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1、微生物学教程 天行健君子以自强不息（执笔笑天下归纳总结）绪论一， 什么是微生物1. 微生物：指一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。2. 微生物的分类：见下表1（P1）二， 人类对微生物世界的认识史（一） 一个难以认识的微生物世界微生物被难以认识的原因有：个体过于微小，群体外貌不显，种间杂居混生，形态与其作用的后果之间难被人认识等。（二） 微生物学发展史：见表2（P2）三， 微生物学的发展促进了人类的进步医疗保健战线上的“六大战役”即外科消毒手术的建立，寻找人畜重大传染病的病原菌，免疫防治法的发明和广泛应用，磺胺等化学治疗剂的普及，抗生素的大规模生产和推广，以及近年来利用工程菌生产多肽类生化
2、药物等。四， 微生物的五大共性1. 体积小，面积大 比面值：某一物体单位体积所占有的表面积。 即：比面值=表面积/体积=3/r2. 吸收多，转化快3. 生长旺，繁殖快。据报道全球的细菌总量约为510（30次方）个 4. 适应强，易变异5. 分布广，种类多种类多主要体现以下5个方面：（1） 物种的多样性（2）生理代谢类型的多样性（3）代谢产物的多样性（4）遗传基因的多样性（5）生态类型的多样性五， 微生物学及其分科微生物学：是一门在细胞，分子或群体水平上研究微生物的形态构造，生理代谢，遗传变异，生态分布和分类进化等生命活动基本规律，并将其应用于工业发酵，医药卫生，生物工程和环境保护等实践领域的科
3、学，其本质是发掘，利用，改善和保护有益微生物，控制，消灭有害微生物，为人类社会进步服务。1. 分类（6类）（1） 按研究微生物的基本生命活动规律为目的来分，总学科称普通微生物学。（2） 按微生物应用领域来分，总学科称应用微生物学。（3） 按研究的微生物对象分，如细菌学，真菌学等。（4） 按微生物所处的生态环境分，如土壤微生物，海洋微生物学等。（5） 按学科间交叉，融合分，如化学微生物，分析微生物等。（6） 按实验方法，技术分：如实验微生物学，微生物研究方法等。第一章原核生物的形态、构造和功能根据微生物的进化水平和各种性状上的明显差异可分为：原核微生物、真核微生物和非细胞微生物。原核微生物：即广
4、义的细菌，指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露的DNA的原始单细胞生物。包括真细菌，和古生菌两大类。第一节 细菌1. 细菌：是一类细胞细短（直径约0.5um，长度约0.5-5um）、结构简单、胞壁坚韧，多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。2. 被誉为“生物界超级明显”的是大肠杆菌（Escherichia coli）。一， 细胞的形态结构及其功能（一）形态和染色1. 细菌的形态及其简单，基本上只有球状，杆状和螺旋状三大类。2. 球菌：球状的细菌称为球菌。根据其分裂的方向及随后互相间的连接方式可分为单球菌，双球菌，四联球菌，八叠球菌，链球菌和葡萄球菌等。 杆菌：杆状的细菌称为杆菌，
5、其细胞外形较球菌复杂，常有短杆状，棒杆状，梭状，梭杆状等。 螺旋菌：螺旋状的细菌称螺旋菌，若螺旋不足一环则称为弧菌，满2-6环小型，坚硬的螺旋状细菌可称为螺菌，而旋转周数多（超过6环），体长而柔软的螺旋状细菌则专称为螺旋体。3. 量度细菌大小的单位是um，E.coli作代表，它的细胞平均长度约为2um，宽度约为0.5um。fishelsoni（费氏刺尾鱼菌），细胞长达200-500um，芬兰学者E.O.Kajander报道了最小的细菌纳米细菌。直径为大肠杆菌的十分之一（50nm或0.05um）4. 染色方法见表1（P11）各种细菌经革兰氏染色法染色后，能区分成为两大类，一类最终染成紫色，称为革
