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微生物的定义:一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称,包括所有的病毒、原核生物和真核生物中的真菌、但细胞藻类和原生动物等。并不是分类学单位。
微生物特征:个体小、结构简单(分化程度低)、进化地位低。
微生物的五大共性:1体积小、表面积大;2吸收多,转化快;3生长旺,繁殖快;4适应强,易变异;5种类多,分布广。
微生物学的任务:开发利用保护有益微生物,控制、消灭和改造有害微生物,为人类社会服务。
微生物发展史:
史前期:1676年以前;以各国劳动者为代表,凭实践经验利用有益微生物。
初创期:1676~1861;列文虎克自制单式显微镜观察到微生物,并对一些微生物进行形态描述。
奠基期:1861~1897;巴斯德(微生物学奠基人)科赫(发明固体培养基,细菌学奠基人。微生物学开始建立;创立了基本研究方法;实践-理论-实践思想方法;建立应用性分支学科;寻找病原菌。
发展期:1897~1953;üchner(生化奠基人);“酒化酶”生化研究;微生物代谢统一性;普通微生物学开始形成;寻找有益代谢产物;青霉素发现。
成熟期:1953至今;(分子生物学奠基人);分子生物学理论和研究方法。基因工程改造发酵;应用性和实验性分支学科交叉、飞速发展;推动其他生物领域发展;促进生物信息学和合成生物学时代的到来。
原核生物的形态、构造、功能及多样性
原核生物形态:球菌、杆菌、弧菌、螺菌(螺旋体)、芽生或有附属器的细菌、细丝状。
原核生物大小:~,最大直径超过500μm,最小(纳米菌)。
原核生物的增殖:
裂殖:一个细胞通过分裂形成两个子细胞的过程。杆状细胞存在横分裂和纵分裂两种形式。
二分裂:对称或不对称
三分裂:暗网菌属细菌中,成对细胞进行“一分为三”的三分裂,形成一对“Y”形细胞,形成网孔,后进行二分裂将网孔扩大。
多(复)分裂:寄生在细菌细胞中的蛭弧菌通过形成不规则盘曲的长细胞,然后多出等长分裂,形成多个子细胞。
芽殖:在母细胞表面先形成一个小突起,长大到与母细胞相仿后分离独立生活。
群体形态:
菌落:在固体培养基上,肉眼可见,有一定形态的子细胞集团。
菌苔:多个纯种菌落连成一片。
在液体培养基上,多数表现为混浊、沉淀;一些好氧细菌在液面上生长,可形成菌醭、菌膜或菌环。
细胞壁:主要成分为肽聚糖
固定细胞外形,提高机械强度。
为细胞的生长、分裂和鞭毛运动提供支持。
分子筛,阻拦大分子有害物质。
赋予抗原性和对噬菌体的敏感性。
革兰氏阳性菌细胞壁:
主要成分为肽聚糖,同时含有大量磷壁酸。
肽聚糖组成单位:双糖单位(乙酰葡糖***-β-1,4-N-乙酰胞壁酸),四肽尾(L、D构形交替形成),五肽桥
(不同氨基酸组成构成肽聚糖多样性)。
磷壁酸是一种酸性多糖,主要成分为甘油磷壁酸或核糖醇磷壁酸。
与肽聚糖分子共价结合的为壁磷壁酸,与细胞膜交联的为脂磷壁酸。
磷壁酸主要功能:
富集细胞周围的Mg2+、Ca2+以提高一些酶的活性
作为噬菌体的吸附位点或者表面抗原。
增强某些致病菌对宿主细胞的粘连,有抗补体作用。
革兰氏阴性菌细胞壁:
内壁层为肽聚糖分子形成的薄层,外膜由磷脂双分子层,脂蛋白和脂多糖组成。
脂多糖LPS:类脂A(2个N-乙酰葡糖***+5个不同的长链脂肪酸);核心多糖(内核心区,外核心区);O-侧链(O抗原)(4个己糖单位)。
外膜蛋白(孔蛋白、转运蛋白)与物质运输有关。
脂多糖功能:
内***的物质基础;
