第五章第五章 微生物营养与生长微生物营养与生长营营养养(nutrition)：微微生生物物体体从从外外部部环环境境中中摄摄取取对对其其生生命命活活动动必必须须的的能能量量和和物物质质，以以满满足足正正常常生生长长和和繁繁殖殖需需要要的的一一种种最最基基本本的的生生理功能。理功能。第一节第一节 微生物的营养及其对微生物生长的影响微生物的营养及其对微生物生长的影响 一、微生物的营养因子一、微生物的营养因子 营养物质（营养物质（nutrient）：）：能够满足微生物生长、提供构建能够满足微生物生长、提供构建细胞成份的原料或提供能量的物质称为细胞成份的原料或提供能量的物质称为大量营养元素：大量营养元素：需要量较高的营养物质，浓度通常要达到需要量较高的营养物质，浓度通常要达到10-310-4mol/L或更高，包括或更高，包括C、H、O、N、P、S 、K+、Na+、Ca2+、Mg2、Fe2+。微量营养元素：微量营养元素：需要量较少的营养物质称需要量较少的营养物质称, 环境中微量元环境中微量元素所需浓度通常为素所需浓度通常为10-610-8 mol/L, 包括包括Mn2+、Co2+、Zn2+、Cu2+、Mo2+、Ni2+等。等。（一）碳源一）碳源(carbonsource)提供微生物营养所需碳元素的营养源。提供微生物营养所需碳元素的营养源。q有机碳源：有机碳源：蛋白蛋白质，核酸，核酸，淀粉淀粉，葡萄糖等葡萄糖等q无机碳源：无机碳源：CO2,Na2CO3,CaCO3等等速效碳源速效碳源: 葡萄糖可以被迅速分解利用，是速效碳源葡萄糖可以被迅速分解利用，是速效碳源迟效碳源迟效碳源: 淀粉等多糖类物质，需要分泌胞外酶进行淀粉等多糖类物质，需要分泌胞外酶进行 水解才能被吸收利用，是迟效碳源。水解才能被吸收利用，是迟效碳源。异养微生物：必须利用有机碳源异养微生物：必须利用有机碳源自养微生物：能利用无机碳源自养微生物：能利用无机碳源糖糖类： 葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘露葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘露糖，糖，纤维二糖，二糖，纤维素，半素，半纤维素，甲壳素，木素，甲壳素，木质素，等素，等 有机酸：有机酸： 乳酸，乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高脂肪酸，高级脂肪酸，氨脂肪酸，氨基酸，等基酸，等 醇醇类： 乙醇，等乙醇，等 脂脂类： 脂肪，磷脂，等脂肪，磷脂，等 烃类： 天然气，石油，石油天然气，石油，石油馏分，石蜡油分，石蜡油 ，等，等 CO2 碳酸碳酸盐： NaHCO3, CaCO3, 白垩，等白垩，等 其他：其他： 芳香族化合物，芳香族化合物，氰化物，蛋白化物，蛋白质，肽，核酸，核酸微生物可利用的碳源微生物可利用的碳源(化合物分化合物分类)不同种类微生物利用碳源物质的能力有差异。不同种类微生物利用碳源物质的能力有差异。在微生物研究和发酵试验中，常常需要研究微生物培养的最佳碳源在微生物研究和发酵试验中，常常需要研究微生物培养的最佳碳源有机氮源：牛肉膏、蛋白胨、黄豆粉、玉米浆、尿素等有机氮源：牛肉膏、蛋白胨、黄豆粉、玉米浆、尿素等无机氮源：无机氮源：KNO3、(NH4)2SO4、NH3等等气态氮源：大气气态氮源：大气N2（二）氮源二）氮源(nitrogensource)凡能提供微生物营养所需氮元素的营养源。氮源一般不作能源。凡能提供微生物营养所需氮元素的营养源。