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1、第二章原核微生物的形态和构造一原核微生物二放线菌 原核细胞和真核细胞的区别 真核细胞 原核细胞 第一节细菌 Bacteria 定义 细菌是原核生物中的一大类群 细胞个体微小 结构简单 细胞壁坚韧 以二等分裂方式繁殖和水生性较强的单细胞原核微生物 生存环境 温暖潮湿 富含有机物的地方 都有大量细菌活动 有特殊的臭味或酸败味 发粘 发滑 应用 工业上生产各种氨基酸 核苷酸 酶制剂 乙醇 丙酮 丁醇 有机酸 抗生素等 农业上用作杀虫菌剂 细菌肥料的生产和在沼气发酵 饲料青贮等方面的应用 医药上如各种菌苗 类毒素 代血浆和许多医用酶类的生产等 以及细菌在环保和国防上的应用等 都是利用有益细菌活动的例子
2、 危害 人 动物 植物的传染病 食物和工农业产品腐烂变质 一 细菌细胞的形态与排列状态 菌体呈球形或近似球形 以典型的二分裂殖方式繁殖 分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式 根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间排列状态不同 可将球菌分为以下几种 单球菌 双球菌 链球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌等 球菌 coccus 及其排列状态 单球菌 细胞分裂沿一个平面进行 新个体分散而单独存在 如尿素微球菌 Micrococcusureae 双球菌 细胞沿一个平面分裂 新个体成对排列 如肺炎双球菌 Diplococcuspneumoniae 球菌 coccus 脑膜炎奈瑟菌 双球菌 dip
3、lococcus 链球菌 细胞沿一个平面进行分裂 新个体不但可保持成对的样子 并可连成链状 如 乳链球菌 Streptococcuslactis 无乳链球菌 Streptococcusagalactiae 溶血链球菌 Streptococcushemolyticus 链球菌 streptococcus 球菌 coccus 四联球菌 细胞分裂是沿两个相垂直的平面进行 分裂后每四个细胞特征性地连在一起 呈田字形 如四联微球菌 Micrococcustetragenus 球菌 coccus 四联球菌 tetrad 八叠球菌 细胞按三个互相垂直的平面进行分裂后 每八个球菌特征性地连在一起成立方体形 如
4、藤黄八叠球菌 Sarcinaureae 球菌 coccus 八叠球菌 sarcina 葡萄球菌 细胞无定向分裂 多个新个体形成一个不规则的群体 犹如一串葡萄 如 金黄色葡萄球菌 Staphylococcusaureus 白色葡萄球菌 Staphylcoccusalbus 球菌 coccus 葡萄球菌 streptococcus 杆菌 bacillus 及其排列状态 杆菌是细菌中种类最多的类型 因菌种不同 菌体细胞的长短 粗细等都有所差异 杆菌的形态 短杆状 长杆状 棒杆状 梭状杆状 月亮状 竹节状等 按杆菌细胞繁殖后的排列方式则有链状 栅状 八 字状等 短杆菌 长杆菌 梭状芽孢杆菌 Scann
5、ingelectronmicrographsillustratingexternalfeaturesoftherod shapedbacteriumE coli 杆菌端部特征 Bacillusmegabacterium Legionellapneumophila causesLegionnairesDisease causesanthrax Bacillusanthracis Rod ShapedBacterium hemorrhagicE coli strain0157 H7 螺旋菌 spirilla 螺旋状的细菌称为螺旋菌 根据其弯曲情况分为 弧菌 vibrio 螺旋不满一圈 菌体呈弧形或
6、逗号形例 霍乱弧菌 逗号弧菌螺旋菌 spirillum 螺旋满2 6环 螺旋状例 干酪螺菌螺旋体 spirochaeta 旋转周数在6环以上 菌体柔软 例 梅毒密螺旋体 Vibriocholerae 影响细菌形态的因素 培养时间 培养温度 培养基成分 浓度 pH值 细菌特殊形态 柄细菌 肾形菌 臂微菌 网格硫细菌 贝日阿托氏菌 丝状 具有子实体的粘细菌等是特殊形态的细菌 二 细菌的大小 1 长度单位 微米 m 2 表示 球菌 直径杆菌 宽 长螺菌 宽 长 螺距 通常球菌直径 0 2 1 5 m 杆菌 长1 5 m 宽0 5 1 m 例如 E coli 平均长度 2 m 宽度0 5 m1500个