负电荷较强,可以富集Mg2+、Ca2+
抗原决定簇
吸附受体
具有选择性吸收功能,可以阻挡溶菌酶、抗生素等。
脂多糖结构维持需要Ca2+,利用EDTA除去Ca2+可以使LPS解体,暴露内壁层。
周质空间:质膜与细胞壁(G+)或外膜(G-)之间的空隙。
缺壁细菌:L型细菌(自发突变形成);原生质体(人工除尽细胞壁);球状体/原生质球(残留了部分细胞壁的圆球形原生质体);支原体(细胞膜中含有固醇(甾醇),故有较高的机械强度)。热原体属古细菌。
古生菌的特殊细胞膜:磷脂的疏水尾由长链烃组成,与甘油形成醚键连接。连接两端两个甘油分子间的植烷侧链间可发生共价结合,形成二植烷,出现单分子层膜。
质膜的功能:
选择性控制物质进出。
分隔细胞与环境,维持细胞渗透压
合成细胞壁和糖被有关成分的场所
有氧化磷酸化和光合磷酸化相关的酶系,形成质子梯度。细胞的产能基地。
鞭毛基体的着生部位
存在特定的受体分子,感受环境中的化学物质,以便作出相应的反应。
细胞内含物:
贮藏颗粒:
碳源:糖原;聚β-羟丁酸(PHB):生物合成的高聚物。
氮源:蓝藻颗粒;藻胆蛋白体
磷源:异染粒,无极偏磷酸的聚合物。能被美蓝或甲苯***蓝染成红紫色。
硫颗粒。常见于紫色硫细菌,为能量贮藏物。
磁小体:主要成分为Fe3O4,存在于水生螺菌属、嗜胆球菌属等趋磁细菌中,使菌体顺磁力线排列。
羧酶体:内含1,5-二磷酸核***糖羧化酶,在CO2固定中发挥作用。
气泡:调节细胞相对密度,存在于光能营养型、无鞭毛运动的水生细菌中。
糖被:细胞表面的多聚糖网状物,按其有无固定层次、厚薄分为荚膜、微荚膜、黏液层、菌胶团。
糖被功能:
抵御干燥
防止噬菌体吸附和裂解或白细胞吞噬
贮藏养料
作为透性屏障和离子交换系统
表面附着作用
细菌间的信息识别作用
堆积代谢废物。
原核生物鞭毛结构:
鞭毛丝:由鞭毛蛋白组成的中空圆柱体,可能被鞘包裹。
基体:
G-菌:L环,位于外膜层。P环:位于肽聚糖层。SM环:位于细胞质膜和周质空间,由Mot蛋白驱动旋转,基部有Fli蛋白,控制其旋转方向。C环:细胞膜和细胞质的交界处,功能与SM相同。
G+菌:只具有SM环。
鞭毛钩:连接鞭毛丝和基体。
鞭毛蛋白为球状或卵圆状,在细胞质合成后通过鞭毛中央孔道输送至游离端进行自组装,不需酶或其他因子协助。鞭毛生长是顶部延伸而不是基部延伸。
菌毛:着生在细胞质膜上的纤细、中空、短直的蛋白质类附属物,调节细菌的吸附性。
性菌毛:结构与菌毛相似,但数量少,较长、粗。具有传递遗传物质的功能。
芽孢:某些细菌细胞内形成的圆形、厚壁、含水量低、抗逆性强的休眠构造。每一营养细胞只形成一个芽孢。
芽孢结构:从外至内依次为:孢外壁、芽孢衣、皮层、核心(芽孢壁、芽孢质膜、芽孢质、芽孢核区)。
芽孢形成:DNA浓缩——细胞膜内陷,不对称分裂,小体积部分为前芽孢——前芽孢双层隔膜出现——双层隔膜内填充芽孢肽聚糖,合成DPA-Ca,形成皮层——芽孢衣合成结束——皮层合成完成,芽孢成熟——芽孢囊裂解,芽孢游离。
渗透调节皮层膨胀学说:芽孢衣对多价阳离子和水的透性低,且皮层离子强度大,使皮层有很高的渗透压,夺取核心的水分。使皮层膨胀而核心高度失水,增强了芽孢的耐热性。且DPA-Ca(吡啶2,6-二羧酸钙)能稳定芽孢中的生物大分子。增强耐热性。
芽孢核心中含有小酸溶性芽孢蛋白(SASP)可以防止DNA损伤。
芽孢萌发:活化(热处理或低pH、强氧化剂),出芽(孢子膨大,芽孢外被吸水膨胀破裂,抗逆性消失,代谢活动增强),生长。
“栓菌”试验:将单毛菌鞭毛的游离端用抗体固定在载玻片上,观察该细菌行为,发现其只能打转,证明了鞭毛运动“旋转论”的正确性。
