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1、第二章 细菌学概论,第三节 细菌的代谢,新陈代谢（metabolism）简称代谢，是推动生物一切生命活动的动力源，通常泛指发生在活细胞中的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢（anabolism）的总和，即：,新陈代谢 分解代谢 合成代谢,分解代谢又称异化作用，是指复杂的有机物通过分解代谢酶系的催化产生简单化合物并释放能量的过程。,合成代谢又称同化作用，是指在合成酶系的催化下，由简单小分子物质合成复杂大分子和细胞结构物质并吸收能量的过程。,复杂分子 （有机物）,分解代谢,合成代谢,简单小分子,ATP,一切生物，在其新陈代谢的本质上具有高度的统一性和明显的多样性。,一切生命活动都是耗能
2、反应， 能量代谢就成了新陈代谢中的核心问题。,一、细菌的能量代谢,研究能量代谢的根本目的，是追踪生物体如何把外界环境中的多种形式的最初能源（primary energy sources）转换成对一切生命活动都能利用的通用能源（universal energy source）-ATP。,以下以化能异养微生物的生物氧化和产能为例,生物氧化（biological oxidation）： 就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。,发酵,呼吸,无氧呼吸,有氧呼吸,无机物氧化,生物氧化的类型,生物氧化的过程,递氢（或电子）,受氢（或电子）,脱氢（或电子）,（一）底物脱氢的四条途径,以葡萄糖作为生物
3、氧化的典型底物，它在脱氢阶段主要可通过4条途径完成其脱氢反应。,底物脱氢的四条途径,EMP途径,HMP途径,ED途径,TCA循环,1. EMP途径（Embdem-Meyerhof-Parnas Pathway）,EMP途径又称糖酵解途径（glycolysis）或 己糖二磷酸途径（hexose diphosphate pathway），是绝大多数生物所共有的一条主流代谢途径。,EMP途径的总反应式为： C6H12O62NAD+2ADP2Pi2CH3COCOOH2NADH 2H+2ATP2H2O,2. HMP途径（hexose monophosphate pathway）,HMP途径即已糖磷酸途径
4、、 己糖磷酸支路（shunt）、 戊糖磷酸途径（pentose phosphate pathway）、 磷酸葡萄糖酸途径（phosphogluconate pathway） 或WD途径（Warburg-Dickens pathway ）。,HMP途径的总反应式为： 6葡糖-6-磷酸12NADP+6H2O5葡糖-6-磷酸12NADPH 12H+12CO2Pi,3. ED途径（Entner-Doudoroff pathway）,ED途径又称 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途径。最早由Entner和Doudoroff两人（1952）在Pseudomonas saccharophil
5、a（嗜糖假单胞菌）中发现，故名。这是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有。,ED途径的总反应式为： C6H12O6ADPPiNADP+NAD+2CH3COCOOHATP NADPHH+NADHH+,4. TCA循环（tricarboxylic acid cycle）,三羧酸循环又称TCA循环、Krebs循环或柠檬酸循环（citric acid cycle），这是一个广泛存在于各种生物体中的重要生物化学反应，在各种好氧微生物中普遍存在。,是指由丙酮酸经过一系列循环式反应而彻底氧化、脱羧、形成CO2、H2O和NADH2的过程。,整个TCA循环的总反应式为： 丙酮酸4
6、NAD+ FADGDPPi3H2O3CO2 FADH2 GTP 4(NADHH+),（二）递氢和受氢,贮存在生物体内葡萄糖等有机物中的化学能，经上述的4条途径脱氢后，经过呼吸链（或称电子传递链）等方式传递，最终与氧、无机或有机氧化物等氢受体（hydrogen acceptor或receptor）相结合而释放出其中的能量。,发酵,根据递氢特点,尤其是氢受体性质的不同，可把生物氧化区分成3种类型 。,无氧呼吸,生物氧化,有氧呼吸,发酵：以有机物 为受氢体,呼吸：以无机物 为受氢体,以分子氧为受氢体需氧呼吸，产能多 一分子葡萄糖产生 38ATP,以其它无机物（个别以有机氧化物为受体）为受氢体厌氧呼吸
