2012年初級(jí)藥士微生物學(xué)輔導(dǎo)：細(xì)菌的新陳代謝

　　新陳代謝是細(xì)菌的最基本特征之一，它包括胞內(nèi)所有化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)的總和。細(xì)菌的代謝包括合成代謝和分解代謝。分解代謝為合成代謝提供所需要的能量和原料，而合成代謝又是分解代謝的基礎(chǔ)。

　　(一)細(xì)菌的酶類

　　酶是生活細(xì)胞合成的特殊蛋白質(zhì)，具有專一性，能催化特定的基質(zhì)(底物)而進(jìn)行特異反應(yīng)。一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞中有多種酶，這些酶足以催化整個(gè)細(xì)胞的全部代謝活動(dòng)。一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)合成的酶和多種酶聯(lián)合起來組成酶系。

　　細(xì)菌產(chǎn)生的酶大部分在細(xì)胞內(nèi)，通常聯(lián)合成一定的酶系在細(xì)胞內(nèi)活動(dòng)，稱為胞內(nèi)酶，如氧化還原酶。有些酶則被分泌于細(xì)胞外，在細(xì)胞外起作用，稱為胞外酶，如一些水解酶。

　　(二)細(xì)菌的能量來源

　　1.細(xì)菌生物氧化：細(xì)菌代謝所需能量主要是以生物氧化作用而獲得的。物質(zhì)在生物體氧化分解，釋放能量的過程稱為生物氧化。細(xì)菌的生物氧化很少有加氧反應(yīng)，主要以脫氫和失電子的方式進(jìn)行。脫氫反應(yīng)是以某一基質(zhì)(營養(yǎng)物)作為供氫體，經(jīng)脫氫酶的作用使供氫體上的氫脫下，經(jīng)許多中間遞氫體(如輔酶Ⅰ、輔酶Ⅱ、黃素蛋白等)傳遞與轉(zhuǎn)運(yùn)，最后將脫下的氫送交給受氫體而完成。

　　不同類型的細(xì)菌在有氧或無氧條件下進(jìn)行生物氧化，能利用不同類型的供氫體和受氫體。供氫體可分為有機(jī)或無機(jī)化合物，受氫體可分為分子氧、無機(jī)物和有機(jī)物。以分子氧或無機(jī)化合物(如N03-、S042-)為受氫體的生物氧化過程稱呼吸，其中以分子氧為受氫體(或接受電子)的為需氧呼吸，以其他無機(jī)化合物為受氫體的屬厭氧呼吸，如以有機(jī)物(如碳水化合物)為受氫體的則稱發(fā)酵。大多數(shù)病原菌只通過需氧呼吸和發(fā)酵獲得能量，它們不能利用簡單的無機(jī)物。

　　2.需氧呼吸：分解代謝以氧化磷酸化機(jī)制產(chǎn)生ATP的形式為呼吸，最終電子受體為02.呼吸過程的特點(diǎn)是電子傳遞鏈，細(xì)菌的呼吸鏈位于細(xì)胞膜上，所需的酶系統(tǒng)各不相同，在需氧呼吸過程中同時(shí)還伴有氧化磷酸化作用，可產(chǎn)生并貯存大量能量。

　　3.發(fā)酵：某些細(xì)菌的酶系統(tǒng)不完善，不能將生物氧化過程進(jìn)行到底，其最終受氫體(電子受體)是有機(jī)化合物尚未徹底氧化的中間代謝產(chǎn)物。幾乎臨床上所有重要的細(xì)菌均能通過糖酵解，即E-M途徑取得能量。

　　物質(zhì)在生物體內(nèi)氧化分解、釋放能量的過程稱為生物氧化。細(xì)菌代謝所需的能量除少數(shù)自營菌可利用光合作用外，絕大多數(shù)細(xì)菌都是通過生物氧化而獲得能量的。細(xì)菌生物氧化的方式主要是通過脫氫和失去電子來實(shí)現(xiàn)的。病原菌獲得能量的基質(zhì)(生物氧化的底物)主要是糖類，通過糖的氧化釋放能量，并以高能磷酸鍵(ADP、ATP)的形式儲(chǔ)存能量。

　　細(xì)菌的呼吸類型：以無機(jī)物為受氫體的生物氧化稱為呼吸。根據(jù)對(duì)分子態(tài)氧的需要不同，可以分為有氧呼吸和無氧呼吸兩個(gè)類型。進(jìn)行有氧呼吸的細(xì)菌稱為需氧菌，進(jìn)行無氧呼吸的細(xì)菌稱為厭氧菌，既能進(jìn)行有氧呼吸又能進(jìn)行無氧呼吸的細(xì)菌稱為兼性厭氧性細(xì)菌。

