【医学微生物学教案】　细菌的生理.doc

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1、教学进程提问、演示、重点、难点、教具、时间分配、教法等第二章细菌的生理知识要点：细菌的理化性状光学性质外表积带电现象细菌的新陈代谢细菌的生化反响合成代谢产物第一节 细菌的理化性状一、细菌的化学组成水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸等。原核细胞型微生物特有的化学组成，如肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸、吡啶二羧酸等。二、细菌的物理性状1光学性质细菌为半透明体。可用比浊法或分光光度计计数。相差显微镜观察。2外表积生物体代谢与外表积/体积比有关系。细菌体积微小，相对外表积大，有利于同外界进行物质交换。3 电现象中性或弱碱性环境中，细菌均带负电荷，尤以前者所带电荷更多。细菌的带电现象

2、与细菌的染色反响、凝集反响、抑菌和杀菌作用等都有密切关系。4 半透性细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性5 渗透压一般革兰阳性菌的渗透压高达2025个大气压，革兰阴性菌为56个大气压。 第二节 细菌的营养一、细菌的营养类型1自养菌autotroph：以无机物为原料，如利用CO2、CO32作为碳源，利用N2、NH3、NO2、NO3等作为氮源，合成菌体成分。2异养菌heterotroph：以有机物为原料，如蛋白质、糖类等。3腐生菌saprophyte；寄生菌parasite。所有的病原菌都是异养菌，大局部属寄生菌。二、细菌的营养物质水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。三、细菌摄取营养物质的机制1被动扩散

3、：营养物质从浓度高向浓度低的一侧扩散，驱动力是浓度梯度，不需要提供能量。2主动转运系统：营养物质从浓度低向浓度高的一侧转运，并需要提供能量。第三节 细菌的生长与繁殖一、影响细菌生长的环境因素营养物质、能量和适宜的环境是细菌生长繁殖的必备条件。1氢离子浓度pH2温度病原菌均为嗜温菌，最适37。热休克蛋白heat-shock proteins，Hsp：有耐热性，对菌细胞内的热敏感蛋白质起稳定作用。3渗透压4气体专性需氧菌obligate aerobe如结核分枝杆菌、霍乱弧菌。微需氧菌microaerophilic bacterium在低氧压5%下生长最好，氧浓度10%对其有抑制作用。如空肠弯曲菌、

4、幽门螺杆菌。兼性厌氧菌facultative anaerobe兼有需氧呼吸和无氧发酵两种功能。大多数病原菌属于此。专性厌氧菌obligate anaerobe缺乏完善的呼吸酶系统，利用氧以外的其他物质作为受氢体，只能在无氧环境中进行发酵。原因：缺乏氧化复原电势Eh高的呼吸酶,只能在120mV以下的Eh时生长，有氧时Eh 高于此值，故不能生长。缺乏分解有毒氧基团的酶：细菌在有氧环境中代谢时，常产生具有强烈杀菌作用的超氧阴离子O2-和过氧化氢H2O2。需氧菌有超氧化物歧化酶superoxide dismutase，SOD和触酶catalase SOD2O 2- + 2H+ H2O2 + O2触酶2

5、H2O2 2H2O + O2 过氧化物酶H2O2 + AH2 2H2O +A某种有机物专性厌氧菌缺乏这三种酶，故在有氧时受到有毒氧基团的影响而不能生长繁殖。二、细菌的生长与繁殖一细菌个体的生长繁殖 二分裂方式binary fission进行无性繁殖。代时generation time：细菌分裂数量倍增所需要的时间，多数细菌为2030分钟。二细菌群体的生长繁殖 生长曲线growth curve如下列图。根据细菌浓度，生长曲线可分为六期，即AF，研究细菌的生物学性状形态染色、生化反响、药物敏感试验等应选用对数生长期的细菌。在培养后的 818小时。第四节 细菌的新陈代谢细菌的新陈代谢细菌细胞内分解代

6、谢与合成代谢的总和，显著特点是代谢旺盛和代谢类型多样化。分解代谢是底物分解和转化为能量的过程。合成代谢是指所产生的能量用于细胞组分的合成过程。一、细菌的能量代谢细菌能量代谢活动中主要涉及ATP形式的化学能。细菌的有机物分解或无机物氧化过程中释放的能量通过底物磷酸化或氧化磷酸化合成ATP。生物体能量代谢的根本生化反响是生物氧化。以有机物为受氢体的称为发酵；以无机物为受氢体的称为呼吸，其中以分子氧为受氢体的是需氧呼吸，以其他无机物硝酸盐、硫酸盐等为受氢体的是厌氧呼吸。现以葡萄糖为例，简述细菌的能量代谢。发酵糖酵解大多数细菌共有的根本代谢途径，专性厌氧菌产能的唯一途径。反响最终的受氢体为未彻底氧化的