7、大肠杆菌头尾相接等于3mm 109个大肠杆菌重1mg 细菌大小范围 细菌大小举例 三 细菌细胞结构 一般构造 如细胞壁 细胞膜 细胞质 核质体 核糖体等 是所有细菌都有的构造特殊构造 主要有鞭毛 菌毛 性菌毛 荚膜和芽孢等 并非所有细菌都有的构造 一般构造 细胞壁细胞膜细胞质核质体核糖体 一 细胞壁cellwall 细胞壁的观察方法 染色 质壁分离 电镜观察机械破裂细胞 分离得到纯的细胞壁 细胞壁是位于菌体的外层 内侧紧贴细胞膜的一层无色透明 坚韧而有弹性的结构 细胞壁约占细胞干重的10 25 1 证实细胞壁的方法 2 细胞壁的功能 固定细胞外形和提高机械强度为细胞的生长 分裂和鞭毛运动所必需
8、阻拦有害物质进入细胞细菌特定的抗原性 致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础 1 革兰氏染色与细胞壁 1 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 3 细胞壁的化学组成和结构 两类细菌细胞壁的共同组分为肽聚糖 但各有其特殊组分 1 革兰染色法 涂片风干固定结晶紫碘液95 乙醇复红 1 细胞壁 4 革兰氏染色与细胞壁 1 革兰氏染色 1 细胞壁 4 革兰氏染色与细胞壁 2 革兰氏阳性细菌的细胞壁 特点 厚度大 20 80nm 化学组分简单 一般只含90 肽聚糖和10 磷壁酸 1 细胞壁 4 革兰氏染色与细胞壁 2 革兰氏阳性细菌的细胞壁 肽聚糖 pe
9、ptidoglycan 磷壁酸 teichoicacid 又称粘肽 mucopeptide 胞壁质 murein 或粘质复合物 mucocomplex 是真细菌细胞壁中的特有成分 结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖 4 革兰氏染色与细胞壁 2 革兰氏阳性细菌的细胞壁 A 肽聚糖 厚约20 80nm 由40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上 双糖单位 原核生物所特有的已糖 跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的膜磷壁酸 又称脂磷壁酸 由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合后形成 其含量与培养条件关系不大 可用45 热酚水提取 也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取 1 细胞壁 4 革
10、兰氏染色与细胞壁 2 革兰氏阳性细菌的细胞壁 B 磷壁酸 革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分 主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸 壁磷壁酸 它与肽聚糖分子间进行共价结合 含量会随培养基成分而改变 一般占细胞壁重量的10 有时可接近50 用稀酸或稀碱可以提取 参见P41 磷壁酸的功能 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 1 细胞壁 4 革兰氏染色与细胞壁 3 革兰氏阴性细菌的细胞壁 肽聚糖 外膜 外膜蛋白 周质空间
11、1 细胞壁 4 革兰氏染色与细胞壁 3 革兰氏阴性细菌的细胞壁 A 肽聚糖 埋藏在外膜层之内 是仅由1 2层肽聚糖网状分子组成的薄层 2 3nm 含量约占细胞壁总重的10 故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱 内消旋二氨基庚二酸 m DAP 只在原核微生物细胞壁上发现 没有特殊的肽桥 只形成较为疏稀 机械强度较差的肽聚糖网套 1 细胞壁 4 革兰氏染色与细胞壁 3 革兰氏阴性细菌的细胞壁 B 外膜 outermembrane 位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层 由脂多糖 磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜 有时也称为外壁 1 细胞壁 4 革兰氏染色与细胞壁 3 革兰氏阴性细菌的细胞壁 B 外膜 ou