　　(三)細(xì)菌的分解代謝

　　1.糖類的分解：細(xì)菌分泌胞外酶，將菌體外的多糖分解成單糖(葡萄糖)后再吸收。各種細(xì)菌將多糖分解為單糖，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為丙酮酸，這一過程是一致的。丙酮酸的利用，需氧菌和厭氧菌則不相同。需氧菌將丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)徹底分解成CO2和水。厭氧菌則發(fā)酵丙酮酸，產(chǎn)生各種酸類(如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乳酸、琥珀酸等)、醛類(如乙醛)、醇類(如乙醇、乙酸甲基甲醇、異丙醇、丁醇等)、酮類(如丙酮)。不同細(xì)菌具有不同的酶，對(duì)糖類的分解能力和代謝產(chǎn)物也不同，借此可以鑒別細(xì)菌。

　　2.蛋白質(zhì)的分解：蛋白質(zhì)分子在細(xì)菌分泌的蛋白質(zhì)水解酶的作用下，在肽鍵處斷裂，生成多肽和二肽。多肽和二肽在肽酶的作用下水解，生成各種氨基酸。二肽和氨基酸可被細(xì)菌吸收，氨基酸在體內(nèi)脫氨基酶的作用下，經(jīng)脫氨基作用生成氨。不同種細(xì)菌在不同的條件下所進(jìn)行的脫氨基作用的方式(氧化脫氨基、水解脫氨基、還原脫氨基)及代謝產(chǎn)物也不同?？山璐髓b別細(xì)菌。如有些細(xì)菌能使色氨酸氧化脫氨基，生成吲哚、C02和H20.細(xì)菌還可以用脫羧酶使氨基酸脫羧，生成胺類(如組胺)和C02.

　　3.細(xì)菌對(duì)其他物質(zhì)的分解：細(xì)菌除能分解糖和蛋白質(zhì)外，對(duì)一些有機(jī)物和無機(jī)物也可分解利用。各種細(xì)菌產(chǎn)生的酶不同，其代謝的基質(zhì)不同，代謝的產(chǎn)物也不一樣，故可用于鑒別細(xì)菌。

　　(1)對(duì)其他有機(jī)物的分解：如變形桿菌具有尿素酶，可以水解尿素，產(chǎn)生氨。乙型副傷寒沙門菌和變形桿菌都具有脫硫氫基作用，使含硫氨基酸(胱氨酸)分解成氨和H2S.

　　(2)對(duì)其他元機(jī)物的分解：產(chǎn)氣腸桿菌分解檸檬酸鹽生成碳酸鹽，并分解培養(yǎng)基中的銨鹽生成氨。細(xì)菌還原硝酸鹽為亞硝酸鹽，氨和氮?dú)獾淖饔茫Q為硝酸鹽還原作用。

　　4.細(xì)菌合成代謝產(chǎn)物的意義

　　(1)熱原質(zhì)：大多數(shù)為革蘭陰性菌合成的菌體脂多糖。注入人體或動(dòng)物體內(nèi)能引起發(fā)熱反應(yīng)，故稱熱原質(zhì)。

　　(2)毒素和侵襲性酶：細(xì)菌產(chǎn)生毒素，包括內(nèi)毒素和外毒素。內(nèi)毒素為草蘭陰性菌的脂多糖。外毒素是革蘭陽性菌產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，毒性強(qiáng)且有高度的選擇性。有些細(xì)菌還能產(chǎn)生具有侵襲性的酶，如卵磷脂酶、透明質(zhì)酸酶等。毒素和侵襲性酶在細(xì)菌致病性中甚為重要。

　　(3)色素：有水溶性色素(銅綠假單胞菌的色素)和脂溶性色素(金黃色葡萄球菌的色素)。不同細(xì)菌產(chǎn)生不同的色素，在鑒別細(xì)菌上有一定意義。

　　(4)抗生素：是由某些微生物代謝過程中產(chǎn)生的、能抑制或殺死另一些微生物和癌細(xì)胞的微量生物活性物質(zhì)。

　　(5)細(xì)菌素：某些細(xì)菌菌株產(chǎn)生的一類具有抗菌作用的蛋白質(zhì)，細(xì)菌素作用范圍狹窄，僅對(duì)與產(chǎn)生該種細(xì)菌素的細(xì)菌有近緣關(guān)系的細(xì)菌才能起作用，如大腸菌素、綠膿菌素、變形菌素和弧菌素等。

　　(6)維生素。

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