華南理工大學工業(yè)微生物考研復習題(共23頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上微生物發(fā)酵生理學復習思考題第一章 緒論1. 微生物生理學的研究對象與范圍有哪些？研究對象：微生物發(fā)酵生理學是微生物學的一個分支，以發(fā)酵工業(yè)涉及的原核微生物與真核微生物為研究對象，系統(tǒng)闡述工業(yè)微生物自身普遍的以及特殊的生理活動方式與規(guī)律，介紹微生物細胞的精細結構；細胞的新陳代謝、生物大分子的合成與分解及其調(diào)節(jié)控制；微生物的生長、繁殖以及影響其生長繁殖的種種因素；發(fā)酵產(chǎn)物（有機酸、氨基酸、核苷酸、抗生素等）的生物合成與代謝調(diào)控，并以此理論指導代謝控制育種與代謝控制發(fā)酵方案的實施。研究范圍：1、微生物細胞的結構與功能。包括微生物大分子的結構和功能，即研究核酸、蛋白質(zhì)、生物合

2、成、信息傳遞、膜結構與功能等，以及這些生物大分子如何組建成新的細胞結構和產(chǎn)生新的生命個體的方式、特點與規(guī)律。還包括營養(yǎng)物質(zhì)及其吸收，能量的產(chǎn)生與消耗等。2、微生物的生長與環(huán)境。闡明微生物生長、繁殖、形態(tài)發(fā)生與細胞分化的特點與規(guī)律。3、微生物代謝與控制。在基因和分子水平上，研究不同生理類型微生物的各種代謝途徑和調(diào)控、能量產(chǎn)生和轉換，以及嚴格厭氧和其他極端條件下的代謝活動。2. 巴斯德、科赫和弗萊明等科學家在微生物生理學的建立和發(fā)展中有哪些重要的貢獻？巴斯德：19世紀中后期，法國科學家路易斯·巴斯德系統(tǒng)地研究了酒精、乳酸等的發(fā)酵原理及某些疾病的病原微生物，奠定了微生物發(fā)酵生理學的科學基礎

3、。科赫：與巴斯德同時代的德國微生物學家羅伯特·科赫對新興的微生物發(fā)酵生理學做出了巨大的貢獻，首創(chuàng)細菌的染色方法，采用了以瓊脂作凝固培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌和分離單菌落而獲得純培養(yǎng)的操作過程；他規(guī)定了鑒定病原細菌的方法和步驟，提出著名的科赫法則。科赫法則(Koch's postulates)包括：1 在每一病例中都出現(xiàn)相同的微生物，且在健康者體內(nèi)不存在；2 要從寄主分離出這樣的微生物并在培養(yǎng)基中得到純培養(yǎng)（pure culture）；3用這種微生物的純培養(yǎng)接種健康而敏感的寄主，同樣的疾病會重復發(fā)生；4 從試驗發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物來。弗萊明：1929年，英國細菌學家亞歷山

4、大·弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉菌能抑制葡萄球菌的生長，揭示了微生物間的拮抗關系，并發(fā)現(xiàn)了青霉素。3. 微生物基因組學、蛋白質(zhì)組學及代謝組學等技術的發(fā)展和完善對微生物生理學的研究有何深遠的影響？隨著基因組學、蛋白質(zhì)組學和分子遺傳技術如DNA芯片、蛋白質(zhì)芯片以及微生物代謝工程技術的發(fā)展和完善，微生物發(fā)酵生理學的研究得以迅速向縱深發(fā)展，已從細胞水平、酶學水平逐漸進入到基因水平、分子水平和后基因組水平，而且微生物發(fā)酵生理學的宏觀研究領域也大為拓寬。目前微生物發(fā)酵生理學的研究內(nèi)容已從糖質(zhì)原料為碳源的異養(yǎng)微生物擴大到非糖質(zhì)原料為碳源的微生物生物與特殊類型的微；從研究一般代謝途徑深入到研究代謝的調(diào)節(jié)；從研究一

5、般的微生物到極端條件下的微生物；從對結構與功能的描述到研究細胞結構重建等。新世紀微生物基因組學及其功能的研究，將進一步擴大到與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境資源等密切相關的重要微生物，將為進一步利用和改造微生物菌種，不斷的提高目標產(chǎn)物的生產(chǎn)水平或生產(chǎn)新的產(chǎn)物提供了可能性。隨著基因組作圖測序方法的不斷進步與完善，基因組研究將成為一種常規(guī)的研究方法，基于基因工程技術和微生物大規(guī)模測序技術發(fā)展起來的蛋白組學、代謝組學、通量組學等高通量分析技術不僅可用于改變微生物細胞中的代謝網(wǎng)絡和表達調(diào)控網(wǎng)絡，也可以用于改善工業(yè)微生物的勝利性能，從而使微生物發(fā)酵生理學的發(fā)展產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，并將帶動分子微生物學等基礎研究學科的發(fā)展。4

6、. 微生物生理學的研究和應用對當今人類社會可持續(xù)發(fā)展有何重要意義？解決人類生存和發(fā)展面臨的主要問題，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，在很大程度上要依靠生物科學與技術，包括微生物發(fā)酵生理學來解決。（1）糧食與農(nóng)業(yè)問題：微生物的活動使得土壤具有生物活性性能，推動著自然界中最重要的物質(zhì)循環(huán)，并改善著土壤的持水、透氣、供肥、保肥和冷熱調(diào)節(jié)的能力，有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)作物的防病、防蟲害也與微生物的生理活動密切相關。另外，農(nóng)產(chǎn)品的加工、貯藏，實際上很多是利用有益的微生物作用或是抑制有害微生物危害的技術。隨著科技學技術的發(fā)展，微生物發(fā)酵生理學與農(nóng)業(yè)科學之間的關系必將越來越密切。（2）資源與能源問題：由于微生

7、物發(fā)酵具有代謝產(chǎn)物種類多、原料來源廣、能源消耗低、經(jīng)濟效益高和環(huán)境污染少等特點，故必將逐步取代目前需高溫、高壓、能耗大和“三廢”嚴重的化學工業(yè)。（3）環(huán)境保護問題：微生物是有機廢水污染物和有毒化合物和強有力的分解者和轉化者，起著環(huán)境清道夫的作用。（4）醫(yī)藥與健康問題：防治各種傳染病的主要手段是各種微生物產(chǎn)生的藥物，尤其是抗生素；此外，一大批與人類健康、長壽有關的生物制品，例如疫苗、菌苗和類毒素等均是微生物的產(chǎn)品；基因工程菌將形成一批強大的工業(yè)生產(chǎn)菌，特別是藥物的生產(chǎn)將出現(xiàn)前所未有的新局面。在新世紀人類將進一步去征服癌癥、艾滋病以及其他特殊的疾病，為人類的生存、健康和可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻。第

