葡萄糖分子以-1,4 键相连直链淀粉葡萄糖分子以 -1,6 键相连枝链淀粉分解淀粉的酶类： -淀粉酶(直链 )：液化酶，产物为葡萄糖和麦芽糖 -淀粉酶：糖化酶，产物为麦芽糖和极限糊精葡萄糖淀粉酶：产物为葡萄糖极限糊精酶（支链） ：分解支链淀粉分解利用淀粉的微生物：B. subtilis2、纤维素的分解：葡萄糖分子 -1,4 键相连的长链能分解纤维素的微生物：真菌（子囊菌，担子菌，半知菌），胞外酶细菌（食纤维粘菌等） ，表面酶3、几丁质的分解：几丁质N-乙酰氨基葡萄糖以 -1,4 键相连的大分子化合物几丁质酶几丁二糖酶分解途径：几丁质 几丁二糖 N-乙酰氨基葡萄糖能分解几丁质的微生物（较少）：嗜几丁质芽孢杆菌，链霉菌等4、果胶质的分解分解途径：原果胶质酶果胶酶果胶酸酶原果胶质果胶果胶酸半乳糖醛酸原果胶质：为甲基半乳糖醛酸的聚合体, 与 Ca结合成原果胶质具有果胶酶系的微生物：多数植物病原菌四、蛋白质的分解蛋白酶肽酶蛋白质肽 氨基酸分解蛋白质的微生物（具有蛋白酶）：真菌：毛霉、曲霉细菌：芽孢杆菌，少数肠杆菌和假单胞菌五、氨基酸的分解1. 脱氨基：氧化脱氨，还原脱氨，脱水脱氨，水解脱氨，氧化还原脱氨 （Stickland 反应）：厌氧微生物 （酵母菌， 梭菌） 在无氧条件下，使一对氨基酸之间发生氧化与还原的偶联反应，一个氨基酸氧化脱氨，另一个氨基酸接受氢而还原脱氨。*Stickland 反应的偶联氨基酸2. 脱羧基作用分解氨基酸脱羧酶R ? CHNH2COOH R CH2+CO2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 11 页学习好资料欢迎下载特点：1. 脱羧酶为诱导酶, 具专一性 ; 2. 产物为胺和二氧化碳; 3. 某些真菌、细菌具有此功能。六、脂肪及其它有机物的分解精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 11 页