微生物细胞的结构与生物功能

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1、微生物学 凡是细胞核具有 核膜，能进行有 丝分裂，细胞质 中存在线粒体或 同时存在叶绿体 等细胞器的微小 生物，称为真核 微生物。 一、真核微生物概念 （一）定义 真核微生物 真菌 单细胞藻类 原生动物 霉菌 酵母菌 蕈菌 （二）类群 原核微生物的特点：细胞直径很小；细胞 核的结构十分原始（无核膜包裹），DNA 裸露，未和组蛋白结合；细胞壁含独特的 肽聚糖（支原体和古生菌例外），细胞内 无细胞器的分化。 真核微生物类的特点：细胞直径较大，细 胞核有核膜包裹，染色质由DNA和组蛋白 构成，细胞以有丝分裂或减数分裂方式繁 殖，细胞内有多种功能专一的细胞器等。 （三）与原核生物的主要区别 原核生物真

2、核生物 细胞大小直径很小直径较大 肽聚糖有（支原体和 古生菌例外） 无 鞭毛细、简单 中空管状 粗、复杂 9+2型 细胞器无有 核糖体70S80S 核膜无有 细胞分裂无丝分裂有丝分裂或减 数分裂 繁殖方式多无性有性或无性 核中组蛋白不与DAN结 合 与DAN结合 P 62 二、真核微生物细胞结构 共同构造 细胞膜 细胞质 细胞核 特殊构造 细胞壁真菌和显微藻类 鞭毛或纤毛 （一）细胞壁 真菌 细胞壁的 主要成分 纤维素、葡聚糖、甘 露聚糖、几丁质（含 氮多糖）。 藻类主要是纤维素类多糖。 1. 真菌的细胞壁 （1）酵母菌的细胞壁 厚约25nm70nm， 占细胞干重25；主 要成份 为甘露聚糖、

3、葡聚糖、蛋白质和几 丁质，另有少量脂类。 酿酒酵母细胞结构 细胞壁结构呈“三明治”结构： 外层：主要为甘露聚糖 内层：主要为葡聚糖 中间层：主要是蛋白质 细胞壁 （2）丝状真菌的细胞壁 成份：几丁质、纤维素、葡聚糖、甘露 聚糖、蛋白质。 细胞膜 液泡 内质网 细胞壁 线粒体 细胞核 核糖体 霉菌的细胞结构 少数低等水生霉菌细胞壁含纤维素，大部 分霉菌细胞壁主要由几丁质组成（几丁质 是由数百个N-乙酰葡萄糖胺分子以-1，4 糖苷键连接而成）。 几丁质和纤维素分别构成高等和低等霉菌 细胞壁的网状结构-微纤丝，使细胞壁具有 坚韧的机械性能。 组成真菌细胞壁的另一类成分为无定型物 质，主要是一些蛋白质

4、、甘露聚糖和葡聚 糖，它们填充于上述网状结构内或外，充 实细胞壁的结构。 2. 藻类的细胞壁 成分: 纤维素、多糖、蛋白质、脂类。 有些真核微生物细胞的表面。较长者（ 150200m）称鞭毛；较短者（5-10m ）称纤毛，具运动功能。 具鞭毛的真核微生物有鞭毛纲的原生动物、 藻类和低等水生真菌的游动孢子或配子等； 具有纤毛的真核微生物主要是纤毛纲的原生 动物。 鞭毛与纤毛的构造基本相同，都由伸出细胞 外的鞭杆、嵌埋在细胞质膜上的基体，以及 把这两者相连的过渡区三部分组成。 （二）鞭毛与纤毛 纤毛与鞭毛的结构 真核生物的“9+2型鞭毛”：鞭杆横切面的中 央可见2个中央微管，周围9个微管二联体 围

5、绕一圈。 放射辐条 微管连接蛋白 中央鞘 B亚管 A亚管 内动力蛋白臂 外动力蛋白臂 微管二联体 中央微管 真核生物鞭毛、纤毛的挥鞭运动方式 水流向 水 流 向 （三）细胞质膜 真核生物的细胞膜与原核生物的基本相同。但有的真 核生物如酿酒酵母中含有固醇类（甾醇）、VitD的前 体-麦角固醇，这在原核生物是罕见的。 真核生物细胞中有一个由核膜包裹的细胞 核，它是遗传信息（DNA）贮存、复制和 转录场所，对细胞的生长、繁殖、遗传和 变异等生命活动起着关键的作用。真核细 胞的细胞核由核被膜、染色质、核仁和核 基质4部分组成。 （四）细胞核 核膜： 核孔4070nm ，透性 比任何生物膜都大。 染色体