革兰氏染色机制:通过结晶紫初染和碘液媒染后,在细胞壁内形成不溶于水的结晶紫和碘的复合物。G+菌由于细胞壁较厚,肽聚糖网层次多,交联致密,故乙醇脱色时,因失水网孔缩小,将复合物留在壁内故保持紫色。G-菌由于细胞壁肽聚糖层薄,內脂含量高,乙醇处理时內脂溶解出现缝隙,使复合物被脱出。细胞退为无色,用沙黄等复染为红色。
DNA序列相似性:两序列进行比对后相同碱基与总碱基数的百分比。
放线菌:(G+C)%高,革兰氏阳性,呈菌丝状生长,以孢子繁殖。大多为好氧菌。主要结构包括基内菌丝(营养、排泄)、气生菌丝、孢子丝。通常不运动。
链霉菌:产生土腥味素,降解许多抗性物质(胶质、木质素、几丁质),产生多种抗生素,多数为非致病腐生菌。
放线菌菌落特征:小型、干燥、不透明、表面呈致密的丝绒状,上有以薄层“干粉”;菌落与培养基的连接紧密,正反面颜色常不一致。菌落边缘的琼脂平面有变形的现象。
蓝细菌:革兰氏染色阴性,无鞭毛,含叶绿素a的大型原核生物。大部分能进行光合作用,一些为无机光合自养型,有些能在黑暗中化能异养生长。
蓝细菌繁殖及特殊细胞:
大部分通过裂殖或出芽生殖的方式繁殖。
连锁体:由长细胞断裂而成的短链段,具有繁殖功能。
静息孢子:形大、壁厚、色深的休眠细胞,富含贮藏物,能抵御干旱等不良环境。
内孢子:在细胞内形成许多球形或三角形的内孢子,成熟后可释放,具有繁殖功能。
异形胞:存在于丝状生长种类中的形大、壁厚,专司固氮功能的细胞。
螺旋体(螺旋体门):革兰氏阴性菌,单细胞,裂殖。有外鞘,内有2~100根鞭毛构成的轴丝,从两端伸出在中间重叠,使菌体作拔塞钻状快速前进。腐生,或共栖与动物消化道内。或寄生(密螺旋体,梅毒)。
粘细菌(变形菌纲):革兰氏阴性菌,好氧,土壤细菌。营养细胞为单细胞杆状,无鞭毛,滑行运动,二分裂繁殖。在营养缺乏时聚集成团形成子实体,形成孢子。
立克次氏体(变形菌门,α-变形菌纲):有革兰氏阴性细胞壁,无鞭毛。以二分裂繁殖,存在不完整的产能代谢途径,专性寄生于真核细胞内。
衣原体(衣原体门):革兰氏阴性,在真核细胞内专性能量寄生。二分裂繁殖,缺乏产生能量的酶系。具有感染力的细胞称作原体,细胞壁厚、致密,抗干旱。进入寄主细胞后,转化为无感染力的细胞,称作始体或网状体,在细胞内繁殖形成包含体(微菌落)。后转化为原体释放。沙眼衣原体、肺炎衣原体。
支原体(厚壁菌门):无细胞壁,革兰氏阴性,最小型原核生物。质膜含固醇机械强度较大。通过二分裂或出芽繁殖。大多数为专性厌氧。有机营养型。
古生菌:细胞壁中不含肽聚糖,有些含假肽聚糖(N-乙酰葡糖***-β-1,3-N-乙酰塔罗糖***糖醛酸,L-Glu-L-Ala-L-Lys肽尾,L-Glu一肽桥)。每个细胞含一个染色体,内含闭合环状dsDNA。DNA复制蛋白与真核生物类似。质粒很少。RNA启动子与细菌类似。核糖体70S,与细菌和真核生物都不同。
病毒
病毒:一类由核酸和蛋白质组成的超显微“非细胞生物”。
病毒特征:
没有细胞构造,体积微小,一般能通过细菌滤器,需要电镜观察。
每种病毒只含有一种核酸。
无产能酶系和蛋白质、核酸合成酶系。
离体条件下以无生命的生物大分子状态存在,但可长期保持侵染力。
对一般抗生素不敏感。
以感染态和非感染态两种状态存在。
病毒粒子(Virion):成熟的具有感染性的完整病毒颗粒,体外形式。由蛋白质(衣壳,由衣壳粒组成)包裹核酸(核心)组成,两者合称核衣壳,是任何病毒都具有的基本结构。可能有附加层(包膜,来自于宿主细胞膜)。包膜上可能有刺突,与病毒入侵有关。