氮源一般不作能源。 速效氮源速效氮源 迟效氮源迟效氮源 氨基酸自养型微生物氨基酸自养型微生物 氨基酸异养型微生物氨基酸异养型微生物生理酸性盐生理酸性盐: 微生物代谢后形成酸性物质的某些无机氮源如微生物代谢后形成酸性物质的某些无机氮源如 硫酸铵。硫酸铵。生理碱性盐生理碱性盐: 微生物代谢后产生碱性物质的某些无机氮源如微生物代谢后产生碱性物质的某些无机氮源如 硝酸钠。硝酸钠。 不同种类微生物对不同碳源物质的利用能力不一样。不同种类微生物对不同碳源物质的利用能力不一样。在微生物培养和发酵研究中，也需要研究微生物培养的最佳碳源在微生物培养和发酵研究中，也需要研究微生物培养的最佳碳源（三）无机盐（三）无机盐(inorganicsalts)所需浓度在所需浓度在10-3-10-4M的元素为大量元素的元素为大量元素所需浓度在所需浓度在10-6-10-8M的元素为微量元素的元素为微量元素一类对微生物正常代谢必不可少且又不能从简单的碳源，一类对微生物正常代谢必不可少且又不能从简单的碳源，氮源自行合成的、所需极微量的有机物。氮源自行合成的、所需极微量的有机物。培养基中生长因子来源：培养基中生长因子来源：酵母膏、玉米浆、麦芽汁等。酵母膏、玉米浆、麦芽汁等。(四四) ) 生长因子生长因子(growthfactor)作用：辅酶或酶活化作用：辅酶或酶活化所需所需。狭义：维生素狭义：维生素广义：维生素、氨基酸、碱基、脂肪酸等广义：维生素、氨基酸、碱基、脂肪酸等q生长因子自养型微生物（生长因子自养型微生物（auxoautotrophs)q生长因子异养型微生物（生长因子异养型微生物（auxoheterotrophs)营养缺陷型微生物（营养缺陷型微生物（nutritionaldeficiency)变株变株q生长因子过量合成型微生物生长因子过量合成型微生物能为微生物的生命活动提供最初能量来源的化学物质或辐射能。能为微生物的生命活动提供最初能量来源的化学物质或辐射能。（五）能源（五）能源(energysource)异养微生物的碳源同时也是能源异养微生物的碳源同时也是能源无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）能源谱能源谱化学物质化学物质辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）依碳源不同：依碳源不同：q异养型异养型(heterotrophs):不能以不能以CO2为主要或唯一碳源为主要或唯一碳源q自养型自养型(autotrophs):能以能以CO2为主要或唯一碳源为主要或唯一碳源依能源不同：依能源不同：q光能营养型光能营养型(phototrophs):光反应产能光反应产能q化能营养型化能营养型(chemotrophs):物质氧化产能物质氧化产能依生长因子的不同：依生长因子的不同：q原养型原养型(prototroph)或野生型或野生型(wildtype)q 营养缺陷型营养缺陷型(auxotroph)微生物学家通常根据微生物对碳源和能源的利用不同，微生物学家通常根据微生物对碳源和能源的利用不同，将它们分为四种类型将它们分为四种类型 二、培养基二、培养基培养基培养基(culture medium or medium)：是人工配制的、适合微生物生长繁殖或者产生代谢产物的营养基质。是人工配制的、适合微生物生长繁殖或者产生代谢产物的营养基质。 