013細(xì)菌的代謝微生物與免疫學(xué)

1、第二章第二章 細(xì)菌學(xué)概論細(xì)菌學(xué)概論第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)菌的代謝細(xì)菌的代謝 新陳代謝新陳代謝（metabolism）簡稱代謝，是推簡稱代謝，是推動生物一切生命活動的動力源，通常泛指發(fā)生在動生物一切生命活動的動力源，通常泛指發(fā)生在活細(xì)胞中的各種活細(xì)胞中的各種分解代謝分解代謝（catabolism）和和合合成代謝成代謝（anabolism）的總和，即：的總和，即：新陳代謝新陳代謝 分解代謝分解代謝 合成代謝合成代謝 分解代謝分解代謝又稱異化作用，是指又稱異化作用，是指復(fù)雜的有機復(fù)雜的有機物物通過通過分解代謝酶系分解代謝酶系的催化產(chǎn)生的催化產(chǎn)生簡單化合物簡單化合物并并釋釋放能量放能量的過程的過程。 合成代

2、謝合成代謝又稱同化作用，是指在又稱同化作用，是指在合成酶系合成酶系的催化下，由的催化下，由簡單小分子物質(zhì)簡單小分子物質(zhì)合成合成復(fù)雜大分子復(fù)雜大分子和和細(xì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)并并吸收能量吸收能量的過程。的過程。復(fù)雜分子復(fù)雜分子（有機物）（有機物） 分解代謝分解代謝合成代謝合成代謝簡單小分子簡單小分子atp 一切生物，在其新陳代謝的本質(zhì)上具有高度的一切生物，在其新陳代謝的本質(zhì)上具有高度的統(tǒng)一性和明顯的多樣性。統(tǒng)一性和明顯的多樣性。一切生命活一切生命活動都是耗能動都是耗能反應(yīng)，反應(yīng)，能量代謝能量代謝就就成了新陳代成了新陳代謝中的謝中的核心核心問題問題。一、細(xì)菌的能量代謝一、細(xì)菌的能量代謝 研究能量

3、代謝的根本目的，是追蹤生物體如何把外界環(huán)研究能量代謝的根本目的，是追蹤生物體如何把外界環(huán)境中的多種形式的境中的多種形式的最初能源最初能源（primary energy sources）轉(zhuǎn)換成對一切生命活動都能利用的轉(zhuǎn)換成對一切生命活動都能利用的通用能源通用能源（universal energy source）-atp。以下以以下以化能異養(yǎng)化能異養(yǎng)微生物的微生物的生物氧化生物氧化和和產(chǎn)能產(chǎn)能為例為例生物氧化生物氧化（biological oxidation）：）：就是發(fā)生在活細(xì)胞內(nèi)的一系列就是發(fā)生在活細(xì)胞內(nèi)的一系列產(chǎn)能性產(chǎn)能性氧化氧化反應(yīng)反應(yīng)的總稱。的總稱。發(fā)酵發(fā)酵呼吸呼吸無氧呼吸無氧呼吸有氧呼

4、吸有氧呼吸無機物氧化無機物氧化生生物物氧氧化化的的類類型型生生物物氧氧化化的的過過程程遞氫（或電子）遞氫（或電子）受氫（或電子）受氫（或電子）脫氫（或電子）脫氫（或電子）（一）底物脫氫的四條途徑（一）底物脫氫的四條途徑 以以葡萄糖葡萄糖作為生物氧化的典型底物，它在脫作為生物氧化的典型底物，它在脫氫階段主要可通過氫階段主要可通過4 4條途徑條途徑完成其脫氫反應(yīng)。完成其脫氫反應(yīng)。底底物物脫脫氫氫的的四四條條途途徑徑empemp途徑途徑hmphmp途徑途徑eded途徑途徑tcatca循環(huán)循環(huán)1.1. emp emp途徑途徑（embdem-meyerhof-parnas pathway） empemp

