细菌的形态与结构

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1、医 学 微 生 物 学 (Medical Microbiology) 第一篇 细菌学 第一章 细菌的 形态与结构 教 学 目 标 掌握 细菌的基本结构、特殊结构及其生物学意义。 熟悉 细菌的大小和形态；细菌的检查方法。 了解 细菌 L型及其医学意义。 思考： 何为细菌？他长什么样？ 我们该如何在实际工作中灵活运用细菌的形态和结构？ 有什么方法可检测到这些特征？ 细菌的数量占到了人体所有活细胞的90%，每一个人的身体中大概有 500-1000种不同种类的细菌，他们在成人体内可繁殖出大约 100万亿个体细胞 大约是一个人全部体细胞的 10倍。 细菌战 细菌战亦称“生物战”。 1935年至第二次世界

2、大战期间， 日本帝国主义 曾先后在我国多地建立制造细菌武器的专门机构，在我国浙江、湖南及江西等地撒布 鼠疫和霍乱 等病菌，以致造成这些疾病的发生和流行。 迄今为止最大伤亡的细菌战是 1345年冬到 1346年，在蒙古军队进攻黑海港口城市卡法时，用抛石机将患鼠疫而死的人的尸体抛进城内。这是人类历史上第一次细菌战在欧洲，使鼠疫猖獗了 3个世纪，夺去了 2500万余人的生命。 细菌（ bacterium） 广义 所有原核细胞型微生物 共性：单细胞、原始核质、二分裂、对抗生素敏感 一 类 具有细胞壁的原核单细胞微生物 。是原核细胞型微生物的典型代表，在一定条件下有相应恒定的形态和结构。 狭义的细菌：

3、指真细菌中性状最具代表性，量最大的一群单细胞微生物 1.测量单位：微米（ m） 第一节 细菌的大小与 形态 大 小 测量细菌大小用测微尺在显微镜下进行 2.不同种类细菌及同种细菌不同时期大小不同 1.营养丰富的培养条件下： 细菌呈浮游（ planktonic）状态 存在形式 2.在物体表面形成 生物被膜 （ biofilm） 杆菌（ bacillus） 基本形态 球菌（ coccus） 螺形菌（ spiral bacterium） 球 菌 (coccus) 双球菌 链球菌 葡萄球菌 八叠球菌 四联球菌 杆菌 (bacillus) 不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。 炭疽芽胞杆菌 3-10 m

4、 大 中 大肠埃希菌 2-3 m 小 布鲁菌 0.6-1.5 m 两端平齐 两端钝圆 杆菌的形态多样 炭疽芽胞杆菌 白喉棒状杆菌 梭杆菌 产气荚膜杆菌 分枝杆菌 双歧杆菌 螺形菌 (spiral bacterium) 螺菌 螺杆菌 弧菌 细菌只有在 适宜的环境中才具有典型的形态 。 观察细菌的大小和形态，应选择适宜生长条件下的 对数生长期（ 8-18小时 ）为宜 。 第二节 细菌的结构 基本结构 特殊结构 细胞壁 细胞膜 细胞质 核质 荚膜 鞭毛 菌毛 芽胞 芽胞 一、细菌的基本结构 细菌 都具有 的结构称为细菌的基本结构。 由外到内依次为 细胞壁 细胞膜 细胞质 核质 核质 细胞壁 细胞质

5、细胞膜 细胞壁 细胞膜 核质 细胞质 包绕细胞膜位于细胞最外的一层厚实、坚韧富有弹性的外被 （一）细胞壁 革兰阴性菌 (G-菌 ) 革兰染色性 革兰阳性菌 (G+菌 ) 1、细胞壁的化学组成与结构 1) G+菌细胞壁 主要成分：肽聚糖（粘肽） +磷壁酸 壁厚（ 2080nm）； 肽聚糖含量高、层数多（ 1550层） 磷壁酸是其特殊成分 多数原核细胞所特有，也是 G+和 G-共有的成分 肽聚糖 聚糖骨架 +四肽侧链 +五肽桥 G-没有此桥 OH CH2OH NH CO CH3 OH 4 CH2OH HO O HC CH3 COOH NH CO CH3 1 M G N-乙酰胞壁酸 N-乙酰葡糖胺

6、HO OH O 溶菌酶 聚糖骨架的形成 M G M G M G M G 聚糖骨架的形成 NH HC CH3 C O NH HOOC CH (CH2)2 C O NH HC (CH2)4 NH2 C O NH H3C CH COOH L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala 四肽侧链 G+, S. aureus 肽桥 甲肽链上 连接点 肽 桥 乙肽链上 连接点 实 例 第四氨基酸 -CONH- 第三氨基酸 E. Coli(G-) 第四氨基酸 -(Gly)5- 第三氨基酸 S. aureus (G+) 第四氨基酸 -(肽尾 )12- 第三氨基酸 M. Luteus(G+) 第四氨基酸 -D-

7、Lys- 第二氨基酸 C. Poinsettiae(G+) 肽聚糖分子中的 4种主要肽桥类型 M G M G M G M G 肽聚糖的形成 M G M G M G M G S. aureus (G+) M G M G M G M G 青霉素 粘肽转肽酶 M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M

