微生物细胞对营养物质的吸收实验观察电子显微镜
细胞对营养物质的吸收
微生物细胞对营养物质的利用是从对它们的吸收开始的，这种吸
收机制是专一性的，也就是说，只吸收需要的物质，吸收不能利用
的物质对细胞不利。微生物通常生活在营养物质贫乏的环境中，因
此它们必须具有将营养物质从胞外低浓度环境运输到胞内高浓度环
境的逆浓度运输能力，而且细胞质膜必须具有选择透过性，允许营
养物质进入胞内，而阻止其他物质自由进入。由于营养物质的多样
性和复杂性，微生物有多种方式对营养物质进行运输。其中较重要
的几种包括促进扩散、主动运输和基团转位。在真核微生物中尚未
发现基团转位，它们可以通过胞吞作用吸收营养物质。
细胞若通过被动扩散有效地吸收某种营养物质时，要求该物质胞
外浓度大大高于其胞内浓度，而且吸收速度随着细胞对该物质吸收
量的增加而下降，除非该物质进入细胞后被立即利用而没有导致其
胞内浓度过高。
载体蛋白(carrier protein)也称透过酶(permease)是一种位
于质膜上的蛋白质，在载体蛋白的帮助下，可以大大提高通过选择
性渗透膜的扩散速度。在载体蛋白协助下进行扩散的运输方式称为
促进扩散。促进扩散的速度随着胞内外营养物质浓度差的增加而增
加，在营养物质浓度较低的情况下，增加的幅度大大高于被动扩散
。值得注意的是，当载体蛋白被饱和时，也就是说，载体蛋白分子
较大限度地与营养物分子结合并协助其运输时，促进扩散的速度就
不再随胞内外营养物质浓度差的增加而增加，促进扩散速度与营养
物质浓度梯度之间的关系类似酶与底物之间相互作用的关系，而与
反映被动扩散规律的线性曲线完全不同。另外，载体蛋白与酶的相
似之处还表现在其对所运输物质具有专一性，每种载体蛋白只选择
性地运输紧密相关的某类物质。尽管有载体蛋白的参与，促进扩散
还是一种扩散运输方式，必须依赖于膜内外营养物质浓度差的驱动
，并随着浓度差的消失而停止，在这一过程中不需要输入代谢能。
细胞通过将运输的营养物转变成另一化合物，在真核生物中可将营
养物转移到其他膜的区室中，从而保持胞内外营养物的浓度差。有
意思的是，有些载体与哺乳动物眼晶体的主要内在蛋白相关，因而
属于MIP蛋白家族。细菌中两种分布较广的MIP通道是运输水的水膜
孔蛋白和帮助甘油扩散的甘油促进因子。
尽管人们对促进扩散的机制进行了很多研究，但对这一过程并
未完全了解。似乎载体蛋白复合物横跨细胞膜，当营养物质在膜外
与其结合后，载体蛋白构象发生变化，并将营养物质释放于胞内，
然后载体蛋白恢复其原来构象，并随时准备与胞外营养物质分子结
合而进行下一轮运输。这一过程的结果是非脂溶性物质在浓度差的
驱动下穿过细胞膜进人胞内。
