微生物營養(yǎng).ppt

第二章微生物的營養(yǎng),營養(yǎng)(nutrition)：生物體從外部環(huán)境中攝取對其生命活動必須的能量和物質(zhì)，以滿足正常生長和繁殖需要的一種最基本的生理功能。,營養(yǎng)物(nutrient)：具有營養(yǎng)功能的物質(zhì)。,營養(yǎng)物提供生命活動的結(jié)構(gòu)物質(zhì)、能量、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和良好的生理環(huán)境。,一些微生物可利用非物質(zhì)形式的能源光能,一、細(xì)胞化學(xué)組成,第一節(jié)微生物的六種營養(yǎng)要素,主要元素：C、H、O、N、S、P(97)1.化學(xué)元素微量元素:Zn、Mn、Na、Cl、Co、Cu化學(xué)元素比例因菌種、培養(yǎng)條件等有所不同，如：幼齡菌含N高，硫細(xì)菌較多S，鐵細(xì)菌較多Fe，等。,微生物細(xì)胞中幾種主要元素的相對含量（%干重）,有機(jī)物分析,有機(jī)物分析:1）化學(xué)法直接抽提，定性定量分析；2）破碎細(xì)胞得亞顯微結(jié)構(gòu)，再分析。,無機(jī)物分析,無機(jī)物指與有機(jī)物結(jié)合或單獨(dú)存在的無機(jī)鹽等物質(zhì)；分析：干細(xì)胞高溫爐（550）焚燒得到的灰分，分析其中各種無機(jī)元素含量。水分：細(xì)胞表面水分吸干后的重量為濕重；采用低溫真空干燥、紅外快速烘干方法烘干至恒重為干重。,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；對一般生物有害的，微生物還能利用。,微生物是雜食性的：,異養(yǎng)微生物：必須利用有機(jī)碳源自養(yǎng)微生物：能利用無機(jī)碳源,（一）碳源(carbonsource),提供微生物營養(yǎng)所需碳元素的營養(yǎng)源。,有機(jī)碳源：蛋白質(zhì)，核酸，淀粉，葡萄糖等無機(jī)碳源：CO2,Na2CO3,CaCO3等,有機(jī)氮源：蛋白胨、黃豆粉、玉米漿無機(jī)氮源：NH4NO3、(NH4)2SO4氣態(tài)氮源：大氣N2,（二）氮源(nitrogensource),凡能提供微生物營養(yǎng)所需氮元素的營養(yǎng)源。氮源一般不作能源。,速效氮源遲效氮源,花生餅粉和黃豆餅粉是遲效氮源，利于代謝產(chǎn)物積累。,玉米漿是速效氮源，利于菌體生長；,能為微生物的生命活動提供最初能量來源的化學(xué)物質(zhì)或輻射能。,（三）能源(energysource),異養(yǎng)微生物的碳源同時(shí)也是能源,單功能：輻射能雙功能：還原態(tài)無機(jī)養(yǎng)料，如NH4+既是硝酸鹽細(xì)菌的能源，又是氮源三功能：NCHO類營養(yǎng)物質(zhì)常是異養(yǎng)微生物的能源，碳源兼氮源,一種營養(yǎng)物具有一種以上營養(yǎng)要素的功能,一類對微生物正常代謝必不可少且又不能從簡單的碳源，氮源自行合成的、所需極微量的有機(jī)物。,培養(yǎng)基中生長因子來源：酵母膏、玉米漿、麥芽汁等。,(四)生長因子(growthfactor),作用：輔酶或酶活化所需。,狹義：維生素廣義：維生素、氨基酸、堿基、脂肪酸等,生長因子自養(yǎng)型微生物（autotrophs)生長因子異養(yǎng)型微生物（heterotrophs)營養(yǎng)缺陷型微生物（nutritionaldeficiency)生長因子過量合成型微生物,若干細(xì)菌所需要的維生素,維生素的生理功能,（五）無機(jī)鹽(inorganicsalts),所需濃度在10-3-10-4M的元素為大量元素所需濃度在10-6-10-8M的元素為微量元素,無機(jī)鹽的生理功能,生理作用：細(xì)胞組成成分生化反應(yīng)溶劑化學(xué)、生理反應(yīng)介質(zhì)物質(zhì)運(yùn)輸媒體調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度維持細(xì)胞的滲透壓,（六）水,存在狀態(tài)：游離態(tài)（溶劑）和結(jié)合態(tài)（結(jié)構(gòu)組成）,水活度：表示在天然環(huán)境中，微生物可實(shí)際利用的自由水或游離水的含量。,一般用在一定的溫度和壓力條件下,溶液的蒸汽壓力與同樣條件下純水蒸汽壓力之比表示，即：aw=P/P0式中P代表溶液蒸汽壓力,P0代表純水蒸汽壓力。純水w為1.00,溶液中溶質(zhì)越多,w越小。,微生物一般在w為0.600.99的條件下生長,w過低時(shí),微生物生長的遲緩期延長,比生長速率和總生長量減少。微生物不同，其生長的最適w不同。,幾種溶液的水活度值,各種微生物生長的最低aw值,在高滲溶液中，細(xì)胞的水分外滲，造成質(zhì)壁分離；而在低滲溶液中，細(xì)胞吸水膨脹，引起細(xì)胞破裂。