6、:由DNA和组蛋白牢固结 合而成，呈线状, 数目因种而 异。 核仁：核内有一或几个区域 rRNA含量很高，这一区域为核 仁，是合成核糖体的场所。 核基质: 充满于细胞核空间由 蛋白纤维构成的网状结构，具 有支撑细胞核和提供染色质附 着点的功能。 核小体 染色质是由DNA、组蛋白、其他蛋白（非组蛋白）和 少量RNA组成的一种线形构造，其基本单位是核小体 。非组蛋白是一些与DNA的复制和转录有关的酶，如 DNA聚合酶和RNA聚合酶等 。 细胞质位于细胞质膜与细胞核之间的透明、 粘稠、不断流动的溶胶。组成真核生物细胞 质的有细胞基质和各种细胞器。 （五）细胞质和细胞器 1. 细胞质 除可分辨的细胞器

7、外的胶体状溶液。含有具 有一定机械强度的细胞骨架和丰富的酶等蛋 白质（占细胞总蛋白的25%50%）、各种 内含物以及中间代谢物等，是细胞代谢活动 的重要基地。 细胞基质 由微管、肌动蛋白和中间丝3种蛋白质纤维 所构成的细胞支架，具有支持、运输和运 动功能。 细胞骨架 细胞质中一个与细胞基质相隔离、但彼此 相通的囊腔和细管系统，由脂质双分子层 围成。有两类，其一因膜上附有核糖体颗 粒，称糙面内质网，具有合成和运送胞外 分泌蛋白至高尔基体中去的功能；其二为 膜上无核糖体的光面内质网，是脂代谢、 钙代谢和合成磷脂的部位。 2. 细胞器 内质网 是一种无膜包裹的颗粒状细胞器，具有合成 蛋白质的功能。外

8、层为蛋白质，内层为RNA 。每个细胞中有大量的核糖体。原核生物具 有70S核糖体，而真核生物则有80S核糖体 核糖体 是一种由数个平行堆叠的扁平膜囊和大小不 等的囊泡所组成的膜聚合体，具有合成、分 泌糖蛋白和脂蛋白，对某些蛋白质原进行酶 切加工，以及对新细胞壁和细胞膜提供合成 原料等多种功能。 高尔基体 由单层膜包裹、内含多种酸性水解酶的囊泡 状细胞器，具有进行细胞内消化的功能。 溶酶体 一种由单层膜包裹、与溶酶体相似的球状 细胞器。真核微生物的微体主要含一至几 种氧化酶类，这类微体又称过氧化物酶体 。 微体 一种由双层膜包裹的、执行氧化磷酸化产 能反应的重要细胞器，一般呈杆菌状，数 量很多。

9、由内外两层膜包裹，内膜向内伸 展，形成许多崎，其上着生许多基粒（即 为ATP合成酶复合体）以及4种脂蛋白复合 物（呼吸链成分）。在线粒体的基质内含 有TCA酶系、一套半自主复制的双链环状 DNA以及70S核糖体。 线粒体 一种由双层膜包裹的、能捕获光能并把它 转化为化学能的绿色颗粒状细胞器，只存 在于藻类和绿色植物中。一般由叶绿体膜 、类囊体和基质3部分构成。基质内含有能 进行半自主复制的双链环状DNA以及70S核 糖体。 叶绿体 Figure 4.15 原核（微）生物定义 原核细胞的结构概述 细胞壁 细胞壁以内的构造 细胞壁以外的构造 一、原核（微）生物定义 一类细胞微小，DNA裸露，无核膜

10、包 裹的单细胞生物。所有原核生物都是微生 物。包括真细菌和古生菌两大类群。 原核生物与真核生物的主要区别 基因组由无核膜包裹的双链环状DNA组成 缺少单位膜分隔而成的细胞器 核糖体为70S型 二、原核细胞的结构概述 （一）共同构造 （二）特殊结构 个别类群或特殊情况下才出现的构造。 包括糖被（荚膜，粘液层）、鞭毛、菌毛、 性菌毛和芽孢等。 指一般原核微生物均有的构造。包括细 胞壁（支原体例外）、细胞质膜、细胞质、 核区和若干种内含物等。 动画演示 三、细胞壁 质膜外的一层厚实、坚韧、略具弹性的 外被结构。约占细胞干重的1025。主要 由肽聚糖组成。主要起固定细胞外形，保护 细胞不受损伤的作用。

11、 （一）细胞壁的定义 细胞壁 （二）细胞壁的功能 固定细胞外形，提高机械强度 为细胞生长、分裂和鞭毛运动所必需 阻拦大分子物质如酶蛋白和某些抗生素等进入 细胞 赋予细菌特定的抗原性，致病性及对抗生素 和噬菌体的敏感性 1. 细菌的革兰氏染色 （三）细胞壁的结构和组成 正染色 简单染色法 鉴别染色法 革兰氏染色法 抗酸性染色法 芽孢染色法 . Christian Gram（革兰）：丹麦细菌学家。 1884年发明了革兰氏染色法，用以鉴别不同类型 的细菌。通过染色可以将细菌分成革兰氏阳性（ G+）与革兰氏阴性（G-）细菌二类。 结晶紫初染30s，水洗 碘液媒染1min，水洗 95乙醇脱色1030s，