8、二章 微生物細胞的結構與功能1. 試比較原核生物與真核生物的異同。微生物細胞結構上有兩種基本的形式，即原核細胞和真核細胞。原核生物包括細菌、放線菌、藍細菌、古生菌、支原體、立克次體和衣原體等。真核生物包括酵母菌、霉菌、藻類和原生動物等。原核細胞與真核細胞的最重要區(qū)別在于核的結構，原核細胞缺乏核膜或核被膜，而僅由一環(huán)狀DNA分子形成核區(qū)或擬核裸露游離在細胞質(zhì)中；真核細胞有一個真正的核，這是包圍在核膜內(nèi)的一個結構，其中有含有遺傳物質(zhì)的染色體。他們之間的另一個區(qū)別應強調(diào)的是核糖體的大小，原核生物核糖體的沉降系數(shù)為70S，由30S和50S兩個亞單位組成，而真核生物細胞質(zhì)的核糖體沉降系數(shù)為80S，但線粒

9、體和葉綠體沉降系數(shù)與原核生物的相同。此外，原核細胞的細胞質(zhì)內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體和溶酶體等膜細胞器，微管似乎也不存在，在真核細胞中微管普遍存在。原核細胞和真核細胞雖然在結構上存在很大差異，但在化學組成上卻是十分相似的，都含有類似成分的蛋白質(zhì)、核糖、多糖和脂類，都具有同一類型的代謝機制。在化學上的主要差異在于真核細胞的膜內(nèi)普遍含有甾醇，而原核細胞的膜內(nèi)普遍沒有甾醇以及細胞壁化學組成有所不同。2. 請解釋三域?qū)W說（Three Domain Proposal）。20世紀70年代，美國科學家Carl Woese發(fā)現(xiàn)一群序列奇異的細菌甲烷細菌是地球上最古老的生命形式與細菌在同一進化分枝上，即同屬

10、原核生物群、這類細菌稱為古細菌（Archaebacteria)，古細菌與原核生物、真核生物間的16SrRNA序列的同源相似性均低于60，因此，1990年Woese等人正式提出了生命系統(tǒng)是由細菌（bacteria)域、古菌（Archae)域和真核生物（Eukarya) 域所構成的三域?qū)W說（Three Domain Proposal)。3. 為什么將16S rRNA或18S rRNA作為生物進化的標尺？ 16S rRNA 為原核生物核糖體中一種核糖體RNA , 大小約1.5kb左右, 由多個臂環(huán)組成, 部分堿基配對,其余形成環(huán),可劃分成四個結構域,其序列具有高度的保守性,有“細菌化石”之稱。相對應

11、的，在真核生物中為18SrRNA。16S rRNA或18S rRNA被普遍公認為是一把好的譜系分析的“分子尺”，是因為： 1）16S rRNA或18S rRNA具有重要且恒定的生理功能；2）具有高度保守、中度保守和高度變化序列區(qū)域，因而適用于距離不同的各類生物親緣關系的研究；3）分子量大小適中，便于序列分析；4）rRNA在細胞中含量大（約占細胞中RNA的90%），也易于提取；5）普遍存在于真核及原核生物細胞中，因此可作為測量各類生物進化的工具。 功能重要的大分子比不重要的進化的慢，16SrRNA被普遍認為是一把好的譜系分析的“分子尺”。4. 試比較G與G細胞壁的組成與結構。 G細胞壁結構較簡單

12、，它是較厚(2080nm)的不分層結構，由肽聚糖和磷壁酸組成，由磷壁酸的末端磷酸基共價結合到肽聚糖的胞壁酸上。他們可能組成了薄的單層結構物，然后多層重疊起來，使細胞壁具有堅韌性。如果細胞壁的肽聚糖層被消溶，G細胞成為原生質(zhì)體（protoplasts），細胞壁不復存在，而只存留細胞膜。除鏈球菌外，大多數(shù)G細菌細胞壁中含極少蛋白質(zhì)。 G細胞壁結構較復雜，是由外壁層和肽聚糖層組成的多層結構，厚約1015nm。外壁層與肽聚糖層之間存在一定的空隙，稱之為周質(zhì)空間，內(nèi)含水溶性蛋白，其中有的具酶促作用，稱之為周質(zhì)酶，主要是磷酸酶類。外壁層位于外表面，由50%脂多糖、15%脂蛋白和35%磷脂組成。具有類似于細

13、胞膜那樣的脂質(zhì)雙分子層結構特征，即雙分子層磷脂中鑲嵌著蛋白質(zhì)和脂多糖。脂多糖是G細胞壁的特有成分，其疏水性部門嵌在外壁層內(nèi)，親水性部分延伸到細胞外的水溶液中。此外還有脂蛋白，它以肽鏈與肽聚糖層中某些二氨基庚二酸相連接，以其脂類部分與外壁層的磷脂相連，在外壁層和肽聚糖層之間起搭橋作用，脂蛋白還在保持細胞外膜結構的完整性上起作用。外膜內(nèi)是肽聚糖層，可能只有12個單分子層組成的薄層，夾在外膜與細胞膜這兩層單位膜結構中間，對G的細胞形態(tài)起決定作用。5. DAP（diaminopimelic acid）、teichoic acid、DPA（dipicolinic acid）、LPS（lipopolyac

14、charide）分別是什么? 這些化合物分別出現(xiàn)在細菌細胞的什么結構中?有何功能?DAP（diaminopimelic acid）：二氨基庚二酸，存在于細菌細胞壁的肽聚糖中。N-乙酰葡萄糖胺（G）和N-乙酰胞壁酸（M）相互交替連接成聚糖鏈，聚糖鏈通過短肽的交聯(lián)而形成了網(wǎng)狀結構的大分子。短肽一般是四肽，短肽具有特定的氨基酸順序：A1-A2-A3-D-Ala，在G-中，四肽尾的第3個氨基酸是內(nèi)消旋二氨基庚二酸(m-DAP)，一種只有在原核微生物細胞壁上才有的氨基酸。 G-肽聚糖沒有特殊的肽橋，其前后兩個單體間的連接僅通過甲四肽尾的第4個氨基酸D-ala的羧基與乙四肽尾的第3個氨基酸mDAP的氨基直

15、接相連 ,只形成較為疏稀、機械強度較差的肽聚糖網(wǎng)套。teichoic acid：磷壁酸，存在于G+的細胞壁和細胞膜中，分壁磷壁酸和膜磷壁酸。壁磷壁酸和細胞壁中肽聚糖連接，膜磷壁酸一端和細胞膜相連，另一端游離于細胞壁外。磷壁酸帶負電荷，使細胞壁形成負電荷環(huán)境，增強膜對二價陽離子的吸收，尤其是Mg2+，以保持有關的細胞壁合成酶的活性，鎂也有利于維持細胞膜的完整性；貯藏P元素；增強某些致病菌對宿主細胞的粘連，避免被白細胞吞噬以及抗補體的作用；磷壁酸抗原性很強，是G+的重要表面抗原，噬菌體的特異性吸附受體，作為細菌分類、鑒定的依據(jù)；調(diào)節(jié)細胞內(nèi)自溶素的活力，防止細胞因自溶而死。DPA（dipicolin

