【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 氨基酸廉價(jià)原料用作發(fā)酵培養(yǎng)基的原料，讓微生物轉(zhuǎn)化成菌體蛋白質(zhì)或含氮的發(fā)酵產(chǎn)物供人們利用。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 第五章燃燒與生物氧化的比較：比較項(xiàng)目 燃燒 生物氧化 反應(yīng)步驟 一步式快速反應(yīng) 順序嚴(yán)格的系列反應(yīng) 條件 激烈 由酶催化，條件溫和 產(chǎn)能形式 熱、光 大部分為ATP 能量利用率 低 高 生物氧化的形式包括某物質(zhì)與氧結(jié)合、脫氫或脫電子三種；生物氧化的功能則有產(chǎn)能（ATP）、產(chǎn)還原力[H]和產(chǎn)小分子中間代謝物三種；呼吸作用與發(fā)酵作用的根本區(qū)別：電子載體不是將電子直接傳遞給底物降解的中間產(chǎn)物，而是交給電子傳遞系統(tǒng)，逐步釋放出能量后再交給最終電子受體。能進(jìn)行硝酸鹽呼吸（即能使硝酸鹽還原）的細(xì)菌被稱(chēng)為硝酸鹽還原細(xì)菌，主要生活在土壤和水環(huán)境中，它們當(dāng)中有假單胞菌、依氏螺菌、脫氮小球菌等。在土壤及水環(huán)境中，由于好氧性機(jī)體的呼吸作用，氧被消耗，造成局部的厭氧環(huán)境，這時(shí)如果環(huán)境中有硝酸鹽存在，硝酸鹽還原細(xì)菌就能通過(guò)厭氧呼吸進(jìn)行生活，但如果在有氧條件下，這些菌則是通過(guò)有氧呼吸進(jìn)行生活氧的存在可抑制位于細(xì)胞膜上的硝酸鹽還原酶的活性。這類(lèi)菌通常也被作為兼性厭氧菌。硝酸鹽還原菌的反硝化作用對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及地球物質(zhì)循環(huán)都具有重要意義：1）反硝化作用可使土壤中植物能利用的氮（硝酸鹽NO3）還原成氮?dú)舛?，從而降低了土壤的肥力，?duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不利。克服反硝化作用的有效方法之一是松土，保持土壤的疏松狀態(tài)，排除過(guò)多的水分，保證土壤中有良好的通氣條件（此時(shí)菌行有氧呼吸） 2）反硝化作用在氮素循環(huán)中也有重要作用。硝酸鹽是一種容易溶解于水的物質(zhì)，通常通過(guò)水從土壤流入水域中。如果沒(méi)有反硝化作用，硝酸鹽將在水中積累，會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)變壞與地球上氮素循環(huán)的中斷。厭氧呼吸的產(chǎn)能較有氧呼吸少，但比發(fā)酵多，它使微生物在沒(méi)有氧的情況下仍然可以通過(guò)電子傳遞和氧化磷酸化來(lái)產(chǎn)生ATP，因此對(duì)很多微生物是非常重要的。除氧以外的多種物質(zhì)可被各種微生物用作最終電子受體，充分體現(xiàn)了微生物代謝類(lèi)型的多樣性。 異養(yǎng)微生物和自養(yǎng)微生物在最初能源上盡管存在著巨大的差異，但它們生物氧化的本質(zhì)卻是相同的，即都包括脫氫、遞氫和受氫三個(gè)階段，其間經(jīng)過(guò)與磷酸化反應(yīng)相偶連，就可以產(chǎn)生生命活動(dòng)所需要的通用能源，ATP。但從具體類(lèi)型看，自養(yǎng)微生物中的生物氧化與產(chǎn)能的類(lèi)型很多、途徑復(fù)雜，有些化能自養(yǎng)菌的生物氧化與產(chǎn)能過(guò)程至今還了解很少。不論是化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型，還是光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型的微生物，在它們生命活動(dòng)中最重要的反應(yīng)就是把CO2先還原成[CH2O]水平的簡(jiǎn)單有機(jī)物，然后再進(jìn)一步合成復(fù)雜的細(xì)胞成分。