12、水洗 番红复染3060s，水洗 大肠杆菌与金 黄色葡萄球菌 革 兰 氏 染 色 的 步 骤 革兰氏染色的结果 细菌 G+G- ？ 细菌细胞壁结构 G+ G- G+和G- 细菌细胞壁组成和结构比较 2. G+细菌细胞壁的结构组成 结构：简单、1层、厚度大 成分：肽聚糖和磷壁酸 肽聚糖：由无数肽聚糖单体以网状分子形式交联而成 。 （1）肽聚糖的组成和结构 L-丙氨酸 D-谷氨酸 L-赖氨酸 D-丙氨酸 肽聚糖的单体结构 肽聚糖单体 双糖单位 四肽尾 肽桥 不同种类 G+ 细菌有所不 同，决定了肽聚糖的多样 性。金黄色葡萄球菌为甘 氨酸五肽。 L-丙氨酸 D-谷氨酸 L-赖氨酸 D-丙氨酸 N-乙酰

13、葡糖胺 N-乙酰胞壁酸 -1，4糖苷键 M G N-乙酰胞壁酸（M）和N-乙酰葡糖胺（G）以-1， 4糖苷键交联成长链状的聚糖；G+细菌四肽尾之间 通过肽桥共价相连。金黄色葡萄球菌有40层左右的 肽聚糖网状分子，组成2080nm的肽聚糖层。 （2）磷壁酸 磷壁酸类别 存在位置 化学结构 壁磷壁酸 膜磷壁酸 甘油磷壁酸 核糖醇磷壁酸 磷 壁 酸 结 构 丙氨酸 为G+细菌所特有的一种酸性多糖。是磷酸 甘油或磷酸核糖醇的线性聚合物。分壁磷 壁酸和膜磷壁酸两种，前者与肽聚糖分子 共价结合，后者与细胞膜交联。 磷壁酸定义 提高细胞周围Mg2+的浓度（磷酸分子上的负电荷 可吸引环境中的Mg2+ ，提高细

14、胞膜上需Mg2+合成 酶的活性） 抗宿主免疫（增强某些致病菌与宿主细胞的粘连 性，避免被白细胞吞噬并抗补体） 贮藏P元素 作为表面抗原（赋予革兰氏阳性细菌以特异的表 面抗原） 作为噬菌体的特异性吸附受体 防止细胞自溶（调节细胞内自溶素的活力） 磷壁酸的功能 3. G-细菌的细胞壁的结构组成 结构：复杂、内外2层、厚度小 成分：肽聚糖、脂多糖、磷脂和蛋白质 内壁层 外壁层 G-细菌的细胞壁 肽聚糖 脂多糖 磷脂 蛋白质 由肽聚糖构成，与G+菌的不同点在于：肽 聚糖的厚度、层数、含量及以下三点： （1）内壁层 没有肽桥，仅通过甲的四肽尾的第四个D-丙氨 酸的羟基与乙的m-DAP氨基直接相连。 四肽

15、尾的第3个氨基酸不是L-赖氨酸，而是 m-DAP（内消旋二氨基庚二酸） 肽聚糖层的机械强度较差于G+细菌 （2）外壁层 外壁层 脂多糖（LPS） 磷脂 蛋白质 外膜 周质空间 和肽聚糖 质膜 脂蛋白 孔蛋白 O-特异侧链 脂多糖 肽聚糖 整合蛋白 磷脂 外膜蛋白 外 膜 周质空间 和肽聚糖 质膜 脂蛋白 孔蛋白 O-特异侧链 脂 多 糖 肽聚糖 整合蛋白 磷脂 磷脂 外膜蛋白 脂 多 糖 的 组 成 脂多糖 脂多糖的结构 LPS中三 种独特的 糖 大肠杆菌LPS的分子模型 核心多糖 O-侧链 类脂A 脂多糖的功能 糖的种类、顺序、空间构型菌株特异，形 成O-抗原，在传染病诊断中有意义。 O-侧链 外连O-侧链，内连类脂A核心多糖 是细菌内毒素的主要成分 类脂A 通常引起全身系统效应：发热、休 克、血液凝集、虚弱、腹泻、炎症等 类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础 因其负电荷较强，故与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+ Ca2+以提高其在细胞表面浓度的作用。 由于LPS结构多变，决定了革兰氏阴性细菌细胞表 面抗原决定簇的多样性。 许多噬菌体在细胞表面的吸附受体 具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能