什么是微生物化学及其意义？

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简介

微生物化学或微生物生物化学可以定义为微生物学的一个分支，它涉及研究微生物中发生的生化反应，这些反应有助于其生长和致病机制的发展。

这个分支包括研究微生物细胞的结构、代谢反应以及各种大分子之间的相互作用，这些相互作用提供了详细的骨骼方面以及与生命功能相关的基础。

微生物中发现的生物分子

各种类型的生物分子构成微生物的结构。大多数微生物都是原核生物，除了真菌是真核生物。每种微生物在其细胞壁中都包含不同的成分，并产生不同的化合物用于防御。

图：病毒衣壳

每类微生物都会产生不同的细胞壁成分。例如，细菌细胞壁中存在的碳水化合物是肽聚糖和糖萼。真菌的细胞壁由葡聚糖、几丁质和糖蛋白组成。原生动物没有细胞壁，而是含有由蛋白质组成的表膜。病毒也没有细胞壁，而是有一个称为衣壳的蛋白质覆盖物覆盖其 DNA。古细菌具有独特的细胞壁，由异戊二烯基团和糖蛋白组成。

微生物中的代谢

任何生物体中的代谢都可能导致生物体的生长。微生物代谢是微生物获得营养并进而获得生长和繁殖能量的方式。微生物中的代谢过程可以根据途径和原材料的利用方式分为不同的类型

1) 微生物获得碳产物以增加细胞量的途径-

• 自养- 可以从大气中的二氧化碳合成自身食物。

• 异养- 依赖他人获取营养。

• 混合营养- 它们依赖有机物，同时也通过固定二氧化碳来合成食物。

2) 微生物获得营养以生长和繁殖的途径

• 光养- 它们依赖阳光合成食物。

• 化能营养- 食物是利用从土壤中获得的无机化合物合成的。

代谢途径

• 任何生物体中的每一个代谢作用都伴随着能量损失或能量转移。但能量转移并非100%有效，因此为了维持稳定的能量量，微生物必须摄入比所需更多的能量。

• 微生物摄入的无机分子不能在没有任何外部驱动力的情况下结合，这种驱动力称为活化能，可以是热能或化学能，以及一种称为酶的生物催化剂。

• 这些酶可以催化合成途径（称为合成代谢）或涉及大分子分解的途径（称为分解代谢）。除了所有这些之外，还需要一种作为反应驱动力的化学物质，称为三磷酸腺苷（ATP）。

• 通常，所有微生物都使用 ATP，使其成为所有细胞的能量货币，并有助于能量转移。每当发生分解代谢反应时，就会产生 ATP，微生物细胞将其用于合成代谢过程。

• 每当 ATP 分子分解时，就会产生二磷酸腺苷 (ADP) 和磷酸根离子。这两个将重新结合形成 ATP。为了产生 ATP，需要三个非常重要的过程，即-

  • 光合微生物的光合作用，

  • 有氧呼吸（有氧呼吸）

  • 发酵（厌氧呼吸）

为了产生 ATP，需要一个陡峭的质子梯度，称为化学渗透。跨质膜的质子梯度充当 ADP 和磷酸根离子结合的驱动力，通过电子传递链导致 ATP 的形成。

微生物化学的意义

微生物的鉴定

在实验室研究细菌分离株或其他微生物以开发针对微生物的精确治疗措施时，必须进行正确的鉴定。例如，在流行期间，正确识别病原体以制定合适的措施来检查生物体的生长并最终控制流行病非常重要。

可以通过多种方式识别微生物，例如外观、检查其代谢和营养需求、分析其储存的各种颗粒成分、从其分离的场所、其生化途径等。如今，有自动技术可用，例如 MALDI-TOF。

药物开发

对微生物进行正确的识别和更深入的分析其进行的各种代谢途径可以帮助科学家开发针对微生物的有效药物。

农业意义

许多微生物通过固定大气养分和提高土壤肥力发挥重要作用，了解此类微生物的生物化学可以提高土壤肥力和作物产量，同时减少对环境的危害。

拯救环境

微生物不仅能固定大气养分，还能通过将复杂物质分解成更简单的物质来帮助清洁环境。例如，恶臭假单胞菌是一种可以生物降解清洁漏油的细菌。

食品工业中的意义

了解微生物的生物化学可以帮助制定优化条件，使其在食品和饮料行业获得更好的稳定性能，从而获得均匀的产品。

结论

像尤里和米勒这样的科学家很久以前就确定了微生物在地球生命发展中的重要性。从那时起，人们一直在进行广泛的研究以了解它们进行的生化反应。微生物在许多行业和可持续过程的发展中发挥了巨大的作用。

了解它们进行的各种反应及其与环境的相互作用，为药物开发和环境举措提供了更好的见解。