5、途徑途徑又稱又稱糖酵解途徑糖酵解途徑（glycolysis）或或己糖二磷酸途徑己糖二磷酸途徑（hexose diphosphate pathway），），是絕大多數(shù)生物所共有的一條主流代謝途徑。是絕大多數(shù)生物所共有的一條主流代謝途徑。emp途徑的總反應(yīng)式為：途徑的總反應(yīng)式為：c6h12o62nad2nad+2adp2adp2pi2ch2pi2ch3cocooh2nadh2nadh 2h2h+2atp2atp2h2h2o2.2. hmp hmp途徑途徑（hexose monophosphate pathway）hmphmp途徑途徑即即已糖已糖磷酸途徑磷酸途徑、己糖己糖磷酸支路磷酸支路（shunt

6、）、）、戊糖磷酸途徑戊糖磷酸途徑（pentose phosphate pathway）、）、磷酸葡萄糖酸途徑磷酸葡萄糖酸途徑（phosphogluconate pathway）或或wdwd途徑途徑（warburg-dickens pathway ）。hmp途徑的總反應(yīng)式為：途徑的總反應(yīng)式為：6葡糖葡糖-6-6-磷酸磷酸12nadp12nadp+6h6h2o55葡糖葡糖-6-6-磷酸磷酸12nadph12nadph 12h12h+12co12co2pipi 3.3. ed ed途徑途徑（entner-doudoroff pathway） eded途徑途徑又稱又稱 2 2- -酮酮- -3 3-

7、-脫氧脫氧- -6 6- -磷酸葡糖酸磷酸葡糖酸（kdpgkdpg）裂解途徑裂解途徑。最早由。最早由entner和和doudoroff兩人（兩人（19521952）在）在pseudomonas saccharophila（嗜糖（嗜糖假單胞菌）中發(fā)現(xiàn)，故名。這是存在于某些缺乏完假單胞菌）中發(fā)現(xiàn)，故名。這是存在于某些缺乏完整整empemp途徑的微生物中的一種替代途徑，途徑的微生物中的一種替代途徑，為微生物為微生物所特有所特有。ed途徑的總反應(yīng)式為：途徑的總反應(yīng)式為：c6h12o6adpadppipinadpnadp+nadnad+2ch2ch3cocoohatp atp nadphnadphh h

8、+nadhnadhh h+ 4.4. tca tca循環(huán)循環(huán)（tricarboxylic acid cycle） 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)又稱又稱tcatca循環(huán)循環(huán)、krebskrebs循環(huán)循環(huán)或或檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)（citric acid cycle），），這是一個廣泛這是一個廣泛存在于各種生物體中的重要生物化學(xué)反應(yīng)，在各種存在于各種生物體中的重要生物化學(xué)反應(yīng)，在各種好氧微生物好氧微生物中普遍存在。中普遍存在。是指由丙酮酸經(jīng)過是指由丙酮酸經(jīng)過一系列循環(huán)式反應(yīng)一系列循環(huán)式反應(yīng)而徹底氧化、脫羧而徹底氧化、脫羧、形成、形成coco2 2、h h2 2o o和和nadhnadh2 2的過程。的過程。

9、整個整個tca循環(huán)循環(huán)的總反應(yīng)式為：的總反應(yīng)式為：丙酮酸丙酮酸4nad4nad+ fadfadgdpgdppipi3h3h2 2o3o3co2 fadhfadh2 2 gtpgtp 4(nadh4(nadhh h+)（二）遞氫和受氫（二）遞氫和受氫 貯存在生物體內(nèi)貯存在生物體內(nèi)葡萄糖葡萄糖等有機物中的化學(xué)能，等有機物中的化學(xué)能，經(jīng)上述的經(jīng)上述的4 4條途徑脫氫后，經(jīng)過條途徑脫氫后，經(jīng)過呼吸鏈呼吸鏈（或稱（或稱電子電子傳遞鏈傳遞鏈）等方式傳遞，最終與）等方式傳遞，最終與氧氧、無機無機或或有機氧化有機氧化物物等等氫受體氫受體（hydrogen acceptor或或receptor）相結(jié)相結(jié)合而釋放

