什麼是微生物化學及其意義？

---

簡介

微生物化學或微生物生物化學可以定義為微生物學的一個分支，它涉及研究微生物中發生的生化反應，這些反應有助於其生長和致病機制的發展。

這個分支包括研究微生物細胞的結構、代謝反應以及各種大分子之間的相互作用，這些相互作用提供了詳細的骨骼方面以及與生命功能相關的基礎。

微生物中發現的生物分子

各種型別的生物分子構成微生物的結構。大多數微生物都是原核生物，除了真菌是真核生物。每種微生物在其細胞壁中都包含不同的成分，併產生不同的化合物用於防禦。

圖：病毒衣殼

每類微生物都會產生不同的細胞壁成分。例如，細菌細胞壁中存在的碳水化合物是肽聚糖和糖萼。真菌的細胞壁由葡聚糖、幾丁質和糖蛋白組成。原生動物沒有細胞壁，而是含有由蛋白質組成的表膜。病毒也沒有細胞壁，而是有一個稱為衣殼的蛋白質覆蓋物覆蓋其 DNA。古細菌具有獨特的細胞壁，由異戊二烯基團和糖蛋白組成。

微生物中的代謝

任何生物體中的代謝都可能導致生物體的生長。微生物代謝是微生物獲得營養並進而獲得生長和繁殖能量的方式。微生物中的代謝過程可以根據途徑和原材料的利用方式分為不同的型別

1) 微生物獲得碳產物以增加細胞量的途徑-

• 自養- 可以從大氣中的二氧化碳合成自身食物。

• 異養- 依賴他人獲取營養。

• 混合營養- 它們依賴有機物，同時也透過固定二氧化碳來合成食物。

2) 微生物獲得營養以生長和繁殖的途徑

• 光養- 它們依賴陽光合成食物。

• 化能營養- 食物是利用從土壤中獲得的無機化合物合成的。

代謝途徑

• 任何生物體中的每一個代謝作用都伴隨著能量損失或能量轉移。但能量轉移並非100%有效，因此為了維持穩定的能量量，微生物必須攝入比所需更多的能量。

• 微生物攝入的無機分子不能在沒有任何外部驅動力的情況下結合，這種驅動力稱為活化能，可以是熱能或化學能，以及一種稱為酶的生物催化劑。

• 這些酶可以催化合成途徑（稱為合成代謝）或涉及大分子分解的途徑（稱為分解代謝）。除了所有這些之外，還需要一種作為反應驅動力的化學物質，稱為三磷酸腺苷（ATP）。

• 通常，所有微生物都使用 ATP，使其成為所有細胞的能量貨幣，並有助於能量轉移。每當發生分解代謝反應時，就會產生 ATP，微生物細胞將其用於合成代謝過程。

• 每當 ATP 分子分解時，就會產生二磷酸腺苷 (ADP) 和磷酸根離子。這兩個將重新結合形成 ATP。為了產生 ATP，需要三個非常重要的過程，即-

  • 光合微生物的光合作用，

  • 有氧呼吸（有氧呼吸）

  • 發酵（厭氧呼吸）

為了產生 ATP，需要一個陡峭的質子梯度，稱為化學滲透。跨質膜的質子梯度充當 ADP 和磷酸根離子結合的驅動力，透過電子傳遞鏈導致 ATP 的形成。

微生物化學的意義

微生物的鑑定

在實驗室研究細菌分離株或其他微生物以開發針對微生物的精確治療措施時，必須進行正確的鑑定。例如，在流行期間，正確識別病原體以制定合適的措施來檢查生物體的生長並最終控制流行病非常重要。

可以透過多種方式識別微生物，例如外觀、檢查其代謝和營養需求、分析其儲存的各種顆粒成分、從其分離的場所、其生化途徑等。如今，有自動技術可用，例如 MALDI-TOF。

藥物開發

對微生物進行正確的識別和更深入的分析其進行的各種代謝途徑可以幫助科學家開發針對微生物的有效藥物。

農業意義

許多微生物透過固定大氣養分和提高土壤肥力發揮重要作用，瞭解此類微生物的生物化學可以提高土壤肥力和作物產量，同時減少對環境的危害。

拯救環境

微生物不僅能固定大氣養分，還能透過將複雜物質分解成更簡單的物質來幫助清潔環境。例如，惡臭假單胞菌是一種可以生物降解清潔漏油的細菌。

食品工業中的意義

瞭解微生物的生物化學可以幫助制定最佳化條件，使其在食品和飲料行業獲得更好的穩定效能，從而獲得均勻的產品。

結論

像尤里和米勒這樣的科學家很久以前就確定了微生物在地球生命發展中的重要性。從那時起，人們一直在進行廣泛的研究以瞭解它們進行的生化反應。微生物在許多行業和可持續過程的發展中發揮了巨大的作用。

瞭解它們進行的各種反應及其與環境的相互作用，為藥物開發和環境舉措提供了更好的見解。