原核微生物的形态构造和功能

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1、细菌 真细菌 蓝细菌 放线菌原核微生物 古细菌,第一章 原核生物的形态、构造及其功能,第一节 细 菌一、细菌的形态和大小 1、细菌的形态： 球状 杆状 螺旋状,2、细菌的大小:细菌的大小用微米(m)表示,1m=103mm。 球菌: 直径为0.5-1m; 杆菌: 宽长为0.5-11-5m; 螺旋菌: 宽长为0.3-1m1-50m;最小的细菌：芬兰科学家最近发现了一种引起 尿结石的纳米细菌(nanobacteria)其直径只有50nm，比最大的病毒还小。最大的细菌：德国科学家在纳米比亚海底沉积 物中发现了一种硫细菌,其大小在0.1-0.3mm,有些可达0.75mm。,细菌细胞的构造：,基本构造:

2、1、细胞壁；2、细胞膜；3、细胞质；4、核区 特殊构造: 5、芽孢 6、荚膜；7、鞭毛； 8、菌毛与性丝,二、细菌细胞的构造,1.细胞壁,缺壁细菌细胞壁的功能细胞壁的化学成分和结构革兰氏染色如何确证细胞壁的存在,缺壁细菌原生质体、原生质球、L型细菌、支原体：,原生质体：用青霉素等抗生素或者溶菌酶处理G+菌而得到的去壁完整的球形体。 原生质球：用青霉素等抗生素或溶菌酶处理G-细菌而得到的去壁不完全的近球形体。 L型细菌：某些细菌在特定环境条件下因基因突变而产生的无壁类型。在一定条件下L型细菌能发生回复突变而恢复为有壁的正常细菌。 支原体：自然界长期进化过程中形成。,细菌细胞壁的功能:,1、固定细

3、胞外形；2、为鞭毛运动提供支点； 3、保护细胞免受外力的损伤（G+菌可抵御1525个大气压的渗透压，G-菌可抵御510个大气压的渗透压）；,4、为正常细胞的分裂所必需； 5、阻挡有害物质进入；6、与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性有关。,思考,原生质体和球状体有什么共同特点？无细胞壁、细胞呈球状、对渗透压十分敏感、即使长有鞭毛也不能运动、对噬菌体不敏感等。,细胞壁的构造和化学成分,G细菌与G-细菌细胞壁结构如下图:,G菌：,G-菌：,G细菌与G-细菌细胞壁的化学组成:,肽聚糖 G+ 磷壁酸 多糖,壁磷壁酸膜磷壁酸,肽聚糖-内壁层 脂多糖G- 脂蛋白 类脂 蛋白质,孔蛋白外壁蛋白,外壁层,

4、G与G-的共有成分肽聚糖的结构:,肽聚糖是由组成肽聚糖的单体聚合而成的大分子网状化合物。 肽聚糖的单体 结构如图：,1、N-乙酰葡萄糖胺(G)和N-乙酰胞壁酸(M)通过-1.4键连接的双糖。 2、胞壁酸上的四肽(L - Ala - D - Glu - L - Lys - D - Ala) 3、两四肽间的肽间桥。,肽聚糖的单体由三部分组成：,聚肽糖的单体分子结构:,聚肽糖的单体构成了大分子网状化合物:,G+菌的肽聚糖的分子结构交联度高，肽聚糖层厚,如枯草杆菌网状分子有40层。而G-菌的交联度低,肽聚糖层薄，如大肠杆菌仅由12层分子组成。,G+菌与G-菌肽聚糖单体的异同：,其区别为:1、四肽上的第

5、三个氨基酸不同,G+菌为赖氨酸；G-菌为内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）。 2、肽间桥不同：G+菌为甘氨酸五肽；G-菌为肽键。,G特有的磷壁酸的结构与功能:,磷壁酸是G+菌细胞壁中的特有成份。磷壁酸主要有两种：一种是甘油磷壁酸；一种是核糖醇磷壁酸。,甘油磷壁酸,核糖醇磷壁酸,磷壁酸的主要功能：,1、因带负电荷，故可与环境中Mg2等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要；,3、赋于革兰氏阳性菌以特异的表面抗原；,4、提供某些噬菌体以特异的吸附受体。,2、保证革兰氏阳性致病菌（如A族链球菌）与其宿主间的粘连（主要为膜磷壁酸）；,脂多糖层由磷脂双分子层、脂蛋白与脂多

