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1、Chapter2 原核微生物,微生物,真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、 单细胞藻类、 原生动物等,非细胞型：病毒,细胞型,原核微生物,真核微生物,古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。,古生菌（Archaea）,细菌（Bacteria）,本章授课重点：细菌、放线菌、蓝细菌,2.1 细菌（bacteria）,2.1.1 细胞的形态构造及其功能,2.1.1.1 形态和染色,球形,杆状,螺旋状,基本形态,1. 球形,细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。,球菌,单、双链(分裂面
2、一) 四联球菌(分裂面二) 八叠球菌(分裂面三) 葡萄球菌(分裂面多),金黄色葡萄球菌,2. 杆状,细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。,长杆菌，如 Bactillus subtilis,短杆菌，如Escherichia coli,枯草芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌,铜绿假单胞菌 （绿脓杆菌）,结核分枝杆菌,炭疽病的病原菌 -炭疽杆菌,破伤风梭菌,3. 螺旋状,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,16,弧菌：,菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈， 形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。,霍乱弧菌,11,弧菌(vibrio)1圈,螺旋菌：,菌体回转如螺旋，螺旋数目
3、和螺距大小因种而异。鞭毛二端生,细胞壁坚韧，菌体较硬。,螺旋菌,11,螺菌(spirillum)=2-6圈,螺旋体菌：,菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。,梅毒密螺旋体,螺旋体(spirochaete)6圈,异常形,畸形,衰颓形：,菌龄,物理化学因素影响(阻碍细胞发育),营养条件影响,11,4. 大小与重量,细菌的大小测量单位是m,细菌的大小及重量,大小的测量方法,显微镜测微尺,显微照相后根据放大倍数进行测算,5. 染色,由于细菌细胞微小又透明，一般先要经过染色后才能进行显微观察,革兰氏染色法,细菌染色,鉴别染色法,简单染色法,负染色：,正染色,死菌,活菌,抗酸性染色法,芽孢染
4、色法,姬姆萨染色法,荚膜染色法,用美蓝或TTC(氯化三苯基四氮唑)等作活菌染色,2.1.1.2 细胞的结构,1、细菌细胞的一般构造,是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明 ，较为坚韧而略具弹性的细胞结构。约占干重的1025%,1）细胞壁（cell wall),不同细菌细胞壁的化学组成和结构不同，通过革兰氏染色法可将所有的细菌分为革兰氏阳性（G+）和革兰氏阴性（G-）。, 固定细胞外形和提高机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤；, 为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；, 阻拦大分子有害物质（某些抗生素和水解酶）进入细胞；,赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。,细胞壁的主要功能
5、,细胞壁的基本骨架,肽聚糖：是由 N乙酰胞壁酸（NAM）和N乙酰葡糖胺（NAG）以及少数氨基酸短肽链组成的亚单位聚合而成的大分子复合体。,肽聚糖单体：是由NAG 、 NAM 、肽尾、肽桥构成。,肽聚糖,22,肽聚糖,肽聚糖单体 (G、M和四肽链三部分) 双糖单位 N-乙酰葡萄糖胺(G) N-乙酰胞壁酸(M) 肽尾 短肽(4-5个氨基酸) 肽桥 1-5个氨基酸,是由若干肽聚糖单体聚合而成的多层网状结构大分子化合物,20,(1)革兰氏阳性的细胞壁成分,G+的细胞壁成分,G+菌细胞壁化学组成以肽聚糖(peptidoglycan)为主。这是原核微生物所特有的成份，占细胞壁物质总量的40-90%。,磷壁
6、酸：G+菌所特有,其主链由数十个磷酸甘油或磷酸核糖醇组成。,肽聚糖:占40-90% ,不同菌种中肽聚糖(肽链)组分不同。,磷壁酸,是一类,G+特有的,同肽聚糖混在一起的,分子比较短(6-9个),以,甘油磷壁酸,核糖醇磷壁酸,为主链,的阴离子多聚物,约占细胞壁成分的10%,又名垣酸,功能,协助肽聚糖加固细胞壁； 增强细胞膜的稳定性； 提高膜结合酶的能力(使细胞壁形成负电荷环境,以利于 吸附镁离子,维持酶活) 构成噬菌体的吸附位点; 形成表面抗原决定簇的主要成分。 保证革兰氏阳性致病菌（如A族链球菌）与其寄主间的粘连 ,避免被白细胞吞噬。,细胞壁厚度 较厚，2030nm 细胞壁分层 不分层 肽聚糖
7、含量 含量高（4090） 肽聚糖层数 层数多 交联度 交联度高 磷壁酸 有 脂多糖 无,(2)革兰氏阴性的细胞壁成分,G-细胞壁的组成和结构比G+更复杂。主要成份为：脂多糖、磷脂、脂蛋白、肽聚糖。,G-有肽聚糖，仅占细胞壁干重的5-10%。肽聚糖结构与G+相同，但短肽尾中的号位上L-Lys往往被其他二氨酸取代,外壁层是G细菌细胞壁所特有的结构，位于壁的最外层，化学成分为脂多糖、磷脂和若干种外膜蛋白。,外壁层： 位于肽聚糖层的外部,内壁层：紧贴胞膜,仅由12层肽聚糖分子构成,占细胞壁干重5 10%,无磷壁酸。,是一类,G-特有的,位于外壁外层,厚度8-10nm,类脂+各种多糖,脂多糖,功能,保护
8、作用、屏障作用,浓缩阳离子Mg2+、Ca2+,噬菌体吸附位点,G-表面抗原,内毒素物质基础,细胞壁厚度 较薄10-15nm 细胞壁分层 分层： 外壁层 6-10nm 内壁层2-3nm 肽聚糖含量 只占组分的5-10% 肽聚糖层数 低，一般1-2层 肽聚糖交联度 较低 磷壁酸 有（在外膜层） 脂多糖 有 抗原决定因子 O-抗原,(3)G+ 细菌与G细菌细胞壁的比较,(4)革兰氏染色,C.Gram（革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。,基本步骤： 涂片固定-结晶紫初染1-2min(水洗)-碘液媒染1-2min(水洗)-95%乙醇脱色20-25s(立即水洗)-番红复染2-3min
9、(水洗)-镜检 - 干燥后置油镜观察,结果: 革兰氏阳性菌紫色 革兰氏阴性菌红色,用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染,用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固。,用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色。,用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色,G-肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，因其含脂量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，酒精将细胞脱色，细