病毒粒子的对称性:螺旋对称(烟草花叶病毒);二十面体对称(腺病毒)。复合对称(T偶数噬菌体)
二十面体衣壳:具有20个等边三角形和12个顶点,42个壳粒。衣壳粒有两种,五邻体含五个亚基位于12个顶点上。六邻体含六个亚基,构成棱和面。
复杂对称:T4噬菌体有头部、颈部、尾部三部分组成。头部为20面体,含有dsDNA,尾部为螺旋状,由尾鞘、尾管、基板、刺突、尾丝构成。其中尾管是病毒核酸注入细胞的通道,刺突、尾丝有吸附功能。
在一些病毒中有发现病毒酶,与衣壳有关或直接存在与衣壳中。
噬菌斑:由于病毒侵染导致细菌死亡在菌苔上形成的“负菌落”。
空斑:由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成的空斑。
枯斑:病毒在植物叶片上形成的斑块。
包含体:在病毒感染的细胞中由病毒粒子聚集成的颗粒。
效价:每毫升病毒悬液的感染单位数量。通常通过计算噬菌斑数量来计算,一般用双层平板法(底层为琼脂培养基;上层为宿主菌、病毒悬液和培养基的混合物)。也可以直接用电镜数。
裂解量:每个感染细胞中释放的噬菌体平均数量。一步生长实验:将病毒与细菌混合,让每个宿主细胞至多被一个噬菌体侵染,后用血清中和未侵染的病毒,之后终止血清作用,并培养,连续取样测定效价,把结果绘制成图即可。
单链RNA病毒类型:正链RNA病毒(基因组RNA与病毒mRNA相同);负链RNA病毒(基因组RNA与病毒mRNA互补);分段基因组(病毒粒子含有多个RN***段)
病毒起源:退行性进化学说;胞内遗传物质脱离控制形成学说。
病毒分类特征:核酸、宿主、对称性、包膜、粒子或核衣壳直径、致病性。
噬菌体:细菌病毒,大多数为双链DNA。
噬菌体繁殖:吸附、入侵、增殖、装配、释放。
噬菌体增殖期:
细菌利用宿主RNA聚合酶进行早期转录,早期翻译;产生早期mRNA,早期蛋白。早期蛋白可能是RNA聚合酶,也可以修改宿主本身的RNA聚合酶。
利用早期蛋白中的RNA聚合酶进行次早期转录,产生次早期mRNA。之后进行次早期翻译,产生次早期蛋白(分解宿主细胞的DNA酶,噬菌体DNA复制的DNA聚合酶以及晚期转录用的RNA聚合酶)。
在噬菌体DNA复制完成后,利用次早期蛋白中的RNA聚合酶进行晚期转录,产生晚期mRNA,经晚期翻译产生晚期蛋白(噬菌体的结构蛋白、溶菌酶等)。
T4噬菌体产生内溶菌素:攻击细胞壁肽聚糖;穿孔素:破坏细胞膜。
温和噬菌体:侵入宿主细胞后,将自身基因组整合到宿主基因组上,随宿主基因组复制而复制。并不引起宿主细胞裂解。此即为溶源性。具有裂解性周期和溶源性周期两个生活周期。
温和噬菌体的存在形式:
游离态:成熟后释放的有侵染性的游离噬菌体粒子。
整合态:已整合到宿主基因组上的前噬菌体状态。
营养态:前噬菌体在诱导后,脱离宿主基因组,处于积极复制、合成和装配的状态。
溶源性现象可以引起宿主表型的变化。
脊椎动物病毒:包膜可有可无;大多数病毒无吸附结构,通过胞饮、包膜融入细胞膜或特异受体的转移等作用进入细胞。
7条mRNA合成途径:dsDNA、ssDNA、dsRNA、(+)ssRNA、(-)ssRNA、具有DNA中间体的(+)ssRNA病毒(逆转录);具有RNA中间体的dsDNA病毒。
昆虫病毒:多数在宿主细胞内形成多角形的包含体,称为多角体。可保护病毒粒子免受外界不良环境的破坏。核型多角体病毒(核内形成多角体,含多个病毒);颗粒体病毒(多角体只含一个病毒);质多角体病毒(胞质内形成多角体,含多个病毒)。
