医学微生物学课件细菌的生理

Chapter 2 Bacterial Physiology第 2章 细菌的生理Section 1 Physical and Chemical Characteristics of Bacteria第一节 细菌的理化性状一、细菌的化学组成占细胞总重量 75%-90%碳、氢、氮、氧、磷、硫等钾、钠、铁、镁、钙等肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等水：有机物：无机离子：特有成分：光学性质 半透明体表面积 体积小、表面积大带电现象 革兰阳性菌 pI 23革兰阴性菌 pI 45半透性 细胞壁、膜有半透性渗透压中性环境带负电荷革兰阳性菌 2025大气压革兰阴性菌 56大气压二、细菌的物理性状Section 2 BACTERIAL NUTRITION AND GROWTH第二节 细菌的营养与生长繁殖第二节 细菌的营养与生长繁殖Classification based on their source of carbon碳源 一、细菌的营养类型 Classification based on their source of carbon碳源自养菌(autotroph)异养菌(heterotroph） 以 简单的无机物为原料，合成菌体成分必以多种有机物为原料，合成菌体成分并获能量 所有的病原菌都是异养菌，大部分是寄生菌l 腐生菌 寄生菌Water水：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 。Carbon source碳源：来源于糖类， 合成菌体成分 和 提供 能 量 。Nitrogen source氮源：来源于氨基酸 、 蛋白质等 ,合成菌体成分。Minerals无机盐： 常用元素（ 钾、钠、钙、镁、磷、硫等 ）微量元素（钴、锌、锰、铜等）Growth factors生长因子：生长必需但自身不能合成的物质 ， 如 维生素、氨基酸等 。二、细菌的营养物质二、细菌的营养物质Nutrient requirements of bacterial growth营养物质水碳源（糖）氮源（氨基酸蛋白胨 ）无机盐生长因子重要溶剂 菌体成分 能源菌体成分原料某些菌需之菌体及酶的组分能量储存及转运调节渗透压与繁殖及致病相关l 营养物质 Nutrientsl pH值 7.2-7.6l 温度 TemperaturePsychrophile 嗜冷菌 , 15-20 mesophile 嗜温菌 , 30-37thermophile 嗜热菌 , 50-60 l 渗透压 Osmotic pressure l 气体 （ O2 、 CO2）四、影响细菌生长的环境因素 Environmental factors affecting growth of bacteria ：根据细菌对氧的需要与否，将细菌分为四类：1.专性需氧菌 Obligate aerobes :具有完善的呼吸酶系统，如结核杆菌、 霍乱弧菌They grow only in the presence of oxygen. They obtain their energy through aerobic respiration 需氧呼吸。2.微需氧菌 Microaerophiles :低氧压（ 5%6%）下生长最好，如幽门螺杆菌They require a low concentration of oxygen (2% to 10%) for growth. They obtain their energy through aerobic respiration.3.兼性厌氧菌 Facultative anaerobes :多数病原菌They grow with or without oxygen, but generally better with oxygen. They obtain their energy through aerobic respiration if oxygen is present, but use fermentation 发酵 or anaerobic respiration 厌氧呼吸 if it is absent. 4.专性厌氧菌 Obligate anaerobes:缺乏完善的呼吸酶系统，只能在无氧的环境下生长 ,如破伤风杆菌They grow only in the absence of oxygen. They obtain their energy through anaerobic respiration or fermentation. They are killed by oxygen because they lack certain enzymes (catalase 触酶, peroxidase 过氧化物酶 , superoxide dismutase 超氧化物歧化酶 ) that detoxify both hydrogen peroxide and oxygen free radicals 氧自由基 (superoxide) produced as side-products during metabolism in the presence of oxygen.