微生物对培养基要求特点：微生物对培养基要求特点：不同的微生物对营养物质的需要是不同的；不同的微生物对营养物质的需要是不同的；同一种微生物在不同生长发育阶段对营养物质要求有时是不同的；同一种微生物在不同生长发育阶段对营养物质要求有时是不同的；同一种微生物的菌体生长和生产性状的表现对营养物质的要求也会同一种微生物的菌体生长和生产性状的表现对营养物质的要求也会 表现出不同。表现出不同。 选择和配制培养基的原则和方法选择和配制培养基的原则和方法（1）营养物质组成合理，浓度适当，满足菌体生长需要；）营养物质组成合理，浓度适当，满足菌体生长需要；（2）在一定条件下，各原料之间不发生化学反应，理化性质相对）在一定条件下，各原料之间不发生化学反应，理化性质相对 稳定；稳定；（3）粘度适中，具有适当渗透压；）粘度适中，具有适当渗透压；（4）生产中选用的原材料尽量因地制宜，以降低成本；）生产中选用的原材料尽量因地制宜，以降低成本；（5）理化性质适宜，）理化性质适宜，pH、氧化还原电动势也要满足一定的要求。、氧化还原电动势也要满足一定的要求。v培养基按其组成的化学成分是否清楚可以分为：合成培养基、天培养基按其组成的化学成分是否清楚可以分为：合成培养基、天然培养基；半天然培养基。然培养基；半天然培养基。v1、合成培养基（、合成培养基（synthetic medium，defined medium）：）：是一类用多种高纯化学试剂培制成的、各成分（包括微量元素）的是一类用多种高纯化学试剂培制成的、各成分（包括微量元素）的量都确切知道的培养基。量都确切知道的培养基。v2、天然培养基（天然培养基（complex medium; undefined medium）：）：是指利用一些天然原料制作的培养基，人们无法确切知道其成分。是指利用一些天然原料制作的培养基，人们无法确切知道其成分。v3、半合成培养基（、半合成培养基（semi-defined medium）：是指那些组成成）：是指那些组成成分的部分化学成分清楚，部分化学成分不清楚的培养基分的部分化学成分清楚，部分化学成分不清楚的培养基。固固体体培培养养基基(solidmedium)，一一般般加加有有凝凝固固剂剂，凝凝固固剂剂含含量量一一般般为为12。作作为为凝凝固固剂剂的的条条件件：不不被被微微生生物物分分解解利利用用，生生长长温温度度范范围围内内保保持持固固体体状状态态，凝凝固固点点温温度度对对微微生生物物无无害害，不不因因灭灭菌菌而而破破坏坏，透透明明度度好好、配配制制方便、价格低。常用的为方便、价格低。常用的为琼脂。明胶有脂。明胶有时也用。也用。由由于于固固体体培培养养基基能能提提供供表表面面，形形成成单单菌菌落落，因因此此可可用用于于：菌菌种种分分离离、鉴定、保藏等。鉴定、保藏等。液体培养基液体培养基(liquidmedium)，培养基中没有凝固剂。培养基中没有凝固剂。用途：大量培养微生物，研究生理代谢等。用途：大量培养微生物，研究生理代谢等。半固体培养基半固体培养基(semi-solidmedium)，凝固剂含量一般约为凝固剂含量一般约为0.5%。用途：观察细菌的运动，测定噬菌体效价等。用途：观察细菌的运动，测定噬菌体效价等。按培养基外观的物理状态：固体、半固体、液体。按培养基外观的物理状态：固体、半固体、液体。