微生物細胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收實驗觀察電子顯微鏡

細胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收
  微生物細胞對營養(yǎng)物質(zhì)的利用是從對它們的吸收開始的，這種吸
收機制是專一性的，也就是說，只吸收需要的物質(zhì)，吸收不能利用
的物質(zhì)對細胞不利。微生物通常生活在營養(yǎng)物質(zhì)貧乏的環(huán)境中，因
此它們必須具有將營養(yǎng)物質(zhì)從胞外低濃度環(huán)境運輸?shù)桨麅?nèi)高濃度環(huán)
境的逆濃度運輸能力，而且細胞質(zhì)膜必須具有選擇透過性，允許營
養(yǎng)物質(zhì)進入胞內(nèi)，而阻止其他物質(zhì)自由進入。由于營養(yǎng)物質(zhì)的多樣
性和復(fù)雜性，微生物有多種方式對營養(yǎng)物質(zhì)進行運輸。其中最重要
的幾種包括促進擴散、主動運輸和基團轉(zhuǎn)位。在真核微生物中尚未
發(fā)現(xiàn)基團轉(zhuǎn)位，它們可以通過胞吞作用吸收營養(yǎng)物質(zhì)。
  細胞若通過被動擴散有效地吸收某種營養(yǎng)物質(zhì)時，要求該物質(zhì)胞
外濃度大大高于其胞內(nèi)濃度，而且吸收速度隨著細胞對該物質(zhì)吸收
量的增加而下降，除非該物質(zhì)進入細胞后被立即利用而沒有導(dǎo)致其
胞內(nèi)濃度過高。
  載體蛋白(carrier protein)也稱透過酶(permease)是一種位
于質(zhì)膜上的蛋白質(zhì)，在載體蛋白的幫助下，可以大大提高通過選擇
性滲透膜的擴散速度。在載體蛋白協(xié)助下進行擴散的運輸方式稱為
促進擴散。促進擴散的速度隨著胞內(nèi)外營養(yǎng)物質(zhì)濃度差的增加而增
加，在營養(yǎng)物質(zhì)濃度較低的情況下，增加的幅度大大高于被動擴散
。值得注意的是，當載體蛋白被飽和時，也就是說，載體蛋白分子
最大限度地與營養(yǎng)物分子結(jié)合并協(xié)助其運輸時，促進擴散的速度就
不再隨胞內(nèi)外營養(yǎng)物質(zhì)濃度差的增加而增加，促進擴散速度與營養(yǎng)
物質(zhì)濃度梯度之間的關(guān)系類似酶與底物之間相互作用的關(guān)系，而與
反映被動擴散規(guī)律的線性曲線完全不同。另外，載體蛋白與酶的相
似之處還表現(xiàn)在其對所運輸物質(zhì)具有專一性，每種載體蛋白只選擇
性地運輸緊密相關(guān)的某類物質(zhì)。盡管有載體蛋白的參與，促進擴散
還是一種擴散運輸方式，必須依賴于膜內(nèi)外營養(yǎng)物質(zhì)濃度差的驅(qū)動
，并隨著濃度差的消失而停止，在這一過程中不需要輸入代謝能。
細胞通過將運輸?shù)臓I養(yǎng)物轉(zhuǎn)變成另一化合物，在真核生物中可將營
養(yǎng)物轉(zhuǎn)移到其他膜的區(qū)室中，從而保持胞內(nèi)外營養(yǎng)物的濃度差。有
意思的是，有些載體與哺乳動物眼晶體的主要內(nèi)在蛋白相關(guān)，因而
屬于MIP蛋白家族。細菌中兩種分布最廣的MIP通道是運輸水的水膜
孔蛋白和幫助甘油擴散的甘油促進因子。
  盡管人們對促進擴散的機制進行了很多研究，但對這一過程并
未完全了解。似乎載體蛋白復(fù)合物橫跨細胞膜，當營養(yǎng)物質(zhì)在膜外
與其結(jié)合后，載體蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，并將營養(yǎng)物質(zhì)釋放于胞內(nèi)，
然后載體蛋白恢復(fù)其原來構(gòu)象，并隨時準備與胞外營養(yǎng)物質(zhì)分子結(jié)
合而進行下一輪運輸。這一過程的結(jié)果是非脂溶性物質(zhì)在濃度差的
驅(qū)動下穿過細胞膜進人胞內(nèi)。

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