5营养与培养基.ppt
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1、第五章 微生物营养 与培养基,营养(nutrition):生物体从外部环境中摄取对其生命活动必须的能量和物质,以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。,营养物(nutrient):具有营养功能的物质。,营养物提供生命活动的结构物质、能量、代谢调节物质和良好的生理环境。,一些微生物可利用非物质形式的能源光能。,一、细胞化学组成 整个生物界大体相同,主要是C、H、O、N(占干重9097%),C占约50%,此外为各种无机元素,由这些元素再组成化合物。其中C/N一般是5:1。,第一节 微生物的六种营养要素,元素 大量元素:碳、氢、氧、氮、磷、硫 其他元素:钾、钠、钙、镁、铁、锰、铜、 钴、锌、
2、钼等,存在方式 有机物:蛋白质、糖、类脂、核酸、维生素、降 解产物、代谢中间产物 无机盐灰分 水 细胞湿重的70%90%,微生物细胞中几种主要元素的相对含量(%干重),一般生物能利用的,微生物能利用; 一般生物不能利用的,微生物也能利用; 对一般生物有害的,微生物还能利用。,微生物是杂食性的:,二、主要营养物及其功能,碳源(Carbon source) 氮源(Nitrogen source) 能源(Energy source) 生长因子(Growth factor ) 无机盐(Inorganic salt) 水(Water),六种营养要素,参与微生物细胞的组成 提供微生物机体进行各种生理活动所
3、需的能量 形成微生物代谢产物的来源,功能:,营养物质是微生物新陈代谢和一切生命活动的物质基础,失去这个基础,生命也就停止。,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,(一)碳源(carbon source),提供微生物营养所需碳元素的营养源。,有机碳源:蛋白质,核酸,淀粉,葡萄糖等 无机碳源: CO2 , Na2CO3 , CaCO3等,糖类: 葡萄糖,果糖,麦芽糖,蔗糖,淀粉,半乳糖,乳糖,甘露糖,纤维二糖,纤维素,半纤维素,甲壳素,木质素,等 有机酸: 乳酸,柠檬酸,延胡索酸,低级脂肪酸,高级脂肪酸,氨基酸,等 醇类: 乙醇,等 脂类: 脂肪,磷脂,等 烃类: 天然气,石油
4、,石油馏分,石蜡油 ,等 CO2 碳酸盐: NaHCO3, CaCO3, 白垩,等 其他: 芳香族化合物,氰化物,蛋白质,肽,核酸,微生物可利用的碳源(化合物分类),有机氮源:蛋白胨、黄豆粉、玉米浆 无机氮源:NH4NO3、(NH4)2SO4 气态氮源:大气N2,(二)氮源(nitrogen source),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 迟效氮源,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。,(三)能源(energy source),异养微生物的碳源同时也是能源,单功能: 辐射能 双功能: 还原态无机养料,如NH4+既是硝酸盐细菌的能 源,又
5、是氮源 三功能: N C H O类营养物质常是异养微生物的能 源,碳源兼氮源,一种营养物具有一种以上营养要素的功能,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。,培养基中生长因子来源: 酵母膏、玉米浆、麦芽汁等。,(四) 生长因子(growth factor),作用:辅酶或酶活化所需。,狭义:维生素 广义:维生素、氨基酸、碱基、脂肪酸等,生长因子自养型微生物(auxoautotrophs) 生长因子异养型微生物(auxoheterotrophs) 营养缺陷型微生物(nutritional deficiency)变株 生长因子过量合成型微生物,若干细菌所
6、需要的维生素,维生素A,抗干眼病维生素,亦称美容维生素,脂溶性。多存在于鱼肝油、动物肝脏、绿色蔬菜 ,缺少维生素A易患夜盲症。 维生素B1,硫胺素,又称抗脚气病因子、抗神经炎因子等,是水溶性维生素。 维生素B2,核黄素,水溶性。由D. T. Smith和E. G. Hendrick在1926年发现。也被称为维生素G 多存在于酵母、肝脏、蔬菜、蛋类 。缺少维生素B2易患口舌炎症等。,维生素B3,烟酸,水溶性。由Conrad Elvehjem在1937年发现。也被称为维生素P、维生素PP、包括尼克酸(烟酸)和尼克酰胺(烟酰胺)两种物质,均属于吡啶衍生物。多存在于菸硷酸、尼古丁酸 酵母、谷物、肝脏、