培养基固化物培养基固化物琼脂与明胶的比脂与明胶的比较化学化学成分成分营养营养价值价值分解分解性性融化融化温度温度凝固凝固温度温度常用常用浓度浓度透明透明度度粘粘着着力力耐加耐加压灭压灭菌菌琼琼脂脂聚半乳糖聚半乳糖的硫酸酯的硫酸酯无无罕见罕见960C400C1.52%高高强强强强明明胶胶蛋白质蛋白质作氮作氮源源极易极易250C200C512%高高强强弱弱按照用作培养微生物的种类：按照用作培养微生物的种类：常用的细菌培养基有营养肉汤和营养琼脂培养基；常用的细菌培养基有营养肉汤和营养琼脂培养基；常用的放线菌培养基为高氏常用的放线菌培养基为高氏1号培养基；号培养基；常用的酵母菌培养基有马铃薯蔗糖培养基和麦芽汁培养基；常用的酵母菌培养基有马铃薯蔗糖培养基和麦芽汁培养基；常用的霉菌培养基有马铃薯蔗糖培养基、豆芽汁葡萄糖（或蔗常用的霉菌培养基有马铃薯蔗糖培养基、豆芽汁葡萄糖（或蔗 糖）琼脂培养基和察氏培养基等。糖）琼脂培养基和察氏培养基等。 微生物培养基按用途不同可以分成不同类型微生物培养基按用途不同可以分成不同类型 v1、孢子培养基、孢子培养基(spores formation medium)：供菌体繁殖孢子：供菌体繁殖孢子的培养基。基本配制要求：营养的培养基。基本配制要求：营养(有机氮源有机氮源)偏低；无机盐浓度适量；偏低；无机盐浓度适量；注意注意pH和湿度。孢子培养基可以供产生孢子使用，这在工业生产上和湿度。孢子培养基可以供产生孢子使用，这在工业生产上使用孢子进罐的产品十分重要。使用孢子进罐的产品十分重要。v2、种子培养基、种子培养基(seed medium)：供孢子发芽、生长和繁殖的培：供孢子发芽、生长和繁殖的培养基。基本要求：采用营养丰富完全的有机氮源；浓度偏稀；无机养基。基本要求：采用营养丰富完全的有机氮源；浓度偏稀；无机氮源与有机氮源比例适当。由于种子质量对发酵水平影响大，该培氮源与有机氮源比例适当。由于种子质量对发酵水平影响大，该培养基还应注意与发酵培养基的关系。养基还应注意与发酵培养基的关系。v3、发酵培养基、发酵培养基(fermentation medium)：供菌体生长、繁殖与：供菌体生长、繁殖与合成产物之用。基本要求：菌体生长与合成产物所需的元素、化合合成产物之用。基本要求：菌体生长与合成产物所需的元素、化合物以及前体、促进剂等因素的考虑。对于微生物不同的发酵时期，物以及前体、促进剂等因素的考虑。对于微生物不同的发酵时期，营养要求的分期差异可用补料方式解决。营养要求的分期差异可用补料方式解决。 v4、鉴别培养基、鉴别培养基(differential medium)：微生物往往有特定的：微生物往往有特定的代谢过程和产物。在培养基中加上特定的指示剂以鉴别是否产生某代谢过程和产物。在培养基中加上特定的指示剂以鉴别是否产生某步反应的培养基。常见的鉴别培养基有：鉴别革兰氏阳性与阴性菌步反应的培养基。常见的鉴别培养基有：鉴别革兰氏阳性与阴性菌的伊红美蓝培养基。的伊红美蓝培养基。v5、选择培养基、选择培养基(selected medium)与富集培养基与富集培养基(enrichment medium)：在进行菌种筛选时，可以在培养基中加入特定的物质，：在进行菌种筛选时，可以在培养基中加入特定的物质，抑制不需要的菌生长，而允许需要的菌生长，这种培养基就称为选抑制不需要的菌生长，而允许需要的菌生长，这种培养基就称为选择培养基。比如在筛选土壤中的酵母菌时，可以加入链霉素抑制细择培养基。比如在筛选土壤中的酵母菌时，可以加入链霉素抑制细菌。向培养基中加入某种适合某一类微生物生长的物质的培养基称菌。向培养基中加入某种适合某一类微生物生长的物质的培养基称为富集培养基。常见的富集培养基有纤维素富集培养基用作纤维素为富集培养基。常见的富集培养基有纤维素富集培养基用作纤维素分解菌的增殖。分解菌的增殖。v6、加富培养基、加富培养基(rich medium)：一些微生物在培养时，可能需：一些微生物在培养时，可能需要加入特定的营养物质，营养比一般培养基丰富，称为加富培养基。