6、细菌-5.细菌的新陈代谢 ...
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细菌的新陈代谢是指发生在细菌细胞中各种分解代谢和合成代谢的总和，包括物质代谢和能量代谢。
一、细菌的能量代谢
细菌代谢所需能量，绝大多数是通过生物氧化作用而获得的。生物氧化是指在酶的作用下细菌细胞内所发生的一系列氧化还原反应。（生物氧化：细菌利用酶将营养物质分解成水和二氧化碳并且释放出能量的过程）细菌的生物氧化类型分为：①需氧呼吸，以氧分子作为最终氢（或电子）受体的称为需氧呼吸。②厌氧呼吸，以无机物作为最终氢（或电子）受体的称为厌氧呼吸。③发酵，以有机物作为最终氢（或电子）受体的称为发酵。
现代发酵概括广义：泛指一切微生物（厌氧与好氧）生产有用代谢产物的过程。
二、细菌的代谢产物
细菌在分解和合成代谢中能产生多种代谢，故其代谢产物可分解代谢产物和合成代谢产物两类。
（一）分解代谢产物的监测
细菌的分解代谢产物因其具备的酶不同而有所差异。细菌各分解代谢产物可通过生化方法检测，通常为细菌的生化反应，一般用于细菌的鉴别。
1.糖发酵试验
不同细菌分解糖的种类、能力和代谢产物等均不同，一般以是否分解某种糖、是否产酸产气等现象来鉴别细菌。如大肠埃希菌和伤寒沙门菌，均为革兰氏阴性菌，其中大肠埃希菌含有乳糖分解酶，能分解乳糖产酸产气；伤寒沙门菌无乳糖分解酶，不能分解乳糖产酸产气，由此两种细菌通过糖发酵试验区分开来。
试剂：含不同单糖的蛋白胨水培养基
指示剂：溴甲酚紫5.2（黄）~6.8（紫）
内置：小倒管（杜士管）观察有无气体产生
A.不发酵紫
B.发酵产酸黄
C.发酵产酸产气 黄气泡
2.吲哚试验（indole test）I
含有色氨酸酶的细菌可分解色氨酸生成吲哚，吲哚无色，若加入对二甲基苯甲醛后，该试剂可与吲哚结合形成红色的玫瑰吲哚，称吲哚试剂阳性，如大肠埃希菌、变形杆菌等；不含色氨酸酶的细菌，因不能分解色氨酸，不能产生吲哚，加入对二甲基苯甲醛后不变红色，称为吲哚试验阴性，如产气荚膜梭菌。
试剂：蛋白胨水培养基
指示剂：对二甲基苯甲醛（柯试试剂）
原理：大肠杆菌具色氨酸酶，分解蛋白胨中的色氨酸生成吲哚，遇指示剂反应生成玫瑰吲哚（玫瑰红色）产气杆菌则无此反应。
液面形成玫瑰红色吲哚为阳性。
不能产生吲哚，加入指示剂不呈红色为阴性。
方法：将两种细菌分别接种蛋白胨水培养基中。
37℃培养18～24h，滴加指示剂。
3.甲基红试验（methyl red test）M
大肠埃希菌和产期气荚膜梭菌都是G-短杆菌，两者都能分解葡萄糖、乳糖，产酸产气，不易区别。但两者产生的酸类和总酸量不同：产气荚膜梭菌分解葡萄糖产生丙酮酸后，可使2分子丙酮酸进一步转变为1分子中性的乙酰甲基甲醇，使培养基中的酸类减少，PH变大，加入甲基红指示剂后呈橘黄色，为甲基红试验阴性；大肠埃希菌分解葡萄糖产生的丙酮酸，不转化为乙酰甲基甲醇，培养液呈酸性，PH小于4.5，加入甲基红指示剂后呈红色，称甲基红试验阳性。
试剂：葡萄糖蛋白胨水培养基
指示剂：甲基红
原理：
大肠杆菌：Glu→丙酮酸→分解→甲酸，乙酸等（酸性）
产气杆菌：Glu→丙酮酸→脱羧→乙酰甲基甲醇（中性）
当培养基PH＜4.5时甲基红指示剂呈现红色（+）
若培养基PH＞4.5时则培养物呈黄色（-）
方法：将两种细菌分别接种于葡萄糖蛋白胨水培养基中，37℃培养48h，滴加甲基红试剂3～5滴。
4.V-P试验（Voges Proskauer test）
产气荚膜梭菌生产的乙酰甲基甲醇在碱性条件下，可被空气中的O?氧化生成二乙酰，二乙酰可与培养基中含胍基的化合物反应，生成红色化合物，称V-P试验阳性；大肠埃希菌可分解葡萄糖产生丙酮酸，不生成乙酰甲基甲醇，无二乙酰产生，故V-P试验阴性。
试剂：葡萄糖蛋白胨水培养基
