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1、第二章 原核生物的 形态、构造与功能,微生物分为 三大类群 （根据进化地位、 性状上明显差别）,3.非细胞生物 (acellular microorganisms),细胞型生物,1.原核生物 (prokaryotes),2.真核微生物 （eukaryotic microorganisms）,原核生物的定义及种类,原核生物：指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。 包括 真细菌（eubacteria）域 古生菌（archaea）域,古生菌域虽然在进化上和若干生化反应与真核生物关系较为密切,但其细胞构造属于原核生物。,真细菌包括6种类群： “三菌” 化能营养 细菌 放
2、线菌 光能营养： 蓝细菌 “三体” 人工培养 ： 支原体 专性细胞寄生 衣原体 立克次氏体,第一节 细菌（bacteria， bacterium 单数）,一、细胞的形态、构造及功能 二、细菌的繁殖 三、细菌的群体形态 四、食品发酵工业、医药上常用的细菌,球状,杆状,螺旋状,基本形态,一、细胞的形态、排列方式和大小,（一）个体形态和排列,1、球状(球菌coccus),一、细胞的形态、排列方式和大小,（一）个体形态和排列,一、细胞的形态、排列方式和大小,（一）个体形态和排列,2、杆状（杆菌bacillus, bacilli),一、细胞的形态、排列方式和大小,（一）个体形态和排列,3、螺旋状（螺旋菌
3、spirilla,spirilla）,霍乱弧菌,梅毒密螺旋体,一、细胞的形态、排列方式和大小,（一）个体形态和排列,4、其它形状,1）柄杆菌（prosthecate bacteria）,2)星形细菌（star-shaped bacteria ）,3)方形细菌（square-ahaped bacteria）,（二）大小,一、细胞的形态、排列方式和大小,测量单位：um（微米）,（Thiomargarita namibiensis） 纳米比亚硫磺珍珠状菌,不同细菌的大小差别很大,二、细菌细胞的构造与功能,（三）构造,二、细菌细胞的构造与功能,（一）细胞壁（cell wall）,是紧贴细胞质膜外侧的一
4、层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固定细胞外形和保护细胞等多种生理功能。,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；,细胞壁怎么被发现的?,二、细菌细胞的构造与功能,（一）细胞壁（cell wall）,1. G+细菌细胞壁,G+细菌的细胞壁,肽聚糖(peptidoglycan) (90%),磷壁酸（teichoic acid）(10%),又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物 (mucocomplex)，是真细菌细胞壁中的特
5、有成分。,肽聚糖只存在于真细菌中，古生菌和真核生物细胞壁中没有肽聚糖。,二、细菌细胞的构造与功能,（一）细胞壁（cell wall）,1. G+细菌细胞壁,（1）肽聚糖,金黄色葡萄球菌为代表,肽聚糖分子由肽与聚糖两部分组成，其中的肽有四肽尾和肽桥，聚糖由N乙酰葡萄糖胺和N乙酰胞壁酸间隔连接，呈长链骨架。,原核生物所特有的已糖: N乙酰胞壁酸,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。,肽聚糖单体由三部分组成： (1)双糖单位 (2)四肽尾 (3)肽 桥,（）磷壁酸,1. G+细菌细胞壁,革氏阳性细菌细胞壁 特有的化学成
6、分（酸性多糖）,按成分,甘油醇型磷壁酸,核糖醇型磷壁酸,按结合部位,壁磷壁酸,膜磷壁酸,磷壁酸的生理功能：,(1) 细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收，尤其是Mg2+，高浓度的Mg2+对于保持膜的硬度，提高细胞膜上需Mg2+的合成酶的活性极为重要；,(2) 贮藏磷元素；,(3) 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；,(4) 革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；,(5) 噬菌体的特异性吸附受体；,(6) 能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力而调节细胞壁的增长，防止细胞因自溶而死亡。,细菌分类 鉴定依据,肽聚糖,外膜,外膜蛋白,周质空间,2
7、. G-细菌细胞壁,2. G-细菌细胞壁,（1）外膜(outer membrane)，又称外壁层,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。,（2）外膜(outer membrane),脂多糖（lipopolysaccharide， LPS）,位于细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质(分子量1万以上)，是革兰氏阴性细菌细胞壁特有的成分。,三部分组成：,类脂A,（内毒素的主要成分）,核心多糖,O-特异侧链（O-多糖，O-抗原）,外膜蛋白(outer membrane protein),磷脂,2. G-细菌细胞壁,（2）肽聚糖,埋藏在外膜层之内，由12层肽聚糖网