要加入特定的营养物质，营养比一般培养基丰富，称为加富培养基。比如培养一些人体病原菌要加入血清，培养一些营养缺限型菌种要比如培养一些人体病原菌要加入血清，培养一些营养缺限型菌种要加入特定营养成分。加入特定营养成分。三、微生物的培养三、微生物的培养根据氧气的需要与否分为两大类：根据氧气的需要与否分为两大类： 好氧培养好氧培养 厌氧培养厌氧培养根据培养基的物理特性分为两大类：根据培养基的物理特性分为两大类： 固体培养固体培养 液体培养液体培养 研究和开发适合微生物生长的培养基是为了在人工控研究和开发适合微生物生长的培养基是为了在人工控制条件下对微生物进行培养。制条件下对微生物进行培养。1 1）固体好氧培养方法固体好氧培养方法固体好氧培养方法固体好氧培养方法 琼脂斜面和琼脂平皿培养琼脂斜面和琼脂平皿培养1 1、好氧培养方法、好氧培养方法 （一）微生物的培养方法（一）微生物的培养方法香菇固体栽培床香菇固体栽培床2） 液体好氧培养方法 恒温振荡培养箱恒温振荡培养箱实验室小型全自动发酵罐实验室小型全自动发酵罐2 2、厌氧培养方法、厌氧培养方法 微生物厌氧培养箱微生物厌氧培养箱工业发酵车间工业发酵车间（二）微生物纯培养与混合培养（二）微生物纯培养与混合培养 研究微生物生长通常采用微生物纯培养。研究微生物生长通常采用微生物纯培养。微生物学中将在实验条件下从一个单细胞繁殖得到的微生物学中将在实验条件下从一个单细胞繁殖得到的后代称为纯培养。后代称为纯培养。自然环境如土壤和水中，通常栖息着的是许多不同微自然环境如土壤和水中，通常栖息着的是许多不同微生物混杂在一起的群体。哪怕是一粒砂或尘土，也常生物混杂在一起的群体。哪怕是一粒砂或尘土，也常含有多种细菌及其它微生物。含有多种细菌及其它微生物。这种含有一种以上微生这种含有一种以上微生物的培养称作混合培养。物的培养称作混合培养。 微生物纯培养的分离方法一微生物纯培养的分离方法一稀释涂布法分离微生物稀释涂布法分离微生物微生物纯培养的分离方法二微生物纯培养的分离方法二稀释倒平板法分离微生物稀释倒平板法分离微生物微生物纯培养的分离方法三微生物纯培养的分离方法三平板划线法分离微生物平板划线法分离微生物（三）微生物纯培养的保藏（三）微生物纯培养的保藏通过分离纯化得到的微生物纯培养物，还必须通过各种保藏技术通过分离纯化得到的微生物纯培养物，还必须通过各种保藏技术使其在一定时间内不死亡，不会被其它微生物污染，不会因发生使其在一定时间内不死亡，不会被其它微生物污染，不会因发生变异而丢失重要的生物学性状，否则就无法真正保证微生物研究变异而丢失重要的生物学性状，否则就无法真正保证微生物研究和应用工作的顺利进行。菌种或培养物保藏是一项最重要的微生和应用工作的顺利进行。菌种或培养物保藏是一项最重要的微生物学基础工作，微生物菌种是珍贵的自然资源，具有重要意义，物学基础工作，微生物菌种是珍贵的自然资源，具有重要意义，许多国家都设有相应的菌种保藏机构，例如，中国微生物菌种保许多国家都设有相应的菌种保藏机构，例如，中国微生物菌种保藏委员会（藏委员会（CCCCM），美国典型菌种保藏中心（），美国典型菌种保藏中心（ATCC），荷兰），荷兰的霉菌中心保藏所（的霉菌中心保藏所（CBS），英国的国家典型菌种保藏中心），英国的国家典型菌种保藏中心（NCTC）以及日本的大阪发酵研究所（）以及日本的大阪发酵研究所（IFO）等。国际微生物学）等。国际微生物学联合会（联合会（IAMS）还专门设立了世界菌种保藏联合会（）还专门设立了世界菌种保藏联合会（WFGC），），用计算机储存世界上各保藏机构提供的菌种数据资料，可以通过用计算机储存世界上各保藏机构提供的菌种数据资料，可以通过国际互联网查询和索取，进行微生物菌种的交流、研究和使用国际互联网查询和索取，进行微生物菌种的交流、研究和使用 。