微生物对金属的依赖性

一、微生物对金属的依赖性

微生物对金属的依赖性是微生物生命活动、生理生化过程对金属的需求。而且这些金属的生理功能是明确的。目前已知对微生物有重要功能的金属是:Na、K、Mg、Ca、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo和W。金属Na、K、Mg、Ca是所有生物体都需要的，其他的金属是某些特定物种需要的。钨是见于温泉口这样的超嗜热细菌(如激烈热球菌Pyrococcus furious)所必需的，钨酸盐在这种环境中被认为是代替了钼酸盐。通常必需的金属都是酶的催化、分子转运、蛋白质结构、电荷的中和、渗透压控制所必需的。必需金属所贡献的几种基本功能包括:①它们是许多蛋白质的辅基，并在维系酶活性中心构型中发挥重要作用。②它们是许多酶反应的辅因子。③它们是多配位基中心(用于卟啉分子)。④它们是氧化还原中心，转运电子参与细胞内的重要氧化还原反应。而且这些功能不是相互排斥的，细胞色素系统有一系列类卟啉成分，其中有铁作为它们的中心(图11-1)。

图11-1　亚铁原卟啉A，细胞色素A的辅基，注意卟啉结构含有铁作为氧化中心

细胞色素中的铁作为电子传递系统中的一种电子转移(氧化还原)位点，铁从3价变成2价，放出的电子沿着细胞色素链移动。生化过程中的主要金属功能例子列于表11-1。

大部分生物需要铁、锰、锌、铜和钴，一些生物也需要钼。结果许多微生物培养基设计含有痕量的这些元素(表11-2)。例如痕量元素溶液Ho-LE，其用作其他需要加入痕量元素培养基的浓缩液。这种溶液的浓度是每升蒸馏水中含相关盐的量为:H₃BO₃，2.85g;MnCl₂·4H₂O，1.8g;酒石酸钠，1.77g;FeSO₄·7H₂O，1.36g;CoCl₂·6H₂O，0.04g;CuCl₂·2H₂O，0.027g;NaMoO₄·2H₂O，0.025g和ZnCl₂，0.020g。

金属除了上述功能外，金属能作为能源和电子受体。某些细菌(如铁细菌等)能从金属的氧化中取得能量。也有许多微生物能把氧化还原性有机物产生的电子来还原金属离子。

特别值得注意的是尽管这些金属对微生物生长、代谢是必需的，但如果浓度过高，即使是必需金属也会有毒性，金属铜就是一个重要例子。另外，某些元素(如Al、Cd、Hg、Pb和Sn)看来没有基本的生物功能，但也会被微生物吸收和积累。

表11-1　　金属离子作为某些酶辅因子的例子

续表

表11-2　　常加到微生物培养基中的痕量元素

b:大部分培养基含有Na、K、Ca和Mg，虽然这些元素作为阳离子是特异的，但大多以阴离子营养物(例如NaNO₃或MgSO₄)形式加入。