013细菌的代谢微生物与免疫学

1、第二章第二章 细菌学概论细菌学概论第三节第三节 细菌的代谢细菌的代谢 新陈代谢新陈代谢（metabolism）简称代谢，是推简称代谢，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活细胞中的各种分解代谢分解代谢（catabolism）和和合合成代谢成代谢（anabolism）的总和，即：的总和，即：新陈代谢新陈代谢 分解代谢分解代谢 合成代谢合成代谢 分解代谢分解代谢又称异化作用，是指又称异化作用，是指复杂的有机复杂的有机物物通过通过分解代谢酶系分解代谢酶系的催化产生的催化产生简单化合物简单化合物并并释释放能量放能量的过程的过程。 合成代

2、谢合成代谢又称同化作用，是指在又称同化作用，是指在合成酶系合成酶系的催化下，由的催化下，由简单小分子物质简单小分子物质合成合成复杂大分子复杂大分子和和细细胞结构物质胞结构物质并并吸收能量吸收能量的过程。的过程。复杂分子复杂分子（有机物）（有机物） 分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢简单小分子简单小分子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。统一性和明显的多样性。一切生命活一切生命活动都是耗能动都是耗能反应，反应，能量代谢能量代谢就就成了新陈代成了新陈代谢中的谢中的核心核心问题问题。一、细菌的能量代谢一、细菌的能量代谢 研究能量

3、代谢的根本目的，是追踪生物体如何把外界环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境中的多种形式的最初能源最初能源（primary energy sources）转换成对一切生命活动都能利用的转换成对一切生命活动都能利用的通用能源通用能源（universal energy source）-atp。以下以以下以化能异养化能异养微生物的微生物的生物氧化生物氧化和和产能产能为例为例生物氧化生物氧化（biological oxidation）：）：就是发生在活细胞内的一系列就是发生在活细胞内的一系列产能性产能性氧化氧化反应反应的总称。的总称。发酵发酵呼吸呼吸无氧呼吸无氧呼吸有氧呼

4、吸有氧呼吸无机物氧化无机物氧化生生物物氧氧化化的的类类型型生生物物氧氧化化的的过过程程递氢（或电子）递氢（或电子）受氢（或电子）受氢（或电子）脱氢（或电子）脱氢（或电子）（一）底物脱氢的四条途径（一）底物脱氢的四条途径 以以葡萄糖葡萄糖作为生物氧化的典型底物，它在脱作为生物氧化的典型底物，它在脱氢阶段主要可通过氢阶段主要可通过4 4条途径条途径完成其脱氢反应。完成其脱氢反应。底底物物脱脱氢氢的的四四条条途途径径empemp途径途径hmphmp途径途径eded途径途径tcatca循环循环1.1. emp emp途径途径（embdem-meyerhof-parnas pathway） empemp

5、途径途径又称又称糖酵解途径糖酵解途径（glycolysis）或或己糖二磷酸途径己糖二磷酸途径（hexose diphosphate pathway），），是绝大多数生物所共有的一条主流代谢途径。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：途径的总反应式为：c6h12o62nad2nad+2adp2adp2pi2ch2pi2ch3cocooh2nadh2nadh 2h2h+2atp2atp2h2h2o2.2. hmp hmp途径途径（hexose monophosphate pathway）hmphmp途径途径即即已糖已糖磷酸途径磷酸途径、己糖己糖磷酸支路磷酸支路（shunt

6、）、）、戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径（pentose phosphate pathway）、）、磷酸葡萄糖酸途径磷酸葡萄糖酸途径（phosphogluconate pathway）或或wdwd途径途径（warburg-dickens pathway ）。hmp途径的总反应式为：途径的总反应式为：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途径途径（entner-doudoroff pathway） eded途径途径又称又称 2 2- -酮酮- -3 3-