10、出其中的能量。合而釋放出其中的能量。發(fā)酵發(fā)酵根據(jù)根據(jù)遞氫遞氫特點特點, ,尤其是尤其是氫受體性質(zhì)氫受體性質(zhì)的不同，的不同，可把生物氧化區(qū)分成可把生物氧化區(qū)分成3 3種類型種類型 。無氧呼吸無氧呼吸生生物物氧氧化化有氧呼吸有氧呼吸發(fā)酵發(fā)酵：以：以有機物有機物 為受氫體為受氫體呼吸呼吸：以：以無機物無機物 為受氫體為受氫體以分子氧為受氫體以分子氧為受氫體需氧呼吸需氧呼吸，產(chǎn)能多產(chǎn)能多 一分子葡萄糖產(chǎn)生一分子葡萄糖產(chǎn)生 38atp38atp以其它無機物（以其它無機物（個別以有機氧化物為受個別以有機氧化物為受體體）為受氫體）為受氫體厭氧呼吸厭氧呼吸，產(chǎn)能少產(chǎn)能少。如糖酵解：產(chǎn)能少。如糖酵解：產(chǎn)能少。一

11、分子葡萄糖產(chǎn)生一分子葡萄糖產(chǎn)生 2atp2atp如磷酸戊糖途徑：不是產(chǎn)能的主要途徑，如磷酸戊糖途徑：不是產(chǎn)能的主要途徑，主要為生物合成提供前體和還原能。主要為生物合成提供前體和還原能。 池塘變臭的原因可能是什么？池塘變臭的原因可能是什么？ 提示：用有氧呼吸和發(fā)酵解釋。提示：用有氧呼吸和發(fā)酵解釋。二、細(xì)菌的代謝產(chǎn)物二、細(xì)菌的代謝產(chǎn)物（一）分解代謝產(chǎn)物和細(xì)菌的生化反應(yīng)（一）分解代謝產(chǎn)物和細(xì)菌的生化反應(yīng)糖發(fā)酵試驗糖發(fā)酵試驗vp試驗試驗甲基紅試驗甲基紅試驗枸櫞酸鹽利用試驗枸櫞酸鹽利用試驗吲哚試驗吲哚試驗硫化氫試驗硫化氫試驗?zāi)蛩孛冈囼災(zāi)蛩孛冈囼? 1糖發(fā)酵試驗：糖發(fā)酵試驗： 多糖經(jīng)胞外酶分解為多糖經(jīng)胞外

12、酶分解為雙糖、單糖雙糖、單糖，再經(jīng)胞，再經(jīng)胞內(nèi)酶分解為內(nèi)酶分解為有機酸、醇、有機酸、醇、co2和和h2o。不同細(xì)不同細(xì)菌分解糖的能力不同菌分解糖的能力不同，借此可以鑒別細(xì)菌。，借此可以鑒別細(xì)菌。 比如，微生物能夠分解葡萄糖或乳糖產(chǎn)生比如，微生物能夠分解葡萄糖或乳糖產(chǎn)生有有機酸機酸（乳酸、醋酸、丙酸），就會使培養(yǎng)基（乳酸、醋酸、丙酸），就會使培養(yǎng)基的的phph值降低，從而使含酸堿指示劑值降低，從而使含酸堿指示劑溴甲酚紫溴甲酚紫（ph5ph5黃黃ph7ph7紫）的營養(yǎng)瓊脂由紫）的營養(yǎng)瓊脂由紫色變成黃紫色變成黃色色。通過生化管的顏色變化可以判斷是否能。通過生化管的顏色變化可以判斷是否能產(chǎn)生相應(yīng)的糖水

13、解酶類。產(chǎn)生相應(yīng)的糖水解酶類。2、vp試驗試驗 vp是德國醫(yī)生是德國醫(yī)生daniel voges和德國衛(wèi)生學(xué)家和德國衛(wèi)生學(xué)家bernhard proskauer的名字縮寫的名字縮寫。 大腸桿菌大腸桿菌與與產(chǎn)氣腸桿菌產(chǎn)氣腸桿菌均分解葡萄糖產(chǎn)均分解葡萄糖產(chǎn)丙酮酸丙酮酸，為區(qū)分兩，為區(qū)分兩菌可采用菌可采用vp試驗。試驗。 產(chǎn)氣腸桿菌產(chǎn)氣腸桿菌產(chǎn)生的產(chǎn)生的丙酮酸丙酮酸通過縮合通過縮合、脫羧、氧化（在堿性脫羧、氧化（在堿性溶液中）生成溶液中）生成二乙酰，二乙酰二乙酰，二乙?？膳c培養(yǎng)基蛋白胨中的精氨可與培養(yǎng)基蛋白胨中的精氨酸的酸的胍基胍基作用作用，生成生成紅色化合物紅色化合物，稱，稱vp試驗陽性。試驗陽性

