营养物质进入细胞的方式

具有独立生活能力的微生物都没有专门分化的营养器官,摄取营养物质是依靠整个细胞表面进行的。微生物细胞小,吸收营养物质的速度比高等植物快,对环境中营养物质的吸收和利用有很强的能力和高度的选择性。并非所有的营养物质都可被微生物细胞吸收,微生物吸收营养物质与细胞膜的透性关系十分密切,决定于细胞膜的结构特性和细胞的代谢活动。

微生物的细胞膜主要由蛋白质和磷脂构成。蛋白质是非连续的,它们嵌在连续的磷脂中间。细胞膜上的蛋白质大多数都是带有专一性的酶,它们在细胞内外的物质运输中发挥作用。蛋白质按其与磷脂相互作用的不同方式分两种:一是外周蛋白,结合于膜的表面;二是固有蛋白,插入或贯穿在磷脂双分子层的非极性部分。膜蛋白质的结构复杂,种类很多,在不同的膜中,蛋白质的种类和数量都各不相同,这就使不同的微生物在选择吸收营养物质方面具有不同的功能。

磷脂是一种极性分子,每一分子的磷脂都是由磷酰基的极性部分和脂肪酸碳氢链的非极性部分构成的两性分子。在细胞膜中磷脂很规则地排列成双分子层,其极性部分向外,非极性部分向内。由于脂类的双分子层通透性很低,因此给细胞表面形成一个很好的隔膜。

具有磷脂双分子层和嵌合蛋白质分子的细胞膜是控制营养进入和代谢物排出的主要屏障。一般认为,细胞膜有单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团移位四种方式控制物质的吸收。

一、单纯扩散

亦称被动扩散，是细胞内外物质最简单的一种交换方式。细胞膜两侧的物质靠浓度差进行分子扩散，不需要能量。

扩散速率取决于营养物质的浓度差、分子大小、溶解性、极性、pH、离子强度和温度等因素。进行单纯扩散的物质种类不多,主要是氧、二氧化碳、乙醇和氨基酸分子,许多小分子、非电离分子、尤其是亲脂性的分子可被动地透入。

二、促进扩散

又称易化扩散、协助扩散，或帮助扩散。是指非脂溶性物质或亲水性物质,如氨基酸、糖和金属离子等借助细胞膜上的膜蛋白的帮助顺浓度梯度或顺电化学浓度梯度, 不消耗ATP进入膜内的一种运输方式。

在促进扩散过程中营养物质本身在分子结构上也不会发生变化；不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输；运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定；需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输；被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性；养料浓度过高时, 与载体蛋白出现饱和效应

促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌氧生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。

三、主动运输

主动运输是指物质沿着逆化学浓度梯度差(即物质从低浓度区移向高浓度区) 的运输方式，主动运输不但要借助于镶嵌在细胞膜上的一种特异性的传递蛋白质分子作为载体(即每种物质都由专门的载体进行运输)，而且还必须消耗细胞代谢所产生的能量来完成。首先，载体蛋白从ATP水解释放的能量中获得能量并转化为活化载体，与膜内或膜外的物质结合，形成复合称为离子泵或质子泵。

物质在主动运输的过程中需要消耗代谢能；可以进行逆浓度运输的运输方式；需要载体蛋白参与；对被运输的物质有高度的立体专一性；被运输的物质在转移的过程中不发生任何化学变化。

不同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同，好氧微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。

三、基团转位

在微生物对营养物质跨膜运输的过程中，还有一种特殊的运输方式，叫基团转位。它的主要特点是被转运的营养物质经过了化学修饰，并以被修饰的形式输送到细胞内部。基团转位与主动运输相同的是也需要特异性的载体蛋白和需要消耗能量。

基因转位是一种特殊的主动运输，与普通的主动运输相比，营养物质在运输的过程中发生了化学变化（糖在运输的过程中发生了磷酸化）。其余特点与主动运输相同。

基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，也主要是用于单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷与脂肪扩散的运输。

附注：