,Osmosis(CellinanIsotonicEnvironment),Osmosis(CellinHypertonicEnvironment),Osmosis(CellinHypotonicEnvironment),依碳源不同：異養(yǎng)型(heterotrophs):不能以CO2為主要或唯一碳源自養(yǎng)型(autotrophs):能以CO2為主要或唯一碳源,第二節(jié)微生物營養(yǎng)類型,依能源不同：光能營養(yǎng)型(phototrophs):光反應(yīng)產(chǎn)能化能營養(yǎng)型(chemotrophs):物質(zhì)氧化產(chǎn)能,依生長因子的不同：原養(yǎng)型(prototroph)或野生型(wildtype)營養(yǎng)缺陷型(auxotroph),微生物的營養(yǎng)類型,1光能無機(jī)營養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）,能以CO2為主要碳源；,進(jìn)行光合作用獲取生長所需要的能量；,以無機(jī)物如H2O、H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體，使CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)；,例如，藻類及藍(lán)細(xì)菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），進(jìn)行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細(xì)胞物質(zhì)。而硫細(xì)菌，以H2S為電子供體，產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)，并伴隨硫元素的產(chǎn)生。,2光能有機(jī)異養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）,以有機(jī)物作為主要碳源，同時(shí)以有機(jī)物為供氫體，利用光能將CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)；,在生長時(shí)大多數(shù)需要外源的生長因子；,例如，紅螺菌屬中的一些細(xì)菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時(shí)積累丙酮。,光能無機(jī)自養(yǎng)型和光能有機(jī)異養(yǎng)型微生物可利用光能生長，在地球早期生態(tài)環(huán)境的演化過程中起重要作用。,3化能無機(jī)自養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）,生長所需要的能量來自無機(jī)物氧化過程中放出的化學(xué)能；,以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進(jìn)行生長時(shí)，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作為電子供體使CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)。,化能無機(jī)自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無機(jī)及無光的環(huán)境中生長。它們廣泛分布于土壤及水環(huán)境中,參與地球物質(zhì)循環(huán)；,4化能有機(jī)營養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）,生長所需要的能量均來自有機(jī)物氧化過程中放出的化學(xué)能；,生長所需要的碳源主要是一些有機(jī)化合物：如淀粉、糖類、纖維素、有機(jī)酸等。,有機(jī)物通常既是碳源也是能源；,大多數(shù)細(xì)菌、真菌、原生動物都是化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物；,所有致病微生物均為化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物；,腐生型(metatrophy)：,可利用無生命的有機(jī)物(如動植物尸體和殘?bào)w)作為碳源；,寄生型(paratrophy)：,寄生在活的寄主機(jī)體內(nèi)吸取營養(yǎng)物質(zhì),離開寄主就不能生存；,在腐生型和寄生型之間還存在中間類型：兼性腐生型(facultivemetatrophy)；兼性寄生型(facultiveparatrophy)；,不同營養(yǎng)類型之間的界限并非絕對：,例如紅螺菌：有光、厭氧時(shí)，有機(jī)物存在時(shí)、為光能異養(yǎng)型微生物；黑暗、氧氣、有機(jī)物存在時(shí)，利用有機(jī)物進(jìn)行生長，為化能異養(yǎng)型微生物；,微生物營養(yǎng)類型的可變性無疑有利于提高其對環(huán)境條件變化的適應(yīng)能力,5營養(yǎng)缺陷型,某些菌株發(fā)生突變(自然突變或人工誘變)后，失去合成某種(或某些)對該菌株生長必不可少的物質(zhì)(通常是生長因子如氨基酸、維生素)的能力，必須從外界環(huán)境獲得該物質(zhì)才能生長繁殖，這種突變型菌株稱為營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)，相應(yīng)的野生型菌株稱為原養(yǎng)型(prototroph)。