這是一個(gè)大量耗能和耗還原力[H]的過(guò)程。在化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物中，其所需能量ATP是通過(guò)還原態(tài)無(wú)機(jī)物經(jīng)過(guò)生物氧化產(chǎn)生的，還原力[H]則一般是通過(guò)耗ATP的無(wú)機(jī)氫的逆呼吸鏈傳遞而產(chǎn)生的；化能自養(yǎng)微生物以無(wú)機(jī)物作為能源，一般產(chǎn)能效率低，生長(zhǎng)慢，但生態(tài)學(xué)角度看，它們所利用的能源物質(zhì)是一般化能異養(yǎng)生物所不能利用的，因此它們與產(chǎn)能效率高、生長(zhǎng)快的化能異養(yǎng)微生物之間并不存在生存競(jìng)爭(zhēng)。嗜鹽菌的細(xì)胞膜可分成紅色和紫色二部分，前者主要含細(xì)胞色素和黃素蛋白等用于氧化磷酸化的呼吸鏈載體，后者則十分特殊，在膜上呈斑片狀（ ?m）獨(dú)立分布，其總面積約占細(xì)胞膜的一半，這就是能進(jìn)行獨(dú)特光合作用的紫膜。含量占紫膜75%的是一種稱(chēng)為細(xì)菌視紫紅質(zhì)（bacteriorhodopsin）的蛋白質(zhì)，它與人眼視網(wǎng)膜上的柱狀細(xì)胞中所含的一種蛋白質(zhì)視野紫紅質(zhì)（rhodpsin）十分相似，二者都以紫色的視黃醛（retinal）作為輔基。四種生理類(lèi)型的微生物在不同光照和氧下的ATP合成微生物 ATP的合成有氧 無(wú)氧光照 黑暗 光照 黑暗光合細(xì)菌 – – + –綠藻 + – – –兼性厭氧菌（E. coli） + + + +鹽生鹽桿菌 + + + –目前認(rèn)為，細(xì)菌視紫紅質(zhì)與葉綠素相似，在光量子的驅(qū)動(dòng)下，具有質(zhì)子泵的作用，產(chǎn)生質(zhì)子的跨膜運(yùn)輸而形成ATP。嗜鹽菌只有在環(huán)境中氧濃度很低和有光照的條件下才能合成紫膜。這時(shí)，通過(guò)正常的氧化磷酸化已無(wú)法滿(mǎn)足其能量需要，轉(zhuǎn)而由紫膜的光合磷酸化來(lái)提供。通過(guò)紫膜的光能轉(zhuǎn)化而建立的質(zhì)子梯度除了可驅(qū)動(dòng)ATP的合成外，還可為嗜鹽菌在高鹽環(huán)境中建立跨膜的鈉離子電化學(xué)梯度，并由此完成一系列的生理生化功能。嗜鹽菌紫膜光合磷酸化的發(fā)現(xiàn)，使經(jīng)典的葉綠素和細(xì)菌葉綠素（菌綠素）所進(jìn)行的光合磷酸化之外又增添了一種新的光合作用類(lèi)型。紫膜的光合磷酸化是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的最簡(jiǎn)單的光合磷酸化反應(yīng)，這是研究化學(xué)滲透作用的一個(gè)很好的研究模型。 第六章采用培養(yǎng)平板計(jì)數(shù)法要求操作熟練、準(zhǔn)確，否則難以得到正確的結(jié)果：1）樣品充分混勻；2）每支移液管及涂布棒只能接觸一個(gè)稀釋度的菌液；3）同一稀釋度三個(gè)以上重復(fù),取平均值；4）每個(gè)平板上的菌落數(shù)目合適，便于準(zhǔn)確計(jì)數(shù)； 一個(gè)菌落可能是多個(gè)細(xì)胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成單位（colony forming units， CFU）來(lái)表示，而不是直接表示為細(xì)胞數(shù)。