6、糖组成。G-特有的脂多糖分子结构由三部分组成：,类脂A：2个N乙酰葡糖胺及5个长链脂肪酸 3个2酮3脱氧辛糖酸（KDO） 内核心区 LPS 核心多糖区 3个 L甘油D甘露庚糖（Hep） 外核心区: 5个己糖（Hex）,包括葡糖胺、半乳糖、 葡萄糖 O侧链: 多个4Hex单位, 内含半乳糖、鼠李糖、甘露糖、阿比可糖(Abq),脂多糖中特殊的糖,脂多糖含有三种特殊的糖：KDO(2-酮-3-脱氧辛糖酸)Hep(L-甘油-D-甘露庚糖)Abq(阿比可糖),LPS结构如下图：类脂A是G-细菌的毒性中心,脂多糖的功能:,1、是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础；,2、与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+和C

7、a2+等阳离子以提高这些离子在胞表面浓度的作用；,3、由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性，据统计（1983），国际上已报道过的根据LPS的结构特性而鉴定过的Salmonella（沙门氏菌属）的表面抗原类型多达2107个；,4、是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。脂多糖要维持其结构的稳定性需要足量Ca2+的存在。如果用螯合剂去除Ca2+，LPS就解体。这时，G-细菌的内壁层肽聚糖就暴露出来，因而就可被溶菌酶所水解。,革兰氏染色,1.1884年，丹麦医生C.Gram创立，故名。此染色法能将所有细菌分成两大类，G+和G-2.其染色过程为：草酸铵结晶紫初染碘液媒染95乙

8、醇脱色沙黄复染3.结果：有些菌被染成紫色，即为革兰氏阳性菌，简称G+菌；有些菌被染成红色，即为革兰氏阴性菌，简称G-菌。4.原理：细菌对革兰氏染色的不同反应，是由于细菌细胞壁的结构和功能不同而引起的。通过初染和媒染操作后，在细菌细胞的膜上染上了不溶于水的结晶紫与碘的复合物。革兰氏阳性菌由于细胞壁较厚、肽聚糖含量较高和其分子交联度较紧,密，故在用乙醇洗脱时，肽聚糖网孔会因脱水而明显收缩，再加上它基本不含类脂，故乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫与碘复合物仍牢牢阻留在其细胞壁内，使其呈现紫色 。反之，革兰氏阴性细菌因其壁薄、肽聚糖含量低和交联松散，故遇乙醇后，肽聚糖的网孔不易收缩，加上它的类

9、脂含量高，所以当乙醇把类脂溶解后，在细胞壁上就会出现较大的缝隙，这样，结晶紫与碘的复合物就极易被溶出细胞壁，因此，通过乙醇脱色后，细胞又呈无色。这时，在经沙黄等红色染料进行复染，就使革兰氏阴性细菌获得了一层新的颜色红色，而革兰氏阳性细菌仍呈紫色。,如何确证细胞壁的存在,细菌超薄切片的电镜直接观察；质壁分离与适当的染色可在光学镜下看到细胞壁；机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；制备原生质体，观察细胞形态的变化。,2. 细胞膜,细胞膜是外侧紧贴细胞壁而内侧包围原生质的一层柔软而富有弹性的半透性膜。,脂类： 占2030%细胞膜的化学组成主要是 蛋白质：占6070%,细胞膜的结构；,细菌的细胞膜由两

10、层磷脂分子组成，磷脂疏水端两两相对，亲水的头部向外，蛋白质嵌入磷脂双分子层中或分布在磷脂双分子层的内外表面。,真细菌细胞膜的磷脂分子结构如下图：,古细菌细胞膜的结构：,古细菌细胞膜植烷基甘油醚的结构：,古生菌甘油醚,醚键,细菌细胞膜的功能：,1、控制内外物质的运送、交换； 2、维持细胞内正常渗透压的屏障； 3、合成细胞壁各种组分（LPS，肽聚糖，磷壁酸）和荚膜大分子的场所； 4、进行氧化磷酸化和光合磷酸化的产能基地； 5、许多酶和电子传递链的所在部位； 6、鞭毛着生点并为其运动提供能量。,壁膜间隙,G+ 、G-壁膜间隙：,壁膜间隙的功能：含有水解酶，结合蛋白，化学受体。,3. 细胞核,细菌细胞