6、兰氏阳性细菌（G+）,另一类被染成红色称为革兰氏阴性细菌（G-）（二）构造见图2（P11）1. 细菌细胞的一般构造（1） 细胞壁：位于细胞最外的一层厚实，坚韧的外被，主要成分为肽聚糖，具有固定细胞外形和保护细胞不受损伤等多种生理功能。细胞壁主要功能：1）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2）为细胞的生长，分裂和鞭毛运动所必需3）阻挡大分子有害物质进入细胞4）赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。 G+细菌的细胞壁：特点是厚度大和化学组分简单，一般含90肽聚糖和10磷壁酸。肽聚糖：又称粘肽，胞壁质或战质复合物，是真细菌细胞壁中特有的成分。以G+细菌金黄色葡萄球菌的
7、肽聚糖作介绍。肽聚糖分子由肽和聚糖两部分组成，其中的肽包括四肽尾和肽桥两种。而聚糖则是由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸两种单糖相互间隔连接成的长链。详见图3（P13）图4（P13）由图4知每一个肽聚糖单体由3个部分组成：双糖单位：由一个N-乙酰葡糖胺通过-1，4-糖苷键与另一个N-乙酰胞壁酸相连。这一对双糖单位中的-1，4-糖苷键很容易被一种广泛存在于卵清，人泪和鼻涕以及部分细菌和噬菌体中的溶解酶水解。四肽尾：是由4个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成。在S.aureus中，接在N-乙酰胞壁酸上的四肽尾为L-AlaD-GluL-LysD-Ala。肽桥在S.aureus中，肽桥为甘氨酸五肽，
8、它起着连接前后2个四肽尾分子的桥梁作用。肽桥的变化甚多，由此形成了“肽聚糖的多样性”。磷酸壁：是结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。磷酸壁分为两种，一类与肽聚糖分子进行共价结合的称壁磷壁酸，其含量会随培养基成分而改变；另一类是跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的称为膜磷壁酸或脂磷壁酸。磷壁酸主要功能为通过分子上的大量负电荷浓缩细胞周围的正二价镁离子，以提高细胞膜上一些合成酶的活力贮藏元素调节细胞内自溶素的活力，防止细胞因自溶而死亡作为噬菌体的特异性吸附受体赋予G+细菌特异的表面抗原，用于菌种鉴别增强某些致病菌对宿主细胞的粘连，避免白细胞吞噬，并有抗补体的作用。 G-
9、细菌的细胞壁：特点是厚度较G+细菌薄，层次较多，成分较复杂，肽聚糖层很薄，故机械强度较G+细菌弱。以E.coli为例： G-细菌肽聚糖单体结构和G+细菌基本相同，差别仅在于：四肽尾的第三个氨基酸分子不是L-Lys而是内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）所代替没有特殊的肽桥，前后两单体间的连接仅通过甲四肽尾的第四个氨基酸（D-Ala）的羧基与乙四肽尾的第三个氨基酸（m-DAP）的氨基直接相连。 外膜：又称外壁，是G-细菌特有的结构，它位于最外层，化学成分为脂多糖，磷脂和若干种外膜蛋白。具有控制细胞的透性，提高二价镁离子浓度，决定细胞壁抗原多样性等作用。 脂多糖：是位于G-细菌细胞壁最外层的一层较厚的
10、类脂多糖类物质，由类脂A，核心多糖和O-特异侧链3部分组成。 外膜蛋白：指嵌合在LPS和磷脂层外膜上的20余种蛋白。进入外膜的三聚体跨膜蛋白称为孔蛋白。 周质空间：在G-细菌中，其外膜与细胞膜间的狭窄胶质空间。 古生菌的细胞壁：在古生菌中除Thermoplasma（热原体属）没有细胞壁外，其余都具有与真细菌功能相似的细胞壁。其细胞壁中都不含真正的肽聚糖，而含假肽聚糖，糖蛋白或蛋白质。 古生菌：又称古细菌是一个在进化途径上很早与真细菌和真核生物相互独立的生物类群，主要包括一些独特生态类型的原核生物，如大多数嗜极菌包括极端嗜盐菌，极端嗜热菌和Thermoplasma（热原体属）等。 假肽聚糖：结构