The most probable number method（液體稀釋法）1）未知樣品進(jìn)行十倍稀釋?zhuān)?2）取三個(gè)連續(xù)的稀釋度平行接種多支試管并培養(yǎng)；3）長(zhǎng)菌的為陽(yáng)性，未長(zhǎng)菌的為陰性； 4）查表推算出樣品中的微生物數(shù)目（統(tǒng)計(jì)學(xué)原理）；遲緩期的特點(diǎn)：1）細(xì)胞形態(tài)變大或增長(zhǎng)，例如巨大芽孢桿菌，在遲緩期末，細(xì)胞的平均長(zhǎng)度比剛接種時(shí)長(zhǎng)6倍。一般來(lái)說(shuō)處于遲緩期的細(xì)菌細(xì)胞體積最大；2）細(xì)胞內(nèi)RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代謝活躍，核糖體、酶類(lèi)和ATP的合成加快，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶。3） 對(duì)外界不良條件反應(yīng)敏感。以上特征說(shuō)明細(xì)胞處于活躍生長(zhǎng)中，只是分裂遲緩。在此階段后期，少數(shù)細(xì)胞開(kāi)始分裂，曲線略有上升。對(duì)數(shù)期到穩(wěn)定期的轉(zhuǎn)變是細(xì)胞重要的分化調(diào)節(jié)階段：1）開(kāi)始儲(chǔ)存糖原等內(nèi)含物；2）形成芽孢或建立自然感受態(tài)（芽孢桿菌）； 3）發(fā)酵過(guò)程積累代謝產(chǎn)物的重要階段；某些放線菌抗生素的大量形成也在此時(shí)期衰亡期特點(diǎn)：1）細(xì)菌代謝活性降低；　2）細(xì)菌衰老并出現(xiàn)自溶；　3）產(chǎn)生或釋放出一些產(chǎn)物；如氨基酸、轉(zhuǎn)化酶、外肽酶或抗生素等。4）菌體細(xì)胞呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時(shí)產(chǎn)生畸形，細(xì)胞大小懸殊；有些革蘭氏染色反應(yīng)陽(yáng)性菌此時(shí)會(huì)變成陰性反應(yīng)恒濁連續(xù)發(fā)酵與單批發(fā)酵相比的優(yōu)點(diǎn)：1） 縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率；　　2） 便于自動(dòng)控制；3） 降低動(dòng)力消耗及體力勞動(dòng)強(qiáng)度；　　　　 4） 產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定；磺胺是葉酸組成部分對(duì)氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)類(lèi)似物 磺胺的抑菌作用是因?yàn)楹芏嗉?xì)菌需要自己合成葉酸而生長(zhǎng)?；前穼?duì)人體細(xì)胞無(wú)毒性，因?yàn)槿巳狈膶?duì)氨基苯甲酸合成葉酸的相關(guān)酶二氫葉酸合成酶，不能用外界提供的對(duì)氨基苯甲酸自行合成葉酸，而必須直接利用葉酸為生長(zhǎng)因子進(jìn)行生長(zhǎng)。青霉素b內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)與D丙氨酸末端結(jié)構(gòu)相似，從而能占據(jù)D丙氨酸的位置與轉(zhuǎn)肽酶結(jié)合，并將酶滅活，肽鏈之間無(wú)法彼此連接，抑制了細(xì)胞壁的合成。濕熱比干熱滅菌更好：1）更易于傳遞熱量；2）更易破壞保持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的氫鍵等結(jié)構(gòu)；濕熱對(duì)一般營(yíng)養(yǎng)體和孢子的殺滅條件：1） 多數(shù)細(xì)菌和真菌的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞：在60℃左右處理510分鐘；2）酵母菌和真菌的孢子：用80℃以上溫度處理；2） 3）細(xì)菌的芽孢：121℃處理15分鐘以上第七章1939年，Max Delbruck amp。 