嗜極微生物ppt

1、 極端環(huán)境如高溫、低溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高鹽、高滲、干旱以及含高濃度的有機(jī)溶劑重金屬和其他有毒物質(zhì)的環(huán)境和高輻射環(huán)境等。凡依賴這些環(huán)境才能正常生長的繁殖的微生物叫做嗜極菌或極端微生物。嗜熱微生物嗜熱微生物嗜冷微生物嗜冷微生物嗜酸微生物嗜酸微生物嗜堿微生物嗜堿微生物嗜鹽微生物嗜鹽微生物嗜壓微生物嗜壓微生物抗輻射微生物抗輻射微生物NO.1NO.1 嗜熱微生物（thermophiles）是一種能在高于4050溫度下生長 ，最適生長溫度 5565，最高生長溫度80的微生物，大部分為細(xì)菌，常見于溫泉，堆肥，發(fā)酵工業(yè)中。例如發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用的德氏乳酸桿菌的最適生長溫度為4550，嗜熱糖化芽孢桿菌為65。

2、（1 1）兼性嗜熱菌：最高生長溫度在）兼性嗜熱菌：最高生長溫度在404050 50 之間，但最適生長溫度仍在中溫范圍內(nèi)，故又之間，但最適生長溫度仍在中溫范圍內(nèi)，故又稱為耐熱菌。稱為耐熱菌。（2 2）專性嗜熱菌：最適生長溫度在）專性嗜熱菌：最適生長溫度在40 40 以上，以上，40 40 以下則生長很差，甚至不能生長。以下則生長很差，甚至不能生長。（3 3）極端嗜熱菌：最適生長溫度在）極端嗜熱菌：最適生長溫度在65 65 以上，以上，最低生長溫度在最低生長溫度在40 40 以上。以上。根據(jù)對溫度的不同要求，嗜熱菌根據(jù)對溫度的不同要求，嗜熱菌可劃分為可劃分為3 3類：類：嗜熱嗜熱菌的結(jié)構(gòu)特征菌的結(jié)

3、構(gòu)特征（1 1）胞內(nèi)酶）胞內(nèi)酶和蛋白質(zhì)在高溫時(shí)更穩(wěn)定和蛋白質(zhì)在高溫時(shí)更穩(wěn)定（分子中（分子中1 1個(gè)或多個(gè)部位被某些氨基酸所取個(gè)或多個(gè)部位被某些氨基酸所取代，能以特殊的方式折疊，抵抗溫度的變性代，能以特殊的方式折疊，抵抗溫度的變性作用）；作用）；（2 2）細(xì)胞）細(xì)胞質(zhì)膜富含飽和脂肪酸，因而膜質(zhì)膜富含飽和脂肪酸，因而膜在高溫下仍很穩(wěn)定并發(fā)揮功能；在高溫下仍很穩(wěn)定并發(fā)揮功能；（3 3）其）其核酸有熱穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)，核酸有熱穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)，tRNAtRNA在在特定的堿基區(qū)域含較多特定的堿基區(qū)域含較多GCGC對。對。 類脂的敏感作用類脂的敏感作用重要重要代謝產(chǎn)物的迅速再合成代謝產(chǎn)物的迅速再合成蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的

4、熱穩(wěn)定性的熱穩(wěn)定性作用作用機(jī)理機(jī)理類脂類脂的敏感作用的敏感作用嗜熱菌細(xì)胞質(zhì)膜的化學(xué)成分，隨環(huán)境溫度的升嗜熱菌細(xì)胞質(zhì)膜的化學(xué)成分，隨環(huán)境溫度的升高不僅類脂總含量增加，而且細(xì)胞中的高熔點(diǎn)飽高不僅類脂總含量增加，而且細(xì)胞中的高熔點(diǎn)飽和脂肪酸也增加，即長鏈飽和脂肪酸增加，不飽和脂肪酸也增加，即長鏈飽和脂肪酸增加，不飽和脂肪酸減少。脂肪酸熔點(diǎn)的高低和熱穩(wěn)定性呈和脂肪酸減少。脂肪酸熔點(diǎn)的高低和熱穩(wěn)定性呈如下順序：直鏈飽和脂肪酸如下順序：直鏈飽和脂肪酸帶支鏈飽和脂肪酸帶支鏈飽和脂肪酸不飽和脂肪酸。不飽和脂肪酸。另外，飽和脂肪酸比不飽和脂肪酸能形成更多另外，飽和脂肪酸比不飽和脂肪酸能形成更多的疏水鍵，從而進(jìn)一