8、状分子（交联度30%）组成的薄层(23nm)， 约占细胞壁总重10%。对机械强度的抵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,内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)（只在原核生物细胞壁上发现）,（）G-菌的周质空间(periplasmic space, periplasm),周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所。,G+菌 G-菌 单层，厚（2080nm），组分简单 多层，薄（1015nm） ，组分复杂 90%肽聚糖（含量高，交联紧密） 内壁层 肽聚糖（含量低,交联疏松） 10%磷壁酸 (2 7 nm) 脂多糖 外膜 磷脂 由外向内 ( 8nm) 脂蛋
9、白 G+细菌与G-细菌细胞壁组成与构造比较,G+细菌与G-细菌细胞壁组成与构造比较,3. 革兰氏染色,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）染色,常用的染色方法：,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。,革兰氏染色过程：,1）结晶紫初染,2）碘溶液媒染,3）乙醇脱色,革兰氏阴性细菌呈红色 革兰氏阳性细菌呈深紫色,4）沙黄复染,革兰氏染色原理：,革兰氏染色的阳性或阴性，与细胞壁的化学组成和结构有关。,细胞壁结构与革兰氏染色的关系,革
10、氏阳性菌与革氏阴性菌之间的区别在于细胞壁的物理性质。细胞壁中的肽聚糖本身并不被染上颜色，但它可作为渗透性屏障阻止结晶紫与碘大分子复合物的流失。,4. 细胞壁缺陷细菌,青霉素的杀菌作用原理：,青霉素b-内酰胺环结构与D-丙氨酸末端结构相似，占据D-丙氨酸的位置与转肽酶结合，肽链无法连接，抑制细胞壁的合成。,溶菌酶的作用：,通过水解肽聚糖分子中N-乙酰葡萄糖胺与N-乙酰胞壁酸间的-1,4-糖苷键，引起细胞壁“散架”，形成细胞壁完全脱去或部分除去的原生质体（革氏阳性菌）或球状体（革氏阴性菌） 。,在低渗溶液中，原生质体或球状体因吸水膨胀并最终导致破裂而死亡；,在等渗蔗糖溶液中，能得到原生质体或球状体
11、。,细胞壁缺陷细菌种类：,自发突变：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-） 在自然界长期进化中形成：支原体,（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）,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
12、 的小菌落（直径在0.1mm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(sphaeroplas
13、t) ，又称原生质球,采用上述同样方法，对革兰氏阴性细菌处理后而获得 的残留部分细胞壁（外膜）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）支原体(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甾醇(一般原核生物没有)， 所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。,5.古生菌的细胞壁,在古生菌中，除了热原体属没有细胞壁外，其余都具有与真细菌类似功能的细胞壁，但细胞壁的化学成分则差别很大。,古生菌细胞壁中没有真正的肽聚糖，而是由假肽聚糖、独特多糖、硫酸化多糖、糖蛋白或蛋白质构成。,假肽聚糖（甲
14、烷杆菌属）： 多糖骨架：N-乙酰葡糖胺 1，3糖苷键 N-乙酰塔罗糖胺 （不被溶菌酶水解） 肽尾：L-Glu, L-Ala, L-Lys 肽桥：L-Glu （1个氨基酸组成）,观察方法：,质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察；,原生质体破裂；,超薄切片电镜观察；,二、细菌细胞的构造与功能,（二）细胞膜（cell membrane）,细胞膜是如何被发现的?,电镜观察到的细胞质膜，是在上下两暗色层之间夹着一浅色中间层的双层膜结构，这与细胞膜的化学组成有关。,1959年，J.D.Robertson发展了三明治模型，提出了单位膜模型（unit membrane model），并推断所有的生物膜都
15、由蛋白质-脂质-蛋白质的单位膜构成，这一模型得到了X射线衍射分析和电镜观察结果的支持。电镜超薄切片中细胞膜显示的两侧暗色带推测是蛋白质，中间亮带推测是脂双层分子。,（二）细胞膜（cell membrane）,1. 化学组成: 磷脂(20%-30%)和蛋白质,R基:磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰肌醇等。,（1）磷脂,（1）磷脂,在生理温度下，脂肪酸末端排列成有序的晶态。,不饱和脂肪酸双键可导致膜结构变形（流动）。,膜的流动性很大程度上取决于不饱和脂肪酸的结构和相对含量。 细胞膜上长链脂肪酸的链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异， 通常生长温度要求越高的种，其饱和度也越高，反之则低。,（2）甾醇类物质,真核生物细胞膜中一般有甾醇，含量占膜中脂质的5%-25%。,原核生物细胞膜中一般不含甾醇（支原体例外）。而某些细菌的细胞膜中，含有与固醇类似的五环分子称为类何帕烷（藿烷类化合物，hopanoid），起稳定细胞膜的作用。,由磷脂分子形成的双分子膜中加入甾醇类物质可以提高膜的稳定性,(3) 膜蛋白,约占细菌细胞膜的75%，比任何一种生物膜都高，而且种类多。-细胞膜是重要的代谢活动中心。,(3