Emory Ellis對(duì)噬菌體（E. coli / bacteriopage）生長(zhǎng)特征的測(cè)定：用噬菌體的稀釋液感染高濃度的宿主細(xì)胞；數(shù)分鐘后，加入抗噬菌體的抗血清（中和未吸附的噬菌體）；將上述混合物大量稀釋?zhuān)K止抗血清的作用和防止新釋放的噬菌體感染其它細(xì)胞；保溫培養(yǎng)并定期檢測(cè)培養(yǎng)物中的噬菌體效價(jià)（對(duì)噬菌體含量進(jìn)行計(jì)數(shù)）；以感染時(shí)間為橫坐標(biāo)，病毒的感染效價(jià)為縱坐標(biāo)，繪制出病毒特征性的繁殖曲線； 有尾噬菌體：注射方式將噬菌體核酸注入細(xì)胞1）通過(guò)尾部刺突固著于細(xì)胞；2）尾部的酶水解細(xì)胞壁的肽聚糖，使細(xì)胞壁產(chǎn)生小孔；3）尾鞘收縮，核酸通過(guò)中空的尾管壓入胞內(nèi)，蛋白質(zhì)外殼留在胞外；λ噬菌體的的溶源性反應(yīng)：1）早期基因表達(dá)，產(chǎn)生gpcII，gpcro及gpcIII，后者可防止宿主的裂解酶對(duì)gpcII的降解。2）gpcII的積累促使阻遏蛋白cI的表達(dá)3）阻遏蛋白cI的積累導(dǎo)致噬菌體基因轉(zhuǎn)錄的終止，形成原噬菌體。3） 早期表達(dá)的gpcro與cI的競(jìng)爭(zhēng)最終確定λ噬菌體是進(jìn)入溶源狀態(tài)，還是進(jìn)入裂解循環(huán)。4） （ gpcro表達(dá)得早，但與基因組的結(jié)合能力較cI弱）5）阻遏蛋白cI的同樣可以抑制其它新侵入的λ噬菌體的表達(dá)，從而使溶源性細(xì)菌具有“免疫性”6）阻遏蛋白cI在一般情況下通過(guò)自身的轉(zhuǎn)錄激活保持低水平的表達(dá)，但有時(shí)種種原因轉(zhuǎn)錄水平下降，會(huì)偶爾導(dǎo)致溶源性噬菌體進(jìn)入裂解循環(huán)（105~10 2）。7）外界因素如紫外線可引起宿主的染色體的破壞，宿主產(chǎn)生應(yīng)急反應(yīng)合成具有DNA重組活性的RecA蛋白，導(dǎo)致cI的被降解，噬菌體進(jìn)入裂解循環(huán)。8）誘發(fā)裂解是檢查是否存在溶原性細(xì)菌的有效方法第八章遺傳型：是指生物所攜帶的全部遺傳因子及基因，是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)；表型（表現(xiàn)型）：具有一定遺傳型的個(gè)體，在特定環(huán)境條件下通過(guò)生長(zhǎng)發(fā)育所表現(xiàn)出來(lái)的形態(tài)等生物學(xué)特征的總和。表型飾變：同樣遺傳型的生物，在不同的外界條件下，會(huì)呈現(xiàn)不同的表型，但這種表型的差異只與環(huán)境有關(guān)，表現(xiàn)為暫時(shí)性和不可遺傳性，并且表現(xiàn)為全部個(gè)體的行為！ 遺傳型變異（基因變異、基因突變）：由于環(huán)境因素等的影響，導(dǎo)致遺傳物質(zhì)改變，導(dǎo)致生物特性改變，與表型的飾變相比，這種變異是可以遺傳的，而由于遺傳物質(zhì)的變異的頻率一般很低，所以這種變異也常常表現(xiàn)為群體中極少數(shù)個(gè)體的行為（突變頻率通常106109）?；蚪M（genome）一個(gè)物種的單倍體的所有染色體及其所包含的遺傳信息的總稱(chēng)。微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：原核生物（細(xì)菌、古生菌）的基因組1）雙鏈環(huán)狀的DNA分子（單倍體），2）基因組上遺傳信息具有連續(xù)性，大腸桿菌和其它原核生物中基因數(shù)基本接近由它的基因組大小所估計(jì)的基因數(shù)；一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。3）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)