11、与肽聚糖类似，但其多糖骨架则由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸以及-1,3-糖苷键交替连接而成。 缺壁细菌：在自然界长期进化中和在实验室的自发突变中都会产生少数缺细胞壁的种类的细菌。详见表7（P17） L型细菌：专指那些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损菌株。由英国李斯特（Lister）于1935年发现。故称L型细菌。 原生质体：指在人工条件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层细胞膜包裹的圆球状渗透敏感细胞。G+细菌最易形成原生质体。 球状体：又称原生质球，指还残留了部分细胞壁的原生质体。 支原体：是在长期进化过程中形成的，适
12、应自然生活条件的无细胞壁的原核生物，因为它细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，故缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。 革兰氏染色的机制：细节为通过结晶紫液初染和碘液媒染后，在细菌的细胞膜内可形成不溶水的结晶紫与碘的复合物。G+细菌由于其细胞壁较厚，肽聚糖网层次多和交联致密，故遇脱色剂乙醇处理时，因失水而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇的处理不会溶出缝隙，因此能把结晶紫与碘的复合物牢牢留在壁内，使其保持紫色。反之，G-细菌因其细胞壁薄，外膜层类脂含量高，肽聚糖层薄和交联度差，遇到脱色剂乙醇后，以类脂为主的外膜迅速溶解，这时薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，因此细胞退成无
13、色。这时，再经沙黄等红色染料复染，就使G-细菌呈现红色，而使G+细菌则仍保留最初的紫色。（2） 细胞膜：又称细胞质膜，质膜或内膜，是一层紧贴在细胞壁内侧，包围这细胞质的柔软，脆弱，富有弹性的半透性薄膜，由磷脂和蛋白质组成。细胞膜的主要成分是磷脂，而膜是由两层磷脂分子整齐地对称排列而成的。其中每一个磷脂分子由一个带正电荷且能溶于水的极性头（磷酸端）和一个不带电荷，不溶于水的非极性端（羟端）所构成。在常温下，磷脂双分子层呈液态，其中嵌埋着许多具运输功能，有时分子内还存在运输通道的整合蛋白，或内嵌蛋白，而在磷脂双分子层的外表面则漂浮着许多具有酶促作用的周边蛋白或膜外蛋白。它们都可以在磷脂的表层或内层
14、作侧向运动，以执行其相应的生理功能。关于细胞膜的结构和功能的解释，较多学者倾向于液态镶嵌模型要点为：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双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海洋，周边蛋白在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似冰山沉浸在其中作横向移动。细胞膜具有以下生理功能：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结构屏障是合成细胞壁和糖被有关成分的重要场所膜上含有与氧化磷酸或光和磷酸化等能量代谢有关的酶
15、系是鞭毛基体的着生部位，并可提供鞭毛旋转运动所需要得能量。 间体：它是一种由细胞膜内褶而形成的囊状构造，其内充满着层状或管状的泡囊。多见于G+细菌。 古生菌的细胞膜的独特性和多样性：其磷脂的亲水头仍由甘油组成，但疏水尾却由长链烃组成，一般都是异戊二烯的重复单位亲水头与疏水尾间通过特殊的醚键连接而成甘油二醚或甘油四醚，而在其他的原核生物或真核生物中则是通过酯键把甘油和脂肪酸连接的。古细菌的细胞膜中存在着独特的单分子层或单，双分子层混合膜在甘油分子的C3位上，可连接多种与真细菌和真核生物细胞膜上不同的基团，如磷酸酯基等细胞膜上含有多种独特脂类。（3） 细胞质和内含物细胞质：是指被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明，胶体状，颗粒状物质的总称。含水量80。原核生物的细胞质是不流动的。主要成分为核糖体，贮藏物，酶类，中间代谢物，质粒等，细胞内含物：指细胞质内一些形状较大的颗粒状构造主要有：贮藏物：一类由不同化学成分累积而成的不溶性颗粒。如聚-羟丁酸（简称：PHB可用