16、ic acid）：吡啶二羧酸，LPS（lipopolysaccharide）：脂多糖，是G-細胞壁的特有成分，由類脂A、核心寡糖和O-側鏈三部分構成。LPS結構的多變，決定了G-細胞表面抗原決定簇的多樣性；電荷較強，有吸附Mg2+、Ca2+以提高其在細胞表面濃度的作用；類脂A是G-致病物質(zhì)內(nèi)毒素的物質(zhì)基礎；有控制某些物質(zhì)進出細胞的部分選擇性功能；噬菌體在細胞表面的吸附受體。6. 論述不同微生物細胞制備原生質(zhì)體的原則與依據(jù)。 根據(jù)各種微生物細胞壁的組成和結構不同，可以選用不同的酶或再結合一些其他措施去除細胞壁，下表綜合列出各種微生物細胞制備原生質(zhì)體的方法。微生物細胞壁主要成分脫壁法G+細菌芽孢菌

17、葡萄球菌鏈霉菌肽聚糖溶菌酶處理溶葡萄球菌素處理溶菌酶處理（菌絲生長培養(yǎng)基中補充甘氨酸0.5-3.5%或蔗糖10-34%）vfG-細菌大腸桿菌肽聚糖，脂多糖溶菌酶，EDTA處理青霉、頭孢霉、曲霉酵母纖維素、幾丁質(zhì)葡聚糖、幾丁質(zhì)纖維素酶或L1酶處理蝸牛酶處理7. 生物膜結構的流動鑲嵌模型的要點是什么？膜的流動性有哪些表現(xiàn)方式？膜的流動性受哪些因素的影響？ 流動鑲嵌模型的要點：1）強調(diào)蛋白質(zhì)鑲嵌：膜是以脂雙分子層構成網(wǎng)架，蛋白質(zhì)以-螺旋環(huán)狀結構鑲嵌在網(wǎng)孔中，插入脂分子層或貫穿整個膜。整合蛋白質(zhì)以非極性區(qū)埋在脂分子層間，極性區(qū)朝膜表面。周邊蛋白只附于膜的表層。膜兩側蛋白質(zhì)在種類與數(shù)量上都不同，分布是絕

18、對不對稱的。2）強調(diào)膜的流動性：脂雙分子層呈流體狀“海洋”，周邊蛋白“漂浮”于膜上，而整合蛋白“冰山”則可在膜內(nèi)作橫向流動。膜的流動性是指膜結構分子的運動性，它包括膜脂的運動和膜蛋白的運動。1）膜脂的運動方式主要有側向擴散、旋轉運動、旋轉異構運動、左右擺動以及翻轉運動等。膜脂的流動性受著一些因素的影響，主要影響因素有：溫度：在一定溫度下，脂分子從液晶態(tài)(能流動、具有一定形狀和體積的物態(tài))轉變?yōu)槟z狀(不流動)的晶態(tài)。 這一能引起物相變化的溫度稱為相變溫度。 當環(huán)境溫度在相變溫度以上時，膜脂分子處于流動的液晶態(tài)； 而在相變溫度以下時， 則處于不流動的晶態(tài)。 膜脂相變溫度越低，膜脂流動性就越大；反

19、之，相變溫度越高，膜脂的流動性也就越小。膜脂的脂肪酸鏈：飽和程度高的脂肪酸鏈因緊密有序地排列，因而流動性?。欢伙柡椭舅徭溣捎诓伙柡玩I的存在，使分子間排列疏松而無序，相變溫度降低，從而增強了膜的流動性。脂肪酸鏈的長度對膜脂的流動性也有影響：隨著脂肪酸鏈的增長，鏈尾相互作用的機會增多，易于凝集(相變溫度增高)，流動性下降。膜脂與膜蛋白的結合程度、環(huán)境中的離子強度、pH 值等都會影響膜脂的流動性。2）細胞膜中的蛋白質(zhì)也能以側向擴散等方式運動。膜蛋白的運動也受很多因素影響。 膜中蛋白質(zhì)與脂類的相互作用、 內(nèi)在蛋白與外在蛋白相互作用、膜蛋白復合體的形成、膜蛋白與細胞骨架的作用等都影響和限制蛋白質(zhì)的流

20、動。8. 解釋細胞膜流動性和不對稱性及其生物學上的意義。膜的流動性：脂雙分子層呈流體狀“海洋”，周邊蛋白“漂浮”于膜上，而整合蛋白“冰山”則可在膜內(nèi)作橫向流動。細胞膜各結構成分在膜中是不均勻分布的，結構成分的不對稱性是細胞膜的另一重要特征，主要表現(xiàn)在以下方面：(1)蛋白質(zhì)在脂雙層中不對稱地鑲嵌分布。膜蛋白不同程度地嵌入脂雙層中或分布于膜表面。同時不同部位膜蛋白的種類和數(shù)量也不同。(2)脂分子分布的不對稱性。在脂雙層中，各種類型脂分子的分布是不均勻的。一般來說，卵磷脂、鞘磷脂多分布于脂雙層的外層，而腦磷脂則多分布于內(nèi)層。(3)糖類的不對稱分布。糖類在細胞膜中的分布具有顯著不對稱性，它們只存在于膜

21、外表面，與外層脂分子或蛋白質(zhì)結合形成糖脂或糖蛋白。 生物學上的意義：膜的不對稱性保證了膜功能的方向性，使膜兩側具有不同功能。與膜上的物質(zhì)運輸、細胞間的聯(lián)系、細胞粘著與細胞識別等有關。9. 試比較細菌質(zhì)膜間體系統(tǒng)與真菌內(nèi)膜系統(tǒng)生理功能。 細菌質(zhì)膜-間體系統(tǒng)：間體或中體是真細菌唯一的內(nèi)膜結構，由質(zhì)膜內(nèi)陷形成的一種囊袋。每個細胞有一個或數(shù)個間體，間體擴大了細胞膜的表面積，提高了代謝效率。膜中各種轉運系統(tǒng)擔負著細胞與周圍環(huán)境的物質(zhì)交換，它的高度選擇透性維持了細胞內(nèi)環(huán)境的相對恒定。產(chǎn)生并維持跨膜濃度梯度。 真核生物有比較發(fā)達的內(nèi)膜系統(tǒng)，除線粒體和葉綠體膜無連續(xù)性外，包括核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體三大部分，稱

22、為內(nèi)膜系統(tǒng)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)溝通細胞的各個組分，真核細胞中有內(nèi)膜組成的空腔結構，纏繞成卷，橫切面呈網(wǎng)狀，核糖體上合成的蛋白通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)渠道被運輸?shù)郊毎|(zhì)膜上，或分泌到胞外；高爾基體形成分泌物和溶酶體酶，對糖蛋白、脂蛋白進行修飾和改造，對蛋白質(zhì)進行加工和分選，在膜循環(huán)過程中起關鍵作用；核膜由雙層單位膜組成，基本結構與質(zhì)膜相似，是細胞核與細胞質(zhì)之間天然的選擇性屏障，避免生命活動彼此干擾，保護DNA不受機械力損傷，同時，是細胞核與細胞質(zhì)之間物質(zhì)交換與信息交流的通道。10. 以大腸桿菌為例，說明原核生物核質(zhì)的特性。 原核生物的DNA沒有核膜所包裹而游離于細胞質(zhì)當中，附著于原生質(zhì)膜的一個點上，所以原核生物的核區(qū)又稱

