微生物細胞對營養物質的吸收實驗觀察電子顯微鏡
細胞對營養物質的吸收
微生物細胞對營養物質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，吸收不能利用
的物質對細胞不利。微生物通常生活在營養物質貧乏的環境中，因
此它們必須具有將營養物質從胞外低濃度環境運輸到胞內高濃度環
境的逆濃度運輸能力，而且細胞質膜必須具有選擇透過性，允許營
養物質進入胞內，而阻止其他物質自由進入。由于營養物質的多樣
性和復雜性，微生物有多種方式對營養物質進行運輸。其中較重要
的幾種包括促進擴散、主動運輸和基團轉位。在真核微生物中尚未
發現基團轉位，它們可以通過胞吞作用吸收營養物質。
細胞若通過被動擴散有效地吸收某種營養物質時，要求該物質胞
外濃度大大高于其胞內濃度，而且吸收速度隨著細胞對該物質吸收
量的增加而下降，除非該物質進入細胞后被立即利用而沒有導致其
胞內濃度過高。
載體蛋白(carrier protein)也稱透過酶(permease)是一種位
于質膜上的蛋白質，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外營養物質濃度差的增加而增
加，在營養物質濃度較低的情況下，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
較大限度地與營養物分子結合并協助其運輸時，促進擴散的速度就
不再隨胞內外營養物質濃度差的增加而增加，促進擴散速度與營養
物質濃度梯度之間的關系類似酶與底物之間相互作用的關系，而與
反映被動擴散規律的線性曲線完全不同。另外，載體蛋白與酶的相
似之處還表現在其對所運輸物質具有專一性，每種載體蛋白只選擇
性地運輸緊密相關的某類物質。盡管有載體蛋白的參與，促進擴散
還是一種擴散運輸方式，必須依賴于膜內外營養物質濃度差的驅動
，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。
細胞通過將運輸的營養物轉變成另一化合物，在真核生物中可將營
養物轉移到其他膜的區室中，從而保持胞內外營養物的濃度差。有
意思的是，有些載體與哺乳動物眼晶體的主要內在蛋白相關，因而
屬于MIP蛋白家族。細菌中兩種分布較廣的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。似乎載體蛋白復合物橫跨細胞膜，當營養物質在膜外
與其結合后，載體蛋白構象發生變化，并將營養物質釋放于胞內，
然后載體蛋白恢復其原來構象，并隨時準備與胞外營養物質分子結
合而進行下一輪運輸。這一過程的結果是非脂溶性物質在濃度差的
驅動下穿過細胞膜進人胞內。