生物的生长一般都需要一定的水分，适宜的温度和合适的营养，生物的生长一般都需要一定的水分，适宜的温度和合适的营养，微生物也不例外。菌种保藏就是根据菌种特性及保藏目的的不微生物也不例外。菌种保藏就是根据菌种特性及保藏目的的不同，给微生物菌株以特定的条件，使其存活而得以延续。例如同，给微生物菌株以特定的条件，使其存活而得以延续。例如利用培养基或宿主对微生物菌株进行连续移种，或改变其所处利用培养基或宿主对微生物菌株进行连续移种，或改变其所处的环境条件，例如干燥、低温、缺氧、避光、缺乏营养等，令的环境条件，例如干燥、低温、缺氧、避光、缺乏营养等，令菌株的代谢水平降低，乃至完全停止，达到半休眠或完全休眠菌株的代谢水平降低，乃至完全停止，达到半休眠或完全休眠的状态，而在一定时间内得到保存，有的可保藏几十年或更长的状态，而在一定时间内得到保存，有的可保藏几十年或更长时间。在需要时再通过提供适宜的生长条件使保藏物恢复活力。时间。在需要时再通过提供适宜的生长条件使保藏物恢复活力。 菌种保藏原理菌种保藏原理菌种保藏原理菌种保藏原理1. 传代培养保藏传代培养保藏 2. 冷冻保藏冷冻保藏 196液氮保藏液氮保藏 70低温冰箱低温冰箱 2030的普通冰箱的普通冰箱 3. 干燥保藏法干燥保藏法 沙土管保存沙土管保存冷冻真空保藏冷冻真空保藏 四、微生物对营养物质的吸收四、微生物对营养物质的吸收 （一）被动运输（一）被动运输 被动运输（被动运输（passive transport）依赖物质的扩散作用，不消）依赖物质的扩散作用，不消耗能量，只有当细胞外物质浓度高于细胞内浓度时才发生。耗能量，只有当细胞外物质浓度高于细胞内浓度时才发生。 1、单纯扩散、单纯扩散 单纯扩散（单纯扩散（simple diffusion）实际上是物质的自由扩散，是）实际上是物质的自由扩散，是物质从高浓度扩散到低浓度的过程，其速率和细胞内外该物质的浓物质从高浓度扩散到低浓度的过程，其速率和细胞内外该物质的浓度梯度有关。度梯度有关。1）需要该营养物质在细胞内外有足够高的浓度梯度；）需要该营养物质在细胞内外有足够高的浓度梯度；2）单纯扩散作用不能使扩散过程加速；）单纯扩散作用不能使扩散过程加速；3）对可扩散物质也没有选）对可扩散物质也没有选择性；择性；4）不需要载体，可自由穿过细胞膜的物质都可通过单纯扩）不需要载体，可自由穿过细胞膜的物质都可通过单纯扩散作用进入细胞。但实际上只有极少数物质可自由穿过细胞，如散作用进入细胞。但实际上只有极少数物质可自由穿过细胞，如H2O，CO2，O2等小分子就是通过单纯扩散作用进入细胞的。等小分子就是通过单纯扩散作用进入细胞的。 2、促进扩散、促进扩散 促进扩散（促进扩散（facilitated diffusion）是在载体蛋白是在载体蛋白(carrier protein)的帮助下，物质由高浓度扩散到低浓度的不消耗能量的过的帮助下，物质由高浓度扩散到低浓度的不消耗能量的过程。载体蛋白镶嵌在质膜中。可以在物质浓度高的细胞一侧结合该程。载体蛋白镶嵌在质膜中。可以在物质浓度高的细胞一侧结合该分子，然后穿过细胞膜在浓度低的一侧释放该分子，由于不消耗能分子，然后穿过细胞膜在浓度低的一侧释放该分子，由于不消耗能量，仅仅协助物质从高浓度向低浓度扩散，因此称为促进扩散。量，仅仅协助物质从高浓度向低浓度扩散，因此称为促进扩散。1）促进扩散作用可以加快扩散速度。）