23、為類核或擬核。在大腸桿菌中，DNA可能是呈環(huán)狀、沒有游離端，高度折疊卷曲的，沒有特定的形態(tài)和結構，亦沒有核膜包裹，僅集中地分布在細胞質(zhì)的特定區(qū)域；沒有與堿性很強的組蛋白結合。11. 簡述真核生物染色體的組成和結構。 染色質(zhì)是DNA和大郅等量的組蛋白、大體一半量的非組蛋白，還有少量的RNA和磷脂所組成的復合體。 1）真核細胞里的DNA序列按重復頻率大致可分為三類：單一序列、重復序列和高度重復序列；2）組蛋白是所有真核生物的體細胞中與DNA連接的堿性蛋白質(zhì)，是染色體主要的結構蛋白質(zhì)之一。幾乎所有染色質(zhì)中都含有5中近乎等量的組蛋白：極富含賴氨酸的D1，稍含賴氨酸的H2a和H2b，富含精氨酸的H3和H

24、4。組蛋白主要在染色質(zhì)結構中起作用，H3和H4是形成核小體結構的必要條件；3）非組蛋白與DNA中特定基因連接在一起，解除組蛋白對RNA合成的抑制，是真核細胞基因表達調(diào)控中的一個重要因子。 染色質(zhì)的基本結構單位是核小體。構成核小體核心結構的組蛋白八聚體是由H2a、H2b、H3和H4各一對所組成，約200bp長的DNA于其表面繞1.8圈，構成直徑大約10nm扁盤狀的核小體，核小體通過DNA連接成為念珠狀的核纖絲。染色質(zhì)就是未經(jīng)盤旋纏繞的伸展狀態(tài)的核纖絲形式存在。細胞分裂時，染色質(zhì)變?yōu)槟蹱顟B(tài)，即成為染色體。12. 線粒體由哪幾部分組成？各部分主要與哪些代謝反應有關？ 線粒體由外膜、內(nèi)膜和基質(zhì)三部分

25、組成。細胞內(nèi)進行生化活動的100多種酶和輔酶，包括有關催化TCA循環(huán)、氨基酸代謝、脂肪酸分解、電子傳遞、能量轉換，以至DNA復制和RNA合成等過程所需的各種酶和輔酶，都分布在線粒體的外膜、內(nèi)膜、膜內(nèi)空間和基質(zhì)等四個部位中。內(nèi)膜含有電子傳遞和氧化磷酸化作用的酶系，TCA循環(huán)的酶系大都在基質(zhì)內(nèi)。見P40表2-913. 化學滲透學說的主要論點是什么？ 化學滲透學說的主要內(nèi)容1）呼吸鏈中的電子傳遞體在線粒體內(nèi)膜中有著特定的不對稱分布，遞氫體和電子傳遞體是間隔交替排列的，催化反應是定向的。2）在電子傳遞過程中，復合物I，III和IV的傳氫體起質(zhì)子泵的作用，將H+從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)側定向地泵至內(nèi)膜外側空間將

26、電子傳給其后的電子傳遞體。3）線粒體內(nèi)膜對質(zhì)子具有不可自由透過的性質(zhì)，泵到外側的H+不能自由返回。結果形成內(nèi)膜內(nèi)外的電化學勢梯度(由質(zhì)子濃度差產(chǎn)生的電位梯度)。4）線粒體F1-F0-ATPase復合物能利用ATP水解能量將質(zhì)子泵出內(nèi)膜，但當存在足夠高的跨膜質(zhì)子電化學梯度時，強大的質(zhì)子流通過F1-F0-ATPase進入線粒體基質(zhì)時，釋放的自由能推動ATP合成。14. 說明溶酶體和微體的結構與功能。 溶酶體：由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜包圍起來形成的泡囊，內(nèi)含50種水解酶類，主要是酸性磷酸酶、核糖核酸酶等。主要功能是消化作用。其消化底物來源有三種途徑：1）自體吞噬，吞噬的是細胞內(nèi)原有的物質(zhì)；2）通過吞噬形成的吞噬

27、體提供的有害物質(zhì)；3）通過內(nèi)吞作用提供的營養(yǎng)物質(zhì)。 微體：是一種細胞器，根據(jù)微體內(nèi)含有的酶的不同可以將微體分為過氧化小體和乙醛酸循環(huán)體。過氧化小體指含有氧化酶、過氧化氫酶等、直徑一般小于10nm、由一層單位膜包圍的球形顆粒，內(nèi)含酶對細胞具有保護作用。乙醛酸循環(huán)體在真菌游動孢子中發(fā)現(xiàn)，內(nèi)含蘋果酸合成酶、異檸檬酸裂解酶等，在此小體中形成的琥珀酸進入線粒體生成的草酰乙酸，可作為磷酸烯醇式丙酮酸的直接前提物，該細胞器還與儲藏性脂質(zhì)的代謝有關。15. 請解釋下列名詞：流動鑲嵌模型、生物膜的相變溫度、L型細菌、小菌落突變流動鑲嵌模型：針對細胞質(zhì)膜提出的一種膜的結構模型，描述膜為結構和功能上不對稱的脂雙層所

28、組成，蛋白質(zhì)以鑲嵌樣模式分布在膜的表面與內(nèi)部，并能在膜內(nèi)運動。此模型也可適用于亞細胞結構的膜。生物膜的相變溫度：膜內(nèi)磷脂分子發(fā)生晶相到液晶相轉變的溫度。L型細菌：在實驗室或宿主體內(nèi)條件下，自發(fā)突變形成的遺傳性穩(wěn)定的細胞壁缺陷型細菌。無壁，細胞呈多形態(tài)；有些能通過細菌濾器，故稱濾過型細菌；對滲透敏感，在培養(yǎng)基上形成小菌落，成“油煎蛋”狀。小菌落突變：呼吸缺陷型的突變體，比正常野生型菌落要小，不能進行有氧呼吸，不能有效地利用有機營養(yǎng)物質(zhì)迅速繁殖自身，不能回復到正常的厭氧代謝，生長慢。第三章 微生物的營養(yǎng)與生長1. 比較跨膜運輸4種方式的特點，并說明離子載體的運輸機制。(載體蛋白、能量消耗、運送方向

29、、溶質(zhì)分子的結構、運送速率快慢、運送前后物質(zhì)濃度)簡單擴散促進擴散主動運輸基團移位特異載體蛋白無有有有能量消耗不需要不需要需要需要運輸方向順濃度梯度順濃度梯度逆濃度梯度逆濃度梯度運輸?shù)姆肿痈邼舛葧r的飽和性無有有有運送前后溶質(zhì)分子不變不變不變改變運送速度慢快快快跨膜運輸四種方式的特點：（1）簡單擴散a、一種被動運輸?shù)奈镔|(zhì)跨膜運輸方式，對可通透的極性或非極性小分子物質(zhì)無特異識別作用；b、營養(yǎng)物質(zhì)運送的方向為由高濃度到低濃度，過程不需要能量參與，平衡后膜內(nèi)外物質(zhì)濃度相等；c、運輸速度與內(nèi)外濃度差成正比，但比其他三種的速率都慢；d、運輸過程中無特異載體參與，運送前后營養(yǎng)物質(zhì)不被化學修飾。（2）促進擴散