7、-脱氧脱氧- -6 6- -磷酸葡糖酸磷酸葡糖酸（kdpgkdpg）裂解途径裂解途径。最早由。最早由entner和和doudoroff两人（两人（19521952）在）在pseudomonas saccharophila（嗜糖（嗜糖假单胞菌）中发现，故名。这是存在于某些缺乏完假单胞菌）中发现，故名。这是存在于某些缺乏完整整empemp途径的微生物中的一种替代途径，途径的微生物中的一种替代途径，为微生物为微生物所特有所特有。ed途径的总反应式为：途径的总反应式为：c6h12o6adpadppipinadpnadp+nadnad+2ch2ch3cocoohatp atp nadphnadphh h

8、+nadhnadhh h+ 4.4. tca tca循环循环（tricarboxylic acid cycle） 三羧酸循环三羧酸循环又称又称tcatca循环循环、krebskrebs循环循环或或柠檬酸循环柠檬酸循环（citric acid cycle），），这是一个广泛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，在各种好氧微生物好氧微生物中普遍存在。中普遍存在。是指由丙酮酸经过是指由丙酮酸经过一系列循环式反应一系列循环式反应而彻底氧化、脱羧而彻底氧化、脱羧、形成、形成coco2 2、h h2 2o o和和nadhnadh2 2的过程。的过程。

9、整个整个tca循环循环的总反应式为：的总反应式为：丙酮酸丙酮酸4nad4nad+ fadfadgdpgdppipi3h3h2 2o3o3co2 fadhfadh2 2 gtpgtp 4(nadh4(nadhh h+)（二）递氢和受氢（二）递氢和受氢 贮存在生物体内贮存在生物体内葡萄糖葡萄糖等有机物中的化学能，等有机物中的化学能，经上述的经上述的4 4条途径脱氢后，经过条途径脱氢后，经过呼吸链呼吸链（或称（或称电子电子传递链传递链）等方式传递，最终与）等方式传递，最终与氧氧、无机无机或或有机氧化有机氧化物物等等氢受体氢受体（hydrogen acceptor或或receptor）相结相结合而释放

10、出其中的能量。合而释放出其中的能量。发酵发酵根据根据递氢递氢特点特点, ,尤其是尤其是氢受体性质氢受体性质的不同，的不同，可把生物氧化区分成可把生物氧化区分成3 3种类型种类型 。无氧呼吸无氧呼吸生生物物氧氧化化有氧呼吸有氧呼吸发酵发酵：以：以有机物有机物 为受氢体为受氢体呼吸呼吸：以：以无机物无机物 为受氢体为受氢体以分子氧为受氢体以分子氧为受氢体需氧呼吸需氧呼吸，产能多产能多 一分子葡萄糖产生一分子葡萄糖产生 38atp38atp以其它无机物（以其它无机物（个别以有机氧化物为受个别以有机氧化物为受体体）为受氢体）为受氢体厌氧呼吸厌氧呼吸，产能少产能少。如糖酵解：产能少。如糖酵解：产能少。一

11、分子葡萄糖产生一分子葡萄糖产生 2atp2atp如磷酸戊糖途径：不是产能的主要途径，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。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？池塘变臭的原因可能是什么？ 提示：用有氧呼吸和发酵解释。提示：用有氧呼吸和发酵解释。二、细菌的代谢产物二、细菌的代谢产物（一）分解代谢产物和细菌的生化反应（一）分解代谢产物和细菌的生化反应糖发酵试验糖发酵试验vp试验试验甲基红试验甲基红试验枸橼酸盐利用试验枸橼酸盐利用试验吲哚试验吲哚试验硫化氢试验硫化氢试验尿素酶试验尿素酶试验1 1糖发酵试验：糖发酵试验： 多糖经胞外酶分解为多糖经胞外