14、。3、甲基紅（甲基紅（mr）試驗）試驗 腸道細(xì)菌腸道細(xì)菌都能都能利用葡萄糖產(chǎn)酸利用葡萄糖產(chǎn)酸產(chǎn)氣產(chǎn)氣，但，但產(chǎn)氣腸桿菌產(chǎn)氣腸桿菌利用葡利用葡萄糖發(fā)酵的主要產(chǎn)物是萄糖發(fā)酵的主要產(chǎn)物是乙醇、乙醇、3羥基丁酮和少量有機酸，羥基丁酮和少量有機酸，培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的ph下降為下降為6.5，使培養(yǎng)基中的甲基紅指示劑呈使培養(yǎng)基中的甲基紅指示劑呈桔桔黃色黃色，為甲基紅試驗，為甲基紅試驗陰性陰性。 大腸桿菌大腸桿菌分解葡萄糖后的產(chǎn)物主要是分解葡萄糖后的產(chǎn)物主要是乳酸、乙酸乳酸、乙酸和和甲酸甲酸，培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的ph下降為下降為4，指示劑甲基紅呈，指示劑甲基紅呈紅色紅色，稱甲基紅試，稱甲基紅試驗驗陽性陽性。 甲基紅

15、的變色甲基紅的變色: ph4.2（紅色）（紅色）6.3（黃色）（黃色）4、枸櫞酸鹽利用試驗、枸櫞酸鹽利用試驗 能利用能利用枸櫞酸鹽枸櫞酸鹽作為作為唯一碳源唯一碳源的細(xì)菌如的細(xì)菌如產(chǎn)氣桿產(chǎn)氣桿菌菌，分解枸櫞酸鹽生成二氧化碳，進而生成碳，分解枸櫞酸鹽生成二氧化碳，進而生成碳酸鈉，由此酸鈉，由此使培養(yǎng)基變?yōu)閴A性使培養(yǎng)基變?yōu)閴A性，使指示劑，使指示劑溴麝溴麝香草酚藍香草酚藍（btb）由）由綠色轉(zhuǎn)為藍色綠色轉(zhuǎn)為藍色，此為枸櫞，此為枸櫞酸鹽利用試驗陽性。酸鹽利用試驗陽性。陰性陽性5、吲哚、吲哚(indole(indole) )試驗試驗：有些細(xì)菌如有些細(xì)菌如大腸埃希氏菌大腸埃希氏菌，含有色氨酸酶，可將蛋，含有

16、色氨酸酶，可將蛋白胨中的色氨酸分解，產(chǎn)生白胨中的色氨酸分解，產(chǎn)生丙酮酸、氨丙酮酸、氨和和吲哚吲哚。丙。丙酮酸和氨可被細(xì)菌利用，而酮酸和氨可被細(xì)菌利用，而吲哚不被利用吲哚不被利用，積累在，積累在培養(yǎng)基中。吲哚本身沒有顏色，但可和培養(yǎng)液中加培養(yǎng)基中。吲哚本身沒有顏色，但可和培養(yǎng)液中加入的入的對對-二甲基氨基苯甲醛二甲基氨基苯甲醛反應(yīng)生成紅色的反應(yīng)生成紅色的玫瑰吲玫瑰吲哚哚，稱為吲哚試驗陽性。，稱為吲哚試驗陽性。6、硫化氫試驗、硫化氫試驗：有些細(xì)菌如有些細(xì)菌如變形桿菌變形桿菌，能分解培養(yǎng)基中的，能分解培養(yǎng)基中的含硫氨含硫氨基酸基酸如胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸等，產(chǎn)生如胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸等，產(chǎn)