營養(yǎng)缺陷型菌株經(jīng)常用來進(jìn)行微生物遺傳學(xué)方面的研究。,第三節(jié)細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收,營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌，涉及到物質(zhì)的運(yùn)輸。營養(yǎng)物吸收至胞內(nèi)被利用，代謝物分泌到胞外以免積累，這就是物質(zhì)運(yùn)輸過程。,在營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)送方面，細(xì)胞壁僅簡單地排阻分子量過大(600Da)的溶質(zhì)進(jìn)入,而具有磷脂雙分子層和嵌合蛋白分子的細(xì)胞膜則是控制營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入和排除的主要屏障。,影響營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞因素：營養(yǎng)物質(zhì)本身性質(zhì)微生物所處環(huán)境：溫度、pH、離子強(qiáng)度、被運(yùn)輸物質(zhì)結(jié)構(gòu)類似物都會影響菌的透過屏障：CW、CM、莢膜、粘液層等組成，影響物質(zhì)運(yùn)輸。如：莢膜與粘液層結(jié)構(gòu)松，影響?。籊+CW結(jié)構(gòu)緊密，影響物質(zhì)進(jìn)入；CM對物質(zhì)運(yùn)輸尤為重要，選擇性。,一、小分子物質(zhì)的吸收,單純擴(kuò)散：,促進(jìn)擴(kuò)散：,主動運(yùn)輸：,基團(tuán)移位：,1.簡單擴(kuò)散/單純擴(kuò)散(simplediffusion),動力：物質(zhì)在膜兩側(cè)的濃度差物質(zhì)運(yùn)輸過程中不消耗能量參與運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)本身的分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸運(yùn)輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比。,擴(kuò)散并不是微生物細(xì)胞吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式,水是唯一可以通過擴(kuò)散自由通過原生質(zhì)膜的分子,脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些氣體分子(O2、CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可通過擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞。,Therateofdiffusionwillvarydependingontheits:size,polarity,chargeandconcentrationontheinsideofthemembraneversustheconcentrationontheoutsideofthemembrane.,膜的組成對擴(kuò)散的影響,膽固醇的含量：膽固醇使得膜變得僵硬，膜的滲透性減小脂肪酸的組成：不飽和度增加，鏈的長度減少，膜的通透性增加。順式結(jié)構(gòu)比反式結(jié)構(gòu)的通透性好。,環(huán)境條件對膜滲透性的影響,溫度：溫度升高，膜的有序性被破壞，滲透性增強(qiáng)(heatshockfortransformation)乙醇等脂溶性物質(zhì)：這些物質(zhì)將增加膜的通透性，有利于物質(zhì)的擴(kuò)散,2、促進(jìn)擴(kuò)散(facilitateddiffusion),動力：物質(zhì)在膜兩側(cè)的濃度差物質(zhì)運(yùn)輸過程中不消耗能量運(yùn)輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比。有載體(carrier)的參與，而且每種載體只運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)，具有較高的專一性。,鼠傷寒沙門氏菌的細(xì)胞膜：運(yùn)輸硫酸鹽的載體；運(yùn)輸葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、亮氨酸、苯丙氨酸等的載體,擴(kuò)散速度依賴于溶液的濃度梯度,通過促進(jìn)擴(kuò)散運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)包括了非脂溶性的和帶電荷的大分子物質(zhì)以及各種離子。