植物病毒:大部分为ssRNA;一般无包膜,对宿主的专一性较差。一般无吸附结构,由于植物细胞壁的存在,只能以被动方式侵入。如利用昆虫口器破坏植物表面;或利用天然或人工的创口。植物组织中可利用胞间连丝扩散。在侵入细胞后才脱去衣壳。
亚病毒:只含有核酸或蛋白质一种成分,或由缺陷病毒构成的功能不完整的病原体。
类病毒:只含ssRNA,只在植物中发现的最小可传染致病因子。马铃薯纺锤形块茎病。
卫星病毒:需依赖专门的辅助病毒存在才能复制的伴生病毒。
卫星RNA:包裹在辅助病毒衣壳内,依赖其才能复制的小分子RNA。可加重或减轻辅助病毒引起的病症。与辅助病毒无同源性。
缺陷干扰颗粒DI:包被在典型病毒壳体内,只含病毒基因组的部分基因。需要与同源病毒共同感染才能复制。可干扰病毒的复制。
朊病毒:蛋白侵染因子,PrPsc可使正常的PrPc转变为与自己抑制的构象。引起羊瘙痒病、疯牛病、人克-雅氏病。库鲁病等。
真核微生物
细胞壁成分:真菌(几丁质、纤维素、葡聚糖);藻类(纤维素、多糖类物质如果胶、琼脂,硅藻为硅胶、CaCO3)。
表膜:又称皮膜,通常是指原生动物,诸如绿眼虫、大草履虫等,体表面被覆有具有弹性、带斜纹的体表膜,实际是细胞质膜的一种。
真核生物鞭毛和纤毛:长而少的为鞭毛,短而多的为纤毛。摆动。两者结构一致。鞭杆由9组二联微管组成,中央另有一对微管,为“9+2”型。二联体由A、B两条亚纤维组成。其中A为完全微管,上有两条动力蛋白壁,B为部分与A共用。基体由9个三联体组成,为“9+0”型。
原核生物细胞膜不含甾醇和糖脂,磷脂成分主要为磷脂酰甘油和磷脂酰乙醇***,真核生物含有甾醇和糖脂,磷脂成分主要为磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇***。
细胞骨架:由微管(微管蛋白a、b螺旋缠绕而成)、微丝(肌动蛋白组成)、中间丝构成的网状结构,在维持细胞形状、胞内运输和细胞运动中起作用。
内质网完成蛋白质、磷脂和细胞内的一些其他物质的转运,是细胞膜合成的主要场所。
吞噬作用:吞噬大颗粒物质,形成含被吞噬颗粒的吞噬小体。
胞饮作用:吞饮小量的液体和溶质分子,形成胞饮泡。
内体:吞噬小体和胞饮泡的总称。
溶酶体的功能:获取营养;宿主防御;消除自体废物。
溶酶体分类:初级溶酶体(内质网新合成的溶酶体)、次级溶酶体(与内体融合形成)、自噬泡(能够选择消化细胞自身部分原生质体的刺激溶酶体)、残余体(堆积有大量未消化物质的溶酶体)。
液泡系:由内质网、高尔基体、溶酶体、内体和一些相关节共组成的功能单位。
蛋白酶体:非溶酶体蛋白降解系统
线粒体、叶绿体起源:细胞膜内陷学说、内共生学说。
液泡:单层膜,具有调节渗透压、储存营养物、溶酶体功能。
微体:又称过氧化物酶体,含氧化酶和过氧化物酶,可使细胞免受H202的毒害,并能氧化分解脂肪酸。
膜边体:真菌所特有,单层膜,与分泌水解酶或合成细胞壁有关。
几丁质酶体:又称壳体,存在与真菌菌丝顶端的微笑囊泡,内几丁质合成酶。将酶运送到菌丝尖端细胞壁表面,合成几丁质纤维,使菌丝不断延伸。
氢化酶体:单层膜,存在于厌氧菌鞭毛基体附近,为其运动提供能量。
核仁:一个细胞和可有多个核仁,是核糖体合成的场所,直接合成加工rRNA,并装配rRNA和核糖体蛋白形成核糖体。
酵母菌:单细胞,不形成菌丝或形成假菌丝。通过芽殖或裂殖进行无性繁殖。以形成子囊孢子(相邻细胞伸出丝状原生质相互接触,局部融合形成通道。通过支配、核配和减数分裂形成4或8个子核,再各自形成其孢子壁,生成子囊孢子,原细胞形成子囊)方式进行有性生殖。不是分类单位。
二型性:一些真菌能够从酵母菌形态(Y)变成霉菌形态(M)。YM变换。