7、米糠 维生素B4(胆碱、胆素),水溶性。由Maurice Gobley在1850年发现。维生素B族之一,多存在于肝脏、蛋黄、乳制品、大豆。 维生素B5,泛酸,水溶性。由Roger Williams在1933年发现。亦称为遍多酸 多存在于酵母、谷物、肝脏、蔬菜 维生素B6,吡哆醇类,水溶性。由Paul Gyorgy在1934年发现。包括吡哆醇、吡哆醛及吡哆胺。多存在于酵母、谷物、肝脏、蛋类、乳制品,维生素B7,生物素,也被称为维生素H或辅酶R,水溶性。多存在于酵母、肝脏、谷物 维生素B9,叶酸,水溶性。也被称为蝶酰谷氨酸、蝶酸单麸胺酸、维生素M或叶精。多存在于蔬菜叶、肝脏。 维生素B12,氰钴胺
8、素,水溶性。由Karl Folkers和Alexander Todd在1948年发现。也被称为氰钴胺或辅酶B12。多存在于肝脏、鱼肉、肉类、蛋类。 肌醇,水溶性, 环己六醇、维生素B-h。多存在于心脏、肉类。 维生素C,抗坏血酸,水溶性。由詹姆斯?林德在1747年发现。亦称为抗坏血酸 多存在于新鲜蔬菜、水果。,维生素D,钙化醇,脂溶性。由Edward Mellanby在1922年发现。亦称为骨化醇、抗佝偻病维生素,主要有维生素D2即麦角钙化醇和维生素D3即胆钙化醇。这是唯一一种人体可以少量合成的维生素。多存在于鱼肝油、蛋黄、乳制品、酵母。 维生素E,生育酚脂溶性。由Herbert Evans及
9、Katherine Bishop在1922年发现。主要有、四种。多存在于鸡蛋、肝脏、鱼类、植物油。 维生素K,萘醌类,脂溶性。由Henrik Dam在1929年发现。是一系列萘醌的衍生物的统称,主要有天然的来自植物的维生素K1、来自动物的维生素K2以及人工合成的维生素K3和维生素K4。又被称为凝血维生素。多存在于菠菜、苜蓿、白菜、肝脏。,维生素的生理功能,(五)无机盐 (inorganic salts),所需浓度在10-3-10-4M 的元素为大量元素 所需浓度在10-6-10-8M 的元素为微量元素,无机盐的生理功能,生理作用: 细胞组成成分 生化反应溶剂 化学、生理反应介质 物质运输媒体
10、调节细胞温度 维持细胞的渗透压,(六)水,存在状态:游离态(溶剂)和结合态(结构组成),依碳源不同: 异养型(heterotrophs): 不能以CO2为主要或唯一碳源 自养型(autotrophs): 能以CO2为主要或唯一碳源,第二节 微生物营养类型,依能源不同: 光能营养型(phototrophs): 光反应产能 化能营养型(chemotrophs):物质氧化产能,依生长因子的不同: 原养型(prototroph)或野生型(wild type) 营养缺陷型(auxotroph),微生物的营养类型,寄生型(parasitism) 寄生于活的生物体 腐生型(saprophytism) 寄生于
11、死亡的生物有机体,化能异养型,营养类型划分不是绝对的,不同生活条件下,可相互转变。,异养微生物:至少需提供一种大量有机物才能满足其正常要求的微生物,即其碳源必须是有机物,氢供体是有机物,能源则可以利 用氧化有机物或吸收日光能而获得。,自养微生物:不依赖于任何有机营养物即可正常生活的微生物。,第三节 细胞对营养物质的吸收,离子化合物:弱快强慢(极性),营养物质的吸收与代谢产物的分泌,涉及到物质的运输、营养物吸收至胞内被利用、代谢物分泌到胞外以免积累,这就是物质运输过程。,在营养物质运送方面,细胞壁仅简单地排阻分子量过大(600Da)的溶质进入, 而具有磷脂双分子层和嵌合蛋白分子的细胞膜则是控制营
12、养物质进入和排除的主要屏障。,通透性与吸收是不同概念,一般大分子先水解为小分子,再吸收,脂溶性物质:易透过,一、单纯扩散 (simple diffusion),依靠胞内外溶液浓度差,顺浓度梯度运输; 不消耗代谢能,无特异性; 运输氧、二氧化碳、甘油、乙醇、某些氨基酸等小分子; 亲脂性分子从高浓度到低浓度的扩散来运输,利用细胞膜的通透性,细胞膜是一道屏障。,二、促进扩散 (facilitated diffusion),利用膜内、膜外被运输物质和载体蛋白的亲和力的不同。 特点: 需要特异性的载体蛋白顺浓度梯度运输 不消耗能量 运输硫酸根、磷酸根、糖(真核),载体蛋白(carrier protein
13、),即透性酶(大多为诱导酶),有底物特异性,每种载体蛋白运输相应的物质。载体蛋白可加快运输速度,但不能逆浓度运输。,促进扩散示意图,胞外 细胞膜 胞内,单纯扩散,促进扩散,浓度梯度,运输速率,单纯扩散和促进扩散的比较,单纯扩散随浓度增加而线性增加,而促进扩散在一定浓度后出现平台,单纯扩散、促进扩散、主动运输 :被运输的溶质分子不发生改变。,3、主动运输 (active transport),特点: 是微生物吸收营养的主要方式 可逆浓度梯度运输,耗能 需载体蛋白,有特异性 运输有机离子、无机离子、氨基酸、乳糖等糖类 需要特异性载体蛋白需要能量来改变载体蛋白的构象 亲和力改变蛋白构象改变耗能,1.
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