7、中间代谢产物，产生能量远比需氧呼吸少。1 分子葡萄糖可生成2 分子丙酮酸，产生2 分子ATP 和2 分子NADH + H+。 关于丙酮酸以后的代谢随细菌的种类不同而异。磷酸戊糖途径糖酵解途径的分支，由己糖生成戊糖的循环途径。其主要功能是为生物合成提供前体和复原能，不是产能的主要途径。需氧呼吸 1分子葡萄糖在有氧条件下彻底氧化，生成CO2 、H2O，并产生38分子ATP。分子氧为受氢体。需氧菌和兼性厌氧菌进行需氧呼吸。厌氧呼吸专性厌氧菌没有需氧电子传递链和完整的三羧酸循环，1 分子葡萄糖经厌氧糖酵解只能产生2 分子ATP， 最终以外源的无机氧化物CO2 、SO42- 、NO3 作为受氢体的一类产

8、能效率低的特殊呼吸。二、细菌的代谢产物一 分解代谢产物和细菌的生化反响1糖发酵试验不同细菌分解糖类的能力和代谢产物不同。2VPVoges-Proskauer试验大肠埃希菌和产气肠杆菌均能发酵葡萄糖，两者不能区别。但产气肠杆菌能使丙酮酸脱羧生成中性的乙酰甲基甲醇，后者在碱性溶液中被氧化生成二乙酰，二乙酰与含胍基化合物反响生成红色化合物，是为VP试验阳性。大肠埃希菌VP试验阴性。3甲基红methyl red试验产气肠杆菌分解葡萄糖产生丙酮酸，再经脱羧后生成中性的乙酰甲基甲醇，甲基红呈桔黄色，为阴性。大肠埃希菌分解葡萄糖产生丙酮酸，培养液pH 4.5，甲基红呈红色，为甲基红试验阳性。4枸橼酸盐利用c

9、itrate utilization试验如产气肠杆菌利用铵盐作为唯一氮源，并利用枸橼酸盐作为唯一碳源时，可在枸橼酸盐培养基上生长，分解枸橼酸盐生成碳酸盐，分解铵盐生成氨，使培养基变为碱性，是为该试验阳性。大肠埃希菌为阴性。5吲哚indol试验如大肠埃希菌、变形杆菌、霍乱弧菌等能分解培养基中的色氨酸生成吲哚靛基质，经与试剂中的对二甲基氨基苯甲醛作用，生成玫瑰吲哚而呈红色，为吲哚试验阳性。6硫化氢试验如沙门菌、变形杆菌等能分解培养基中的含硫氨基酸如胱氨酸、甲硫氨酸生成硫化氢，硫化氢遇铅或铁离子生成黑色的硫化物。7尿素酶试验变形杆菌有尿素酶，能分解培养基中的尿素产生氨，使培养基变碱，以酚红为指示剂检

10、测为红色，是为尿素酶试验阳性。吲哚I、甲基红M、VPV、枸橼酸盐利用C四种试验常用于鉴定肠道杆菌，称为IMViC试验。例如大肠埃希菌对这四种试验的结果是“+-，产气肠杆菌那么为“-+。二合成代谢产物及其医学上的意义 1热原质pyrogen或称致热原，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，高压蒸气灭菌121、20分钟不被破坏，250高温干烤才能破坏热原质。制备和使用注射药品过程中应严格防止细菌污染。2毒素与侵袭性酶外毒素exotoxin；内毒素endotoxin外毒素毒性强于内毒素。某些细菌可产生具有侵袭性的酶，促使细菌的侵袭和扩散，如产气荚膜梭菌的卵磷脂酶，

11、链球菌的透明质酸酶等。3色素pigment一类为水溶性，能弥散到培养基或周围组织，如铜绿假单胞菌产生的色素使培养基或感染的脓汁呈绿色。另一类为脂溶性，不溶于水，只存在于菌体，如金黄色葡萄球菌的色素。4抗生素antibiotic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，只有多粘菌素polymyxin、杆菌肽bacitracin等。5细菌素bacteriocin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，如大肠埃希菌产生的细菌素称大肠菌素colicin，其编码基因位于Col质粒上。6维生素vitamin如人体肠道内大肠埃