10、胞无色，沙黄复染后呈红色。,革 兰 氏 染 色 原 理：,G+ -细胞壁厚，肽聚糖含量高，交联度大，当乙醇脱色时，肽聚糖因脱水而孔径缩小，故结晶紫-碘复合物被阻留在细胞内，细胞不能被酒精脱色，仍呈紫色。,(5)古生菌的细胞壁,大多为嗜极菌 除热原菌属没有细胞壁以外，其余都具有与真细 菌功能相似的细胞壁 细胞壁中含有假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质,-1,3糖苷键不被溶菌酶水解,N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由L-glu、L-ala和L-lys三个L型氨基酸组成，肽桥则由L-glu一个氨基酸组成。,N-乙酰葡糖胺,N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸,甲 烷 菌 属,(6)
11、细胞壁缺陷细菌：,缺壁突变L型细菌,人工去壁,基本去尽原生质体（G+）,部分去除球状体（G-）,实验室或宿 主体内形成,在自然界长期进化中形成枝原体,缺壁细菌,41,a. L型细菌（L-form of bacteria）,细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内）通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。,因英国李斯德（Lister）预防研究所首先发现而得名 （1935年，念珠状链杆菌 Streptobacillus moniliformis）,大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌等20多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗有关。,特点：,37,b. 原
12、生质体（protoplast）,在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。,特点：,对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至 通气等都易引起其破裂；,有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应噬菌体所感染；,在适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖、形成菌 落，形成芽孢，并可恢复成有细胞壁的正常结构。,比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是 研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。,37,c. 球状体(sphaeroplast),采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细
13、菌处理后而获 得的残留部分细胞壁（外壁层）的球形体。与原生质 体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培 养基上生长。,37,2）、细胞膜与间体,（1）细胞膜的概念：,细胞质膜（cytoplasmic membrane），又称质膜（plasma membrane）、细胞膜（cell membrane）或内膜（inner membrane），是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约78nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白质（占50%70%）组成。,图1-28 细胞质膜结构,（2）细胞膜的化学组成与结构模型：,a. 磷脂,b. 液态镶嵌模型(fluid mo
14、saic model),膜的主体是脂质双分子层；,脂质双分子层具有流动性；,整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层的疏水性内层中；,周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连；,脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；,脂质双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。,1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）,（3）细胞膜的生理功能：,选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；,是维持细胞内正常渗透压的屏障；,合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷
15、壁酸、LPS、 荚膜多糖等）的重要基地；,膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系， 是细胞的产能场所；,是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；,三基地：,合成基地,产能基地,酶基地,（4）间体（mesosome，或中体）：,细胞质膜内褶而形成的囊状构造，其中充满着层状或管状的泡囊。多见于革兰氏阳性细菌。每个细胞含一至少数几个。,青霉素酶分泌、DNA复制、分配以及细胞分裂有关,“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像,图1-30 间体结构,着生部位可在表层或深层，前者与某些酶如青霉素酶的分泌有关，后者与DNA的复制、分配以及与细胞分裂有关。,近年来也有学者提出不同的看法，认为
16、“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像。,细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。,3）、细胞质和内含物,（1）概念：,细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。,透明粘液状物质,核酸、蛋白质、脂类、糖,无机盐、水,内含物,储藏物,气泡,类囊体,羧酶体,有机,无机,C源,N源,异染颗粒,硫磺,PHB(聚 -羟丁酸),糖朊,藻青素,核糖体,多肽,细胞质,核糖体是细胞质中的一种核糖核蛋白的颗粒状物质，由核糖核酸(60%)和蛋白质(40%)组
