PDF《生物热分析 和生物量热分 析》

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1 细胞 水平上的微 t 热分 析 代谢 是生物 体 中所 有化学 变化 的总称 . 在生物 活体与环境 不断 交换 物质的过程 中,含从体 外吸收营养和 物质在体 内的变 化.在活细胞 中有 旧 物质 的 分解和新 物质 的合 成,彼此 互为消长 来维持活 体的生命 , 所 以代谢 是 生命 现象的基 本 特征 . 在生 物量 热过程 中,测定 代谢 热谱,从中可获 取丰富的信 息.微量热法 为生 物量热分 析在 细胞水 平上 的研 究奠 定 了基础 . 常见 这方面 的研究 有:(1)细菌生 长热谱 的测定 用微热 量计连续 跟踪监 测细胞 ( 如某 种细菌 ) 在 生长 繁殖过 程 中热效 应 的变 化时,便能 获得该细胞 在一 定条件 下 的生 长热谱 图.19

7 3 年oBhgn等人〔3 〕 对肠 杆菌科 的6种细菌进行 了量 热研 究,发现在较 短时 间 内可得 重现 性 良好 的热 曲线 , 且不同细菌 其 热谱 图区 别 明显 , 连生 化鉴定上 不易区别的细 菌如 产气肠 杆菌 和克雷 伯 氏菌 , 其区别在热 谱图上也 一 目了然 . M o n k 等人〔` 〕 也进行了这方 面 的研 究.完整的细胞生 长热谱 包括生长过 程的4个阶段 : 停滞期、指数生 长期 、 稳定期 和衰减 期.但oBhgn等人 的 实验 热谱 中缺 乏停 滞期,指数生 长 期也 不完整.谢昌礼等人 闭首次在 国内用微量 热法 对大肠 希 氏菌 等13种细菌进 行 了研究 , 测得了更 为完 整 的热 谱.结果表 明在相 同条 件下,每种 细菌的热 谱 都具 有精确的重现性 和 明显 的特 征性 , 说 明可 利用 这些热谱 作 为细 菌的 指纹 图 来快 速鉴 定细菌 种属 和进行 临床 诊断 等.(2)微生物 代谢过 程的热 动力 学 通过 微 量热 法 获得 细菌 的 生长 热谱 后,进一步用反应 动力学的基本 原理对这些生长热谱进行剖析,可获得 细菌生长方面的动 力学和热 力学信息.张洪 林等人 〔5 〕 用 微量热 法测定 几种 细菌在 不 同温度 下 的生长 速率常 数,并拟 合了K一T非线性方 程(有极 大值 ) , 从该 方程 出发找 出细 菌 的最 佳生长温 度;

刘义等人闹 用微量 热法进 行 了系列性 细胞不 同代谢 类 型的量 热学研究 ;

周培 疆等人川进行了大 肠杆 菌有限生长 的微量热 及非线 性动 力学研 究.由于微 生物 的代谢 热谱包含 丰富的动 力 学及 热力学信息 , 故用物理化 学 的基本 原理 对细菌 热谱进 行处 理亦能 得到 微 生物生 长代谢 过程有 关 的热 力学参 数.设细菌 的生长按 以 下模式进 行l[ ] : s lo w x + s 二= = 已tx.5)一.伽ZX + 尸LI)ka式中,x:细菌 ;

s : 底物 ;

x . s 细菌 . 底物 复合物 ;

P : 代谢 产物 ;

K a : 生 长速率 常数 . 按上述 模式 , 细菌 在 生长 过程中首 先 形成 x . s , 随后 x . s 解体,慢步骤 决定细菌的生长速 率.细菌的这种生 长模式 和 动力 学 中的 过渡 态理论很 类似,因此 由过渡态 理论 可得 : K . = ( k T / h ) ・ e ・ ` / R ・ e 一 E盯 R T (2 ) 只要测 得K二和E.,即可 求得细菌和底物形 成复合物的 活化嫡 . 屈松 生等人 〔8〕 根 据这一模 式用微 量热 法测 定了细菌生长代谢的速率常数K.和激 活能E.,再从上式可求有关过程的热 力学参数S尹 和G尹.(3)组织 细胞和 细胞器 水平 上 的微量 热分 析 这方面 研究包 括很 多 内容 , 如线 粒体 、 癌 细胞 的 代谢 特征 的研 究.线粒体为亚细 胞,是真核细 胞中的一个 重要 细胞 器,是能量 代谢的重要 场所,因此 , 其 能量代谢 的研 究很有 意义 . 屈松 生等人 [,] 在这 方 面进行 了深 人研 究,用微 量热法测定 动物肝细 胞的线粒体代谢 热谱 , 探讨有亲缘 关系的2种鲤鱼 肝细胞线粒体 热谱与 其遗传 方面的关系 ;