您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
7
微生物的新陳代謝
微生物在生長過程中，機體內(nèi)的復雜代謝過程可以相互協(xié)調(diào)、相輔相成，導致微生物的生理活動過程同環(huán)境高度地統(tǒng)一起來，這也是微生物分布廣、適應性強的原因之一。微生物內(nèi)外環(huán)境的統(tǒng)一都是通過新陳代謝來實現(xiàn)的。
一、代謝類型
在生物的機體內(nèi)部存在著一系列復雜的代謝過程，根據(jù)這些代謝過程的生理作用可以將它們分為三個基本的代謝類型，即以產(chǎn)能和提供小分子中間體碳架物質(zhì)為目的的分解代謝類型，以合成氨基酸、核苷酸等單體為目的的代謝類型和以合成蛋白質(zhì)、核酸等多聚體為目的的代謝類型。每種代謝類型都是由一系列的有關(guān)代謝途徑組成，而且每一種代謝途徑都是由一些密切相關(guān)的、具體的酶促反應過程組成。本書中大多數(shù)培養(yǎng)基是用于細菌培養(yǎng)的，因此主要介紹細菌的新陳代謝。
細菌的新陳代謝包括一系列復雜的生化反應，都是在各種不同的酶的催化作用下進行的。細菌的代謝包括分解代謝(異化作用)和合成代謝(同化作用)兩個方面。分解代謝是將各種復雜的有機物質(zhì)分解為簡單的小分子物質(zhì)，并產(chǎn)生能量(ATP)和還原力，一方面提供合成菌體成分的原料，一方面從物質(zhì)分解中獲取能量以供代謝所需。合成代謝則相反，它是將簡單的化合物合成為復雜的菌體成分，以保證紙菌的生長繁殖。分解代謝與合成代謝相輔相成，同時進行兩種代謝過程中均可生成多種中間代謝產(chǎn)物，其中有一些在醫(yī)學上有重要意義。
細菌的代謝與其他生物相比，具有下列特點:①代謝十分活躍。由于細菌菌體小，表面積大，與外界環(huán)境接觸密切，物質(zhì)交換頻繁，營養(yǎng)物質(zhì)可以很快被吸收，代謝產(chǎn)物可以迅速被排出，故細
菌的代謝活動非常活躍，大多數(shù)細菌約20min即可繁殖一代。②代謝類型多祥化，細菌的適應性很強，在各種不同的環(huán)境條件下，總有一些不同種類的細菌能適應于各種各樣環(huán)境條件，形成多種多樣的代謝類型。細萆代謝類型的多樣化,表現(xiàn)在各種細菌的營
養(yǎng)要求不同，能量來源、生物氧化類型不同，代謝產(chǎn)物亦各不相同。二、細菌的代謝過程
1.糖的分解營養(yǎng)物質(zhì)中的多糖類物質(zhì)，先經(jīng)細菌分泌的胞外酶作用，分解為單糖(葡萄糖)，然后才被吸收利用。由多糖—單糖丙酮酸這一基本過程，各菌都一樣，丙酮酸的進一步分解，則需氧菌與厭氧菌有所不同。需氧菌將丙酮酸通過三羧酸循環(huán)可*分解為二氧化碳與水，在此過程中亦可產(chǎn)生種種中間代謝產(chǎn)物;厭氧菌則發(fā)酵丙酮酸，產(chǎn)生多種酸類(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、乙酰甲基甲醇、2,3-丁烯-•.醇、異丙醇、丁醇等)、酮類(如丙酮)。在無氧條件下，不同細菌對丙酮酸發(fā)酵途徑不同，產(chǎn)物也不一樣。
2.蛋白質(zhì)的分解蛋白質(zhì)的分解，一般是先由細菌分泌胞外酶，將復雜的蛋白質(zhì)分解為短肽(或氨基酸)，吸收人菌體，然后再由胞內(nèi)酶將肽類分解為氨基酸。明膠液化、酪蛋白胨化等，都是蛋白質(zhì)分解的反應。能分解氨基酸的細菌很多，其分解能力也各不相同，気基酸的分解有脫氨與脫羧兩種方式。脫氨反應是靠細菌脫氨酶的作用，氨基酸經(jīng)氧化、還原、分解等方式脫去気基，生成氨和各種酸類，如:
5(^H,GN+6^0-■谷氨酸6CH,COOH+2CH乙酸(CHj)2COOH+5NH,+5CO丁酸+1^脫羧作用則是由細菌的氨基酸脫竣酶之作用，使氨基酸的羧基脫出，生成胺類(如組織胺等)和二氧化碳。組織胺有擴張毛細血管、增加血管通透性的作用，可能和細菌感染后局部充血水腫有關(guān)。
3.細苗的合成代謝細菌的合成代謝與其他生物細胞相似，能利用營養(yǎng)物質(zhì)為原料，合成菌體的各種成分如蛋白質(zhì)、多糖、月旨類、核酸等，并能合成一些其他的代謝產(chǎn)物，分泌于菌體外。
三、細菌的代謝產(chǎn)物
(一)分解性代謝產(chǎn)物和細菌的生化反應