促进扩散作用可以加快扩散速度。2）促进扩散作用具有饱和效）促进扩散作用具有饱和效应，促进扩散随着物质浓度增加，但是促进扩散最高浓度达到一定应，促进扩散随着物质浓度增加，但是促进扩散最高浓度达到一定的程度，则扩散速率达到一个稳定速度后就不再增加，运载蛋白处的程度，则扩散速率达到一个稳定速度后就不再增加，运载蛋白处于饱和状态；于饱和状态；3）促进扩散作用需要运载蛋白，运载蛋白具有溶质）促进扩散作用需要运载蛋白，运载蛋白具有溶质特异性；特异性；4）促进扩散作用不消耗能量，膜两边的浓度梯度是其运）促进扩散作用不消耗能量，膜两边的浓度梯度是其运动的动力，如果物质浓度梯度消失，则物质运输的动力将消失。动的动力，如果物质浓度梯度消失，则物质运输的动力将消失。 促进扩散在原核生物物质吸收促进扩散在原核生物物质吸收中不是很多，已知在中不是很多，已知在E. coli 和其和其它一些细菌中，甘油可以通过促进扩散进入细胞内。在真核生物中，它一些细菌中，甘油可以通过促进扩散进入细胞内。在真核生物中，很多营养物质是通过促进扩散来吸收的，它常用来运输不同的糖和很多营养物质是通过促进扩散来吸收的，它常用来运输不同的糖和氨基酸。氨基酸。促进扩散示意图促进扩散示意图胞外胞外细胞膜细胞膜胞内胞内 （二）主动运输二）主动运输 促进扩散虽然已有很高的效率，但是外界物质低于内部溶质时，促进扩散虽然已有很高的效率，但是外界物质低于内部溶质时，则不能发挥作用。微生物常生活在营养物质极低的环境中。在这种则不能发挥作用。微生物常生活在营养物质极低的环境中。在这种环境中，它必须能够将营养物质运输到体内。这样协助扩散是不够环境中，它必须能够将营养物质运输到体内。这样协助扩散是不够的，必须要通过主动运输（的，必须要通过主动运输（active transport）。）。 主动运输主动运输就是细胞利用质膜上特异性运载蛋白和代谢能量，逆就是细胞利用质膜上特异性运载蛋白和代谢能量，逆浓度梯度将物质从细胞外运输到细胞内的过程。浓度梯度将物质从细胞外运输到细胞内的过程。 主动运输主要有三种类型：主动运输主要有三种类型： 离子偶联运输（离子偶联运输（ion-coupled transport） ABC运输（运输（ABC transport） 基团移位基团移位(group translocation)。 1、离子偶联运输、离子偶联运输 离子偶联运输是通过电子传递或膜离子偶联运输是通过电子传递或膜ATP酶质子泵所建立的跨膜酶质子泵所建立的跨膜电化学梯度（质子或钠离子梯度）所驱动，也就是说在离子偶联电化学梯度（质子或钠离子梯度）所驱动，也就是说在离子偶联运输发生之前，先要建立跨膜电化学梯度。离子偶联运输仅仅需运输发生之前，先要建立跨膜电化学梯度。离子偶联运输仅仅需要跨膜运输蛋白参与，与其它类型的主动运输方式相比较简单，要跨膜运输蛋白参与，与其它类型的主动运输方式相比较简单，故又称简单运输（故又称简单运输（simple transport）。离子偶联运输又可分为）。离子偶联运输又可分为单向运输（单向运输（uniport）、同向运输）、同向运输(symport)、逆向运输、逆向运输(antiport)三种类型。三种类型。v单向运输：是指以向膜一侧单方向运输一种物质；单向运输：是指以向膜一侧单方向运输一种物质；v同向运输：是指向膜一侧运输一种物质的同时，伴随着向同一同向运输：是指向膜一侧运输一种物质的同时，伴随着向同一侧运输另一种物质（通常是质子）；侧运输另一种物质（通常是质子）；v逆向运输：是指向膜一侧运输一种物质的同时，向膜另一侧逆向运输：是指向膜一侧运输一种物质的同时，向膜另一侧（相反方向）运输另一种物质。