參與促進(jìn)擴(kuò)散的膜運(yùn)輸?shù)鞍滓话憧煞譃檩d體蛋白(carrierprotein)和通道蛋白(channelprotein)兩種。,載體蛋白與促進(jìn)擴(kuò)散載體蛋白與被轉(zhuǎn)運(yùn)底物有專一性的結(jié)合位點(diǎn)，并通過構(gòu)型的變化改變與底物的親和性，因而在與底物結(jié)合、釋放的過程中，將底物從高濃度側(cè)運(yùn)向低濃度側(cè)。在促進(jìn)擴(kuò)散中不需要消耗能量，也不能改變最終達(dá)到內(nèi)外物質(zhì)濃度相等的動態(tài)平衡。由于載體蛋白與酶的作用方式相似，因而載體蛋白又稱為滲透酶。滲透酶多為誘導(dǎo)酶，只有在相應(yīng)底物存在時(shí)才能誘導(dǎo)合成。,已從不同微生物的細(xì)胞膜上分離出了多種載體蛋白，可以運(yùn)輸不同種類的糖（如葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖）、多種氨基酸（如亮氨酸、苯丙氨酸、精氨酸等）和維生素。,纈氨霉素,移動性離子載體（載體蛋白）與促進(jìn)擴(kuò)散,鐵的運(yùn)輸鐵是所有生物的必需元素，而且需要的量較大。已經(jīng)確定有幾種特異性的載體配體對于維持鐵的細(xì)胞內(nèi)的濃度是必需的，這些載體被賦予專門的名稱-鐵載體（siderophores）。在中性pH下，F(xiàn)e(III)幾乎是不溶的，使生物體中鐵的利用成為嚴(yán)重的問題,鐵載體的分類可分為三類：氧肟(w)酸鹽(hydroxamate)型、兒茶酚型和檸檬酸型。,某些細(xì)胞和高等植物可以利用檸檬酸或多聚氨基酸作為鐵載體。所有這些配體具有兩個(gè)主要的功能特征：一是能夠溶解鐵，二是有能力協(xié)助高電荷的離子通過膜。,氧肟酸鹽型鐵載體的通式如下：,又可分為高鐵環(huán)六肽（ferrichromes,n=3）,鐵草銨(ferrioxamines,n=3)和其它(n=2)。高鐵環(huán)六肽化合物的主鏈?zhǔn)堑途垭?，鏈上可以攜帶不同的基團(tuán)（R1,R2,R）。如R=CH3,R1=R2=H時(shí)為高鐵環(huán)六肽高鐵素（ferrichrome），當(dāng)R=R1=HOCH2,R2=H時(shí)稱為高鐵素（ferrichromeA），這些化合物是克萊因水玉霉菌(Piloboluskleinii)、需土節(jié)桿菌(Arthrobacterterregens)、谷氨酸微球菌（Micrococcusglutamicus)的生長因子。,鐵草銨的性質(zhì)相似于鐵環(huán)六肽化合物，ferrioxaminesB是諾卡氏菌、乳酸小桿菌、單孢絲菌屬和鏈霉菌屬等的生長因子。,分支桿菌生長素（Mycobactins）含有兩個(gè)氧肟酸基、一個(gè)酚羥基和一個(gè)叔胺基作為配體。而從熒光假單胞菌分離出的硫代氧肟酸類，可形成Fe(III)和Cu(II)配合物。,腸桿菌素是由產(chǎn)氣桿菌、大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌等產(chǎn)生的。分子上的3個(gè)鄰苯二酚基的6個(gè)酚氧原子與Fe(III)形成八面體型配合物。,通道蛋白與促進(jìn)擴(kuò)散和載體蛋白顯著的差異在于通道蛋白并不與底物分子結(jié)合，通道蛋白主要以-螺旋或-折疊兩種類型的跨膜蛋白存在，在橫跨細(xì)胞膜形成親水性孔洞或通道，使親水性物質(zhì)順濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞或流出細(xì)胞，并通過打開或關(guān)閉通道來調(diào)節(jié)物質(zhì)的進(jìn)出。,通道蛋白普遍存在于細(xì)胞膜中，目前已發(fā)現(xiàn)有50多種，如大腸桿菌中的甘油運(yùn)輸體（glyceroltransporter）(GlpF)，水特異的親水性通道（aquaporin-Z）、動力敏感離子通道（mechanosensitive）(MscL)和電位敏感離子通道（voltage-sensitiveionchannel）等。,通道載體（通道蛋白）與促進(jìn)擴(kuò)散,短桿菌肽構(gòu)成的離子通道,甘油運(yùn)輸體(GlpF)GlpF是存在于大腸桿菌內(nèi)膜上的一個(gè)-型通道，甘油以促進(jìn)擴(kuò)散的方式通過通道進(jìn)入細(xì)胞，但這一通道專一性不強(qiáng)，除可運(yùn)輸甘油外，還可以運(yùn)輸多羥基醇類和其它一些小分子物質(zhì)如脲，甘氨酸，但不能運(yùn)輸帶電分子如3-磷酸甘油醛和二羥丙酮。同樣，酵母細(xì)胞的GlpF的專一性也不是很強(qiáng)，除甘油外還可以運(yùn)輸水和小的溶質(zhì)分子。