特化的营养菌丝:吸取养料(假根、吸器)、附着(附着胞、附着枝)、休眠(菌核、菌索)、延伸(匍匐枝)、捕食线虫(菌环、菌网)。
特化的气生菌丝(子实体)
简单
无性:分生孢子头、孢子囊;
有性:担子
复杂
无性:分生孢子器(球形或瓶形结构,内壁或底部有分生孢子梗,上有分生孢子)、分生孢子座(分生孢子梗紧密聚集成簇)、分生孢子盘(在寄主的角质层或表皮下,分生孢子梗簇生成盘状结构)。
有性:子囊果(完全封闭的闭囊壳、有孔口的子囊壳、开口盘状的子囊盘)
真菌合子形成机制:配子融合;配子囊融合,形成配子形成体;菌丝融合。
有性孢子:卵孢子2N、接合孢子2N、子囊孢子N、担子孢子N。
霉菌菌落特征:疏松绒毛状、絮状或蜘蛛网状,比放线菌落大几倍到几十倍,有霉味。
酵母菌菌落特征:大而厚,一般呈油脂或蜡脂状,表面光滑、湿润、呈乳白色或红色,有些表面皱缩。往往有“酒香味”。
壶菌门:最原始的真菌,单细胞,大部分为多核。通过形成游动孢子进行无性繁殖,通过形成孢囊孢子或休眠孢子进行有性繁殖。多为水生。
接合菌门:多核菌丝,孢囊孢子无性生殖,结合孢子有性生殖,多为腐生菌,少数为寄生菌。毛酶属、根霉属。
子囊菌门:有性繁殖中产生单倍体子囊孢子,引起食物***或植物疾病,食用真菌。可以是丝状或酵母状。
担子菌门:有性繁殖形成担孢子,可分解木质素等物质,食用真菌。部分为病原体。
粘菌门:以原生质团形式存在,无细胞壁,变形虫运动,吞噬趋势细菌和有机颗粒,形成子实体产生孢子。
集胞粘菌门:也称细菌型粘菌,类变形虫细胞,分裂繁殖。食物匮乏时,分泌cAMP聚集形成假原质团,后分化形成子实体。
锁状联合:双核菌丝的顶端细胞分裂时,在两个细胞核之间的菌丝壁向外形成喙状突起。两核之一进入突起中。两核有丝分裂形成4个子核。来自突起的两核之一进入菌丝尖端,另一留在突起内。突起基部以及菌丝内形成隔膜,产生三个细胞。尖端细胞内有不同源的两核。突起前端与单核细胞融合,形成另一个双核细胞。
锁状联合的意义:保证每个菌丝细胞内都含有两个不同性别的核,为进行有性生殖,通过核配形成担子打下基础。
微生物的营养
营养:指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。
组成物质分类:
结构:水、蛋白、多糖、脂肪、核酸。
储藏:多糖、脂肪
代谢底物和产物:氨基酸、脂肪酸、糖、醇、核苷酸等。
生长因子:指某系微生物自身不能合成,必须从外部获得才能正常生长繁殖的物质。多为维生素、氨基酸、核苷。
营养类型:
光能(自养)无机营养型:以光为能源,无机物为氢供体同化二氧化碳。其中环式光合磷酸化不产氧(紫硫细菌、绿硫细菌),非环式光合磷酸化产氧(蓝细菌、藻类)。
光能(异养)有机营养型:利用光能,以简单有机物为氢供体同化二氧化碳。紫色非硫细菌。
化能(自养)无机营养型:通过氧化无机物获得能量,以二氧化碳为碳源。生长缓慢。(硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、硫黄细菌)。
化能(异养)有机营养型:通过氧化有机物获得能量。
培养基:根据微生物生长繁殖所需营养物质配置而成的营养基质。
培养基配置原则:目的明确、营养协调、理化适宜、经济节约。
合成培养基:由化学成分已知的物质配置而成。有点是成分明确,重复性好。缺点是配置麻烦,价格高。
天然培养基:含有动植物组织或提取物等未知化学成分物质的培养基。优点是取材、配置方便,营养丰富;缺点是成分不清楚、不稳定。
固体培养基用于分类、培养、鉴定。半固体培养基用于观察运动性、好氧与否、噬菌体效价。
