临床执医-医学微生物学-003细菌的生理

医学微生物学 细菌的生理主要介绍了细菌的理化性状、细菌的营养与生长繁殖、细菌的新陈代谢以及细菌的生理

三、细菌的生理

• 《医学微生物学》- 1 细菌的理化性状
  • 概述
    • 细菌的生理活动包括摄取营养物质和合成各种所需物质，进行新陈代谢及生长繁殖。整个生理活动的中心是新陈代谢，细菌的代谢活动十分活跃而且多样化，繁殖迅速是其显著的特点。
  • 一、细菌的化学组成
    • 细菌和其他生物细胞相似，含有多种化学成分，包括水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸等。水分是菌细胞重要的组成部分，占细胞总重量的75%~90%。菌细胞去除水分后，主要为有机物，少数为无机离子。细菌尚含有一些原核细胞型微生物所特有的化学组成，如肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、二氨基庚二酸等。
  • 二、细菌的物理性状
    • 1.光学性质：细菌为半透明体。当光线照射至细菌，部分被吸收，部分被折射，故细菌悬液呈混浊状态。菌数越多混浊度越大，使用比浊法或分光光度计可以粗略地估计细菌的数量。
    • 2.表面积：细菌体积微小，相对表面积大，有利于同外界进行物质交换。因此细菌的代谢旺盛，繁殖迅速。
    • 3.带电现象：细菌固体成分的50%~80%是蛋白质，蛋白质由兼性离子氨基酸组成。G+菌的等电点pH为2~3，而G-菌的等电点pH为4~5，故在近中性或弱碱性环境中，细菌均带负电荷。
    • 4.半透性：细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性，允许水及部分小分子物质通过，有利于吸收营养和排出代谢产物。
    • 5.渗透压：细菌体内含有高浓度的营养物质和无机盐，一般G+菌的渗透压高达20~25个大气压，G-菌为5~6个大气压。细菌所处一般环境相对低渗，但因有坚韧细胞壁的保护不致崩裂。若处于比菌内渗透压更高的环境中，细菌就不能生长繁殖。
• 《医学微生物学》- 2 细菌的营养与生长繁殖
  • 一、细菌的营养物质
    • 1.水：细菌所需营养物质必须先溶于水，营养的吸收与代谢均需有水才能进行。
    • 2.碳源：各种碳的无机或有机物都能被细菌吸收和利用，合成菌体组分和作为获得能量的主要来源。病原菌主要从糖类获得碳。
    • 3.氮源：细菌对氮源的需要量仅次于碳源，其主要功能是作为菌体成分的原料。
    • 4.无机盐：细菌需要各种无机盐以提供细菌生长的各种元素。某些元素与细菌的生长繁殖和致病作用密切相关。例如，几乎所有的细菌生长都需要铁。
    • 5.生长因子：许多细菌的生长还需一些自身不能合成的生长因子。它们通常为有机化合物，例如维生素、某些氨基酸、嘌呤、嘧啶等。
  • 二、细菌摄取营养物质的机制
    • 水和水溶性物质可以通过具有半透膜性质的细胞壁和细胞膜进入细胞内，蛋白质、多糖等大分子营养物需经细菌分泌的胞外酶的作用分解成小分子物质才能被吸收。营养物质进入菌体内的方式有被动扩散和主动转运系统。
    • 1.被动扩散：被动扩散指营养物质从浓度高向浓度低的一侧扩散，其驱动力是浓度梯度，不需要提供能量。
    • 2.主动转运：主动转运是细菌吸收营养物质的主要方式，其特点是营养物质从浓度低向浓度高的一侧转运，并需要提供能量。
  • 三、细菌的营养类型
    • 根据细菌所利用的能源和碳源的不同，将细菌分为自养菌和异养菌两大营养类型。
    • 1.自养菌：该类菌以简单的无机物为原料，如利用CO2等作为碳源，利用N2、NH3等作为氮源，合成菌体成分。这类细菌所需能量来自无机物的氧化，称为化能自养菌，或通过光合作用获得能量称为光能自养菌。
    • 2.异养菌：该类菌必须以多种有机物为原料才能合成菌体成分并获得能量。异养菌包括腐生菌和寄生菌。腐生菌以动植物尸体、腐败食物等作为营养物；寄生菌寄生于活体内，从宿主的有机物获得营养。所有的病原菌都是异养菌，大部分属寄生菌。
  • 四、影响细菌生长的因素
    • 1.营养物质：充足的营养物质可以为细菌的新陈代谢及生长繁殖提供必要的原料和充足的能量。
    • 2.氢离子浓度(pH)：每种细菌都有一个可生长的pH范围，以及最适生长pH。
    • 3.温度：病原菌在长期进化过程中适应人体环境，最适生长温度为人的体温，即37摄氏度。当细菌突然暴露于高出适宜生长温度的环境时，可暂时合成热休克蛋白。这种蛋白对热有抵抗性，并可稳定菌体内热敏感的蛋白质。