30、a、一種被動運輸?shù)奈镔|(zhì)跨膜運輸方式；b、運送方向為由高濃度到低濃度，不需要能量參與，平衡后膜內(nèi)外物質(zhì)濃度相等；c、運輸過程中有特異性載體參與，對通透的物質(zhì)有特異性識別作用d、運送前后物質(zhì)結構不被化學修飾（3）主動運輸a、運送中有特異性載體蛋白參與，對營養(yǎng)物質(zhì)有特異識別作用，各種物質(zhì)的運輸有其專一的抑制劑；b、輸送過程中須消耗能量，依能量來源的不同可區(qū)分為初級主動運輸和次級主動運輸；c、營養(yǎng)物質(zhì)的運送方向為由低濃度到高濃度，運輸過程中運輸速度可以達到飽和狀態(tài)，運輸平衡后內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)濃度顯著高于外部營養(yǎng)物質(zhì)的濃度；d、運送前后，營養(yǎng)物質(zhì)不被化學修飾。（4）基團移位a、運輸需要特異性載體，對營養(yǎng)物質(zhì)

31、具有特異識別作用，過程中需要能量；b、營養(yǎng)物質(zhì)運送方向由低濃度到高濃度，運送平衡后，內(nèi)部濃度比外部濃度高得多；c、與其他三種運輸方式不同在于運送過程中進行了化學修飾，運送前后溶質(zhì)分子的結構發(fā)生了變化。離子載體按作用方式分為活動載體和通道載體：a、活動載體運輸機制：活動載體與金屬離子配位，然后把它包在一個空腔中形成外部親脂的復合物，靠這種金屬離子載體復合物在膜內(nèi)運動實現(xiàn)輸送；b、通道載體運輸機制：通道載體相對固定在膜上形成貫穿膜兩側的親水性離子通道，使離子在沒有發(fā)生變化的情況下以原有形式通過膜，實現(xiàn)輸送。2. 舉例說明ATP動力型主動運輸系統(tǒng)。ATP動力型主動運輸系統(tǒng)：直接利用ATP或其他高能磷

32、酸化合物結合的能量，Na-K-ATPase，又稱鈉泵（sodium pump），是最典型的ATP動力型運輸系統(tǒng)。（具體見課本P70）3. 以大腸桿菌磷酸烯醇式丙酮酸糖磷酸轉移酶系統(tǒng)（PTS）為例解釋基團轉位。基團移位：需要能量，營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞時化學結構已經(jīng)改變，呈磷酸酯形式；主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細菌中，主要用于糖的運輸、脂肪酸、核苷、堿基。細菌中普遍存在的磷酸烯醇式丙酮酸轉磷酸化酶系統(tǒng)（PTS）對各種糖類的運輸就是這方面的例子。以大腸桿菌為例解釋：（1）磷酸供體：磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）催化酶：PEP轉磷酸化酶系統(tǒng)（PTS） PTS組成：包含E、E和熱穩(wěn)定蛋白（Hpr-p） E存在

33、于細胞質(zhì)膜上，誘導生成，誘導Hpr-p上的磷酸集團轉移到糖上，生成糖磷酸，其高度專一性，失去E，只失去對相應的糖的運輸能力；Hpr-p：每mol含2個His，咪唑Ni與Pi結合（2）催化反應分兩步： a、少量熱穩(wěn)定pro被PEP磷酸化 b、磷酸Hpr可將其磷酸基傳給G，同時將生成的G-6-p釋放到細胞質(zhì)，這步復合反應由E催化。（3）E的特異性源于它由G誘導產(chǎn)生（4）該系統(tǒng)對厭氧菌非常重要，有助于它節(jié)省ATP具體見課本P734. 哪些因素與谷氨酸分泌透性有關？為什么？影響因素包括如下四方面：（1）生物素類可以直接或間接影響磷脂生物合成的物質(zhì)。生物素是乙酰輔酶A羧化酶的輔基，該酶催化乙酰CoA合成

34、丙二酰CoA的反應是脂肪酸合成過程的限速步驟，因此限制生物素供量，實際就限制了脂肪酸的合成，從而使磷脂含量減少，膜結構不完全，導致Glu分泌；（2）油酸和甘油都是磷脂的組成分，對他們的控制同樣能夠控制Glu的分泌；（3）青霉素類影響細胞壁合成的物質(zhì)。青霉素造成細胞壁合成的缺陷并進一步導致細胞膜受損，從而使Glu大量排出；（4）Glu胞內(nèi)外濃度。一般認為Glu的攝入是依賴能量的主動吸收過程，而分泌則是順Glu濃度梯度的擴散現(xiàn)象，這是可逆的過程，即使分泌能力強的細胞在胞外Glu濃度變高時也有Glu向胞內(nèi)移動。5. 論述核苷酸的分泌透性與細胞內(nèi)Mn2濃度的關系。核苷酸是不易分泌出細胞外的，Mn2+對

35、產(chǎn)氨短桿菌核苷酸的分泌起關鍵作用。Mn2+引起細胞形態(tài)的變化，在Imp發(fā)酵中控制Mn2+限量，造成細胞膨脹的不規(guī)則形，膜發(fā)生異常，非常專一的膜透性被破壞，核苷酸生物合成補救途徑的酶系以及HX和R5P都分泌與體外。但當Mn2+過量時，菌體成小球狀，抑制這些物質(zhì)的分泌。Mn2+限量與生物素限量的谷氨酸分泌機制不同，Mn2+限量時，細胞脂肪酸含量提高，其機制尚未清楚；生物素限量是使脂肪酸的含量降低。6. 試述胞外酶的分泌機制。 同步翻譯機制：蛋白質(zhì)的分泌機制重點介紹信號假說模型：信號序列被翻譯成信號肽，信號肽一旦出現(xiàn)就會引導核糖體到膜上去，信號肽段在膜上可以識別一個或多個受體蛋白，通過氨基酸末端的堿

36、性區(qū)與質(zhì)膜帶負電的內(nèi)面受體蛋白結合，蛋白質(zhì)翻譯時，信號序列的疏水核心不斷插入膜中，直至切點露出膜外為止，于是在膜外形成一個孔眼或隧道，新生肽鏈即通過孔眼被輸出，當?shù)鞍踪|(zhì)部分或全部輸出后，信號肽就被一種特異的蛋白酶，即信號肽酶切割，該酶切點在信號肽和分泌蛋白間。翻譯后分泌機制：膜觸發(fā)器假說和改良的信號假說見課本P807. 試述細菌 細胞分裂控制的特點。答：細菌在分裂過程中都經(jīng)歷了染色體復制前的準備、染色體復制和細胞分裂3個階段。這3個階段所經(jīng)歷的時間不同。盡管細菌的時代時間長短不一，但DNA復制和細胞分裂過程總是相互協(xié)調(diào)，DNA復制和細胞分裂相協(xié)調(diào)的模型依據(jù)：分裂期間的細胞質(zhì)量及細胞大小隨生長速

37、率變化，但不管生長速率如何，DNA開始復制時 的質(zhì)量是恒定的。據(jù)此模型可以認為細菌內(nèi)有3種蛋白質(zhì)起作用1啟動因子 負責啟動DNA復制，但DNA復制開始后，它立即被代謝掉，在下一次復制之前，這種啟動子又合成，當達到一定濃度時又啟動DNA復制。2 啟動子不僅負責啟動DNA復制，同時也啟動分裂蛋白質(zhì)的合成，這種分裂蛋白在DNA復制完成之后進行組裝和修飾，最后成為有生物活性的分裂蛋白3 不管生長速率如何，DNA復制保持恒定的時間，在DNA復制結束時合成一種終止蛋白，它能引起細菌分裂所需要的一系列反應，最后終止蛋白和分裂蛋白質(zhì)共同作用導致細胞分裂。8. 真核細胞周期各時期的生理特點及核的變化有哪些？G1