12、酶分解为双糖、单糖双糖、单糖，再经胞，再经胞内酶分解为内酶分解为有机酸、醇、有机酸、醇、co2和和h2o。不同细不同细菌分解糖的能力不同菌分解糖的能力不同，借此可以鉴别细菌。，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比如，微生物能够分解葡萄糖或乳糖产生有有机酸机酸（乳酸、醋酸、丙酸），就会使培养基（乳酸、醋酸、丙酸），就会使培养基的的phph值降低，从而使含酸碱指示剂值降低，从而使含酸碱指示剂溴甲酚紫溴甲酚紫（ph5ph5黄黄ph7ph7紫）的营养琼脂由紫）的营养琼脂由紫色变成黄紫色变成黄色色。通过生化管的颜色变化可以判断是否能。通过生化管的颜色变化可以判断是否能产生相应的糖水

13、解酶类。产生相应的糖水解酶类。2、vp试验试验 vp是德国医生是德国医生daniel voges和德国卫生学家和德国卫生学家bernhard proskauer的名字缩写的名字缩写。 大肠杆菌大肠杆菌与与产气肠杆菌产气肠杆菌均分解葡萄糖产均分解葡萄糖产丙酮酸丙酮酸，为区分两，为区分两菌可采用菌可采用vp试验。试验。 产气肠杆菌产气肠杆菌产生的产生的丙酮酸丙酮酸通过缩合通过缩合、脱羧、氧化（在碱性脱羧、氧化（在碱性溶液中）生成溶液中）生成二乙酰，二乙酰二乙酰，二乙酰可与培养基蛋白胨中的精氨可与培养基蛋白胨中的精氨酸的酸的胍基胍基作用作用，生成生成红色化合物红色化合物，称，称vp试验阳性。试验阳性

14、。3、甲基红（甲基红（mr）试验）试验 肠道细菌肠道细菌都能都能利用葡萄糖产酸利用葡萄糖产酸产气产气，但，但产气肠杆菌产气肠杆菌利用葡利用葡萄糖发酵的主要产物是萄糖发酵的主要产物是乙醇、乙醇、3羟基丁酮和少量有机酸，羟基丁酮和少量有机酸，培养基的培养基的ph下降为下降为6.5，使培养基中的甲基红指示剂呈使培养基中的甲基红指示剂呈桔桔黄色黄色，为甲基红试验，为甲基红试验阴性阴性。 大肠杆菌大肠杆菌分解葡萄糖后的产物主要是分解葡萄糖后的产物主要是乳酸、乙酸乳酸、乙酸和和甲酸甲酸，培养基的培养基的ph下降为下降为4，指示剂甲基红呈，指示剂甲基红呈红色红色，称甲基红试，称甲基红试验验阳性阳性。 甲基红

15、的变色甲基红的变色: ph4.2（红色）（红色）6.3（黄色）（黄色）4、枸橼酸盐利用试验、枸橼酸盐利用试验 能利用能利用枸橼酸盐枸橼酸盐作为作为唯一碳源唯一碳源的细菌如的细菌如产气杆产气杆菌菌，分解枸橼酸盐生成二氧化碳，进而生成碳，分解枸橼酸盐生成二氧化碳，进而生成碳酸钠，由此酸钠，由此使培养基变为碱性使培养基变为碱性，使指示剂，使指示剂溴麝溴麝香草酚蓝香草酚蓝（btb）由）由绿色转为蓝色绿色转为蓝色，此为枸橼，此为枸橼酸盐利用试验阳性。酸盐利用试验阳性。阴性阳性5、吲哚、吲哚(indole(indole) )试验试验：有些细菌如有些细菌如大肠埃希氏菌大肠埃希氏菌，含有色氨酸酶，可将蛋，含有

16、色氨酸酶，可将蛋白胨中的色氨酸分解，产生白胨中的色氨酸分解，产生丙酮酸、氨丙酮酸、氨和和吲哚吲哚。丙。丙酮酸和氨可被细菌利用，而酮酸和氨可被细菌利用，而吲哚不被利用吲哚不被利用，积累在，积累在培养基中。吲哚本身没有颜色，但可和培养液中加培养基中。吲哚本身没有颜色，但可和培养液中加入的入的对对-二甲基氨基苯甲醛二甲基氨基苯甲醛反应生成红色的反应生成红色的玫瑰吲玫瑰吲哚哚，称为吲哚试验阳性。，称为吲哚试验阳性。6、硫化氢试验、硫化氢试验：有些细菌如有些细菌如变形杆菌变形杆菌，能分解培养基中的，能分解培养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，产生如胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸等，产

