试比较营养物质进入微生物细胞的几种方式的特点

Question

如题所述

Answer 1

微生物没有专门摄取营养物质的器官，它们摄取营养是依靠整个细胞表面进行的。目前认为：各种营养物质的吸收是依靠于细胞质膜的作用，细胞质膜上面有许多小孔，各种营养物质是通过不同的吸收方式透过细胞膜的。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、荚膜等）。根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为自由扩散、促进扩散、主动运输、基团转移。

一、自由扩散

自由扩散也称单纯扩散。原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。自由扩散是非特异性的，但原生质膜上的含水小孔的大小和形状对参与扩散的营养物质分子有一定的选择性。它有以下特点：①物质在扩散过程中没有发生任何反应；②不消耗能量；不能逆浓度运输；③
运输速率与膜内外物质的浓度差成正比 。自由扩散不是微生物细胞吸收营养物的主要方式，水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（
O₂ 、 CO₂ ）及某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。

二、促进扩散

与自由扩散一样，促进扩散也是一种被动的物质跨膜运输方式，在这个过程中 ① 不消耗能量， ②
参与运输的物质本身的分子结构不发生变化， ③ 不能进行逆浓度运输， ④ 运输速率与膜内外物质的浓度差成正比。 ⑤
需要载体参与。通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。

三、主动运输

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。与上面两种运输相比它的一个重要特点是物质运输过程中需要消耗能量，而且可以进行逆浓度运输。在主动运输过程中，运输物质所需要的能量来源因微生物不同而不同，好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能，厌氧微生物利用化学能，光合微生物利用光能。主动运输与促进扩散类似之处在于物质运输过程中同样需要载体蛋白，载体蛋白通过构象变化而发迹与被运输物质之间的亲和力大小，使两者之间发生可逆性结合与分离，从而完成相应物质的跨膜运输，区别在于主动运输过程中的载体蛋白构象变化需要消耗能量。

四、基团移位

基团移位是另一种类型的主动运输，它与主动运输方式的不同之处在于它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而物质在运输过程中发生化学变化。基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这种方式运输。在研究大肠杆菌对葡萄糖和金黄色葡萄糖对乳糖的吸收过程中，发现这些糖进入细胞后以磷酸糖的形式存在于细胞质中，表明这些糖在运输过程中发生了磷酸化作用，其中的磷酸基团来源于胞内的磷酸烯醇式丙酮酸（
PEP ），因此也将基团转位称为磷酸烯醇式丙酮酸 -- 磷酸糖转移酶运输系统（ PTS ）， PTS 通常由五种蛋白质组成，包括酶 I 、酶 II
、和一种低相对分子量的热稳定蛋白质（ HPr ）。在糖的运输过程中， PEP 上的磷酸基团逐步通过酶 I 、 HPr 的磷酸化与去磷酸化作用，最终在酶 II
的作用下转移到糖，生成磷酸糖放于细胞质中。

PEP-P + HPr → HPr-p + 酶 I → 酶 I + 丙酮酸

酶 I-P + HPr →酶 III + 酶 I

HPr-P + 酶 III →酶 III-P + HPr

糖 + 酶 III-P →糖 -P + 酶 III

Answer 2

1、单纯扩散（简单扩散，simple diffusion）单纯扩散（simple diffusion）又称被动运送（passive
transport），指疏水性双分子层细胞膜（包括孔蛋白在内）在无载体蛋白参与下，单纯依靠物理扩散方式让许多小分子、非电离分子尤其是亲水性分子被动通过的一种物质运送方式。

特点 ：扩散是非特异性的，不需载体蛋白协助； 扩散过程中，物质不与膜上各类分子发生反应，自身分子结构也不发生变化； 不消耗能量，物质扩散的动力来自参与扩散的物质在膜内外的浓度差；

例如：酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）对各种糖、氨基酸和维生素的吸收； E. coli 对甘油的吸收等。

2、主动运送（active transport）指一类须提供能量（包括ATP、质子动势或“离子泵”等）并通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质运入膜内的一种运送方式。属于逆浓度梯度运送营养物的方式。

特点：物质运送必须借助存在于细胞膜上的底物特异载体蛋白的协助； 须消耗能量，逆浓度梯度运送物质；主动运送是逆浓度梯度运送营养物的方式，对许多生存在低浓度营养环境中的贫养菌（oligophyte，或称寡养菌）的生存极为重要。

3、.基团移位（group translocation）指一类既需特异性载体蛋白的参与，又需耗能的一

种物质运送方式，其特点是溶质在运送前后还会发生分子结构的变化。

特点 ： 物质运送必须借助存在于细胞膜上的底物特异载体蛋白的协助； 溶质在运送前后发生分子结构的变化；需消耗能量；

基团移位主要用于运送各种糖类（葡萄糖、果糖、甘露糖和N-乙酰葡糖胺等）、核苷酸、丁酸和

腺嘌呤等物质。

   

Answer 3

微生物学理论部分 细菌的营养方式和繁殖方式