各種細菌所具有的酶不*相同，對營養(yǎng)物質(zhì)的分解能力亦不一致，其代謝產(chǎn)物也不一樣，可借以區(qū)別和鑒定細菌的種類。通過生化試驗的方法檢測細菌對各種基質(zhì)的代謝作用及其代謝產(chǎn)物,從而鑒別細菌的反應，統(tǒng)稱為細菌的生化反應(biochemicalre-action3)細菌的生化反應有許多種，常用的如下。
1.糖發(fā)酵試驗發(fā)酵糖類的細菌通常屬兼性厭氧菌，經(jīng)發(fā)酵過程，糖類被分解和斷裂成兩個丙糖碳分子,再進一步分解成一些碳原子的化合物，最終產(chǎn)物因菌種不同而各異，因存在于該菌種的酶系統(tǒng)和環(huán)境條件不同，細繭分解糖類的能力和分解產(chǎn)物均不同，借此可以鑒別細菌。例如大腸埃希菌能分解乳糖和葡萄糖，而沙門菌只能分解葡萄糖，不能分解乳糖。大腸埃希菌有甲酸解氫酶，能將分解糖所生成的甲酸進一步分解為二氧化碳與氫氣，故產(chǎn)酸又產(chǎn)氣。
傷寒沙門菌無甲酸解氫酶，分解葡萄糖僅產(chǎn)酸而不產(chǎn)氣。
2.VP試驗用于檢査葡萄糖代謝產(chǎn)生的中性最終產(chǎn)物乙酰甲基甲醇，大腸埃希菌和產(chǎn)氣桿菌均能分解葡萄糖與乳糖，產(chǎn)酸產(chǎn)氣，二者不易區(qū)別。但產(chǎn)氣桿菌能使丙酮酸脫羧，生成中性的乙酰甲基甲醇(acetylmethylcarbinol)，乙酰甲基甲醇在堿性溶液中被空氣中的氣所氧化，生成二乙酰(diacetyl),二乙酰與培養(yǎng)基中含有
這一反應稱為VP試驗(VogesProskauertest)陽性。大腸埃希菌不生成乙酰甲基甲醇，VP試驗陰性。有些細菌,特別是蜂房哈夫尼亞腸桿菌，在37弋培養(yǎng)時VP結(jié)果不穩(wěn)定，但在25%：?30X：下則呈陽性。因此，懷疑為蜂房哈夫尼亞腸桿菌時，可重復VP試驗并在25%：培養(yǎng)。
3.甲基紅試驗(MR)是用酸堿指示劑甲基紅測定細菌發(fā)酵葡萄糖時產(chǎn)生的氫離子濃度(pH)。腸桿菌科的細菌都發(fā)酵葡萄糖，在葡萄糖肉湯中培養(yǎng)18~24h后引起發(fā)酵，腸道菌起初都呈甲基紅陽性反應，然后迸一步培養(yǎng)(2~5天)之后，那些甲基紅陽性菌繼續(xù)產(chǎn)生更多酸，培養(yǎng)基保持酸性(pH4.5或以下)，例如大腸埃希菌分解葡萄糖時，故培養(yǎng)液酸性較強,pH在4.5或以下，甲基紅指示劑呈紅色,為甲基紅試驗陽性。甲基紅試驗陰性菌如產(chǎn)氣桿菌分解葡萄糖所產(chǎn)生的2分子酸性的丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)?分子中性的乙酰甲基甲醇，故生成的酸類較少，培養(yǎng)液最終pH較高，在PH5.4以上，以甲基紅作指示劑時溶液呈橘黃色,為甲基紅試驗(methylredtt)陰性。甲基紅試驗的正確性取決于足夠的培養(yǎng)時間,35^?37T至少培養(yǎng)2天。
4.靛基質(zhì)試驗檢査細菌分解色氨酸生成綻基質(zhì)的能力，有些細菌如大腸埃希菌、普通變形桿菌、霍亂弧菌等含有色氨酸酶，如在培養(yǎng)液中加人對二甲基氨基(p-dimethylaminobenzaldehyde)，則與吲哚結(jié)合生成玫瑰吲哚(rosindole)呈紅色。為吲哚試驗陽性。
堪亂弧菌除能分解色氨酸產(chǎn)生吲哚外，還能還原硝酸鹽為亞硝酸鹽。在濃硫酸存在時，亞硝酸鹽生成亞硝酸，吲哚與亞硝酸化合成亞硝基吲哚(nitroso-indole)，亦呈紅色，此反應稱為霍亂紅反應(choleraredreaction)等)能分解胱氨酸生成硫化氫，如遇醋酸鉛或硫酸亞鐵，生成黑色的硫化鉛或硫化鐵，可借以鑒別細菌。
6.檸樣酸鹽利用試驗是否能利用擰檬酸鹽作為代謝的碳源,并使培養(yǎng)基呈堿性。某些細菌(如產(chǎn)氣桿菌)能利用擰檬酸鹽作為碳源,能在除擰檬酸鹽外不含其他碳源的培養(yǎng)基上生長，分解擰檬酸鹽生成碳酸鹽，使培養(yǎng)基(pH原在7.0以下)由酸性變?yōu)閴A性，培養(yǎng)基中的指示劑溴麝香草酚藍(BTB)由淡綠色轉(zhuǎn)為深藍色,為擰檬酸鹽利用試驗陽性。大腸埃希菌不能利用擰檬酸鹽作為碳源，在此培養(yǎng)基上不能生長，培養(yǎng)基顏色不變,結(jié)果為陰性。