第一章-微生物的形态和细胞结构

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1、第一章 微生物的形态和细胞结构,第一节 细菌细胞的一般性质 第二节 原核生物细胞的结构与功能 第三节 真核细胞与原核细胞的异同,除病毒外，微生物都具有细胞的结构，每个微生物细胞都具有生命活动的全部功能，细菌的一个细胞就是一个独立的个体。营养功能生长功能分化信号传导进化,微生物细胞,营养物质,能量,合成转化,废物,营养功能,生长功能,5,细菌：是一大类结构简单、种类繁多、主要以二分裂繁殖(一个细菌细胞壁横向分裂，形成两个子代细胞)和水生性较强的单细胞原核微生物。,第一节 细菌细胞的一般性质,有臭味、酸败味，水珠状、鼻涕状突起，粘、滑感觉，浑浊液体。,基本形态,球状（球菌）,杆状（杆菌）,螺旋状（

2、螺菌、弧菌）,其中以杆状最为常见，球状次之，螺旋状较为少见。,一、细菌形态及大小,（一）个体形态和排列,1、球菌（coccus）,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。 由于细胞分裂的方向不同，球菌共有六种排列方式。,1. 球 菌,单球菌,双球菌,链球菌,四联球菌,八叠球菌,葡萄球菌,(尿素小球菌),（肺炎双球菌),(乳链球菌 ),(四联微球菌),(乳酪八叠球菌),(金黄色葡萄球菌),1. 球 菌,10,长杆菌 （1）杆菌的长短不同 短杆菌球杆菌棒状杆菌 （2）菌体某个部位是否膨大梭状杆菌无芽孢杆菌 （3）芽孢有无 芽孢杆菌,2、杆菌（ba

3、cillus）,11,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。,杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。,杆菌细胞两端的形态特征,2. 杆 菌,3、螺旋菌（spirilla）,细胞呈螺旋状或弧状的细菌。, 弧菌（vibrio）：弯曲程度不满一圈的螺旋菌，常呈“C”状，如霍乱弧菌；, 螺菌（spirillium）：螺旋在26圈的螺旋状细菌，如减小螺菌；, 螺旋体（spirochaeta）：螺旋6圈以上的螺旋状细菌，如梅毒密螺旋体,弧菌和螺菌除弯曲程度不同以外,弧菌往往偏端生或丛生鞭毛,而螺菌往往两端有鞭毛。,

4、4、形态特殊的细菌, 柄细菌（Caulobacterium）：菌体细胞呈杆状或梭状，具有特征性的细柄，可用于将细胞附着于基物上。,柄杆菌 Caulobacter sp.,鞘衣菌 Sphaerotilus natans, 鞘细菌（sheathed bacterium）：杆菌细胞呈链状排列，不分枝，且在细菌细胞外形成了一个共同的衣鞘。,影响细菌形态的因素,外界环境因子：培养温度、培养时间、培养基成分、pH与浓度,幼龄细菌：老细菌：,菌体形态正常、整齐、稳定；表现其特定的形态。,形态不正常：梨形、有分枝、细丝状,有药物、抗菌素存在时，细菌细胞常出现不正常形态。,1、范围,最小：与无细胞结构的病毒相仿

5、（50 nm）,芬兰科学家 EO Kajander发现了一种能引起尿结石的纳米细菌（nanobacteria），其细胞直径最小仅为50 nm，甚至比最大的病毒更小一些。这种细菌分裂缓慢，三天才分裂一次，是目前所知最小的具有细胞壁的细菌。,（二）细菌的大小,迄今为止所知的个体最大的细菌，则是德国科学家H. N. Schulz等最近在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfur bacterium），其大小一般在0.10.3 mm，有些甚至可达到0.75 mm，能够清楚地用肉眼看到。,最大：肉眼可见（0.75 mm）,1、范围,（nanobacteria）（50 nm）,最大和最小细