7、，产能少。,如糖酵解：产能少。一分子葡萄糖产生 2ATP,如磷酸戊糖途径：不是产能的主要途径，主要为生物合成提供前体和还原能。,池塘变臭的原因可能是什么？ 提示：用有氧呼吸和发酵解释。,二、细菌的代谢产物,（一）分解代谢产物和细菌的生化反应,糖发酵试验 VP试验 甲基红试验 枸橼酸盐利用试验 吲哚试验 硫化氢试验 尿素酶试验,1糖发酵试验： 多糖经胞外酶分解为双糖、单糖，再经胞内酶分解为有机酸、醇、CO2和H2O。不同细菌分解糖的能力不同，借此可以鉴别细菌。,比如，微生物能够分解葡萄糖或乳糖产生有机酸（乳酸、醋酸、丙酸），就会使培养基的pH值降低，从而使含酸碱指示剂溴甲酚紫（pH5黄pH7紫）
8、的营养琼脂由紫色变成黄色。通过生化管的颜色变化可以判断是否能产生相应的糖水解酶类。,2、VP试验,VP是德国医生Daniel Voges和德国卫生学家Bernhard Proskauer的名字缩写。 大肠杆菌与产气肠杆菌均分解葡萄糖产丙酮酸，为区分两菌可采用VP试验。 产气肠杆菌产生的丙酮酸通过缩合、脱羧、氧化（在碱性溶液中）生成二乙酰，二乙酰可与培养基蛋白胨中的精氨酸的胍基作用，生成红色化合物，称VP试验阳性。,3、甲基红（MR）试验,肠道细菌都能利用葡萄糖产酸产气，但产气肠杆菌利用葡萄糖发酵的主要产物是乙醇、3羟基丁酮和少量有机酸，培养基的pH下降为6.5，使培养基中的甲基红指示剂呈桔黄色
9、，为甲基红试验阴性。 大肠杆菌分解葡萄糖后的产物主要是乳酸、乙酸和甲酸，培养基的pH下降为4，指示剂甲基红呈红色，称甲基红试验阳性。 甲基红的变色: pH4.2（红色）6.3（黄色）,4、枸橼酸盐利用试验,能利用枸橼酸盐作为唯一碳源的细菌如产气杆菌，分解枸橼酸盐生成二氧化碳，进而生成碳酸钠，由此使培养基变为碱性，使指示剂溴麝香草酚蓝（BTB）由绿色转为蓝色，此为枸橼酸盐利用试验阳性。,阴性,阳性,5、吲哚(indole)试验：,有些细菌如大肠埃希氏菌，含有色氨酸酶，可将蛋白胨中的色氨酸分解，产生丙酮酸、氨和吲哚。丙酮酸和氨可被细菌利用，而吲哚不被利用，积累在培养基中。吲哚本身没有颜色，但可和培
10、养液中加入的对-二甲基氨基苯甲醛反应生成红色的玫瑰吲哚，称为吲哚试验阳性。,6、硫化氢试验：,有些细菌如变形杆菌，能分解培养基中的含硫氨基酸如胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸等，产生硫化氢，硫化氢本身没有颜色，但若遇培养基中的铅盐或铁盐，可产生黑色硫化铅或硫化铁沉淀，为硫化氢试验阳性。,H2S试验,（7）尿素酶试验：,尿素,氨,培养基变碱性 （红色，+）,尿素酶试验,（二）合成代谢产物及其在医学上的意义 1、热原质又称致热原，是一种多糖，将它注入人体或动物体内可引起发热反应。它耐高温，不被常规的高压蒸气灭菌法破坏。 2、毒 素（内毒素和外毒素） 内毒素：是磷脂多糖蛋白质复合物，存在于菌体内，于细菌死
11、亡及菌体崩解时游离出来，毒较低，以革兰氏阴性菌多见。 外毒素：是某些细菌生长过程中产生的，是一种蛋白质，毒力极强，以革兰氏阳性菌多见。,3、细菌素是某些细菌产生的一类类似抗菌素的杀菌物质，其作用与放线菌及霉菌所产生的抗菌素类似，但作用范围较狭窄，仅对产生细菌素菌株近缘的细菌有作用。 4、维生素是细菌生长繁殖所必需的因子。一些细菌能自行合成维生素。人与动物肠道内某些细菌能合成维生素B及维生素K，对机体有益。在工业上也可以利用某些微生物生产维生素。,5、色 素许多细菌在氧气充足，温度适宜及一定的营养条件下能形成各种色素。功能尚不清楚，有助于鉴别细菌。 有些色素能溶于水，为水溶性色素，使培养基呈一定
12、颜色（铜绿假单胞菌的色素可使培养基呈绿色）； 有些色素不溶于水，为脂溶性色素，仅使菌落呈现一定颜色（金黄色葡萄球菌产生的金黄色色素）。,金黄色,红色,柠檬色,白色,6、侵袭性酶： 亦为细菌重要的致病物质，能损伤机体组织，促使细菌的侵袭和扩散。,7、抗生素： 某些微生物在代谢过程中产生一些能抑制或杀死某些其他微生物或肿瘤细胞的物质。,（三）细菌的酶 1.酶的性质和种类 酶的性质催化剂 、高度的特异性。酶的主要成分是蛋白质，对热、酸、碱都不稳定。 酶的种类 胞外酶、胞内酶（按存在部位）：胞外酶在细菌细胞膜产生，分泌于培养基中；胞内酶存在于菌细胞内。 组成酶、诱导酶（按产生方式）： 共有酶、特有酶（按专一性）： 限制酶、修饰酶（限制与修饰系统）：,2.细菌的酶类在医学上的意义 卵磷脂酶：能分解细胞膜中的卵磷脂，使细胞坏死 或溶解； 胶原酶：能分解肌纤维膜的肉状组织，使肌纤维膜 崩解； 透明质酸酶：能分解结缔组织的透明质酸； 凝血浆酶：能使人及动物血浆凝固。 溶纤维蛋白酶：能使血浆的溶血浆素原活化为溶轿 浆素等。,