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1、 第第3 3章章 微生物类群与 形态结构微生物是形体微小、结构简单的微小生物的总称。微生物病毒原核生物： 真细菌、古生菌真核生物： 真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、单细胞藻类、原生动物等 原核微生物：一大类细胞微小、细胞核 无核膜包裹（只有称作核区的裸露DNA） 的原始单细胞生物。 与真核微生物的主要区别： （1）基因组由无核膜包裹的双链环状 DNA组成； （2）缺乏由单位膜分割、包围的细胞器 ； （3）核糖体为70S。 原核微生物包括细菌域和古菌域。p.39特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造一般构造：一般细菌都有的构造第一节 真 细菌（bacteria）一、细胞结构1、细胞
2、壁1）概念：细胞壁（cell wall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的 一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。2）证实细胞壁存在的方法：（1）细菌超薄切片的电镜直接观察；（2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；（3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；（4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；3）细胞壁的功能：（1）固定细胞外形和提高机械强度；（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；（3）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤；（4）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
3、质基础；（参见P39）4）革兰氏染色与细胞壁：简单染色法正染色 革兰氏染色法鉴别染色法 抗酸性染色法芽孢染色法死菌 姬姆萨染色法负染色： 荚膜染色法等 细菌染色法活菌：用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色（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。（1）革兰氏染色1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染2、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。3、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。4、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性
4、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4）革兰氏染色与细胞壁：（1）革兰氏染色4）革兰氏染色与细胞壁：（1）革兰氏染色表3-1 革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的比较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（2080nm）化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。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(peptidoglycan)磷壁酸（teichoic acid）肽聚糖又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物 (mucocomplex)，是真细
5、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2080nm，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、肽聚糖由四个氨基酸分子按L型 与D型交替方式连接而成双糖单位中的-1,4-糖苷键很容易被 溶菌酶(lysozyme)所水解，从而引起 细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。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A、肽聚糖目前所知的肽聚糖已超过100种， 在这一“肽聚糖的多样性”中，主 要的变化
6、发生在肽桥上。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。4）革兰氏染色与细胞壁：（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）二价阳离子，特别是高浓度的Mg2+的存在，对于保持膜的 硬度，提高细胞膜上需Mg2+
7、的合成酶的活性极为重要。4）革兰氏染色与细胞壁：（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁B、磷壁酸主要生理功能：细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收；贮藏磷元素；增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补 体的作用；革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；噬菌体的特异性吸附受体；能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，防止细胞因自溶而死亡。可作为细菌分 类、鉴定的依据（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（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12层肽聚糖网状分子 组成的薄层(23nm)，含量约占细胞壁总重的10%， 故对机械强度的抵
8、抗力较革兰氏阳性菌弱。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( 通过D-ala与m-DAP之间的肽键直接相连)四肽尾的第3个氨基酸不是L-lys，而是内消旋二氨基庚二 酸（m-DAP）（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁B、外膜(outer membrane)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。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(outer membrane)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（810nm）的类脂多糖 类物质，由类脂A、
9、核心多糖(core polysaccharide)和O-特异侧链（ O-specific side chain，或称O-多糖 或O-抗原）三部分组成。p.44-45B、外膜(outer membrane)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。LPS负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg
10、2+、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。类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素（只有在细胞 死亡和裂解后才释放出来）的物质基础；附：外毒素：许多革兰氏阳性菌及部分革兰氏阴性菌生长繁殖过程中分泌到菌体外 的一种次级代谢产物，主要成分为可溶性蛋白质，不耐热、不稳定、抗原性强。如 霍乱毒素、百日咳毒素和白喉毒素等。 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的吸附受体；C、外膜蛋白(outer membrane protein) 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。C、外膜蛋白(outer membrane p
11、rotein) 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800900 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B12和核 苷酸等。C、外膜蛋白(outer membrane protein) 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。D、周质空间(periplasmic space, periplasm) 又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中
12、，一般指其外膜与细胞膜 之间的狭窄空间（宽约1215nm），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D、周质空间 在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins）水解酶类；合成酶类；结合蛋白；受体蛋白；D、周质空间 4）革兰氏染色与细胞壁：（4）革兰氏阳性和阴性细菌的比较（参见P45，表3-1）革兰氏染色的原理（参见P49）5）抗酸细菌的细胞壁：某些分枝杆菌和诺卡氏菌的细胞壁主要由一类被称为霉菌酸( 分枝菌酸，Mycolic acid）的枝链羟基脂质组成，后者被认 为与这些细菌感染能力有关。抗酸细菌被酸性复红初染后， 难以被盐酸乙醇脱色，因而再经美
13、兰复染后仍为红色，而一 般的细菌脱色成功染成蓝色。抗酸细菌虽然革兰氏染色结果为阳性，但其细胞壁结构类似阴 性菌：肽聚糖含量少，类脂（分枝菌酸和索状因子）含量高（ 60%），分枝菌酸整齐地在细胞表面排成两层，亲水头在外侧 ，疏水尾在内测，形成高度有序的膜，外界物质难以透入细胞 内部。分枝菌酸：一类含60-90个碳原子的分枝长链-羟基脂肪酸，连接在由 Ara、Gal交替连接形成的杂多糖链上，通过磷酯键与肽聚糖链相连接。索状因子：位于细胞表面，是糖脂，即6,6-二分枝菌酸海藻糖。6）细胞壁缺陷细菌：缺壁突变L型细菌实验室或宿主体内形成 基本去尽原生质体（G+）缺壁细菌 人工去壁部分去除球状体（G-）
14、在自然界长期进化中形成枝原体（参见P49）（1）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：没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态； 有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”；对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似 的小菌落（直径在0
15、.1mm左右）；（2）原生质体（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，及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。（3）球状体(sphaeroplast) ，又称原生质球采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而获得的 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。（4）枝原体(Mycoplasma)在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的 原核生物。因它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，? 所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。2、细胞膜1）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