8、 G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G S. aureus (G+) 肽聚糖的形成 磷壁酸 (teichoic acid) 由核糖醇或甘油残基经磷酸二酯键互相连接而成的多聚物。 磷壁醛酸：少数糖醛酸取代磷酸 特殊组分：磷壁酸 类型与功能： 壁磷壁酸和膜磷壁酸（脂磷壁酸） 带负电荷的网状多聚物 坚韧、通透、静电性能。 重要表面抗原。 介导菌体与宿主细胞的黏附。 金黄色葡萄球菌 (S. aureus,G+) 主要成分： 肽聚糖（ 15-50层） 磷壁酸 2） G-菌细胞壁 主要成分：肽聚糖（粘肽） +外膜 壁薄（ 1015nm），结构复

9、杂； 肽聚糖含量少，层数少（ 12层）； 外膜是其特殊成分。 肽聚糖 聚糖骨架 +四肽侧链，没有五肽桥 OH CH2OH NH CO CH3 OH 4 CH2OH HO O HC CH3 COOH NH CO CH3 1 M G N-乙酰胞壁酸 N-乙酰葡糖胺 HO OH O 溶菌酶 聚糖骨架的形成 M G M G M G M G 聚糖骨架的形成 NH HC CH3 C O NH HOOC CH (CH2)2 C O NH HC (CH2)3CHNH2-COOH C O NH H3C CH COOH L-Ala D-Glu m-DAP D-Ala 四肽侧链 G-， E. coli 肽桥 甲肽链

10、上 连接点 肽 桥 乙肽链上 连接点 实 例 第四氨基酸 -CONH- 第三氨基酸 E. Coli(G-) 第四氨基酸 -(Gly)5- 第三氨基酸 S. aureus (G+) 第四氨基酸 -(肽尾 )12- 第三氨基酸 M. Luteus(G+) 第四氨基酸 -D-Lys- 第二氨基酸 C. Poinsettiae(G+) 肽聚糖分子中的 4种主要肽桥类型 M G M G M G M G 肽聚糖的形成 E. coli (G-) M G M G M G M G M G M G M G M G 肽聚糖的形成 E. coli (G-) M G M G M G M G M G M G M G M

11、G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G M G 外膜结构：为 G-细菌特有成分 脂蛋白 +脂质双层 +脂多糖 （ LPS） 脂质 A 一种糖磷脂，是内毒素的毒性成分，无种属特异性 核心多糖 有属特异性，同一菌属细菌核心多糖相同 特异多糖 即 G-的菌体抗原（ O抗原）， 有种的特异性，此糖如果缺失，细菌菌落

12、将发生 S R变异 脂寡糖（ LOS） :是不典型的 LPS。 脑膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌、流感嗜血杆菌等少数 G-菌，其外膜糖脂含有 短链 分枝状聚糖组分。 能逃避宿主免疫细胞的识别，是重要的毒力因子。 周浆间隙 细胞膜和外膜的脂质双层之间空隙。 含多种水解酶 : 蛋白酶、核酸酶、碳水化合物酶等，胶原酶、透明质酸酶、抗生素酶 -内酰胺酶 获得营养、解除有害物质毒性等。 主要成分： 肽聚糖 （ 1-2层 ） 外膜 大肠埃希菌（ E. coli, G-） G+和 G-细菌细胞壁比较 结构 G+ G- 肽聚糖层数 多达 50层 少， 12层 坚韧度 坚韧 疏松 肽聚糖含量 5080 520 磷壁酸

13、有 无 外膜 无 有 溶菌酶和青霉素 敏感 不敏感 革兰染色特性 革兰染色机制 G+ G- 初染 溶脂作用 1min 水洗 媒染 1min水洗 脱水浓缩 脱色 复红 30s 水洗 镜检 溶解染料 革兰染色的实际意义 1）细菌分类 2）选择药物，指导临床用药 3）分析致病性 （ 2） 细胞壁 主要功能 维 持 菌 体 外 形 和 保 护 细 菌 与胞膜共同完成胞内外的物质交换 细菌耐药性 、 电荷 、 抗原性 一些成分与细菌致病有关： LPS 3）细菌细胞壁缺陷型（ 细菌 L型 ） 细菌细胞壁的肽聚糖结构受到理化或生物因素的破坏或合成被抑制，这种细胞壁受损的细菌称为细菌细胞壁缺陷型。 因其首先在

14、 Lister研究所发现，故取第一个字母命名，称为细菌 L型。 概念 ： 原生质体（ protoplast）和原生质球（ spheroplast） 支原体：天然缺乏，与细菌 L型不同 。 诱发因素： 细菌 L型在体内外、人工诱导和自然情况下均可形成 常用的人工诱导剂：溶菌酶 、 青霉素 其他因素：溶葡萄球菌素(lysostaphin)、胆汁、抗体、补体等 (1)形态和染色性： 多形，大多染成革兰阴性。 特性： 蜡样芽胞杆菌 L型 葡萄球菌 L型 细菌 L型难培养。 生长缓慢，对渗透压敏感，普通营养基上不能生长，培养时必须用高渗的含血清的培养基。 细菌 L型在高渗的含血清的培养基上生长后形成三种类型的菌落。 （ 2）细菌 L型的培养特性和菌落形态 丝 状 菌 落 颗 粒 型 菌 落 油煎蛋样菌落 典型的 L型菌落 (3)对作用于细胞壁的抗生素无效 (4)常规细菌培养阴性 (5)细菌 L型仍有一定