5、步增加膜的穩(wěn)定性。的疏水鍵，從而進(jìn)一步增加膜的穩(wěn)定性。眾所周知，細(xì)胞膜由雙層類脂構(gòu)成，但古細(xì)菌眾所周知，細(xì)胞膜由雙層類脂構(gòu)成，但古細(xì)菌中嗜熱菌其雙層類脂進(jìn)行了共價(jià)交聯(lián)，成為兩面中嗜熱菌其雙層類脂進(jìn)行了共價(jià)交聯(lián)，成為兩面都是水基的單層都是水基的單層脂，脂，并且保持了完整的疏水層，并且保持了完整的疏水層，這種結(jié)溝，極大地增強(qiáng)了其耐熱性。這種結(jié)溝，極大地增強(qiáng)了其耐熱性。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性的熱穩(wěn)定性科學(xué)家已從嗜熱菌中分離出多種蛋白質(zhì)，科學(xué)家已從嗜熱菌中分離出多種蛋白質(zhì)，其中包括許多重要的酶類，它們的熱穩(wěn)定性高其中包括許多重要的酶類，它們的熱穩(wěn)定性高于中溫型細(xì)菌的類似蛋白，而且，在細(xì)胞內(nèi)生于中溫型細(xì)

6、菌的類似蛋白，而且，在細(xì)胞內(nèi)生活狀況下這種差別更加明顯。嗜熱菌蛋白質(zhì)的活狀況下這種差別更加明顯。嗜熱菌蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性取決于兩個(gè)方面：一方面，其蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性取決于兩個(gè)方面：一方面，其蛋白質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定；另一方面，嗜熱菌細(xì)胞的天然結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定；另一方面，嗜熱菌細(xì)胞內(nèi)存在著促進(jìn)熱穩(wěn)定性的因素。實(shí)驗(yàn)證明，蛋內(nèi)存在著促進(jìn)熱穩(wěn)定性的因素。實(shí)驗(yàn)證明，蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中個(gè)別氨基酸的改變，就可導(dǎo)致白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中個(gè)別氨基酸的改變，就可導(dǎo)致其熱穩(wěn)定性的改變。嗜熱菌蛋白質(zhì)天然結(jié)構(gòu)的其熱穩(wěn)定性的改變。嗜熱菌蛋白質(zhì)天然結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可能就是由于其中個(gè)別氨基酸的細(xì)微穩(wěn)定性，可能就是由于其中個(gè)別氨基酸的細(xì)微改變而引起

7、的，至于究竟有哪些改變，還有待改變而引起的，至于究竟有哪些改變，還有待科學(xué)家的進(jìn)一步研究?？茖W(xué)家的進(jìn)一步研究。重要重要代謝產(chǎn)物的迅速再代謝產(chǎn)物的迅速再合成合成嗜熱菌中tRNA的周轉(zhuǎn)率大于中溫菌的周轉(zhuǎn)率；并且，其DNA中的GC含量高于中溫菌的GC含量。一般中溫菌的GC含量為44.9mol%，而嗜熱芽飽桿菌DNA中的GC含量為53.2mol%。GC含量越高，DNA分子的解鏈溫度也越高。嗜熱菌在高溫下不但熱穩(wěn)定性高，而且代謝快，其速率等于或大于熱不穩(wěn)定代謝物的轉(zhuǎn)化，因此，重要代謝產(chǎn)物能夠迅速再合成。隨著對嗜熱菌研究的廣泛開展和進(jìn)行，新的菌種不斷被發(fā)現(xiàn)。在這些新發(fā)現(xiàn)的菌種中，從意大利一處海底火山口附近