38、期：合成細胞生長所需物質(zhì)，蛋白質(zhì)，糖類，脂類等。不合成DNA，染色質(zhì)解凝集，為DNA復制做準備S期：進行蛋白質(zhì)的合成和DNA復制，形成核小體串珠狀結構。G2期：合成一些亞細胞結構，染色質(zhì)重新組裝成高螺旋化的染色體 M期：細胞分裂，核也分裂，細胞膜也分裂，遺傳物質(zhì)分到兩個子細胞中去。答：真核細胞的細胞周期可分為4個時期：G1期、S期、G2期、和M期G1期：控制細胞周期的長短蛋白質(zhì)和RNA的合成增加，S期：DNA合成期，蛋白質(zhì)合成以誘發(fā)最后的百分之三的DNA復制G2期：合成的蛋白質(zhì)分裂誘導因子M期，有絲分裂期9. 舉例說明細菌、酵母、霉菌細胞形態(tài)分化的特點。節(jié)桿菌、芽孢菌、酵母菌的二型性，霉菌的二

39、型性答：以糞腸球菌而論，新細胞擴增的步驟1 新細胞壁合成從前一分裂周期中形成的赤道壁帶上開始，新的橫隔開始形成，并在前沿繼續(xù)合成。2 間體的作用似乎是構成新壁合成的引發(fā)點，并使DNA附著在膜上。間體在細胞分裂過程中也發(fā)展成為兩個，核質(zhì)分離，此時子細胞的赤道壁帶上開始出現(xiàn)一個凹痕，是下一個細胞周期的開始。3 新壁繼續(xù)合成，逐漸延伸為橫跨細胞的橫隔，從而完成下一次分裂。新細胞壁的生長依賴于原有胞壁肽聚糖的局部解離，這是有胞壁溶菌酶引起的。啤酒酵母的細胞壁是由堿可溶性葡聚糖、堿不溶性葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質(zhì)、磷脂及硫等交織而成，各成分在增殖期間合成速度是不同的。見可溶性葡聚糖在細胞周期前半期增量顯著

40、，而堿不溶性葡聚糖主要在后半期合成，可能前者是后者的前體物。甘露聚糖在整個細胞周期大體是直線上升的。芽殖時，母細胞壁幾乎不增加，新和成的壁都在子壁上，隨著子細胞的生長，新壁接連不斷的形成。部分舊壁溶解是新壁組分插入。出芽時，在母壁內(nèi)側的葡聚糖層上，生成牢固的幾丁質(zhì)環(huán)狀結構，由此而長出子細胞。啤酒酵母出芽時，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)特別發(fā)達，前端分裂成小泡并集中在芽尖。霉菌是單細胞或多細胞的多核菌絲體，主要以孢子為繁殖體。霉菌的孢子在固體培養(yǎng)基上發(fā)芽，首先形成未分化的菌絲體，隨著菌絲擴增并分化為成熟的菌落。深層通風培養(yǎng)基以菌絲斷裂形成新的菌絲球方式生長。10. 何謂比生長速率？營養(yǎng)物質(zhì)對生長速率有何影響？表征微生

41、物生長速率的一個參數(shù)答：比生長速率:以單位細胞濃度（或單位質(zhì)量）為基準來表示各個組分濃度變化的速率營養(yǎng)物質(zhì)對微生物生長的影響包括營養(yǎng)物的濃度和質(zhì)量兩個方面：營養(yǎng)物的濃度：當所有其他必須成分都過量存在時，改變其中一特定的生長必須營養(yǎng)物的濃度，對生長速率的影響可用Monod方程表示營養(yǎng)物的組成成分：營養(yǎng)物的質(zhì)量方面表現(xiàn)為組成成分上，對比生長速率也有較大影響。當所有成分都過量存在時，培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富，則代時短，比生長速率高；反之，營養(yǎng)物簡單貧乏，代時就長，比生長速率低。因為營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基可以給微生物提供合成蛋白質(zhì)等重要細胞成分的前提物質(zhì)，可以省下合成這些前提物質(zhì)所需的能量為微生物生長所需。11. 微

42、生物生長與產(chǎn)物形成的關系分哪幾種類型？答：1 類型相關型 指產(chǎn)物的生成與細胞的生成相關的過程，產(chǎn)物是細胞能量代謝的結果，此時產(chǎn)物通常是基質(zhì)的分解代謝產(chǎn)物，代謝產(chǎn)物的生成與細胞的生長是同步的。乳酸、乙醇的發(fā)酵 2 類型部分相關型 該類反應產(chǎn)物的生成與基質(zhì)消耗僅有間接關系，產(chǎn)物是能量代謝的間接結果，在細胞生長期內(nèi)，基本無產(chǎn)物生成。檸檬酸和氨基酸的發(fā)酵 3 類型非相關型產(chǎn)物的生成與細胞的生長無間接聯(lián)系，它是次級代謝產(chǎn)物。它的特點是當細胞處于生長階段時，并無產(chǎn)物積累，而當細胞生長停止后，產(chǎn)物卻能大量生成?？股?、微生物毒素的發(fā)酵生產(chǎn)12. 何謂極端微生物？為什么目前微生物發(fā)酵生理學的研究熱點從一般微生

43、物轉向極端微生物？答：極端環(huán)境通常是指普通微生物不能生存的那些環(huán)境條件，例如高溫、低溫、高酸、高堿、高鹽、高干燥、高輻射、高壓、高藥物濃度或寡營養(yǎng)等環(huán)境都屬于極端環(huán)境。在這些極端條件下，還有不同類型的微生物生活著，這些微生物被稱為極端（環(huán)境）微生物（extreme environmental microorganisms）或嗜極菌（extremophiles）。20世紀70年代開始了極端微生物學的研究，是微生物學及微生物生理學發(fā)展的前沿領域。由于極端微生物的生理習性特異，是一般微生物所不具備的，可利用于不同領域，如利用嗜熱菌的代謝快、世代時間短、酶的熱穩(wěn)定性高等特點，用于發(fā)酵可減少污染、節(jié)約能

44、量、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量；嗜鹽菌的紫膜具有特殊光能轉化作用，可作為生物能電池；嗜堿菌的胞外酶具耐高堿特性，可用于工業(yè)酶制劑生產(chǎn)，并處理堿性工業(yè)污水；嗜酸菌已廣泛用于金屬礦物的溶浸，目前銅、鈾等金屬已用該法于生產(chǎn)。此外，極端微生物的生態(tài)、機能、生理、生化反應和遺傳基因等理論方面的研究有助于我們擴大并加深對生命本質(zhì)及生物進化等方面的了解和認識。13. 說明嗜熱菌種的耐熱可能機制及耐熱菌的開發(fā)前景。答：1 細胞膜類脂的特殊結構嗜熱菌細胞質(zhì)膜中的化學成分，如類脂總含量和細胞膜中熱熔點的飽和脂肪酸，均隨環(huán)境溫度升高而增加，但不飽和脂肪酸則明顯降低。因此，嗜熱菌在高溫下能維持膜的功能，較好的生存。類脂成