12、希菌合成的B族维生素和维生素K可被人体吸收利用。第五节 细菌的人工培养一、培养细菌的方法根据不同标本及不同培养目的，可选用不同的接种和培养方法，常用细菌别离培养和纯培养两种方法。病原菌的人工培养一般采用 3537，培养1824小时。二、培养基 培养基culture medium是由人工方法配制而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品。按营养组成和用途不同，分为：根底培养基 basic medium：含有根本营养成分如营养肉汤nutrient broth、营养琼脂nutrient agar、蛋白胨水等。增菌培养基 enrichment medium：在这种培养基上生长的是营养要求相同的细菌

13、群。选择培养基selective medium：例如培养肠道致病菌的SS琼脂，其中的胆盐能抑制革兰阳性菌，枸橼酸钠和煌绿能抑制大肠埃希菌，因而使致病的沙门菌和志贺菌容易别离到。鉴别培养基differential medium：利用各种细菌分解糖类和蛋白质的能力及其代谢产物不同，在培养基中参加特定的作用底物和指示剂，观察细菌在其中生长后对底物的作用，从而鉴别细菌。如常用的糖发酵管、三糖铁培养基、伊红-美蓝琼脂等。厌氧培养基 anaerobic medium：这种培养基营养成分丰富，含有特殊生长因子，氧化复原电势低，并参加美蓝作为氧化复原指示剂。其常用的有庖肉培养基cooked meat medi

14、um 、硫乙醇酸盐肉汤等，并在液体培养基外表参加凡士林或液体石蜡以隔绝空气。根据培养基的物理状态不同分为液体、固体和半固体三大类。三、细菌在培养基中的生长情况一在液体培养基中生长情况混浊状态；沉淀生长；专性需氧菌呈外表生长，常形成菌膜。二在固体培养基中生长情况1别离培养：菌落colony。2纯培养pure culture：菌苔。细菌的菌落一般分为三型：光滑型菌落smooth colony，S型菌落粗糙型菌落rough colony，R型菌落粘液型菌落mucoid colony，M型菌落四、人工培养细菌的用途1在医学中的应用对疾病的诊断、预防、治疗和科学研究都有重要作用感染性疾病的病原学诊断细菌

15、学的研究 细菌生理、遗传变异、致病性和耐药性等生物制品的制备 疫苗、类毒素、抗毒素、免疫血清及供诊断用的菌液、抗血清等。2在工农业生产中的应用生产抗生素、维生素、氨基酸、有机溶剂、酒、酱油、味精等产品，制造菌肥和农药等。3在基因工程中的应用将带有外源性基因的重组DNA转化给受体菌，使其在菌体内能获得表达，如胰岛素、干扰素、乙型肝炎疫苗等。第六节 细菌的分类一、细菌的分类原那么与层次分类和种系分类两种传统分类又称为人为分类artificialclassification，是选择一些较为稳定的生物学性状，如菌体形态与结构、染色性、培养特性、生化反响、抗原性等作为分类的根底。种系分类phylogen

16、eticclassification，又称为自然分类naturalclassification，是根据组成细菌的大分子核酸、蛋白质等同源程度进行分类。伯杰Bergey分类将细菌分为四大类目、35个群，医学细菌包括在内表2-3。自然界生物分为6界，即病毒界、原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界。细菌属于原核生物界，为种系分类的真细菌；分类层次界、门、纲、目、科、属、种。在细菌中常用属和种 种species是细菌分类的根本单位。二、细菌的命名法细菌的命名采用拉丁双名法，每个菌名由两个拉丁字组成。前一字为属名，用名词，大写；后一字为种名，用形容词，小写。一般属名表示细菌的形态或发现有奉献者

17、，种名说明细菌的性状特征、寄居部位或所致疾病等。中文的命名次序与拉丁文相反，是种名在前，属名在后。例如Staphylococcus aureus，金黄色葡萄球菌；Escherichia coli，大肠埃希菌；Neisseria meningitidis，脑膜炎奈瑟菌等。属名亦可不将全文写出，只用第一个字母代表，如M. tuberculosis，S. typhi等。 时间：20分钟了解细菌特性时间：15分钟重点：病原菌多属哪种营养类型？了解细菌摄取营养物质的机制时间：30分钟重点掌握：影响细菌生长的环境因素。难点： 专性厌氧菌只能在无氧环境中发酵的原因。二分裂重点：细菌繁殖方式。生长曲线。时间：20分钟问题：可用于细菌鉴定的生化发应有哪些？原理是什么？重点：应用检测代谢产物细菌鉴定。重点：细菌合成代谢产物主要有哪些？有何医学意义？时间：10分钟液体培养基固体斜面培养基半固体培养基了解培养基种类菌落了解细菌在培养基中生长状态了解培养基的用途时间：10分钟 一般了解 小结：5分钟重点掌握：1、细菌生长繁殖条件2、分解代谢产物及合成代谢产物的种类及意义