8、的硫磺礦區(qū)分離到的一種極端嗜熱菌，最使科學(xué)家們感興趣，它是迄今所知嗜熱性最強(qiáng)的細(xì)菌。Pyrodictium生長的溫度范圍85110，最適生長溫度為105；pH值范圍57；對鹽分的適應(yīng)范圍很廣，為1.2%12%，最適鹽度為1.5%；嚴(yán)格化能無機(jī)營養(yǎng)型，利用H2和元素硫形成大量的H2S；嚴(yán)格厭氧，暴露在氧氣下，數(shù)分鐘后即失活。該菌在保持H2/CO2氣相條件、并供給硫的人工合成海水中能夠生存，在培養(yǎng)過程中，加入酵母浸出液和蛋白胨可刺激其生長。嗜熱菌在開發(fā)應(yīng)用方面有著廣闊的前景嗜熱菌可用于細(xì)菌浸礦、石油及煤炭的脫硫。嗜熱真菌通常存在于堆肥、干草堆和碎木堆等高溫環(huán)境中，有助于一些有機(jī)物的降解。利用嗜熱菌

9、對廢水廢料進(jìn)行厭氧處理，可提高反應(yīng)速度，消滅污水污物中的病原微生物。在發(fā)酵工業(yè)中，可以利用其耐高溫的特性，提高反應(yīng)溫度，增大反應(yīng)速度，減少中溫型雜菌污染的機(jī)會(huì)。嗜熱菌可用于生產(chǎn)多種酶制劑，例如纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等，由這些微生物中產(chǎn)生的酶制劑熱穩(wěn)定性好、催化反應(yīng)速率高，易于在室溫下保存。此外，嗜熱菌研究中最引人注目的成果之一就是將水生棲熱菌中耐熱的Taq DNA聚合酶用于基因的研究和遺傳工程的研究以及基因技術(shù)的廣泛應(yīng)用中。NO.2NO.2 嗜冷微生物是一種最低生嗜冷微生物是一種最低生長溫度長溫度0 0 以下，最適生長以下，最適生長溫度溫度 15 15 ，最高生長溫，最高生長溫度度2

10、020左右的細(xì)菌，一般生左右的細(xì)菌，一般生長在地球兩極，海洋深處。長在地球兩極，海洋深處。還有種兼性嗜冷菌，能在還有種兼性嗜冷菌，能在0 0 生長，但最適生長溫生長，但最適生長溫度度 2040 2040 。常見于冷。常見于冷水，土壤，冰箱變質(zhì)腐敗的水，土壤，冰箱變質(zhì)腐敗的食物中，是影響冰箱中食物食物中，是影響冰箱中食物變質(zhì)的的主要微生物類群。變質(zhì)的的主要微生物類群。永久凍土發(fā)現(xiàn)嗜冷細(xì)菌永久凍土發(fā)現(xiàn)嗜冷細(xì)菌1. 1.專性嗜冷菌適應(yīng)在低于專性嗜冷菌適應(yīng)在低于2020以下的環(huán)境以下的環(huán)境中生活，高于中生活，高于2020即死亡。即死亡。2.2.兼性嗜冷菌可以在低溫下生長，但也可兼性嗜冷菌可以在低溫下生

11、長，但也可以在以在2020以上生長。以上生長。嗜冷微生物可以分為專性和兼性兩類：嗜冷微生物可以分為專性和兼性兩類：嗜冷菌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與耐受機(jī)理嗜冷菌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與耐受機(jī)理1.嗜冷酶在低溫下具有較高的催化效率，從結(jié)構(gòu)方面講，嗜冷酶低溫下的活性主要得益于其分子組成特點(diǎn)引起的空間高柔韌性結(jié)構(gòu)。2.嗜冷微生物體內(nèi)的核糖體提取物、RNA聚合酶、延伸因子和肽基-脯氨酰基的順位異構(gòu)在零攝氏度左右具有活性，可保持蛋白質(zhì)折疊率，核酸結(jié)合蛋白和RNA解旋酶的正常表達(dá)，可維持DNA和RNA二次結(jié)構(gòu)低溫下的可變性。3.嗜冷菌中二氫尿嘧啶含量高，有助于轉(zhuǎn)運(yùn)RNA局部構(gòu)相，有較好的柔性，較好的流動(dòng)性，這也是對低溫的一種適應(yīng)。

