一、细菌的代谢
细菌的能量代谢与物质代谢过程与产物对于其生存、繁殖、致病乃至在生态环境中所起的作用都是十分重要的。
（一）细菌的酶类与能量代谢
细菌的代谢是在酶的催化作用下进行的，并严格受酶的控制和调节。按酶产生和存在的部位，可分为胞外酶和胞内酶；按酶的生成条件，可分为固有酶（结构酶）和诱导酶（适应酶）；按催化的底物又可分蛋白酶、酯酶、淀粉酶等。
细菌能量代谢的显著特点是代谢旺盛和代谢类型的多样化。各种细菌能量代谢过程不尽一致。除少数自养菌可利用光合作用外，绝大多数都通过生物氧化作用获得能量。细菌生物氧化的基质主要是糖类，通过糖的氧化或酵解释放能量。细菌生物氧化的类型分为呼吸和发酵。以各种有机物为最终受氢体的生物氧化过程称为发酵。发酵的氧化不完全，对基质的分解不彻底，所产生的能量远比需氧呼吸少。
（二）细菌的物质代谢与代谢产物
细菌在分解和合成代谢过程中，利用各种营养物质，除能提供能量和合成菌体成分外，还能产生多种代谢产物，有的对人类有益，有的对人体有害，有的可作为鉴别原核生物种类的依据。
1．分解代谢产物：各种细菌所具有的酶系统不完全相同，对营养物质的分解能力亦不一致，因而其代谢产物有别，借此可对其种类进行鉴别。这种利用生化方法来鉴别微生物种类的手段称为微生物的生化反应。常用于鉴别细菌的有以下实验。
（1）糖发酵试验：不同细菌分解糖类的能力和代谢产物不同。例如大肠埃希菌能发酵葡萄糖和乳糖；而伤寒沙门菌可发酵葡萄糖，但不能发酵乳糖。即使两种细菌均可发酵同一糖类，其结果也不尽相同，如大肠埃希菌有甲酸脱氢酶，能将发酵葡萄糖生成的甲酸进一步分解为CO2和H2，故产酸并产气；而伤寒沙门菌缺乏该酶，发酵葡萄糖仅产酸不产气。
（2）甲基红（methyl red）试验：产气杆菌分解葡萄糖产生丙酮酸，后者可再经脱羧而生成中性的乙酰甲基甲醇，故培养液pH＞5.4，甲基红指示液呈桔黄色，是为甲基红试验阴性。大肠埃希菌分解葡萄糖产生丙酮酸，培养液≤4.5，甲基红指示液呈红色，则为甲基红试验阳性。
（3）VP（Voges-Proskauer）试验：大肠埃希菌和产气杆菌发酵葡萄糖，产酸产气，两者不能区别。但产气肠杆菌能使丙酮酸脱羧生成中性的乙酰甲基甲醇，后者在碱性溶液中被氧化生成二乙酰，二乙酰与含胍基化合物生成红色化合物，是为VP试验阳性。大肠埃希菌不能生成乙酰甲基甲醇，故VP试验阴性。
（4）吲哚（indol）试验：有些细菌如大肠埃希菌、变形杆菌、霍乱弧菌等具有色氨酸酶，能分解培养基中的色氨酸生成吲哚（靛基质），能与靛基质检测试剂中的对二甲基氨基苯甲醛作用，生成红色吲哚，即为吲哚试验阳性。
（5）硫化氢试验：有些细菌如沙门菌、变形杆菌等能分解培养基中的含硫氨基酸（如胱氨酸、甲硫氨酸）生成硫化氢，硫化氢遇铅或铁离子生成黑色的硫化物。
（6）枸橼酸盐利用（citrate utilization）试验：某些细菌（如产气肠杆菌）能利用铵盐作为唯一氮源，并利用枸橼酸盐作为唯一碳源，可在枸橼酸盐培养基上生长，并分解枸橼酸盐生成碳酸盐，分解铵盐生成氨，使培养基变为碱性，是为该试验阳性。大肠埃希菌不能利用枸橼酸盐，故在该培养基上不能生长，是为枸橼酸盐试验阴性。
（7）尿素酶试验：变形杆菌有尿素酶，能分解培养基中的尿素产生氨，使培养基变碱，使酚红指示剂显红色，即为尿素酶试验阳性。
微生物的生化反应用于鉴别其种类，尤其对形态、染色反应和培养特性相同或相似的微生物更为重要。例如，吲哚（I）、甲基红（M）、VP（V）、枸橼酸盐利用（C）四种试验常用于鉴定肠道杆菌，合称为IMViC试验。大肠埃希菌在这四种试验中的结果是“＋＋――”，产气肠杆菌则为“――＋＋”。
现代原核微生物学鉴别已普遍采用微量、快速的生化鉴定方法。此外，应用气相、液相色谱法鉴定细菌等分解代谢产物中挥发性或非挥发性有机酸和醇类，能够快速确定其种类。
2．合成代谢产物：原核微生物在代谢过程中还能合成很多在医学上具有重要意义的代谢产物。
（1）毒素（toxin）：细菌毒素分内毒素和外毒素两类，外毒素有极强的毒性，具有组织器官选择性，可引起特征性临床病变。内毒素为脂多糖，系革兰阴性菌的细胞壁结构成分。毒性作用相对较弱，且无组织器官选择性。因注入人体或动物体内能引起发热反应，故又称为热原质（pyrogen）。热原质耐高温，需加热至180℃4小时，250℃45分钟或650℃1分钟才能使其破坏。是临床制剂中最可能的致热污染源。
（2）侵袭性酶：某些细菌能合成一些对人体具有侵袭性的酶，如链球菌产生的透明质酸酶等，能损伤机体组织，促进细菌在体内扩散，是细菌重要的致病因素。
（3）抗生素（antibiotin）：大多数为放线菌和真菌代谢过程中产生的能抑制或杀死其他微生物或/和癌细胞的生物活性物质。
（4）维生素：细菌可合成某些维生素，除供自身需要外，还能分泌到菌体外被人体吸收利用。如人肠道内大肠埃希菌合成的维生素B和维生素K。医药工业也通过发酵某些细菌生产维生素。
（5）色素：有些细菌在一定条件下能合成不同颜色的色素，分为水溶性和脂溶性两类，在细菌的鉴定上有一定意义。
（6）细菌素（bacteriocin）：是某些细菌产生的一类具有抑制同类菌生长作用的蛋白质或糖脂蛋白复合物，如大肠埃希菌产生的大肠菌素（colicin）、霍乱弧菌产生的弧菌素（vibriocin）等。