6、菌的个体大小悬殊：,（Thiomargarita namibiensis）（0.75mm）,10亿 - 100 亿倍,1、范围,一般细菌的大小范围：,（1）测量球菌：只测量其直径，d:0.5-2um。,（2）测量杆菌:只测量其长度和宽度。1-5um X 0.5-l um。,（3）测量螺旋菌：表示方法与杆菌相同，长度只测量其两端的空间距离。0.3-1 um X 1-50 um,通常用微米（um）作为测量单位。,（4）细菌大小的记载 常是平均值或代表性数值。,22,显微镜测微尺,显微照相后根据放大倍数进行测算,（二）大小,1、测量方法,（5）细菌细胞的重量 每个细胞约为 l x 10-9 l x1

7、0 -10m g，即每 g细菌约含 110 万亿个细菌个体。,（二）大小,2、细菌大小测量结果的影响因素,个体差异；,干燥、固定后的菌体会一般由于脱水而比活菌体缩短1/3-1/4；,染色方法的影响，一般用负染色法观察的菌体较大；,幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大；,环境条件，如培养基中渗透压的改变也会导致细胞大小的变化。,糖类 脂肪酸 核苷酸 氨基酸,多糖 脂类 核酸 蛋白质,单 体,多聚体,三、细胞中的有机单体和多聚体（一）碳水化合物和多糖（二）脂肪酸和类脂（三）核苷酸和核酸（四）氨基酸和蛋白质,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,细菌细

8、胞的模式构造,第二节 原核生物细胞的结构与功能,1、细胞壁（cell wall）,（1）细胞壁的功能 （2） G菌和G菌的区别 （3）革兰氏染色反应 （4）细胞壁缺陷细菌,细胞壁 （cell wall）,厚度：10-80 nm 占细胞干重的10-25%,1、细胞壁,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。,细胞壁成分,细菌细胞壁主要成分是_,低等真菌的细胞壁主要成分以_为主,高等真菌的细胞壁的主要成分以_为主,肽聚糖,纤维素,几丁质,植物的细胞壁的主要成分以_ 为主,纤维素,（1）细胞壁的主要功能,a、维持细胞外形和提高机械强度； b、鞭毛生长和运动的支点； c、阻止大

9、分子有害物质（抗生素和酶）进入细胞； D、与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关。,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细菌（G+）和革兰氏阴性细菌（G-）。,肽聚糖,壁膜间隙,质膜,脂多糖,(2)G+菌与G-菌的主要区别,脂蛋白,孔蛋白,O-特异侧链,结合蛋白,磷脂,脂磷壁酸,在结构上的区别,壁磷壁酸,按结合部位划分,磷壁酸,b 膜磷壁酸,a 壁磷壁酸,与肽聚糖分子间共价结合，并延伸到肽聚糖分子表面, 带有负电荷。含量随培养基成分而改变，用稀酸或稀碱可以提取。,又称脂磷壁酸，跨越肽聚糖层，与细胞膜上的磷酯共价结合，含量与培养条件关系不大，

10、45%热酚水提取。,脂多糖 = O-特异侧链核心多糖类脂A,脂多糖的化学组成,脂多糖,a带负电荷，增强细胞对金属离子的吸引； b贮藏磷元素； c增加细菌表面结构的稳定性； d膜磷壁酸具有粘附作用，与致病性有关； eG+菌重要的特异表面抗原和噬菌体的特异性吸附受体；（作为细菌分类、鉴定的依据） f调节细胞内自溶素（autolysin）的活力，防止细胞因自溶而死亡。,a、类脂A是G菌的致病物质内毒素的物质基础； b、具有与磷壁酸相类似的功能； c、多变的化学结构决定了G菌表面抗原决定簇的多样性； d、噬菌体的吸附受体； e、具有部分选择屏障作用。,磷壁酸的功能,脂多糖的功能,聚糖：N-乙酰葡糖胺（

