營(yíng)養物質(zhì)的吸收
細菌是單細胞生物,沒(méi)有攝取營(yíng)養物質(zhì)的器官,通常通過(guò)細胞膜的擴散、吸附、化合等作用來(lái)進(jìn)行營(yíng)養物質(zhì)的吸收。下列各因索與營(yíng)養物質(zhì)的吸收有重要關(guān)系:
1 .細胞膜的通透性
包圍菌體的膜有兩層,外層稱(chēng)為細胞壁,內層稱(chēng)為細胞膜或胞漿膜。
細胞壁的主要功能是維待細菌的外形。另方面,菌體內滲透壓很高(5 -25 個(gè)大氣壓),由于細胞壁的保護作用,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(cháng)。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(guò)。
細胞膜位于細胞壁與細胞漿之間,是一個(gè)獨立的膜,可與細胞漿分開(kāi)厚約5 ~10nm。其總干重約為菌體的10%。細胞膜含有約75%的蛋白質(zhì)、20~30%的脂類(lèi)(磷脂)和2%的碳水化合物,還有一些酶類(lèi)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(zhì)。如化學(xué)組成,電荷,膜孔為大小等有關(guān)。細菌體的通透性一般較其他生物為高,聽(tīng)以細菌與外界環(huán)境間物質(zhì)的交流很便利。由于細菌種類(lèi)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(shí).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(yíng)養物質(zhì)的濃度和營(yíng)養物質(zhì)在細胞內的轉化
一般說(shuō)來(lái),當細胞外物質(zhì)的濃度高于細胞內的濃度時(shí),物質(zhì)由外面經(jīng)細胞膜滲透入細胞內。但菌體內對某些營(yíng)養物質(zhì),如葡萄糖和鉀的濃縮力很強,胞內的濃度可超過(guò)胞外。這是由于透入細胞的營(yíng)養物質(zhì)和細胞內或細胞膜的物質(zhì)結合,如葡萄糖和磷酸、鉀和蛋白質(zhì)的結合,因而改交其原來(lái)的性質(zhì),或者在細胞內合成種種復雜的有機化合物,如蛋白質(zhì)、多糖、脂類(lèi)等。由于這些轉化作用,細胞內這些營(yíng)養物質(zhì)的濃度降低了。細胞外的營(yíng)養物質(zhì)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(yáng)性菌可以濃縮氨基酸于細袍內,對某些氨基酸如谷氨酸的濃縮需要能量,而對另外一些氨基酸如賴(lài)氨酸則可直按透入細胞內。大腸桿菌也可以濃縮纈氨酸和其他氨基酸于細胞內。這種濃縮作用很快并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干擾它們彼此的吸收,如透膜酶(Permease)。這個(gè)酶有促進(jìn)氨基酸透過(guò)細胞膜的作用。
3 .營(yíng)養物質(zhì)的溶解性
細胞膜是由糖類(lèi)、脂類(lèi)和蛋白質(zhì)分子鑲嵌排列而成。能溶于水的營(yíng)養物質(zhì)由極性基(親水)部分透入細胞內,能溶于脂類(lèi)自物質(zhì)則由肪類(lèi)部分進(jìn)入細胞。所以,只有能溶于水或脂類(lèi)的物質(zhì)才能透入細胞內。不能溶解于水或脂的物質(zhì),由細菌的胞外酶先水解為可溶性物質(zhì),再透入細胞內。
4.不同營(yíng)養物質(zhì)的化學(xué)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(jìn)入菌體細胞內。在這些化臺物中導入氨基、醇基或羥基等(都是極性基)時(shí),則通透性降低。上述化學(xué)基的數目越多,通透性越小。例如乙醇只有一個(gè)醇基,較易透入細胞內;甘油有三個(gè)醇基、就較難透過(guò)。因為離子或極基能吸引水分而形成水層,因此容積增大。不利于透過(guò)。電荷愈強的離子愈難進(jìn)入細胞。例如一價(jià)的鈉和鉀離子,進(jìn)入細胞內的速度較二價(jià)的鈣和鐵離子為快,而二價(jià)的離于又較三價(jià)的鐵離子為快。
同理,一價(jià)的陰離子如氯化物或碘化物進(jìn)入細胞內、較二價(jià)的硫酸鹽或酒石酸鹽為快。相同原子價(jià)的離子進(jìn)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后容積不同義解釋。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。