17、生硫硫化氫化氫，硫化氫本身沒有顏色，但若遇培養(yǎng)基中的，硫化氫本身沒有顏色，但若遇培養(yǎng)基中的鉛鹽或鐵鹽，可產(chǎn)生黑色鉛鹽或鐵鹽，可產(chǎn)生黑色硫化鉛硫化鉛或或硫化鐵硫化鐵沉淀，沉淀，為硫化氫試驗陽性。為硫化氫試驗陽性。h2s試驗試驗（7）尿素酶試驗）尿素酶試驗：尿素尿素氨氨培養(yǎng)基變堿性培養(yǎng)基變堿性（紅色，（紅色，+）尿素酶試驗?zāi)蛩孛冈囼瀸φ諏φ贞栃躁栃躁幮躁幮裕ǘ┖铣纱x產(chǎn)物（二）合成代謝產(chǎn)物及其在醫(yī)學(xué)上的意義及其在醫(yī)學(xué)上的意義1 1、熱原質(zhì)、熱原質(zhì)又稱致熱原，又稱致熱原，是一種多糖，將它注入人是一種多糖，將它注入人體或動物體內(nèi)可引起發(fā)熱反應(yīng)。它耐高溫，不被常體或動物體內(nèi)可引起發(fā)熱反應(yīng)。它耐高溫，不

18、被常規(guī)的高壓蒸氣滅菌法破壞。規(guī)的高壓蒸氣滅菌法破壞。 2 2、毒、毒 素（內(nèi)毒素和外毒素）素（內(nèi)毒素和外毒素）內(nèi)毒素內(nèi)毒素：是：是磷脂多糖蛋白質(zhì)磷脂多糖蛋白質(zhì)復(fù)合物，存在于復(fù)合物，存在于菌菌體內(nèi)體內(nèi)，于細(xì)菌死亡及菌體崩解時游離出來，毒較低，于細(xì)菌死亡及菌體崩解時游離出來，毒較低，以以革蘭氏陰性菌多見革蘭氏陰性菌多見。外毒素：外毒素：是某些細(xì)菌生長過程中產(chǎn)生的，是一種蛋是某些細(xì)菌生長過程中產(chǎn)生的，是一種蛋白質(zhì)，毒力極強，以白質(zhì)，毒力極強，以革蘭氏陽性菌多見革蘭氏陽性菌多見。3 3、細(xì)菌素、細(xì)菌素是某些細(xì)菌產(chǎn)生的一類是某些細(xì)菌產(chǎn)生的一類類似抗菌素的類似抗菌素的殺菌物質(zhì)殺菌物質(zhì)，其作用與放線菌及霉菌

19、所產(chǎn)生的抗，其作用與放線菌及霉菌所產(chǎn)生的抗菌素類似，但菌素類似，但作用范圍較狹窄，僅對產(chǎn)生細(xì)菌作用范圍較狹窄，僅對產(chǎn)生細(xì)菌素菌株近緣的細(xì)菌有作用素菌株近緣的細(xì)菌有作用。4 4、維生素、維生素是細(xì)菌生長繁殖所必需的因子。是細(xì)菌生長繁殖所必需的因子。一些一些細(xì)菌能自行合成維生素。細(xì)菌能自行合成維生素。人與動物腸道內(nèi)某些人與動物腸道內(nèi)某些細(xì)菌能合成維生素細(xì)菌能合成維生素b b及維生素及維生素k k，對機體有益。，對機體有益。在工業(yè)上也可以利用某些微生物生產(chǎn)維生素。在工業(yè)上也可以利用某些微生物生產(chǎn)維生素。 5 5、色、色 素素許多細(xì)菌在氧氣充足，溫度適宜及一定的許多細(xì)菌在氧氣充足，溫度適宜及一定的營養(yǎng)

20、條件下能形成各種色素。營養(yǎng)條件下能形成各種色素。功能尚不清楚，有助功能尚不清楚，有助于鑒別細(xì)菌。于鑒別細(xì)菌。 有些色素能溶于水，為水溶性色素，使有些色素能溶于水，為水溶性色素，使培養(yǎng)基培養(yǎng)基呈一定顏色呈一定顏色（銅綠假單胞菌的色素可使培養(yǎng)基呈綠銅綠假單胞菌的色素可使培養(yǎng)基呈綠色色）；）； 有些色素不溶于水，為脂溶性色素，僅使有些色素不溶于水，為脂溶性色素，僅使菌落菌落呈現(xiàn)一定顏色呈現(xiàn)一定顏色（金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的金黃色色金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的金黃色色素素）。）。 金黃色金黃色紅色紅色檸檬色檸檬色白色白色6 6、侵襲性酶：、侵襲性酶： 亦為細(xì)菌重要的致病物質(zhì)，能損傷機體組織，促使細(xì)菌亦為細(xì)菌重要的致病物質(zhì)，能損傷機