第二节微生物细胞内外的物质交换ppt课件.ppt

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1、第二节微生物细胞内外的物质交换2.2.1微生物细胞与其所处的环境的关系2.2.2化学物质的跨膜过程2021/7/291张星元：发酵原理微生物细胞要活下去就必须进行能量代谢，能量代谢必须依赖于微生物细胞内外的交流，包括微生物细胞与环境之间和微生物细胞之间的物质、能量和信息的交流，也包括微生物细胞内被生物膜分隔的细胞空间之间的物质、能量和信息的交流。2021/7/292张星元：发酵原理本节主要讨论物质交换问题。微生物细胞内外的物质交换对工业发酵至关重要。没有这种交换微生物就不能生长和繁殖，就不能形成用于发酵生产的微生物细胞群体；没有这种交换工业微生物细胞（工业发酵的细胞机器）就不能将目的产

2、物送出细胞，我们就不能从发酵液获得产品。2021/7/293张星元：发酵原理2.2.1微生物细胞与其所处环境的关系2021/7/294张星元：发酵原理2.2.1.1微生物的营养2.2.1.2微生物的营养类型2.2.1.3微生物的生理状态与环境的关系2021/7/295张星元：发酵原理存在于环境中的微生物(包括工业发酵环境中的微生物)活细胞必须不断地从环境摄取元素营养和能源营养。并将这些来自环境的营养有效地转换为可被其自身直接利用的代谢能，在代谢能的直接支撑下进行持续的生命活动。2021/7/296张星元：发酵原理可把微生物细胞这个开放系统与其所处环境加在一起，看作一个隔离系统，这个

3、重新划定的系统必须服从熵值增加原理。细胞的新陈代谢及生长造成细胞熵值下降和其环境熵值增加的总效果是：此隔离系统的总的熵值是增加的。2021/7/297张星元：发酵原理微生物细胞是个远离平衡状态的不平衡的开放系统，其运转过程是在代谢能支持下进行的高度有序的过程，运转的结果是微生物细胞生命的持续和环境混乱程度的增加。2021/7/298张星元：发酵原理研究微生物的生命活动不能离开环境，也不能离开微生物的生理状态。环境影响微生物细胞的生理状态和生命活动，而微生物细胞生命活动又不断改变环境。人可以通过改变环境条件来改变或调节微生物的生理状态和生命活动，其改变或调节的有效性与人对环境影响微生物生命活

4、动的规律的了解程度密切相关。2021/7/299张星元：发酵原理微生物生命活动影响和改变环境，人也可以主动地改变环境条件，在可能范围内调节微生物的生理状态和生命活动，以促进微生物生长或工业发酵目的产物的生产。2021/7/2910张星元：发酵原理2.2.1.1微生物的营养2021/7/2911张星元：发酵原理这里说的营养既可指营养物质（nutrients），也可指提供营养的过程（nutrition）。作为营养物质必须能直接地或者经过降解后可以跨膜进入微生物细胞，并至少能为正常生命活动提供以下三者之一：①能量；②细胞结构的原材料；③代谢调节物质。2021/7/2912张星元：发酵原理可把营养

5、物质大致分为元素营养和能源营养。元素营养中研究得最透彻的是碳源，能源营养可以是化学物质，也可以是非化学物质如光能。为模块分子（buildingblock）生物合成提供碳骨架（carbonskeletons）的基质，通常被称为碳源；而为生命活动提供吉布斯自由能（其中只有一部分能被微生物细胞转化成代谢能）和还原力的基质称为能源。关于微生物的营养，微生物学已有介绍，这里仅根据本课程教学需要，简单地谈谈O、C、H、N、S、P，特别是含C和含P的营养物质。2021/7/2913张星元：发酵原理元素营养以O、C、H、N含量最多，这4种元素具有共同的化学性质是，可通过共享电子（共有电子对）而迅速形成共价

6、键，由于共价键强度与成键原子的原子量成反比，它们形成的共价键都很稳定。单纯由C和H组成的生物分子呈非极性，与水亲和力低，使生物体与水环境之间形成一定的界面，这是生命诞生和存在的必要条件。2021/7/2914张星元：发酵原理O、N、S等的参与引起有机分子电荷分布不均匀，同时，因这些元素而形成的官能团发生酸式或碱式解离，或使分子出现极性，能与水分子形成氢键而表现亲水性，使生物分子与水环境间增强相互作用。N参加主链结构可改善大分子的机械性能。O、S、P等可在有机分子间或分子内形成桥式连接，影响分子的形状及性能。2021/7/2915张星元：发酵原理碳是有机物的必有元素，是生物分子的结构中心。碳

7、原子可彼此反应并形成稳定的“C-C”共价结合的化合物，可形成链式或环式的结构，其长度和大小几乎是无限度的，成为各种有机分子的骨架。2021/7/2916张星元：发酵原理碳原子可与许多元素如H、O、N、S、P等形成稳定的共价键。碳原子的四面体构型产生了大量的同分异构体。碳原子如此多样而稳定的结合方式，是导致生物分子种类繁多的原因之一。2021/7/2917张星元：发酵原理微生物细胞及其代谢产物中包含了无数有机化合物，所有机