    • 4.气体：影响细菌生长的气体主要有O2和二氧化碳。大部分细菌在新陈代谢过程中产生的CO2可满足其需要。有些细菌在从标本初次分离时，需人工供给5%~10%的CO2，可促进细菌迅速生长繁殖。
    • 5.渗透压：一般培养基的盐浓度和渗透压对大多数细菌是安全的，少数细菌如嗜盐菌需要在高浓度的NaCl环境中生长良好。
  • 五、细菌的生长繁殖
    • (一)细菌个体的生长繁殖
      • 细菌一般以简单的二分裂方式进行无性繁殖。细菌分裂数量倍增所需要的时间称为代时，多数细菌为20~30分钟。细菌分裂时菌细胞首先增大，染色体复制。形成的新细胞膜将各自的染色体分隔在两侧。最后细胞壁沿横隔内陷，整个细胞分裂成两个子代细胞。
    • (二)细菌群体的生长繁殖
      • 细菌生长速度很快，适宜条件下，10小时后可达10亿个以上。但由于细菌繁殖中营养物质的逐渐耗竭，有害代谢产物的逐渐积累，细菌不可能始终保持高速度的无限繁殖。细菌的群体生长繁殖可分为四期：
      • 1.迟缓期：细菌进入新环境后的短暂适应阶段。该期菌体增大，代谢活跃，为细菌的分裂繁殖积累充足的酶、辅酶和中间代谢产物；但分裂迟缓，繁殖极少。
      • 2.对数期：又称指数期。细菌在该期生长迅速，以恒定的几何级数增长。此期细菌的形态、染色性、生理活性等都较典型，对外界环境因素的作用敏感。因此，研究细菌的生物学性状应选用该期的细菌。
      • 3.稳定期：由于培养基中营养物质消耗，有害代谢产物积聚，该期细菌繁殖速度渐减，死亡数逐渐增加。总的细菌数缓慢增加，细菌形态、染色性和生理性状常有改变。一些细菌的芽胞、外毒素和抗生素等代谢产物大多在稳定期产生。
      • 4.衰亡期：稳定期后细菌繁殖越来越慢，死亡数越来越多，并超过活菌数。该期细菌形态显著改变，出现衰退型或菌体自溶，生理代谢活动也趋于停滞。
• 《医学微生物学》- 3 细菌的新陈代谢
  • 一、细菌的能量代谢
    • 生物体能量代谢的基本生化反应是生物氧化。病原菌合成细胞组分和获得能量的物质主要为糖类，通过糖的氧化或酵解释放能量，并以高能磷酸键的形式储存能量
  • 二、细菌的代谢产物
    • (一)细菌的生化反应试验
      • 各种细菌所具有的酶不完全相同，对营养物质的分解能力亦不一致，因而其代谢产物有别。根据此特点，利用生物化学方法来鉴别不同细菌称为细菌的生化反应试验。
    • (二)合成代谢产物及其医学上的意义
      • 细菌利用分解代谢中的产物和能量不断合成菌体自身成分，同时还合成一些在医学上具有重要意义的代谢产物。
      • 1.热原质：或称致热原，是细菌合成的一种注入人体或动物体内能引起发热反应的物质，称为热原质。产生热原质的细菌大多是革兰阴性菌，热原质即其细胞壁的脂多糖。热原质耐高温，250摄氏度高温干烤才能破坏热原质。
      • 2.毒素与侵袭性酶：细菌产生外毒素和内毒素两类毒素，在细菌致病作用中甚为重要。外毒素是多数革兰阳性菌和少数革兰阴性菌在生长繁殖过程中释放到菌体外的蛋白质；内毒素是革兰阴性菌细胞壁的脂多糖，当菌体死亡崩解后游离出来。外毒素毒性强于内毒素。某些细菌可产生具有侵袭性的酶，能损伤机体组织，促使细菌的侵袭和扩散，是细菌重要的致病物质。
      • 3.色素：某些细菌能产生不同颜色的色素，有助于鉴别细菌。细菌的色素有两类，一类为水溶性，能弥散到培养基或周围组织。另一类为脂溶性，不溶于水，只存在于菌体，使菌落显色而培养基颜色不变。
      • 4.抗生素：某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些其他微生物或肿瘤细胞的物质，称为抗生素。抗生素大多由放线菌和真菌产生，细菌产生的少。
      • 5.细菌素：某些菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质称为细菌素。细菌素与抗生素不同的是作用范围狭窄，仅对与产生菌有亲缘关系的细菌有杀伤作用
      • 6.维生素：细菌能合成某些维生素除供自身需要外，还能分泌至周围环境中。例如人体肠道内的大肠埃希菌，合成的B族维生素和维生素K也可被人体吸收利用。
  • 三、细菌的分泌系统
    • 细菌在生长代谢过程中，合成许多蛋白质类的物质。细菌依赖分泌通路进行蛋白质的跨胞质膜转运的系统，称为分泌系统。细菌合成的蛋白质，大多数G+菌将其直接分泌到胞外，G-菌、少数G+菌及分枝杆菌则由蛋白分泌系统将其分泌到胞外。
  • 四、细菌的免疫系统
    • 在细菌的生存过程中，经常会受到外来DNA的侵袭，如噬菌体各种DNA元件等。面对这些威胁，细菌在进化过程中逐渐形成了多种防御机制。
• 临床执医 医学微生物学 003 细菌的生理