45、分以長鏈碳氫化合物與甘油分子以醚建相連。這種結構有助于耐高溫2 重要代謝產(chǎn)物的迅速再合成嗜熱菌的tRNA的周轉速度大于中溫菌，并且核酸中GC含量比中文菌的GC含量高。嗜熱菌tRNA的GC含量也較高，因此，嗜熱菌中tRNA的熱穩(wěn)定性大于中溫菌3大分子的熱穩(wěn)定性對于核酸來說，核酸中的GC含量高，增加其穩(wěn)定性，堿基中加入硫元素來增加核酸的穩(wěn)定性。最主要的還是蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性高，主要是因為嗜熱菌蛋白質(zhì)的氫鍵和二硫鍵比較多。4 超結構的穩(wěn)定性嗜熱菌的細胞膜、核糖體和中溫菌均有差異。一般而言，菌的生長下限溫度取決于類脂溶解溫度，上限溫度取決于蛋白質(zhì)性質(zhì)，所以細胞膜中的類脂和蛋白質(zhì)與熱穩(wěn)定性有極大關系。5重

46、要離子提高大分子的熱穩(wěn)定性比如鈣離子可以提高蛋白質(zhì)和酶的熱穩(wěn)定性，鎂離子可以提高trna的解鏈溫度。嗜熱菌在實踐應用中具有很多優(yōu)良的特性，在工業(yè)生物技術中發(fā)揮了巨大的作用，一個最成功的例子是從嗜熱菌水棲嗜熱菌中提取的DNA聚合酶在嗜熱菌生產(chǎn)中是熱媒有高溫反應活性，以及對有機溶劑、去污劑和變性劑的較強抗性，使它在食品、醫(yī)藥、制革、石油開采、環(huán)境保護等方面都有廣泛的應用潛力。在環(huán)境保護方面，嗜熱菌在污水及廢物處理方面有著其它方法無法比擬的優(yōu)越性。隨著嗜熱酶研究的深入，其在生物催化及生物轉換方面的作用日益引起人們的重視。發(fā)酵工業(yè)上，利用它進行發(fā)酵生產(chǎn)，可以節(jié)約成本，能量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少污染。14

47、. 何謂嗜冷微生物？試述嗜冷微生物的耐冷機制。嗜冷微生物是指在0度或更低溫度下可以生存的微生物。 細胞膜：細胞膜中的脂類和不飽和脂肪酸含量比較高，有利于細胞膜在低溫環(huán)境下仍然能夠保持較好的流動性。 tRNA：轉錄后修飾的程度低，含有二氫尿嘧啶多，使得其具有一定的柔性和流動性，有利于蛋白質(zhì)的合成。 低溫酶：低溫酶在低溫條件下仍能維持活性，低溫酶在低溫條件下，有一定的柔性，可以迅速調(diào)整結構來適應環(huán)境的變化。 冷休克蛋白的超量表達;是一種Mrna的分子伴侶，穩(wěn)定信使RNA的結構，幫助它翻譯形成蛋白質(zhì)，細胞在低溫環(huán)境下，會誘導表達，來幫助細胞適應這一環(huán)境變化。 細胞壁比較厚，孔蛋白的孔徑比較小，一些毒

48、素等物質(zhì)進入不了。耐冷機制：1 調(diào)節(jié)膜中類脂變化嗜冷菌細胞膜中類脂含量較多，其中含有較多的直鏈和支鏈不飽和脂肪酸，不飽和脂肪酸的增加會引起之類熔化點的降低，從而在低溫下使膜中脂類處于液態(tài)和流動態(tài)，有助于其在低溫下吸收環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)。 膜蛋白和脂多糖的磷酸化和去磷酸化感應機制感受溫度變化對于生物適應環(huán)境是非常重要的，這就需要生物具有相應的機制感受環(huán)境信號的變化。微生物感受環(huán)境溫度變化是很復雜的，磷酸化和去磷酸化機制是生物感受環(huán)境信號變化的首要機制。 較強的蛋白質(zhì)合成能力嗜冷菌在它們的生長溫度范圍內(nèi)有10%-15%的細胞內(nèi)蛋白是通過積極的調(diào)節(jié)機制合成的，溫度影響細胞總蛋白質(zhì)的合成或某種蛋白質(zhì)的合

49、成，是通過影響核糖體上蛋白質(zhì)的翻譯速度，或是通過影響某種特意mRNA翻譯的起始或翻譯速率實現(xiàn)的。4低溫酶的存在嗜冷菌在低溫環(huán)境下生存是由于其酶在低溫下有效的發(fā)揮作用，即從生理代謝和生化特征兩方面，在一定范圍內(nèi)補償了低溫對細胞造成的負面影響。5 冷休克蛋白的超重表達嗜冷菌適應低溫的另一機制是當溫度突然降低，細胞中會合成一種冷休克蛋白，即一種特殊形式的基因表達是細胞適應這一急劇降低的低溫環(huán)境。15. 試述嗜酸微生物的耐酸機制與嗜堿微生物的耐堿機制，以及它們在工業(yè)生產(chǎn)中的應用前景。嗜酸微生物是指必須生長在酸性的外部環(huán)境中，但是細胞內(nèi)部的環(huán)境必須是中性的，所以必須有一些機制來保證細胞的內(nèi)部環(huán)境是中性的

50、。有三種假說，質(zhì)子泵學說、道南平衡說、屏蔽學說等。以屏蔽說為主。 認為細胞質(zhì)膜是兩種環(huán)境的屏障，使得外部的氫離子和氫氧根離子都進入不到內(nèi)環(huán)境，從而維持內(nèi)部環(huán)境的中性。 有些細菌（氧化硫桿菌）的周知空間里有酸性蛋白酶，可以幫助細胞適應酸性環(huán)境。 從遺傳學角度看，有編碼酸穩(wěn)定蛋白的基因。金屬熔浸（銅、鈾）；環(huán)境保護（生物方法潔凈煤技術、處理含硫廢氣、改良土壤）；高溫酶的來源。答：一般而言，微生物對酸性環(huán)境的適應不需要像對高溫、低溫、高鹽等環(huán)境那樣的全細胞的適應，酸性環(huán)境主要對細胞外部成分產(chǎn)生影響。此類菌必須生長在酸性環(huán)境中，在中性條件下細胞質(zhì)膜會溶解。雖然嗜酸微生物生長的外部環(huán)境呈酸性，但通過一定