,水特異的親水性通道（aquaporin-Z）作為重要的生理分子，水除了通過被動擴(kuò)散方式進(jìn)出細(xì)胞外，在大腸桿菌中水還可通過對水特異的親水性通道（aquaporin-Z）以促進(jìn)擴(kuò)散方式進(jìn)出細(xì)胞，使細(xì)胞適應(yīng)外環(huán)境滲透壓的突發(fā)變化，維持細(xì)胞的穩(wěn)定性。,3、主動運(yùn)輸(activetransport),特點(diǎn)：是微生物吸收營養(yǎng)的主要方式可逆濃度梯度運(yùn)輸，耗能需載體蛋白，有特異性運(yùn)輸有機(jī)離子、無機(jī)離子、氨基酸、乳糖等糖類需要特異性載體蛋白，需要能量來改變載體蛋白的構(gòu)象親和力改變蛋白構(gòu)象改變耗能,運(yùn)輸物質(zhì)所需能量來源：（1）質(zhì)子動力（2）ATP和其他高能化合物好氧型微生物直接利用呼吸能；厭氧型微生物利用化學(xué)能(ATP)；光合微生物利用光能；,質(zhì)子動力,ATP動力,主動運(yùn)輸（1）質(zhì)子動力型,（1）單向傳遞(uniport),（2）逆向傳遞(antiport),（3）同向傳遞(symport),主動運(yùn)輸（2）ATP動力型ATP動力型（ATP-linkedIonMotivePumps）是主動運(yùn)輸?shù)闹饕问?，它利用ATP或其它高能磷酸化合物的能量，將運(yùn)輸物從低濃度處向高濃度處運(yùn)輸，因而主動運(yùn)輸中的載體蛋白往往被稱為泵（pump,ATPase）。主要類型為P-型泵（P-typeATPase）和F-型泵（F-typeATPase）。,P-型泵:Theyare-helicalbundleprimarytransportersrefereedtoasP-typeATPasesbecausetheycatalyzeauto-(orself)phosphorylationofakeyconservedaspartateresiduewithinthepump.ProminentexamplesofP-typeATPasesarethesodium-potassiumpump(Na+,K+-ATPase),theprotonpump(H+-ATPase),theproton-potassiumpump(H+,K+-ATPase)andthecalciumpump(Ca2+-ATPase).F-型泵:涉及到將H+排出細(xì)胞或伴隨著H+進(jìn)入細(xì)胞產(chǎn)生ATP的過程，在有些細(xì)菌中，Na+可替代H+。F-typeATPase,alsoknownasF-TypeATPase,isanATPasefoundinbacterialplasmamembranes,mitochondrialinnermembranesandinchloroplastthylakoidmembranes.,P-型泵P-型泵可運(yùn)輸K+、Mg2+、Ca2+等不同離子，運(yùn)輸不同離子的P-型泵具有一定的共性：即具有6-8個(gè)穿膜片段的亞基，可形成磷酸化的中間體，中間體又具有兩種對底物不同親和性的構(gòu)型E1和E2。,YeastcellsblockedinP-typeATPase-dependentlipidtransportaredefective,P-型泵的作用機(jī)理研究的較為清楚的是動物細(xì)胞的Na+/K+泵，在每個(gè)運(yùn)輸循環(huán)中消耗一個(gè)ATP分子，同時(shí)將3個(gè)Na+排出細(xì)胞，2個(gè)K+攝入細(xì)胞。,大腸桿菌Kdp泵的組成（a）和工作原理圖(b),Kdp泵是存在于大腸桿菌中特殊的P-型泵,Kdp泵由位于細(xì)胞內(nèi)膜上的3個(gè)亞單位A、B和C組成，每個(gè)亞單位又各有兩個(gè)分子（A2B2C2），其中KdpB有7個(gè)跨膜片段，可被磷酸化，為運(yùn)輸過程提供能量。KdpA有10個(gè)跨膜片段，可與K+結(jié)合，并可能形成K+穿膜運(yùn)輸通道。Kdp泵與其它的P-型泵不同，它僅僅只將位于周質(zhì)空間的K+運(yùn)進(jìn)細(xì)胞，不像其它P-型泵在運(yùn)進(jìn)一種離子的同時(shí)將另一離子排出細(xì)胞。Kdp泵經(jīng)磷酸化作用從低能的E1狀態(tài)轉(zhuǎn)化為高能的E2狀態(tài)，使位于KdpA外的位點(diǎn)暴露，K+進(jìn)入結(jié)合位點(diǎn)。隨著KdpA膜通道打開，K+進(jìn)入細(xì)胞，并去磷酸化，Kdp恢復(fù)為E1狀態(tài)。,ATP+H2O+K+outADP+phosphate+K+in,ABC型泵在細(xì)菌中存在的另一類主動運(yùn)輸形式是ABC型泵（ATP-bindingcassette），又稱運(yùn)輸?shù)鞍?，可運(yùn)輸一些特殊的營養(yǎng)成分如SO42-、氨基酸、糖和其它一些物質(zhì)。