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114年:醫學二(2)

下列細菌與氧分子（ O₂）相關之敘述，何者最不適當？

A兼性厭氧菌（ facultative anaerobic bacteria ）雖可在無氧條件下存活，但無法在有氧環境下生長
B在一般的大氣環境下，微需氧菌（ microaerophilic bacteria ）無法正常的生長
C氧分子代謝過程中產生的過氧化氫（ hydrogen peroxide ），為對細菌有害的代謝產物
D絕對厭氧菌（ obligate anaerobic bacteria ）產生的孢子，可在有氧的環境下留存，並在合適的環境轉變 為具有生長活性之細菌

詳細解析

本題觀念：

本題主要考查細菌對氧氣的需求與耐受性分類（Bacterial Oxygen Requirements）。細菌根據其代謝系統對氧氣的依賴或敏感程度，分為好氧菌、微需氧菌、兼性厭氧菌、耐氧厭氧菌及絕對厭氧菌。此外，也涉及氧氣代謝產生的毒性物質（如過氧化氫）及其去毒機制，以及孢子在環境生存中的角色。

選項分析

  • A. 兼性厭氧菌（facultative anaerobic bacteria）雖可在無氧條件下存活，但無法在有氧環境下生長

    • 分析：這是最不適當的敘述。
    • 理由：兼性厭氧菌（如 Escherichia coli、Staphylococcus aureus）具有靈活的代謝機制。它們在有氧環境下會優先進行有氧呼吸（aerobic respiration），因為這能產生最多的 ATP（能量）；而在無氧環境下，則轉換為發酵（fermentation）或無氧呼吸（anaerobic respiration）來生存。因此，它們不僅能在有氧環境下生長，且通常長得比無氧環境下更好。選項稱其「無法在有氧環境下生長」是錯誤的。

  • B. 在一般的大氣環境下，微需氧菌（microaerophilic bacteria）無法正常的生長

    • 分析：這是適當的敘述。
    • 理由：微需氧菌（如 Campylobacter jejuni、Helicobacter pylori）需要氧氣才能生存，但它們只能耐受較低濃度的氧氣（通常約 2-10% O2O_2）。一般大氣環境中的氧濃度約為 21%，這對微需氧菌來說具有毒性，會抑制其生長或導致死亡。

  • C. 氧分子代謝過程中產生的過氧化氫（hydrogen peroxide），為對細菌有害的代謝產物

    • 分析：這是適當的敘述。
    • 理由：當細菌進行有氧代謝時，氧氣被還原的過程中會產生活性氧物質（Reactive Oxygen Species, ROS），包括超氧陰離子（superoxide anion, O2−O_2^-）、過氧化氫（H2O2H_2O_2）和氫氧自由基（hydroxyl radical, OH⋅OH\cdot）。這些物質對細胞結構（DNA、蛋白質、脂質）具有高度毒性。細菌必須具備酵素（如 Catalase、Peroxidase、Superoxide dismutase）來清除這些有害產物才能在有氧環境下生存。

  • D. 絕對厭氧菌（obligate anaerobic bacteria）產生的孢子，可在有氧的環境下留存，並在合適的環境轉變為具有生長活性之細菌

    • 分析：這是適當的敘述。
    • 理由：絕對厭氧菌（如 Clostridium 屬，包括破傷風桿菌、肉毒桿菌）的營養體（vegetative cells）在有氧環境下會迅速死亡。然而，這類細菌能形成內孢子（endospores），這是一種休眠狀態的構造，對熱、乾燥、化學消毒劑及氧氣都具有極強的抵抗力。孢子可以在有氧的大氣環境中長期存活，一旦進入無氧且營養充足的合適環境（如深層傷口、罐頭內部），就會發芽（germinate）恢復為具活性的細菌並開始繁殖。

答案解析

本題要求選出最不適當的敘述。選項 A 錯誤地聲稱兼性厭氧菌無法在有氧環境下生長，事實上兼性厭氧菌在有氧環境下生長得最好。其餘選項 B、C、D 皆符合微生物學的生理機制與事實。

核心知識點

考生應熟記以下細菌對氧氣需求的分類定義及關鍵酶：

  1. 兼性厭氧菌 (Facultative Anaerobes)：

    • 定義：有氧、無氧皆可生長，但有氧時生長較好（ATP產量高）。
    • 代表菌：E. coli（大腸桿菌）、S. aureus（金黃色葡萄球菌）。
    • 酵素：具有 Catalase 和 Superoxide dismutase (SOD)。

  2. 微需氧菌 (Microaerophiles)：

    • 定義：需氧，但只能耐受低濃度氧（5-10%），大氣濃度（21%）有毒。
    • 代表菌：Campylobacter（彎曲桿菌）、Helicobacter（幽門螺旋桿菌）。

  3. 絕對厭氧菌 (Obligate Anaerobes)：

    • 定義：氧氣有毒，只能在無氧環境生長。
    • 存活機制：透過形成孢子 (Spores) 在有氧環境中潛伏。
    • 酵素：缺乏 Catalase 和 SOD（或量極低）。
    • 代表菌：Clostridium（梭狀芽孢桿菌屬）、Bacteroides（類桿菌屬）。

  4. 氧代謝毒性：

    • 有氧呼吸會產生 O2−O_2^-、H2O2H_2O_2。
    • 解毒關鍵酶：
      • SOD：2O2−+2H+→H2O2+O22O_2^- + 2H^+ \rightarrow H_2O_2 + O_2
      • Catalase：2H2O2→2H2O+O22H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2

參考資料

  1. Bacterial Oxygen Requirements - LibreTexts Biology/09:_Microbial_Growth/9.02:_Oxygen_Requirements_for_Microbial_Growth)
  2. Facultative Anaerobe Definition & Characteristics - Study.com
  3. Obligate Anaerobe - Wikipedia
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