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季銨鹽的殺菌機理:你以為的他殺,其實是自殺

時間:2023-03-30 17:44:07 瀏覽:1147次
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季銨鹽是非常常見的殺菌成分,它是如何對細菌產生作用的呢?

其實微觀世界發生的變化根本不是我們肉眼看到的那樣風平浪靜。

本期文章會就季銨鹽的殺菌機理展開討論。

文獻中對于季銨鹽的殺菌機理描述如下:季銨鹽吸附到菌體表面,疏水基插入類脂層,改變細胞膜的通透性,破壞膜結構,胞內物質泄漏,酶或蛋白質變性、抑制酶或蛋白的活性,影響細胞代謝過程,最后菌體死亡
此外,雙鏈季銨鹽還會干擾核酸和蛋白質的合成。

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季銨鹽是一種膜活性劑,其對于細菌細胞膜的作用可分為以下五個階段:

01

 季銨鹽吸附并滲透入細胞膜


02

 造成細胞膜結構混亂

03

 細胞內小分子物質滲漏


04

 蛋白質和核酸的降解

05

 自溶解酶造成細胞解體直至死亡


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圖片

名詞解釋:PMF—proton motive force

質子動力勢?大概是這么翻譯的。質子泵,是指生物膜上逆膜兩側氫離子電化學勢差主動運輸氫離子的蛋白質。質子泵在泵出氫離子時造成膜兩側的pH梯度和電位梯度。質子泵維持的電位差為陽離子跨原生質膜的運輸提供了驅動力,而原生質膜上的載體則控制著陽離子運輸的速率和選擇性。質子泵引起的質子濃度梯度也為質子與陰離子的協同跨膜運輸提供了驅動力。

季銨鹽對細胞膜上的質子泵蛋白發生作用,使其降解或變性,最終影響細胞的物質運輸和能量代謝。


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對季銨鹽造成細胞內物質造成滲漏這個說法,不是光靠科學家想象出來的,而是有實驗數據支持的。
鉀離子在細胞內的濃度是比細胞間質的濃度要高的,并且鉀離子是在細胞膜發生泄漏時最先游離出來的物質。因此監測細胞間質的鉀離子濃度可以確認是否發生了細胞膜的滲漏。下圖的數據是金黃色葡萄球菌分別在HEPES緩沖液(○)、4.5mg/L(+)、9mg/L(●)、15mg/L(□)、18mg/L(x)的苯扎氯銨中,細胞間質中鉀離子濃度隨時間的變化。可以看到濃度9mg/L以上時鉀離子濃度隨時間延長而上升,證明細胞內的物質發生了泄漏。

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當季銨鹽濃度處于較低濃度時,其對于細胞膜的損傷較小,細胞內物質泄漏還處于可修復的程度。這種情況下季銨鹽只能抑制細菌生長和繁殖。隨著季銨鹽濃度的提高,小范圍的細胞膜泄漏進一步演變成大范圍的細胞膜損傷,造成核苷和核苷酸的溶出。這將引發細胞的自溶解程序,這是一個不可逆的自殺過程,并最終導致細菌死亡。
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圖片

名字解釋:AutoLysis

細胞的自溶解,也叫細胞自噬,是細胞通過自身的酶作用將自身破壞的過程。自溶解過程起始于細胞內的溶酶體釋放自溶酶到細胞質中。細胞的自溶解將會把細胞降解回基本的營養物質,并可以被其它存活的細菌繼續利用。有點類似于海參被撈上來后化成水的過程……

驚不驚喜?意不意外?你以為是季銨鹽殺死了細菌,實際上是細菌受不了折磨后自殺了……


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如果覺得以上的文字描述不夠形象,我們來通過電鏡觀察下金黃色葡萄球菌在季銨鹽作用后的形態變化。

  • 正常金黃色葡萄球菌表面光滑、圓潤、呈球狀、細胞與細胞的間界分明、細胞排列呈葡萄串狀。(下圖)


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  • 經含量 25 mg /L 的該雙鏈季銨鹽消毒劑作用20 min 的金黃色葡萄球菌菌體仍保有較完好的外部形態,但菌體表面粗糙,有少數菌體胞壁出現皺褶。(下圖)


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  • 經含量 100 mg /L 的該雙鏈季銨鹽消毒劑作用20 min 的金黃色葡萄球菌菌的細胞壁有顯著皺褶和破裂,表面有許多顆粒狀物出現,形成小泡和小球。(下圖)


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由于包膜類病毒如禽流感和冠狀病毒,都具有膜結構,因此相同的作用機理也可以發生在這些病毒身上。所以季銨鹽可以對包膜類病毒有殺滅效果。不同微生物的膜構造不同,其殺滅難度也是不同的。比如革蘭氏陰性菌的細胞膜結構更為復雜因此耐藥性更強。而一些真菌有較厚的細胞壁,造成殺菌劑滲透難度增加。病毒的結構各異,就更要具體分析了。

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其它陽離子類殺菌劑,比如氯己定和聚六亞甲基雙胍等,其殺菌作用機理都非常類似。看了這篇文章基本就可以舉一反三了。
學術界對殺菌劑的各種機理已經研究了幾十年,研究越深入發現過程越復雜,很多細節直到現在仍然沒有完全弄清楚。普通消費者拿著消毒液滋滋噴兩下的時候,一定想不到微觀世界在短短幾分鐘內有這么曲折的故事吧。


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