原理：乙酰甲基甲醇在碱性条件下被氧化生成二乙酰并与蛋白胨中精氨酸所含胍基生成红色复合物。
生成红色复合物，为阳性反应。
无红色化合物，为阴性反应。
方法：将两种细菌接种于葡萄糖蛋白胨水培养基中，37℃培48h，将培养液摇匀，于没毫升培养液中滴加0.1ml40%KOH溶液，振荡混匀，室温37℃放置15min或加热后观察结果。
5.枸橼酸盐利用试验（citrate utilization test）
产气荚膜梭菌能利用枸橼酸盐作为唯一碳源在培养基上生长，分解枸橼酸盐生成碳酸盐，同时分解培养基的铵盐生成氨，由此培养基变为碱性，使指示剂溴百里酚蓝（BTB）由淡绿转为深蓝，此为枸橼酸盐利用试验阳性；大肠埃希菌不能利用枸橼酸盐，故为枸橼盐酸利用试验阴性。
试剂：枸橼酸盐培养基
指示剂：溴百里酚蓝液（遇酸变黄遇碱变蓝）
原理：产气杆菌能利用枸橼酸盐作唯一碳源分解枸橼酸钠使培养基变为碱性，培养基中指示剂由淡绿色变为深蓝色（+），大肠杆菌不能利用枸橼酸盐者培养基颜色不变（-）。
吲哚试验（I）甲基红试验（M）V-P试验（V）枸橼酸盐利用试验（C）四种试验合称为IMViC试验，常用于鉴定肠道杆菌。
气相色谱法和液相色谱法可通过对细菌分解代谢产物中挥发性或不挥发性有机酸和醇类的检测，准确、快速地确定细菌的种类，是目前细菌生化鉴定的高新技术。
（二）合成代谢产物及其临床意义
细菌通过新陈代谢不但能合成菌体的组成成分，如蛋白质、脂肪、核酸等，还能合成很多在医学上具有重要意义的代谢产物。
1.热原质（致热原）（pyrogen）是通过注射进入人或动物机体引起发热的物质，热原质主要指细菌体中的脂多糖，另外酵母菌中的酵母多糖也有热原质的特性。脂多糖多由革兰氏阴性菌产生，少数革兰氏阳性菌也能生成，因其进入人或动物体内能引起发热反应，故称热原质。热原质耐高热，高压蒸汽灭菌121℃20min不能使其破坏，加热180℃45min才能使热原质失去作用。热原质可通过一般细菌滤器，但没有挥发性，所以，除去液体中的热原质的最好方法是蒸馏法。药液、水等被细菌污染后，有热原质存在的可能性，输入机体后可引起发热反应，严重的可致死。生物制品或注射液制成后要除去热原质比较困难，所以在制备和使用过程中必须严格无菌操作、防止细菌污染以确保无热原质存在。
临床使用注射剂时，常有患者发生寒战、发热、头疼、恶心、休克等症状，严重时甚至死亡，此为热原反应。
2.毒素（toxin）细菌产生的毒素有内毒素外毒素两种。内毒素（endotoxin）是革兰氏阴性菌细胞壁的脂多糖，其毒性成分为类脂A，菌体死亡崩解后释放出来。外毒素（exotoxin）是由革兰氏阳性菌和少数革兰氏阴性菌在生长代谢过程中释放致菌体外的蛋白质，具有抗原性、毒性强、作用特异性强等特点。
3.侵袭性酶某些细菌可产生具有侵袭性的酶，能损伤机体组织，促进细菌在机体中的扩散，细菌重要的致病因素，如链球菌的透明质酸酶等。
4.色素（pigment）某些细菌在营养丰富、氧气充足、温度适宜等条件下能产生色素，可用于细菌的鉴别。细菌色素有两类：①水溶性色素，溶于水，能弥散至培养基或周围组织中，如铜绿假单胞菌产生的绿脓色素使培养基或脓汁呈绿色。②脂溶性色素，不溶于水，仅保持在菌体内使菌落着色而培养基颜色不变，如金黄色葡萄球菌的金黄色色素。
5.抗生素（antibiotic）有某些微生物在代谢过程中产生的能抑制或杀死其他微生物或癌细胞的物质，称为抗生素。抗生素多由放线菌和真菌产生，细菌仅产生少数几种，如多粘菌素、杆菌肽等。
6.细菌素（bactericin）为某些细菌产生的仅作用于有近缘关系细菌的抗菌物质。细菌为蛋白类物质，抗菌范围很窄，无治疗意义，但可用于细菌分型和流行病学调查。
维生素（vitamin）某些细菌产生的维生素，除供自身需要外还可分泌到菌体所在的环境中，如大肠埃希菌合成的维生素B?维生素B??、维生素K?等，对人体有利。