选择培养基:根据各类微生物的特殊营养要求或对某种理化因素的抗性设计的培养基,使得混合菌群中的目标种类由劣势变为优势。
加富培养基:在培养基中添加待分离微生物特别需要的物质达到选择目的。
鉴别培养基:在培养基中加了能与目的菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂,只须用肉眼辨别出目标菌落。
ATP结合性盒式转运蛋白系统(ABC系统):由膜周蛋白、跨膜蛋白和ATP水解酶组成,转运糖类、氨基酸和维生素B12等。
基团移位:耗能,需要载体,被运输物质跨膜后会发生化学变化。
微生物的新陈代谢
新陈代谢:活细胞中一切有序化学反应的总和。
糖酵解途径EMP:1葡萄糖+2NAD++2ADP+2Pi=2***酸+2NADH+2H++2ATP+2H2O。
戊糖磷酸途径/己糖一磷酸途径HMP:
步骤:
葡萄糖分子氧化生成核***糖-5-磷酸。
之后发生构象变化产生核糖-5-磷酸和木***糖-5-磷酸。
戊糖间发生碳架重排形成己糖磷酸和丙糖磷酸。后者可通过EMP转化为***酸进入TCA,也可以缩合形成己糖。
总反应:6葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H20=5葡萄糖-6-磷酸+12NADPH2+6CO2+Pi。
意义:提供合成原料;产还原力;作为固定二氧化碳的中介(核***糖-5-磷酸);扩大碳源的利用范围;连接EMP途径。
ED途径,又称2-***-3-脱氧-磷酸葡糖酸(KDPG)途径
存在于缺乏完整EMP途径的微生物中
葡萄糖——葡萄糖-6-磷酸——6-磷酸葡糖酸——KDPG。KDPG在KDPG醛缩酶作用下分裂为3-磷酸甘油醛和***酸。前者借助EMP途径形成***酸。
总反应:1葡萄糖+NADP++ADP+Pi+NAD+=2***酸+NADH+NADPH+2H++ATP.
产能效率低,只产生1分子ATP。
TCA循环:大多数酶多存在与细胞质或线粒体基质中,只有琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜或细菌质膜上。
生物体中,有机物氧化产生的电子,最终通过呼吸链(电子传递链)等方式递氢,最终与氧气、无机或有机氧化物等氢受体结合,释放其化学能。
呼吸链:NADPH—FP(黄素蛋白)—FeS—CoQ—Cytb—Cytc—Cyta—Cyta3—氧气
无氧呼吸:呼吸链末端氢受体为外源无机氧化物或有机氧化物的生物氧化。在无氧条件下进行,仅通过部分呼吸链,导致产能效率较低。
无氧呼吸类型:
***盐呼吸:又称反硝化作用。无氧条件下以***盐为最终氢受体,还原为亚***、NO、N2O直至N2的过程。造成氮肥的损失。
硫酸盐呼吸:一类硫酸盐还原细菌(反硫化细菌)的严格厌氧菌采取的方式。以硫酸盐为最终氢受体,还原为H2S。
硫呼吸:以无机硫为氢受体还原产生H2S。通常为兼性或专性厌氧菌或古细菌。
铁呼吸:将三价铁还原为二价。
碳酸盐呼吸:以CO2或碳酸氢盐为氢受体。在产甲烷细菌中还原为甲烷。在产乙酸细菌中还原为乙酸。
延胡索酸呼吸:将延胡索酸还原为琥珀酸。
广义发酵:利用好氧性或厌氧性微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料的依赖生产方式。
狭义发酵:在无氧等外源氢受体的条件下,底物脱氢后产生的[H]未经呼吸链而直接传递给某一内源性中间代谢物,以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
EMP途径***酸出发的发酵:
