第2章 细菌的生理

第2章细菌的生理第一节细菌的化学组成及物理性状一、细菌的化学组成(一),小分子物质水:占80％,而芽胞占40％,芽胞中含水分比较少无机盐: Na,K Ca Mg,硫,磷,铁,铜,锌,锰,以磷的含量为最多,大部分在核酸和细胞膜中,铁,铜,锌,锰等含量甚微,属微量元素;细菌中主要元素的来源及功能Element % of dryweightSource FunctionCarbon 50 organic compounds or CO2 Main constituent of cellular materialOxygen 20 H2O, organic compounds,CO2, and O2Constituent of cell material and cell water; O2 is electronacceptor in aerobic respirationNitrogen 14 NH3, NO3, organiccompounds, N2Constituent of amino acids, nucleic acids nucleotides, andcoenzymesHydrogen 8 H2O, organic compounds,H2Main constituent of organic compounds and cell waterPhosphorus 3 inorganic phosphates (PO4) Constituent of nucleic acids, nucleotides, phospholipids, LPS, teichoic acidsSulfur 1 SO4, H2S, So, organic sulfurcompoundsConstituent of cysteine, methionine, glutathione, severalcoenzymesPotassium 1 Potassium salts Main cellular inorganic cation and cofactor for certain enzymesMagnesium 0.5 Magnesium salts Inorganic cellular cation, cofactor for certain enzymatic reactionsCalcium 0.5 Calcium salts Inorganic cellular cation, cofactor for certain enzymes and a component of endosporesIron 0.2 Iron salts Component of cytochromes and certain nonheme iron-proteins and a cofactor for some enzymatic reactions(二)，大分子物质蛋白质:2000-3000多种,每种蛋白质的氨基酸组成各不相同,因而蛋白质含量也随菌种,菌龄和培养环境而异,一般在50-80％核酸:RNA,主要在胞浆中DNA,主要以拟核,质粒;核酸在细菌分裂前可增加一倍。

糖类:细菌的糖类大都是单糖亚单位连接成的多糖体,它与蛋白质,脂类等结合,构成糖蛋白或脂蛋白复合物,含量占干重的10-30％,其中3-8％为核糖，糖类还存在于细胞壁(肽聚糖),荚膜和内含颗粒中。

脂类:各种细菌的脂类含量差别很大,一般约占固体成分的1-7％,而分枝杆菌的含脂量可达30-40％;细菌的脂类包括脂肪,类脂,和蜡质等,•它可以游离存在,或可以与糖类,蛋白质等结合成脂蛋白和脂多糖;磷脂是细胞膜的主要成分。

(三)细菌体内的特殊化学物质:肽聚糖,胞壁酸,D-型氨基酸,磷壁酸,二氨基庚二酸(DAP),及细菌芽胞中的吡啶二羧酸(DPA)等,这些物质仅见于原核细菌某些原核生物中,•在真核生物细胞中未曾发现过;DAP(二氨基庚二酸,革兰氏阴性菌的交连桥中的特殊成分),DPA(吡啶二羧酸,芽胞的特殊成分);二细菌的物理性状:带电现象:细菌蛋白质由氨基酸组成,因此,它具有氨基酸的理化性质,在溶液中可解离为带阳电荷的氨基(NH3+)和带阴电荷的羧基(COO-);这种带电现象与溶液的PH有关,在PH低的酸性溶液中,氨基解离较多,细菌即带阳电,反之,在PH高的溶液中,•氨基解离受到抑制而羧基解离较多,细菌即带阴电荷;在等电点时,表现为电中性。

革兰阳性细菌的等电点为PH2-3,革兰氏阴性细菌为pH4-5,•因此大多细菌在中性或弱碱性的环境中生长,所以均带阴电荷,而革兰氏阳性细菌所带的阴电荷要更多些。

细菌的带电现象同染色反应、凝集反应以及药物的抑菌、杀菌作用等有着密切的关系。

带电现象与细菌蛋白质的两性作用pH=＜PI ,氨基电离多,细菌蛋白质主要带阳电为主pH〉PI , 氨基电离受到抑制而羧基电离,细菌即带阴电荷为主表面积:体积小,表面积大, 利于物质交换透光性: 细菌的半透明性,细菌的悬液呈混浊状,混浊程度与细菌数呈比例关系，利用细菌的这种关系可以比浊出细菌的数目半透性和渗透压:细菌的细胞壁和细胞膜有半透性,细菌吸取营养和排出代谢产物,有赖于这种半透性作用。