专性厌氧菌不能在有氧环境中生长繁殖的原因： 1、缺乏 氧化还原电势 (Eh)高的呼吸酶细胞色素和细胞色素氧化酶培养基有氧存在时Eh=300 mVFOODEh=150 mVFOOD人体组织厌氧菌： Eh120 mV2、 缺乏分解有毒氧基团的酶 (超氧化物歧化酶 SOD和触媒及过氧化物酶 )2 H2O2 触酶 2 H2O + O2 H2O2 + AH2 过氧化物酶 2 H2O + A需氧菌具有此 3种酶：2O2 + 2H- SOD H2O2 + O2-根据细菌对氧的需要与否，将细菌分为四类：1.专性需氧菌 Obligate aerobes :具有完善的呼吸酶系统，如结核杆菌、 霍乱弧菌2.微需氧菌 Microaerophiles :低氧压（ 5%6% ）下生长最好，如幽门螺杆菌3.兼性厌氧菌 Facultative anaerobes:多数病原菌4.专性厌氧菌 Obligate anaerobes:缺乏完善的呼吸酶系统，只能在无氧的环境下生长 ,如破伤风杆菌五、细菌的生长繁殖Bacterial nutrition and growth J个体的生长繁殖生长方式以及特点：l 二分裂法binary fission; 动画l 繁殖速度快 (20-30分钟 /次 );结核杆菌例外(1820 小时 /次 )生长生长 曲线曲线 (growth curve)迟缓期迟缓期 对数期对数期 稳定期稳定期 衰退期衰退期0 5 10 15 20 25 301、 迟缓期 (lag phase) 2、 对数期 (logarithmic phase) 3、 稳定期 (stationary phase) 4、 衰亡期 (decline phase) 群体的生长繁殖群体的生长繁殖迟缓期 Lag Phase : 细菌进入新环境后的适应阶段 ,为大量繁殖作准备 ;对数期 (或称指数期 )Logarithmic Phase:生长迅速 ;形态、染色性、生理活性典型 ,因此 , 采用此期观察细菌的性状 (形态染色、生化反应、药物敏感试验等 );稳定期 Stationary Phase:由于营养物质消耗 ,有害代谢产物积聚 ,pH下降以及需氧菌菌数过密通气不良所致。细菌的芽胞和外毒素、抗生素等代谢产物在此期产生。衰亡期 Decline Phase:形态多样不典型Section 3 BACTERIAL METABOLISM AND ENERGY TRANSFER第三节 细菌的新陈代谢与能量转换新陈代谢包括 ： 分解代谢与合成代谢特点： 代谢旺盛和代谢类型的多样化营养物质分解和转化为能量的过程 分解代谢所产生的能量用于细胞组分的合成 合成代谢一、细菌的能量代谢 Bacterial energy metabolism ：ATP的代谢， 病原菌主要能量来源是糖，通过糖的氧化或酵解释放能量，以 ADP、 ATP形式储存。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，产能多以其它无机物为受氢体 厌氧呼吸， 产能少 。糖酵解：产能少磷酸戊糖途径：不是产能的主要途径，主要为生物合成提供前体和还原能。（一）细菌分解代谢产物和生化反应Catabolic products and biochemical reaction根据细菌具有不完全相同的酶，分解不同营养物质的特点，因而代谢产物各异，利用生物化学方法鉴别不同细菌称为细菌的生化反应试验。二、细菌的代谢产物 metabolic products常见的生化反应对糖的发酵对蛋白质的发酵枸橼酸盐利用试验尿素酶试验甲基红试验吲哚试验硫化氢试验单糖发酵试验VP试验其他试验 糖发酵试验 : ;(+)( ); VP试验 ; 甲基红试验 (M); 枸橼酸盐利用试验 (C); 吲哚试验 (I); 硫化氢试验 ; 尿素酶试验其中 试验合成为 IMViC(姻姆维克 )试验（二）细菌合成代谢产物 Synthetic Products及其在医学中的意义利用分解代谢的产物和能量，合成新的物质合成产物热原质 Pyrogen毒素和侵袭性酶Toxins and Invasive Enzyme抗生素 Antibiotics 细菌素 Bacteriocin 维生素 Vitamins色素 Pigments1）热原质 Pyrogen : 能引起机体的发热 ; G 菌产生 ,细胞壁的脂多糖为其组分 ;热源质体温上升 耐高温 ,高压蒸气 121 20分钟不被灭活 ; 吸附剂和石棉滤板可除去大部分热原质 ,蒸馏法更好 ;玻璃器皿需250 高温干烤 ; 医疗过程中严格遵守无菌操作 ,防止细菌污染。2）毒素和侵袭性酶 Toxins and Invasive Enzyme :(1)外毒素 :为蛋白质 ;生长繁殖过程中释出 ,多为 G+菌 ;(2)内毒素 :为脂多糖 ; G 菌细胞壁中 ,菌体死亡崩解后才游离出 ;(3)侵袭性酶 :例产气荚膜梭菌 -卵磷脂酶链球菌 -透明质酸酶3）色素 :(1)产生条件 :营养丰富、氧气充足、温度适宜 ;(2)分水溶性和脂溶性 ;(3)作用 :鉴别细菌 ,例绿脓杆菌色素 -水溶性 ,脓液及纱布绿色。4）抗生素 :多由放线菌和真菌产生 ;作用范围广 ;5）细