12、termembrane 脂多糖 lipopolysaccharide LPS 位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚 8 10nm 的类脂多糖类物质 由类脂A 核心多糖 corepolysaccharide 和O 特异侧链 O specificsidechain 或称O 多糖或O 抗原 三部分组成 3 革兰氏阴性细菌的细胞壁 B 外膜 outermembrane 脂多糖的主要功能 LPS结构的多变 决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性 根据LPS抗原性的测定 沙门氏菌属 Salmonella 的抗原型多达2107种 一般都源自O 特异侧链种类的变化 这种多变性是革兰氏阴性细菌躲避宿
13、主免疫系统攻击 保持感染成功的重要手段 也可依此用灵敏的血清学方法对病原菌进行鉴定 在传染病的诊断中有其重要意义 3 革兰氏阴性细菌的细胞壁 B 外膜 outermembrane 脂多糖的主要功能 LPS负电荷较强 与磷壁酸相似 也有吸附Mg2 Ca2 等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用 对细胞膜结构起稳定作用 3 革兰氏阴性细菌的细胞壁 B 外膜 outermembrane 脂多糖的主要功能 类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质 内毒素的物质基础 3 革兰氏阴性细菌的细胞壁 B 外膜 outermembrane 脂多糖的主要功能 具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能 许多噬菌体在细胞表面
14、的吸附受体 1 细胞壁 4 革兰氏染色与细胞壁 3 革兰氏阴性细菌的细胞壁 C 外膜蛋白 outermembraneprotein 嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白 有20余种 但多数功能尚不清楚 1 细胞壁 4 革兰氏染色与细胞壁 3 革兰氏阴性细菌的细胞壁 C 外膜蛋白 outermembraneprotein 孔蛋白 porins 是由三个相同分子量 36000 蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白 中间有一直径约1nm的孔道 通过孔的开 闭 可对进入外膜层的物质进行选择 非特异性孔蛋白 特异性孔蛋白 可通过分子量小于800 900的任何亲水性分子 只容许一种或少数几种相关物质通过 如维生素
15、B12和核苷酸等 1 细胞壁 4 革兰氏染色与细胞壁 3 革兰氏阴性细菌的细胞壁 C 外膜蛋白 outermembraneprotein 脂蛋白 lipoprotein 是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白 分子量约为7200 1 细胞壁 4 革兰氏染色与细胞壁 3 革兰氏阴性细菌的细胞壁 D 周质空间 periplasmicspace periplasm 又称壁膜间隙 在革兰氏阴性细菌中 一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间 宽约12 15nm 呈胶状 周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所 1 细胞壁 4 革兰氏染色与细胞壁 3 革兰氏阴性细菌的细胞壁 D 周质空
16、间 在周质空间中 存在着多种周质蛋白 periplasmicproteins 水解酶类 合成酶类 结合蛋白 受体蛋白 1 细胞壁 4 革兰氏染色与细胞壁 4 革兰氏阳性和阴性细菌的比较 革兰氏染色的机制 革兰氏染色的机制 7 细胞壁缺损型细菌 原生质体protoplast 球形体spheroplast L型细菌L form4支原体 原生质体的特点 1 无细胞壁 为圆球形2 对环境敏感 渗透压 震荡 离心 易溶菌3 有鞭毛 而不能运动4 不被噬菌体感染 因为失去吸附位点 二 细胞膜 cytoplasticmembrane 1 概念 细胞膜是紧贴细胞壁内侧包围细胞质的一层柔软 富有弹性的半透明薄膜 2 观察分离方法 1 质壁分离 2 选择性染色 3 电镜技术 4 溶菌酶处理 1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜液态镶嵌模型 3 细胞膜的结构与化学组成 细胞膜液态镶嵌模型 认为 膜是由球形蛋白与磷脂按照二维排列方式构成的流体镶嵌式 流动的脂类双分子层构成了膜的连续体 而蛋白质象孤岛一样无规则地漂流在磷脂类的海洋当中 4 细胞膜的功能 a 控制细胞内外物质 营养物质和代谢废物