细菌体内含有高浓度的营养物质和无机盐类,•其渗透压比其它生物细胞要高。

革兰氏阳性细菌的渗透压高达20-25个大气压;革兰氏阴性细菌较低,•但也有5-6个在气压。

由于细菌具有坚韧的细胞壁,所以它能耐受内部的高渗透压,•同时也保护细菌在渗透较低的环境中不致裂解。

但在纯水中,•细菌仍不免吸收水分击而被胀裂。

在高渗环境中,菌体内水份逸出,胞浆浓缩,细菌也不能生长繁殖。

在日常生活中,人们用盐腌或糖渍等办法,将有些食物造成高渗环境,以此防止细菌的繁殖。

第二节,细菌的生长繁殖一,细菌的生长繁殖的条件(一)细菌的营养自营菌（autotrophic bacteria）:以简单无机物作为碳源,合成菌体成分;其能量来自化学能和光合作用。

异营菌(heterotrophic bacteria):不能以无机碳化合物作为碳源，必须利用含碳的有机物（如糖类）作为碳源，利用蛋白质、氨基酸或无机氮化合物为氮源，能量多从有机物氧化中获得。

包括：腐生菌(saprophytes)：以腐烂的动物,植物体中的有机物为营养;寄生菌(parasites): 寄生于有生命的生物体内，从宿主体内有机物中获得营养Table 2. Major nutritional types of procaryotes.Nutritional TypeEnergy Source Carbon Source Examples Photoautotrophs Light CO2 Cyanobacteria, some Purple andGreen BacteriaPhotoheterotrophs Light Organic compounds Some Purple and Green BacteriaChemoautotrophs or Lithotrophs (Lithoautotrophs) Inorganic compounds, e.g. H2, NH3, NO2, H2S CO2 A few Bacteria and many ArchaeaChemoheterotrophs or Heterotrophs Organic compounds Organic compoundsMost Bacteria, some Archaea(二),细菌的营养物质水:水是细菌生活乃至生命活动所必须的一种溶媒,各种营养物质均需先溶介于水中;碳源:如各种糖类是细菌生长过程中必须的碳源,氮源:细菌在生长繁殖过程中,除了需 要碳源外,•还需要象蛋白质或氨基酸一样的氮源无机盐:细菌生长所需的无机盐离子有:K 、Na 、Ca 、Mg 、P 、S 、Fe 、Cl 、Mn 、Sn 、K 、Na 、Mg 。

P 的需要量较多,其它只需要微量。

无机盐除构成菌体成分外,还有调节渗透压作用。

许多酶的活性需要无机离子参与。

生长因子有许多细菌除需上述各种营养物质外,还需要一定的生长因子,即B 族维生素,如硫胺素,生物素,核黄素,泛酸,吡哆醇,菸酸,以及对氨基苯甲酸等,•这类维生素大多崐是辅酶或辅基成分。

此外,还有一些化合物为某些细菌的生长所必须,如流感杆菌属细菌需要有X 因子或V 因子才能生长Table 3. Common vitamins required in the nutrition of certain procaryotes.Vitamin Coenzyme form Functionp-Aminobenzo ic acid (PABA)- Precursor for the biosynthesis of folic acid Folic acid Tetrahydrofolate Transfer of one-carbon units and required for synthesis of thymine, purine bases, serine, methionine and pantothenateBiotin Biotin Biosynthetic reactions that require CO2 fixation Lipoic acid Lipoamide Transfer of acyl groups in oxidation of keto acids Mercaptoethan e-sulfonic acidCoenzyme M CH4 production by methanogens Nicotinic acid NAD (nicotinamide adenine dinucleotide) and NADPElectron carrier in dehydrogenation reactions Pantothenic acid Coenzyme A and the Acyl Carrier Protein (ACP) Oxidation of keto acids and acyl group carriers in metabolismPyridoxine (B6) Pyridoxal phosphate Transamination, deamination, decarboxylation and racemation of amino acidsRiboflavin (B2) FMN (flavin mononucleotide) andFAD (flavin adenine dinucleotide)Oxidoreduction reactionsThiamine (B1) Thiamine pyrophosphate (TPP) Decarboxylation of keto acids and transaminase reactionsVitamin B12 Cobalamine coupled to adeninenucleosideTransfer of methyl groupsVitamin K Quinones and napthoquinones Electron transport processes营养成分的吸收方式:被动吸收:小分子的水溶性或脂溶性营物质,可由渗透作用直接渗入细菌体内,而大分子营养物质如蛋白质,多糖和脂类,•必须经胞外酶分解成小分子物质后才能透过细胞膜。