系統(tǒng)由兩部分組成:一部分稱為結(jié)合蛋白，是位于G-菌周質(zhì)空間的周質(zhì)蛋白，或位于菌膜外表面的脂蛋白或細(xì)胞表面的結(jié)合蛋白；第二部分是位于細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)復(fù)合體（又稱為trafficATPase），復(fù)合體由個(gè)膜整合蛋白和個(gè)末端位于細(xì)胞內(nèi)的膜結(jié)合蛋白組成，因?yàn)樵诩?xì)胞質(zhì)部分含有個(gè)和ATP特異結(jié)合的特征序列（WalkerAbox和WalkerBbox），所以這一運(yùn)輸形式稱為ABC型泵（ATP-bindingcassette）。,物質(zhì)運(yùn)輸?shù)哪芰縼碜杂贏TP或其它高能磷酸化合物，在大腸桿菌中約有的物質(zhì)是通過這一方式進(jìn)行運(yùn)輸?shù)摹?Maltose,Maltose（麥芽糖）transportthroughaABCtypepump,特點(diǎn)：屬主動運(yùn)輸類型溶質(zhì)分子發(fā)生化學(xué)修飾定向磷酸化需復(fù)雜的運(yùn)輸酶系參與運(yùn)輸葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等,4、基團(tuán)轉(zhuǎn)移(grouptranslocation),每輸入一個(gè)葡萄糖分子，就要消耗一個(gè)ATP的能量。,依賴磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)(PTS)。,1.熱穩(wěn)定性載體蛋白(heatstablecarrierprotein,HPr)的激活,2.糖磷酸化后運(yùn)入膜內(nèi),膜對大多數(shù)磷酸化合物具有高度的不滲透性。,基團(tuán)轉(zhuǎn)移運(yùn)輸葡萄糖示意圖,磷酸烯醇式丙酮酸-糖基磷酸轉(zhuǎn)移酶(PTS)系統(tǒng)高能磷酸從HPr轉(zhuǎn)移至溶解態(tài)EIIa,磷酸再從EIIa轉(zhuǎn)移至EIIb，再經(jīng)過EIIc穿膜的轉(zhuǎn)運(yùn)過程而轉(zhuǎn)移至糖基。磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),第一個(gè)酶I(EI),低分子量熱穩(wěn)定性載體蛋白(HPr),第二個(gè)酶II(EII),基團(tuán)轉(zhuǎn)位主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細(xì)菌中，主要用于糖的運(yùn)輸。脂肪酸、核苷、堿基等也可通過這種方式運(yùn)輸。脂肪酸+CoA脂肪酰CoA腺嘌呤+PRPPAMP+ppi,五、膜泡運(yùn)輸(membranevesicletransport),膜泡運(yùn)輸主要存在于原生動物中，特別是變形蟲(amoeba)，為這類微生物的一種營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸方式。,外排作用示意圖,大分子營養(yǎng)物通常水解后，才可被吸收加以利用。而這些水解酶均為蛋白質(zhì)大分子，它們必須通過一定的機(jī)制才能向胞外分泌。其它一些大分子物如毒素的分泌、細(xì)胞膜和細(xì)胞壁上的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)成分的定位等也都需要進(jìn)行蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)輸。,二、大分子營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸,（1）蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,在大腸桿菌：Sec(Secmachinery)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和Tat(twin-argininetranslocation)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。共性：1）蛋白質(zhì)前體上均在N-端有介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)的信號肽，信號肽均由3部分形成，信號肽在蛋白質(zhì)穿越細(xì)胞內(nèi)膜時(shí)被信號肽酶切除。2）蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)都需要消耗能量，Sec轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的能源來自于ATP的水解，在不同的階段還需要質(zhì)子梯度提供能量。而Tat轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的能量來自于質(zhì)子梯度。,差異性：Sec轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白質(zhì)以松散的線狀形式轉(zhuǎn)運(yùn)，而Tat轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)以折疊形式轉(zhuǎn)運(yùn)。