12、4.當(dāng)溫度環(huán)境突然降低，微生物會(huì)相應(yīng)誘導(dǎo)表達(dá)多種蛋白，被稱為冷休克蛋白，他們能協(xié)助低溫時(shí)RNA的轉(zhuǎn)錄和DNA的復(fù)制。5.抗凍蛋白具有改變晶體結(jié)構(gòu)，阻止胞外細(xì)小冰晶重結(jié)晶，以及通過熱滯效應(yīng)（降低水的冰點(diǎn)但不改變其熔點(diǎn)）使生物可以在低溫下生存的功能。6.低溫下嗜冷菌通過改變膜脂的結(jié)構(gòu)來增加其流動(dòng)性。NO.3NO.3 嗜酸微生物嗜酸微生物嗜酸微生物是指嗜酸微生物是指生長的最適生長的最適pHpH在在4 4個(gè)以下的微生物。個(gè)以下的微生物。弱酸性（弱酸性（Ph34Ph34）的自然環(huán)境較普遍，的自然環(huán)境較普遍，如某些湖泊、泥炭如某些湖泊、泥炭土和酸性沼澤土和酸性沼澤嗜酸微生物的分類嗜酸微生物的分類 根據(jù)最適

13、溫度分為嗜溫嗜酸菌、中等嗜熱嗜酸菌、極端嗜熱嗜酸菌。根據(jù)碳源可分為化能自養(yǎng)菌和化能異養(yǎng)菌，還有部分屬于自養(yǎng)異養(yǎng)兼具的嗜酸菌。根據(jù)分子氧與嗜酸微生物的關(guān)系還分為好氧、兼性厭氧和嚴(yán)格厭氧型。 嗜酸微生物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與作用機(jī)理嗜酸微生物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與作用機(jī)理 1 1、細(xì)胞膜的改變、細(xì)胞膜的改變 嗜酸微生物在酸性環(huán)境中生存，細(xì)胞膜是嗜酸微生物在酸性環(huán)境中生存，細(xì)胞膜是唯一抵御外界唯一抵御外界H+H+侵害的屏障，細(xì)胞膜表面會(huì)聚集侵害的屏障，細(xì)胞膜表面會(huì)聚集很多金屬離子，這些金屬離子會(huì)與很多金屬離子，這些金屬離子會(huì)與H+H+發(fā)生交換作發(fā)生交換作用，避免過量用，避免過量H+H+對細(xì)胞的毒害作用。對細(xì)胞的毒害作用

14、。 此外，細(xì)胞膜上某些物質(zhì)組成的改變也會(huì)對此外，細(xì)胞膜上某些物質(zhì)組成的改變也會(huì)對嗜酸微生物的抗酸性產(chǎn)生一定作用，如硫桿菌的嗜酸微生物的抗酸性產(chǎn)生一定作用，如硫桿菌的外膜外膜LPSLPS層含磷較少，由于缺乏親水性的磷酸根離層含磷較少，由于缺乏親水性的磷酸根離子，可以保持較高疏水性，使細(xì)胞膜在酸性環(huán)境子，可以保持較高疏水性，使細(xì)胞膜在酸性環(huán)境下保持穩(wěn)定性，不易解體。嗜酸微生物一般都能下保持穩(wěn)定性，不易解體。嗜酸微生物一般都能夠產(chǎn)生抗酸水解的蛋白質(zhì)，如鞭毛。夠產(chǎn)生抗酸水解的蛋白質(zhì)，如鞭毛。2、嗜酸微生物還具有耐重金屬的特點(diǎn)其機(jī)理為：將有毒金屬排出細(xì)胞；在細(xì)胞內(nèi)/細(xì)胞外對重金屬進(jìn)行綁定，降低重金屬的毒