同型乳酸发酵(乳酸);
丙酸发酵(丙酸、琥珀酸、CO2);
混合酸发酵(CO2、H2、甲酸、乙酸);是***红试验阳性的基础。
同型酒精发酵(乙醇、CO2);
2,3-丁二醇发酵(2,3-丁二醇);VP阳性基础。
丁酸丁醇发酵(CO2、H2、丁酸、丁醇、***、2-丙醇、乙酸)。
由HMP途径出发的发酵:异型乳酸发酵,葡萄糖发酵除产生乳酸外,还产生乙醇、乙酸和CO2等多种产物。包括经典途径(1分子葡萄糖产生1分子的乙醇、乳酸、CO2、水和ATP);双歧杆菌途径(2分子葡萄糖产3分子乙酸、2分子乳酸和5分子ATP)。
由ED途径出发的发酵:细菌酒精发酵。细菌发酵相对与酵母而言,代谢速率、产物转化率更高,菌体生成少、副产物少,不必定期供氧。但生长pH较高,易染杂菌;耐受乙醇的能力低。
氨基酸发酵产能(Stickland反应):以氨基酸兼作碳源、氮源和能源三种功能化合物。可以以一种氨基酸为氢供体,以另一种氨基酸为氢受体进行生物氧化产能的发酵类型。存在于一些厌氧梭菌中,如生孢梭菌。
巴斯德效应:酵母发酵时,如果通入氧气将使发酵下降,呼吸作用上升,葡萄糖利用速度降低,酒精生成受抑制。
化能自养微生物:通过氧化无机物获得还原二氧化碳所需的ATP和[H]。H2,NO2-,NH4+,H2S和Fe2+等无机物可以在相应的位置加入呼吸链,顺呼吸链可以产生ATP,逆呼吸链可以产生[H](H2由于氧化还原电位比NAD+要低,可以直接产[H])。
硝化细菌:以氨、亚***等还原态无机氮化合物为能源生长的细菌
亚硝化细菌:将氨氧化为亚***。
硝化细菌:将亚***氧化为***。常与亚硝化细菌伴生,硝化作用可以避免亚***盐积累产生的毒害作用。
硫氧化细菌:利用还原态的硫化合物做能源的细菌。氧化时产生酸(主要是硫酸),是周围环境pH下降。故该菌对酸的耐受力很强。
化能自养微生物能量代谢特点:
无机物的氧化直接与呼吸链发生关系;
呼吸链的组分更多氧化,电子可以从任意组分进入呼吸链。
产能效率一般低于化能异养微生物。
循环光合磷酸化:在光能的驱动下(菌绿素),电子的循环式传递而完成磷酸化产能反应。
电子传递属循环方式
产ATP与产[H]分别进行
利用还原态无机物或有机物作为氢供体。[H]通过电子逆向传递产生。
不产生氧气。
不产氧光合作用可利用有毒的H2S或污水中的有机物作为氢供体,可用于污水净化。
非循环光合磷酸化:
电子传递为非循环式;
在有氧条件下进行;
有PSI和PSII两个光合系统;
反应中可同时产ATP、[H]和氧气;
[H]来自于H2O的光解产物H+和电子。
嗜盐菌紫膜的光介导ATP合成(紫膜光合磷酸化):无氧条件下,利用光能造成紫膜蛋白上视黄醛辅基的构象变化,使质子排入膜外,建立质子梯度,驱动ATP合酶合成ATP。
两用代谢途径:在分解代谢和合成代谢中均具有功能的代谢途径。如EMP、HMP、TCA。其正逆反应利用不同的酶,有不同的中间代谢物,一般在不同的区域内进行。
代谢回补顺序:又称代谢物补偿途径和添补途径。指能补充两用代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢物的反应。如乙醛酸循环:2***酸=琥珀酸+2CO2,可以补充消耗的TCA中间代谢物。
微生物CO2固定的途径:Calvin循环;逆向TCA循环;厌氧乙酰CoA途径;羟基丙酸途径。
Calvin循环(核***糖二磷酸途径或还原性戊糖磷酸循环):
羧化反应:核***糖-1,5-二磷酸+CO2(核***糖二磷酸羧化酶)2甘油酸-3-磷酸。
还原反应:甘油酸-3-