營養物質的吸收
細菌是單細胞生物,沒有攝取營養物質的器官,通常通過細胞膜的擴散、吸附、化合等作用來進行營養物質的吸收。下列各因索與營養物質的吸收有重要關係:
1 .細胞膜的通透性
包圍菌體的膜有兩層,外層稱為細胞壁,內層稱為細胞膜或胞漿膜。
細胞壁的主要功能是維待細菌的外形。另方麵,菌體內滲透壓很高(5 -25 個大氣壓),由於細胞壁的保護作用,使細胞膜不易受滲透壓的破壞能在比菌體內滲透壓低的一般培養基中生長。細胞壁上有很多細微的小孔,具有相對成通透性,直徑1nm 。大小的可溶性分子可自由通過。
細胞膜位於細胞壁與細胞漿之間,是一個獨立的膜,可與細胞漿分開厚約5 ~10nm。其總幹重約為菌體的10%。細胞膜含有約75%的蛋白質、20~30%的脂類(磷脂)和2%的碳水化合物,還有一些酶類和載體。
細胞膜的通透性是有選擇性的。這種通透性和原漿表層的性質。如化學組成,電荷,膜孔為大小等有關。細菌體的通透性一般較其他生物為高,聽以細菌與外界環境間物質的交流很便利。由於細菌種類和菌齡的不同,通透性也隨之有所差異,一般幼齡菌細胞膜的通透性較大。當細菌受損傷或死亡時.細胞膜的通透性增加,菌體內容物可逸出體外。
2 .細胞內外營養物質的濃度和營養物質在細胞內的轉化
一般說來,當細胞外物質的濃度高於細胞內的濃度時,物質由外麵經細胞膜滲透入細胞內。但菌體內對某些營養物質,如葡萄糖和鉀的濃縮力很強,胞內的濃度可超過胞外。這是由於透入細胞的營養物質和細胞內或細胞膜的物質結合,如葡萄糖和磷酸、鉀和蛋白質的結合,因而改交其原來的性質,或者在細胞內合成種種複雜的有機化合物,如蛋白質、多糖、脂類等。由於這些轉化作用,細胞內這些營養物質的濃度降低了。細胞外的營養物質又可透入細胞內。
各種細菌吸收氨基酸的情況是不同的。革蘭氏陽性菌可以濃縮氨基酸於細袍內,對某些氨基酸如穀氨酸的濃縮需要能量,而對另外一些氨基酸如賴氨酸則可直按透入細胞內。大腸杆菌也可以濃縮纈氨酸和其他氨基酸於細胞內。這種濃縮作用很快並需要能源如檸檬酸鹽或葡萄糖。構造相似的氨基酸可以互相幹擾它們彼此的吸收,如透膜酶(Permease)。這個酶有促進氨基酸透過細胞膜的作用。
3 .營養物質的溶解性
細胞膜是由糖類、脂類和蛋白質分子鑲嵌排列而成。能溶於水的營養物質由極性基(親水)部分透入細胞內,能溶於脂類自物質則由肪類部分進入細胞。所以,隻有能溶於水或脂類的物質才能透入細胞內。不能溶解於水或脂的物質,由細菌的胞外酶先水解為可溶性物質,再透入細胞內。
4.不同營養物質的化學通透特性
碳氫化合物和其他不能電離的化合物,可以很快地進入菌體細胞內。在這些化台物中導入氨基、醇基或羥基等(都是極性基)時,則通透性降低。上述化學基的數目越多,通透性越小。例如乙醇隻有一個醇基,較易透入細胞內;甘油有三個醇基、就較難透過。因為離子或極基能吸引水分而形成水層,因此容積增大。不利於透過。電荷愈強的離子愈難進入細胞。例如一價的鈉和鉀離子,進入細胞內的速度較二價的鈣和鐵離子為快,而二價的離於又較三價的鐵離子為快。
同理,一價的陰離子如氯化物或碘化物進入細胞內、較二價的硫酸鹽或酒石酸鹽為快。相同原子價的離子進入細胞內的速度也不盡相同,例如銨、鉀、鈉、鋰中以鐵離子透入最快,鉀和鈉次之,鋰最慢。這種現象可以用離子吸水後容積不同義解釋。各種離子的吸水能力不同,鉀的原子核被多層電子包圍,因此電荷量較鋰為少,所以吸引的水分較少、容積也較小,鋰離子能吸引較多的水分,容積較大,因而透入的速度較慢。
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