17、生硫硫化氢化氢，硫化氢本身没有颜色，但若遇培养基中的，硫化氢本身没有颜色，但若遇培养基中的铅盐或铁盐，可产生黑色铅盐或铁盐，可产生黑色硫化铅硫化铅或或硫化铁硫化铁沉淀，沉淀，为硫化氢试验阳性。为硫化氢试验阳性。h2s试验试验（7）尿素酶试验）尿素酶试验：尿素尿素氨氨培养基变碱性培养基变碱性（红色，（红色，+）尿素酶试验尿素酶试验对照对照阳性阳性阴性阴性（二）合成代谢产物（二）合成代谢产物及其在医学上的意义及其在医学上的意义1 1、热原质、热原质又称致热原，又称致热原，是一种多糖，将它注入人是一种多糖，将它注入人体或动物体内可引起发热反应。它耐高温，不被常体或动物体内可引起发热反应。它耐高温，不

18、被常规的高压蒸气灭菌法破坏。规的高压蒸气灭菌法破坏。 2 2、毒、毒 素（内毒素和外毒素）素（内毒素和外毒素）内毒素内毒素：是：是磷脂多糖蛋白质磷脂多糖蛋白质复合物，存在于复合物，存在于菌菌体内体内，于细菌死亡及菌体崩解时游离出来，毒较低，于细菌死亡及菌体崩解时游离出来，毒较低，以以革兰氏阴性菌多见革兰氏阴性菌多见。外毒素：外毒素：是某些细菌生长过程中产生的，是一种蛋是某些细菌生长过程中产生的，是一种蛋白质，毒力极强，以白质，毒力极强，以革兰氏阳性菌多见革兰氏阳性菌多见。3 3、细菌素、细菌素是某些细菌产生的一类是某些细菌产生的一类类似抗菌素的类似抗菌素的杀菌物质杀菌物质，其作用与放线菌及霉菌

19、所产生的抗，其作用与放线菌及霉菌所产生的抗菌素类似，但菌素类似，但作用范围较狭窄，仅对产生细菌作用范围较狭窄，仅对产生细菌素菌株近缘的细菌有作用素菌株近缘的细菌有作用。4 4、维生素、维生素是细菌生长繁殖所必需的因子。是细菌生长繁殖所必需的因子。一些一些细菌能自行合成维生素。细菌能自行合成维生素。人与动物肠道内某些人与动物肠道内某些细菌能合成维生素细菌能合成维生素b b及维生素及维生素k k，对机体有益。，对机体有益。在工业上也可以利用某些微生物生产维生素。在工业上也可以利用某些微生物生产维生素。 5 5、色、色 素素许多细菌在氧气充足，温度适宜及一定的许多细菌在氧气充足，温度适宜及一定的营养

20、条件下能形成各种色素。营养条件下能形成各种色素。功能尚不清楚，有助功能尚不清楚，有助于鉴别细菌。于鉴别细菌。 有些色素能溶于水，为水溶性色素，使有些色素能溶于水，为水溶性色素，使培养基培养基呈一定颜色呈一定颜色（铜绿假单胞菌的色素可使培养基呈绿铜绿假单胞菌的色素可使培养基呈绿色色）；）； 有些色素不溶于水，为脂溶性色素，仅使有些色素不溶于水，为脂溶性色素，仅使菌落菌落呈现一定颜色呈现一定颜色（金黄色葡萄球菌产生的金黄色色金黄色葡萄球菌产生的金黄色色素素）。）。 金黄色金黄色红色红色柠檬色柠檬色白色白色6 6、侵袭性酶：、侵袭性酶： 亦为细菌重要的致病物质，能损伤机体组织，促使细菌亦为细菌重要的致病物质，能损伤机