11、核又称原核、拟核或细菌染色体。它位于细胞质内，没有核膜、核仁。核没有固定的形态，细菌细胞核的化学成分为双链DNA，没有组蛋白。,如：E.coli 细胞长约2um，DNA拉直后其长为11001400um。,通过同位素放射显影技术和电子显微镜的超薄切片观察，细菌的细胞核含有丝状物资，没有膜包围。丝状物质由双链 DNA分子折叠缠绕而成。丝状物质拉直后，其长度为细胞的若干倍。,细胞核：,细菌细胞核的功能：它是细菌生长、新陈代谢、遗传变异的控制中心。,间 体,间体是细菌细胞膜内陷而成的一种层状、管状或囊状物。一般位于细胞分裂部位或其邻近部位。常见于G+菌, 在有些G-细菌中不明显。 间体主要功能：促进细

12、胞间隔的形成并参与遗传物质的复制。,间体参与DNA的复制：,4. 细胞质及内含物,包围在细胞膜内的物质称为细胞质，由于细胞核是细菌细胞的重要结构成分，因此细胞质通常是指细胞膜包围的除细胞核以外的物质。,细胞质中有如下重要的内含物: 1、质粒；2、核糖体；3、储藏颗粒(碳素储藏颗粒、氮素储藏颗粒、磷素储藏颗粒)。,质 粒：,质粒是独立存在于细菌染色体外或附加在染色体上的遗传物质。它由一共价闭合环DNA分子组成。,目前在细菌中发现的质粒有如下种类：,1、致育质粒（F因子） 2、抗性质粒（R因子） 3、降解质粒 4、细菌素质粒（col因子） 5、毒性质粒6、共生质粒7、代谢型质粒8、隐蔽质粒,质粒具

13、有如下特点：,1、可以自发或用人工诱变的方法消除； 2、能自我复制，稳定的遗传； 3、没有质粒的细菌不能自发的产生质粒,但可以通过转化、转导或接合作用的转移获得质粒； 4、质粒可以携带供体细胞的DNA转移。,质粒的功能：,2、可作为基因转移的载体。,1、质粒控制细菌的某一遗传性状；,核糖体：,由RNA和蛋白质组成,存在于细菌细胞质中的颗粒状亚显微结构。它的沉降系数为70S。核糖体的结构如下图：,核糖体的功能： 它是细胞中合成蛋白质的场所。,RNA（占65%） 1、化学组成 蛋白质（占35%） 2、70S由50S和30S两个亚基组成 3、50S亚基由5SrRNA、23SrRNA和34种蛋白质组成

14、 4、30S亚基由16SrRNA和21种蛋白质组成。,储藏颗粒 ：,1、碳素储藏颗粒 a、淀粉粒，遇碘液变蓝色 b、肝糖粒，遇稀碘液变红褐色 c、聚羟基丁酸（原核生物特有的碳原储藏形式）能被脂溶性染料苏丹黑着色。,细菌中有许多颗粒状储藏物，这些储藏颗粒主要是：,2、氮素储藏颗粒 藻青素（藻青蛋白）：蓝细菌中的内源性氮素储藏颗粒。3、磷素储藏颗粒 异染粒：细菌细胞中的多聚偏磷酸盐的颗粒,遇蓝色染料染成紫红色,故称为异染粒。,5. 糖被：细菌细胞外的一种胶状物,糖被包括荚膜和粘液层。 某些细菌在生长过程中向细胞外分泌一种粘液性物质,当这种粘液很浓时,用特殊的染色方法染色后在显微镜下可见其结构, 这种结构称为荚膜, 当粘液很稀时, 用荚膜染色无法看到其构造, 故称为粘液层。,巨大芽孢杆菌的荚膜如右图所示：,荚膜的化学组成：多糖；多肽； 多糖多肽。,荚膜的功能： 1、可作碳源储藏物质； 2、可以抗干燥； 3、抗吞噬细胞的吞噬。,6. 鞭毛（flagellum）和菌毛（pilus）,有的细菌在细胞表面长有鞭毛和菌毛。,鞭 毛：,鞭毛是细菌的运动器官，它是一根中空的管状蛋白质丝。由三条线状的蛋白质亚基围绕着一个中空的核心组装成螺旋链。,鞭毛的亚显微构造由鞭毛丝、鞭毛钩和基体三部分组成。,