（相反方向）运输另一种物质。 细胞内细胞内细胞外细胞外( (或细菌周质空间或细菌周质空间) )电子子转运运1.电子转移能被用来将质子泵出膜外电子转移能被用来将质子泵出膜外2.质子梯度通过反运输机制将钠离子逐质子梯度通过反运输机制将钠离子逐出膜外出膜外3.钠离子与载体蛋白复合物相结合钠离子与载体蛋白复合物相结合4.溶质结合位点的形状发生改变，而与溶质结合位点的形状发生改变，而与溶质溶质(如糖和氨基酸如糖和氨基酸)结合结合5.载体蛋白的构象发生改变，钠离子在载体蛋白的构象发生改变，钠离子在膜内释放，随后溶质从载体蛋白解离膜内释放，随后溶质从载体蛋白解离主动运输的机制：使用质子主动运输的机制：使用质子(H+)和钠离子和钠离子(Na+)梯度。梯度。2、ABC运输运输 ABC运输是指运输是指ATP结合盒（结合盒（ATP-binding cassette）运输）运输,该该运输方式直接利用运输方式直接利用ATP能量将溶质泵入细胞内。能量将溶质泵入细胞内。ABC结合盒运输系结合盒运输系统包含三个成分：（统包含三个成分：（1）溶质结合蛋白；（）溶质结合蛋白；（2）跨膜运输蛋白；）跨膜运输蛋白；（3）ATP水解蛋白。水解蛋白。ATP结合盒运输系统在细菌、古菌和真核生结合盒运输系统在细菌、古菌和真核生物中均很活跃。物中均很活跃。E. Coli 用这种用这种方式运输多种糖方式运输多种糖（阿拉伯糖，麦（阿拉伯糖，麦芽糖，半乳糖，芽糖，半乳糖，核糖）和氨基酸核糖）和氨基酸（谷氨酸，组氨（谷氨酸，组氨酸，亮氨酸）酸，亮氨酸） 特点：特点：v属主动运输类型属主动运输类型v溶质分子发生化学修饰溶质分子发生化学修饰定向磷酸化定向磷酸化v需复杂的载体蛋白和运输酶系参与需复杂的载体蛋白和运输酶系参与v运输葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等运输葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等膜对大多数磷酸化合物具有高度的不渗透性。膜对大多数磷酸化合物具有高度的不渗透性。每输入一个葡萄糖分子，就要消耗一个每输入一个葡萄糖分子，就要消耗一个ATP的能量。的能量。3、基团移位、基团移位v主要依赖磷酸烯醇式丙酮酸主要依赖磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和磷酸转移酶系统和磷酸转移酶系统(PTS)。PEP+HPrEI丙酮酸丙酮酸+P-HPrP-HPr+糖糖EII糖糖-P+HPr1. 1. 热稳定性载体蛋白热稳定性载体蛋白(heatstablecarrierprotein,HPr)的激活的激活2.糖磷酸化后运入膜内糖磷酸化后运入膜内胞外胞外细胞质基质细胞质基质两类磷酸烯醇式丙酮酸：糖基磷酸转移酶两类磷酸烯醇式丙酮酸：糖基磷酸转移酶(PTS)系统系统高高能能磷磷酸酸从从HPr转转移移至至溶溶解解态态EIIA,EIIA与与EIIB在在甘甘露露糖糖转转运运系系统统中中相相连连，在在葡葡萄萄糖糖转转运运系系统统中中分分开开。无无论论那那种种形形式式，磷磷酸酸都都从从EIIA转移至转移至EIIB，再经过穿膜的转运过程而转移至糖基。再经过穿膜的转运过程而转移至糖基。磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),第一个酶第一个酶I(EI),低分子量热稳定性载体低分子量热稳定性载体蛋白蛋白(HPr),第二个酶第二个酶I(EII)