Tat信號肽通常比Sec信號肽長，含有雙精氨酸保守序列核心S/T-R-R-x-F-L-K。絲/蘇-精-精-N-苯丙氨酸-亮-賴,Sec轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng),在蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的起始階段，合成的蛋白質(zhì)前體必須被引導(dǎo)到細(xì)胞膜上，這一過程被稱為定靶（target）定靶有兩種途徑，SecB依賴途徑和SRP途徑（signalrecognitionparticle）。,定靶：SecB依賴途徑SecB的分子量為17kDa，形成四聚體，SecB可特異性地與一些蛋白質(zhì)的前體結(jié)合，結(jié)合位點(diǎn)一般在蛋白質(zhì)的成熟區(qū)，結(jié)合后可以穩(wěn)定蛋白質(zhì)前體的非折疊狀態(tài)，使之處于轉(zhuǎn)運(yùn)狀態(tài)，再通過SecB與SecAC-末段的親和性，引導(dǎo)蛋白質(zhì)前體運(yùn)動到細(xì)胞膜上。前體上的信號肽與SecA結(jié)合后，蛋白質(zhì)前體轉(zhuǎn)位給SecA，同時(shí)釋放SecB。,定靶：蛋白質(zhì)信號識別顆粒途徑（SRP途徑）需要有SRP受體膜蛋白FtsY的參與。在大腸桿菌中SRP由蛋白質(zhì)Ffh和4.5sRNA結(jié)合形成復(fù)合體，可識別信號肽，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)前體部分合成約70-150個(gè)氨基酸的長度時(shí)，F(xiàn)fh與之結(jié)合，一方面阻止蛋白質(zhì)的折疊，另一方面介導(dǎo)與SRP受體結(jié)合。,Tat轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)大腸桿菌蛋白質(zhì)Tat(twin-argininetranslocation)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)由TatA、TatB、TatC和TatE組成，可介導(dǎo)含雙精氨酸（RR）S/T-R-R-x-F-L-K保守序列信號肽的蛋白質(zhì)進(jìn)行穿膜轉(zhuǎn)運(yùn)，使這些蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞周質(zhì)空間。Tat轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)不同于Sec轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)運(yùn)底物是以折疊狀態(tài)轉(zhuǎn)運(yùn)，轉(zhuǎn)運(yùn)能量來自于跨膜質(zhì)子梯度。,TatB和TatC形成了Tat轉(zhuǎn)運(yùn)酶的中心，是Tat轉(zhuǎn)運(yùn)酶的結(jié)構(gòu)和功能單位,（2）蛋白質(zhì)的分泌機(jī)制,蛋白質(zhì)的分泌從整體上有5種形式：I型蛋白質(zhì)分泌系統(tǒng)(theTypeIproteinsecretionsystem)，也稱為ABC轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（ABC-typetransportsystem）II型分泌系統(tǒng)（theTypeIIproteinsecretionsystem），也稱為普遍性分泌途徑（thegeneralsecretorypathway）(GSP)TypeIII,TypeIV和TypeV,細(xì)菌的分泌方式可分為兩大類：一類依賴于Sec轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（Sec-dependent），包括了3種類型，即typeII、typeIV、typeV，通過這些途徑的蛋白質(zhì)在穿過細(xì)胞外膜前，首先要經(jīng)過Sec轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)入周質(zhì)空間，再通過細(xì)胞外膜分泌至胞外。第二類不依賴于Sec轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（Sec-independent）包括了2種類型，即typeI和typeIII；通過這種分泌系統(tǒng)分泌的蛋白質(zhì)不通過轉(zhuǎn)運(yùn)這一中間過程，而是直接分泌至胞外。,（一）、依賴于Sec轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的分泌類型1、TypeII分泌型,TypeII分泌型是微生物分泌水解酶的主要途徑，如果膠酶，纖維素酶、淀粉酶，