请问什么叫巴斯德效应?巴斯德是怎样研究出炭疽疫苗
发布时间: 2023-07-07

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请问什么叫巴斯德效应

法国微生物学家、化学家巴斯德,在研究酵母菌的乙醇发酵时最早发现;在无氧条件下,以葡萄糖为原料进行乙醇发酵时,只有少量酵母菌产生,却消耗大量的糖,每形成一份酵母菌消耗60~80份(重量比)的糖。而在有氧条件下,酵母菌细胞可进行有氧呼吸,酵母菌旺盛增殖,但其发酵特性则不明显,每生产一份酵母菌只用去4~10份糖,即单位时间内糖消耗速度减慢,乙醇产量显著下降。这种有氧呼吸抑制发酵的现象,后人称之为巴斯德效应。巴斯德效应不仅存在于酵母菌中,而且几乎在所有兼性微生物中都有。

长期以来,人们对巴斯德效应的机理曾作过大量的研究,提出过不少设想,但都不够完善。近年来由于提出腺苷酸比值(ATP/ADP)对糖酵解途径中的关键酶有调节作用,特别是对磷酸果糖激酶(PFK)的别构调节是控制糖酵解与有氧呼吸速度的决定因素,从而认为巴斯德效应主要是代谢调节的结果。

1 腺苷酸比值对糖酵解的影响

酵母菌是兼性厌氧菌,在无氧条件下,通过糖酵解(EMP)途径进行葡萄糖的乙醇发酵。在糖酵解途径中,已糖激酶(HK),磷酸果糖激酶(PFK)和丙酮酸激酶(PK)是3个关键酶,调节这些酶的活性可以影响糖酵解速度。

目前已知ATP对磷酸果糖激酶的活性有抑制作用,而ADP对磷酸果糖激酶和已糖激酶的活性有激活作用。在有氧条件下,酵母菌进行有氧呼吸,大量的ADP和无机磷进入线粒体,通过氧化磷酸化反应,转变成ATP,ATP透过线粒体,使细胞质中ATP/ADP比值增高。由于ATP增多和ADP减少,抑制了磷酸果糖激酶的活性,从而抑制了糖酵解的速度。

2 无机磷和柠檬酸对糖酵解的影响

除了ATP之外,柠檬酸、异柠檬酸对磷酸果糖激酶的活性有抑制作用,而无机磷则对磷酸果糖激酶和已糖激酶的活性均有激活作用。当在有氧条件下,无机磷和ADP进入线粒体形成了ATP,使细胞质中无机磷浓度降低。另一方面,酵母菌进行有氧呼吸,经三羧酸循环产生柠檬酸和异柠檬酸,使细胞中柠檬酸、异柠檬酸等抑制物增多。由于无机磷的减少和柠檬酸等物质的增多,也会抑制磷酸果糖激酶的活性,使糖酵解速度减慢。

3 NAD+和NADH对糖酵解的影响

现已知酵母菌的乙醇发酵速度还与糖酵解过程中NAD+和NADH的周转有关。当3-磷酸甘油醛脱氢时,NAD+被还原为NADH;而乙醛还原为乙醇时,NADH被氧化为NAD+。在无氧条件下,NAD+和NADH的周转比较快,因而糖酵解加速,糖的消耗也多。然而,在有氧条件下,糖酵解产生的NADH,不能用于还原乙醛,而是进入线粒体,通过呼吸链的氢传递和电子传递生成水,由于NAD+和NADH不能周转,发酵作用便受到抑制,糖酵解速度随之减慢。

4 6-磷酸葡萄糖对糖酵解的影响

酵母菌进行有氧呼吸时,造成ATP/ADP比值增高,以及柠檬酸增多和无机磷减少,致使磷酸果糖激酶活性下降,最终导致6-磷酸葡萄糖的积累。而过多的6-磷酸葡萄糖对已糖激酶有反馈抑制作用,使葡萄糖磷酸化减慢,进而也影响糖酵解速度。另外,由于葡萄糖不能继续转化成6-磷酸葡萄糖,结果又使酵母菌细胞中葡萄糖浓度升高,间接地降低了外界葡萄糖向酵母菌细胞内运输的速率,从而使酵母菌在有氧条件下对糖的消耗速度大大降低。

总之,酵母菌有氧呼吸会造成ATP/ADP比值增高,以及柠檬酸等物质的增多和无机磷的相对减少,最终抑制了磷酸果糖激酶的活性;同时有氧呼吸消耗NADH,使糖酵解过程中的NAD+和NADH不能发生周转,影响糖酵解速度,产生所谓有氧呼吸抑制发酵的巴斯德效应。

巴斯德是怎样研究出炭疽疫苗的

谢邀!在巴斯德研究炭疽疫苗的时代,即十九世纪八十年代,有两件事情已经比较明确。其一是很多疾病、包括动物的炭疽病,其致病原因就是某些微生物所致。实际上,巴斯德也分离出了炭疽杆菌,并证明这就是炭疽病的病原微生物。其二是包括英国医生詹纳使用接种牛痘的办法来预防天花之类的防病措施已经广为人知,也就是用疫苗轻微感染的办法来预防某些疾病的方法已经存在并且为科学界所接受。问题仅在于什么样的疫苗才是安全的疫苗,也就是如何制作不会使人或动物发病、但又可以产生免疫效果的疫苗,亦即如何培养和制作毒性较低的病原微生物来作为预防疫苗的问题。

另外,就在巴斯德研究炭疽疫苗的同时,也有另一组科学家正在进行着同样的事情,彼此形成了竞争,并且竞争者还抢先一步获得了初步的结果。他们的办法是通过加热,提高病原微生物的温度来减低其毒性来获得疫苗。当然巴斯德很快就证明竞争者的结果是无效的,但也吸取了其积极的方面,即控制疫苗制作中的温度因素。

经过系列实验之后,巴斯德于1881年发表了自己的研究结果,其方法是将培养温度控制在摄氏42-43度之间,并给培养液注入氧气,培养周期为一个星期,经过这样几种操作所培养出的炭疽杆菌,其毒性已经大大减弱,对最容易感染炭疽病的几种动物,比如羊、兔和豚鼠等已经不能构成危害,但却可以使其获得免疫效果,从而制备出合格的炭疽疫苗。

在后续的研究中,巴斯德还发现了动物个体之间的差异性,同样毒性的疫苗,对不同年龄、体格和品种的动物可能有不同的作用,需要针对这些情况来制作不同毒性的疫苗。总之,就是用人工控制的方法来尽量减低病原微生物的毒性,使其既能产生免疫效果,又不至于引起发病,这就是巴斯德的贡献所在。

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