15、性；通過滲透障礙阻止重金屬進(jìn)入細(xì)胞；調(diào)節(jié)細(xì)胞中某些成分，使其降低對重金屬的敏感性；將重金屬轉(zhuǎn)化為無毒形式，排除體外。NO.4 NO.4 嗜堿微生物嗜堿微生物嗜堿微生物是指最適生長在嗜堿微生物是指最適生長在pH8pH80 0以上，通常在以上，通常在9-109-10之間的微生物。之間的微生物。依據(jù)對pH要求不同，分為專性和兼性噬堿菌。專性嗜堿菌：在pH中性或以下不能生長的細(xì)菌。兼性嗜堿菌：在pH中性或以下可以生長的細(xì)菌。嗜堿微生物的分類嗜堿微生物的分類嗜堿菌的結(jié)構(gòu)嗜堿菌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作用機(jī)理特點(diǎn)及作用機(jī)理1 1、許多、許多嗜堿微生物如嗜堿芽孢桿菌、嗜堿微生物如嗜堿芽孢桿菌、堅(jiān)強(qiáng)芽孢堅(jiān)強(qiáng)芽孢桿菌桿菌R

16、ABRAB和一些未定名的芽和一些未定名的芽孢桿菌都孢桿菌都是有鞭毛、能運(yùn)動(dòng)的。是有鞭毛、能運(yùn)動(dòng)的。2 2、盡管、盡管胞外是堿性胞外是堿性pHpH值，但嗜堿微值，但嗜堿微生物的胞生物的胞內(nèi)內(nèi)pHpH值確實(shí)近中性的。因值確實(shí)近中性的。因此維持細(xì)此維持細(xì)胞內(nèi)不同胞內(nèi)不同pHpH值的組分，必值的組分，必然是細(xì)胞然是細(xì)胞表面成分，即細(xì)胞膜和細(xì)胞表面成分，即細(xì)胞膜和細(xì)胞壁。細(xì)胞壁。細(xì)胞壁在堿性條件下保護(hù)細(xì)胞中壁在堿性條件下保護(hù)細(xì)胞中起了重要起了重要的作用。的作用。3 3、Na+Na+離子和膜運(yùn)輸離子和膜運(yùn)輸 嗜堿微生物能夠在嗜堿微生物能夠在pHpH在在911911的范圍內(nèi)的范圍內(nèi)正常生長，并且生長要求正常

17、生長，并且生長要求Na+Na+。已經(jīng)證明，。已經(jīng)證明，環(huán)境中環(huán)境中Na+Na+的存在，對嗜堿芽孢桿菌的跨的存在，對嗜堿芽孢桿菌的跨膜溶質(zhì)運(yùn)輸是必須的。根據(jù)化學(xué)滲透理論，膜溶質(zhì)運(yùn)輸是必須的。根據(jù)化學(xué)滲透理論，由自由由自由ATPATP酶或呼吸引起的腺苷三磷酸代謝酶或呼吸引起的腺苷三磷酸代謝分泌的氫離子，產(chǎn)生細(xì)胞中的質(zhì)子遷移力。分泌的氫離子，產(chǎn)生細(xì)胞中的質(zhì)子遷移力。然后質(zhì)子被再次結(jié)合到細(xì)胞中不同物質(zhì)的然后質(zhì)子被再次結(jié)合到細(xì)胞中不同物質(zhì)的共同運(yùn)輸體系中。共同運(yùn)輸體系中。塞內(nèi)加爾粉紅湖嗜鹽微生物 NO.5NO.5 嗜鹽微生物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作用機(jī)理嗜鹽微生物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作用機(jī)理1 1、某些嗜鹽菌主要在細(xì)胞內(nèi)