11、G），N-乙酰胞壁酸（M ）,在成分上的区别,在成分上的区别：G+菌细胞壁肽聚糖含量高，特含磷壁酸； G-菌细胞壁肽聚糖含量低，特含脂多糖。,短肽成分不同：G+菌含L-赖氨酸；G-菌特含二氨基庚二酸。,在肽聚糖上的区别,交联方式不同：G+菌通过甘氨酸五肽使相邻单体的短肽相连，交联密度大，网状结构紧密，壁较坚固。 G-菌则是两个单体的短肽直接相连，交联密度小，网状结构较疏松。,肽链,肽桥,G+ 细菌和G-一系列生物学特性的比较,周质空间 (periplasmic space, 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

12、状。,周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所,水解酶类：RNA酶、DNA内切酶、青霉素酶、磷酸化酶； 合成酶类：肽聚糖合成酶； 其他蛋白：结合蛋白和受体蛋白。,质外酶,周质空间,(4)革兰氏染色的机制,革兰氏染色的过程,革兰氏染色的机制,革兰氏染色过程,初 染,媒 染,脱色,复 染,1min,1min,1020S,1min,丹麦医生 Gram （革兰） 1884年创立的一种鉴别不同类型细菌的一套染色方法。,革兰氏染色法 (Gramstaining),1、碱性染料结晶紫使菌体染成紫色。,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、G+菌细胞壁厚

13、，肽聚糖含量高，网状结构层次多和交联度大。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。（实际是紫色加红色),4、G-菌肽聚糖层薄，交联松散。当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，细胞无色，沙黄复染后呈红色。,革兰氏染色的机制,1、G细 菌 细 胞 壁 的 结 构 为 一 层 ，含 有的 特 有 成 分 是 ( c )A. 脂多糖 B. 脂蛋白 C. 磷壁酸 D. 核蛋白 2、 G细 菌 细 胞 壁 中 的 特 有 成 分 是 ( d )A. 肽聚糖 B. 磷壁酸 C

14、. 脂蛋白 D. 脂多糖 3、大肠杆菌（E.coli）肽 聚 糖 双 糖 亚 单 位 交 联 间 的 肽间桥 为 ( b )A. 氢键 B. 肽键 C. 甘氨酸五肽 4、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus） 肽 聚 糖 双 糖 亚 单 位 交 联 间 的 肽 间 桥 为( b )A. 肽键 B. 甘氨酸五肽 C. 氢 键,小 结,肽聚糖,肽聚糖,磷壁酸,脂磷壁酸,细胞质膜,细胞质膜,NAM：N-乙酰胞壁酸 NAG：N-乙酰葡萄糖胺,肽,脂多糖,类脂A,O-特异性外链,脂蛋白,外膜,细胞壁的结构 （ G+细菌与G细菌细胞壁构造的比较）,革兰氏阳性细菌（G+）,革兰氏阴性细

15、菌（G）,为什么通过革兰氏染色G+呈紫色，G-呈红色？, G-菌细胞壁中脂类物质含量较高，肽聚糖含量较低，因而乙醇处理后，溶解了脂类，增加了通透性，结晶紫和碘复合物易被乙醇提出，于是革兰氏阴性细菌细胞被脱色。当再用番红复染时，显现红色。 G+菌由于细胞壁肽聚糖含量高，脂类含量低，乙醇处理中被脱水引起细胞壁肽聚糖层中孔径变小，通透性降低，结晶紫和碘复合物被保留在细胞内，保持紫色。,查阅间体,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+）人工去壁 部分去除球状体（G-）在自然界长期进化中形成支原体,缺壁细菌,（6）细胞壁缺陷细菌,(1) 概 念 (2) 成分与结构 (3) 功 能 (4) 内膜结构,2、细胞质膜（ cytoplasmic 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7-8 nm，由磷脂（占20%-30%）和蛋白质（占50%-70%）组成。,(1) 概 念,又称质膜 、细胞膜或内膜 。,细胞膜液态镶嵌模型,(2) 成分与结构,1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）提出的细胞膜液态镶嵌模型。,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；,