51、的機制其細胞內(nèi)部的PH值接近中性，細胞內(nèi)部的酶系和代謝過程與中性菌頗為相似，多數(shù)嗜酸微生物的細胞壁和細胞質(zhì)膜之間含有大量的酸穩(wěn)定性酶蛋白，最高酶活性均在酸性范圍，這些特點保證其能夠更好的適應細胞外的酸性環(huán)境同時還能維持細胞的pH值接近中性。主要有三種機制：質(zhì)子泵學說，即在細胞內(nèi)質(zhì)子通過電子傳遞鏈泵到細胞外，形成pH梯度和電化學梯度，質(zhì)子動力學又可驅(qū)動ATP合成，離子運輸、鞭毛運動，最終達到細胞內(nèi)近中性的pH環(huán)境，但還無直接的實驗數(shù)據(jù)道南平衡學說來解釋，認為細胞質(zhì)膜存在高分子電解質(zhì)，產(chǎn)生的大離子不能通過膜，所構成的道南點位是小離子向膜兩側擴散達到平衡，則膜外過量的氫離子不能進入膜內(nèi)，致使膜內(nèi)維持

52、中性狀態(tài)屏蔽學說（主要理論）認為細胞質(zhì)膜是兩種環(huán)境的滲透屏蔽物，使外部氫離子和氫氧根離子都不能進入細胞內(nèi)，進而維持胞內(nèi)pH值接近中性。近幾十年來，由于環(huán)境污染的日益嚴重，使生物方法潔凈煤技術的研究受到關注。嗜算硫桿菌還可以用來處理含硫廢氣，改良土壤等。用嗜熱嗜酸的硫化葉菌脫除煤炭中的硫化物，不僅無機硫化物去除率高，還可以去除有機硫化物。嗜堿菌的細胞膜上，有一種Na+/ H+反向載體蛋白，細胞主動運輸時，能迅速 催化細胞將Na+從胞內(nèi)排出，并將胞外的H+攝入胞內(nèi)，經(jīng)過這一離子交換過程，使H+積累于細胞質(zhì)內(nèi)，保證了細胞內(nèi)PH值的穩(wěn)定。嗜堿菌在呼吸過程中通過呼吸鏈將H+逐出細胞外，建立起跨膜質(zhì)子電化

53、學梯度，為了維持胞內(nèi)PH值平衡，需要通過質(zhì)膜上Na+/ H+反向載體將H+重新不斷攝入胞內(nèi)，Na+不斷被排出胞外，但因質(zhì)子攝入的量大于Na+的電化學梯度，此時Na+與溶質(zhì)通過細胞膜上的Na+/溶質(zhì)同向載體的作用，可同時由胞外進入胞內(nèi)。嗜堿酶。主動外排氫氧根，維持細胞內(nèi)的中性環(huán)境。反向載體排鈉吸氫，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，呼吸時，將氫排出，需要反向載體吸氫，但是氫離子電化學梯度大于鈉離子，所以要通過同向載體吸入鈉離子和營養(yǎng)物質(zhì)；嗜堿酶、主動外排氫氧根。在基礎研究方面，模式生物，該菌在高PH條件下的細胞結構與功能，包括上脂類細胞膜脂類的組成成分、膜與蛋白質(zhì)的比值、膜上高水平的呼吸鏈成分、暴露于胞外或分泌至

54、胞外的酸性氨基酸以及物質(zhì)運輸有關的Na+循環(huán)和維持細胞質(zhì)內(nèi)PH值穩(wěn)定等方面的機制。（高ph下的細胞 結構與功能，包括細胞膜中的脂類組成成分，脂類與蛋白質(zhì)的比值，鈉離子的運輸、維持細胞質(zhì)中性環(huán)境的機制等）在工業(yè)上，尤其是嗜堿菌產(chǎn)生的胞外酶，工業(yè)酶制劑的生產(chǎn)，堿性污水處理等等。在醫(yī)藥、紡織、洗滌、和化工等行業(yè)應用有明顯優(yōu)勢。16. 試述嗜鹽微生物的耐鹽機制，特別是紫膜的生理功能。答：1 高離子濃度維持細胞結構的穩(wěn)定性 嗜鹽菌中特別是極端嗜鹽菌細胞中有相當高的離子濃度，用于維持其細胞結構的穩(wěn)定性。其細胞壁結構特殊，不含肽聚糖，而以脂蛋白為主，其完整性需要離子鍵維持，高濃度的鈉離子對于細胞壁蛋白質(zhì)亞基

55、之間結合，保持細胞完整性是必須的。嗜鹽菌細胞內(nèi)積累鉀離子，胞內(nèi)鉀離子濃度往往要達到或超過胞外鉀離子的濃度的100倍以上，具有排出鈉離子，吸放鉀離子的現(xiàn)象，通過鉀離子濃度來調(diào)節(jié)滲透壓。2 嗜鹽菌的紫膜嗜鹽菌的細胞膜內(nèi)有一個性能非常特殊的色素，稱細菌視紫紅質(zhì)，呈紫色，占細胞膜一半面積成為紫膜。紫膜實際上具有光能轉換器的作用。細菌視紫質(zhì)紅有一分子視黃醛和蛋白質(zhì)相連，其功能是吸收光的發(fā)色團，并促進質(zhì)子跨越細胞質(zhì)膜。細菌視紫紅質(zhì)中的視黃醛在正常情況下是反式構型，吸收光能后改變成順式構型。視黃醛每吸收1個光量子，便有兩個質(zhì)子跨過細胞膜排出胞外，形成質(zhì)子梯度。當視黃醛從細胞質(zhì)內(nèi)吸收1個質(zhì)子后，在無光情況下又

56、恢復到原來的反式構型。當細胞外側表面積累了足夠的質(zhì)子，達到一定質(zhì)子電化學梯度時，便可驅(qū)動質(zhì)子通過膜上ATP酶的作用合成ATP，為細胞活動提供能量。17. 比較古菌與真細菌、真核生物在細胞結構上的異同。答：在細胞的結構與功能上，古生菌既有類似真細菌之處，也有類似真核生物之處，還有一些獨特的特點。（1）具有與真細菌類似功能的細胞壁，但細胞壁的結構和化學成分均差別甚大。（2）細胞膜 古生菌的質(zhì)膜在本質(zhì)上也是由磷脂組成，但它比真細菌或真核生物有更明顯的多樣性。（3）細胞質(zhì)和內(nèi)含物 無復雜內(nèi)膜的細胞器，且核糖體為70S（4）核區(qū) 不具有核仁、核膜的細胞核，染色體DNA為共價閉合環(huán)狀。古細菌具有與原核相似

57、的細胞結構，但在分子水平上與真細菌有很大差異：細胞壁具有多樣性，有的是蛋白質(zhì)性質(zhì)，有的是雜多糖性質(zhì)，有的雖類似肽聚糖、但都不含胞壁酸、D-氨基酸和二氨基庚二酸。質(zhì)膜所含脂都是不可皂化的，中性脂以異戊二烯類的碳氫化合物為主，極性脂以植烷甘油為主。rRNA、tRNA具有獨特的核苷酸序列。核糖體表面上是70S，但對原核細胞蛋白質(zhì)合成有抑制的氯霉素、卡那霉素對古細菌無作用，而茴香霉素對真核生物和古細菌的蛋白質(zhì)合成都有抑制作用，因為其實質(zhì)與80S核糖體有些相似。18. 闡述細菌耐藥性的可能機制，控制細菌耐藥性可采用哪些策略？ 改變細胞膜和細胞壁的通透性（細胞壁是改變孔蛋白的表達量或者不表達，細胞膜是改變膜外蛋白選擇吸收，主動外排機制將藥物排除） 藥物作用靶位的改變 產(chǎn)生分解抗生素的酶