18、積累高濃度鉀離子、某些嗜鹽菌主要在細(xì)胞內(nèi)積累高濃度鉀離子和鈉離子，另一些則在胞內(nèi)積累大量小分子極和鈉離子，另一些則在胞內(nèi)積累大量小分子極性物質(zhì)，這些小分子幫助細(xì)胞獲取水分，可根性物質(zhì)，這些小分子幫助細(xì)胞獲取水分，可根據(jù)滲透壓的變化增減其合成和降解的速率。據(jù)滲透壓的變化增減其合成和降解的速率。2 2、細(xì)胞壁中不含肽聚糖，以脂蛋白為主，高濃、細(xì)胞壁中不含肽聚糖，以脂蛋白為主，高濃度鈉離子提高了細(xì)胞壁蛋白質(zhì)亞單位之間的結(jié)度鈉離子提高了細(xì)胞壁蛋白質(zhì)亞單位之間的結(jié)合能力，維護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性。合能力，維護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性。3 3、菌體內(nèi)的一些酶含有較高的酸性氨基酸比率，、菌體內(nèi)的一些酶含有較高的酸性氨基酸比

19、率，酶分子表面具有水保持層，從而阻止酶分子相酶分子表面具有水保持層，從而阻止酶分子相互凝聚。互凝聚。4 4、嗜鹽基因的表達(dá)調(diào)控作用。、嗜鹽基因的表達(dá)調(diào)控作用。嗜壓菌是必須生活在高壓力條件下的微嗜壓菌是必須生活在高壓力條件下的微生物。能生活在高壓環(huán)境中，而不能在常生物。能生活在高壓環(huán)境中，而不能在常壓下生長的微生物被稱為專性嗜壓菌，存壓下生長的微生物被稱為專性嗜壓菌，存在于深海的菌嗜壓并嗜冷，為極端嗜壓嗜在于深海的菌嗜壓并嗜冷，為極端嗜壓嗜冷菌，在冷菌，在3500m3500m以下的油井中存在一種嗜以下的油井中存在一種嗜壓嗜熱的硫酸鹽還原菌，這種菌可以在壓壓嗜熱的硫酸鹽還原菌，這種菌可以在壓力為力

20、為4.054.05104kPa104kPa、溫度為、溫度為6060105105的的環(huán)境下生長。環(huán)境下生長。嗜壓微生物嗜壓微生物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與作用機(jī)理的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與作用機(jī)理耐高壓或嗜高壓微生物的耐高壓機(jī)理尚不清楚。一般高壓并不能殺死嗜壓微生物，壓力只不過是能影響微生物的生理機(jī)能和生物化學(xué)反應(yīng)的速度。在高壓下，蛋白質(zhì)合成以及細(xì)胞膜的運(yùn)輸功能等速度減慢，致使極端嗜壓菌的生長速度緩慢。增加壓力會(huì)降低酶與底物結(jié)合的能力，為使細(xì)胞內(nèi)所受的壓力減至最小，極端嗜壓菌的酶將其蛋白質(zhì)分子進(jìn)行折疊。NO.7 NO.7 抗輻射微生物抗輻射微生物與上述不同的是與上述不同的是, ,耐輻射微生物對輻耐輻射微生物對輻射環(huán)境射環(huán)境 如如X-X-射線或紫外線僅有抗性或射線或紫外線僅有抗性或耐受性耐受性, ,而不是而不是 “ “嗜好嗜好”。人們在海水。人們在海水表面分離到了耐輻射的微生物表面分離到了耐輻射的微生物, ,在不同在不同深度分布的耐輻射微生物的種類不同深度分布的耐輻射微生物的種類不同; ; 在植物葉面也有耐輻射微生物存在在植物葉面也有耐輻射微生物存在, ,葉葉脈處較多脈處較多; ; 在大氣的外層和地冕中均分在大氣的外層和地冕中均分離到了微生物離到了微生物, ,只是只是 由于條件所限由于條件所限, ,人人們研究得較少。們研究得較少。 可能生存在火星上的微生物，其生存策略也許能