微生物学课件：第1章 原核微生物的细胞形态、结构和功能_

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1、第一章第一章 原核微生物的细胞原核微生物的细胞 形态、结构与功能形态、结构与功能1 1 内容提要：内容提要： 一、细菌一、细菌 二、放细菌二、放细菌 三、支原体、立克次氏体、衣原体三、支原体、立克次氏体、衣原体2 2 原核微生物原核微生物 是一类细胞核无核膜无核膜，只含裸露裸露DNA的单 细胞生物。 主要包括：细菌、放线菌、支原体、立克次细菌、放线菌、支原体、立克次氏体和衣原体氏体和衣原体等。3 3一、细菌一、细菌4 4 细菌：细菌： 细胞细而短 结构简单 细胞壁坚韧 以二等分裂方式进行繁殖5 5（一）细胞形态（一）细胞形态 1. 基本形态基本形态 球菌球菌 单球菌、双球菌、四联球菌、八叠 球

2、菌，葡萄球菌、链球菌等。 杆菌杆菌 短杆状、棒杆状、梭状、月亮状、分支状等。 螺旋菌螺旋菌 弧菌（螺旋不满一环）和螺菌（螺旋满26环，小的坚硬的螺旋状细菌）。 此外，人们还发现星形和方形细菌。 螺旋体螺旋体 旋转周数多（通常超过6环），体体长而柔软长而柔软。6 67 7 2.细胞大小细胞大小 测量细菌大小的单位是微米 球菌直径一般为直径一般为0.51微米微米 杆菌直径与球菌相似8 8（二）细胞构造与功能（二）细胞构造与功能 1. 细胞壁细胞壁 （1）革兰氏阳性细菌细胞壁）革兰氏阳性细菌细胞壁 以金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌为代表。 G细菌细胞壁特点: 细胞壁厚细胞壁厚（2080nm） 由肽聚糖

3、层构成由肽聚糖层构成 一般含90%肽聚糖和10%的磷壁酸。9 91010 肽聚糖单体肽聚糖单体 ： 双糖单位双糖单位 由一个N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺 “G”与另一个N-乙酰乙酰胞壁酸胞壁酸“M”通过-1，4糖苷键连接而成。 溶菌酶可水解细菌细胞壁中的肽聚糖溶菌酶可水解细菌细胞壁中的肽聚糖，其作用位点位于N-乙酰胞壁酸的1碳和N-乙酰葡糖胺的4碳间的-1，4糖苷键糖苷键。 1111 四肽尾四肽尾 在N-乙酰胞壁酸上连接由4个氨基酸。 四肽尾依次为L-Ala - D-Glu L-Lys D-Ala。 肽桥连接肽桥连接 单体间通过肽桥连接，肽桥为甘氨酸五肽。 单体间交联度高单体间交联度高 故肽聚糖的

4、网状结构较为致密。12121313一1414（2）革兰氏阴性细菌细胞壁）革兰氏阴性细菌细胞壁 以以大肠杆菌大肠杆菌为例为例 细胞壁薄细胞壁薄（约10nm） 由外膜和肽聚糖层外膜和肽聚糖层（23nm）组成。 外膜：由脂多糖、磷脂和蛋白质脂多糖、磷脂和蛋白质组成。 肽聚糖层：位于外膜之内15151616 G细菌肽聚糖单体：细菌肽聚糖单体： 双糖单位双糖单位 四肽尾四肽尾 第3个氨基酸是内消旋的二氨基庚内消旋的二氨基庚 二酸二酸（m-DAP）。 肽键连接肽键连接 前一个单体四肽尾的第4个氨基酸D-Ala的羧基与后一个单体四肽尾的第3个氨基酸内消旋二氨基庚二酸（ m-DAP ）的氨基直接连接。 单体间

5、交联度低单体间交联度低 肽聚糖的网状结构较为疏松。171718181919（3）古生菌古生菌 是一类在进化途径上很早就与真细菌和真核生物亙独立的生物类群，主要包括产产甲烷菌、极端嗜盐菌、极端嗜热菌和热原甲烷菌、极端嗜盐菌、极端嗜热菌和热原体属等。体属等。 在古生菌中，除热原体属没有细胞壁外，其余都具有与真细菌功能相似的细胞壁，但就其化学成份，两者差别极大。 古生菌细胞壁古生菌细胞壁不含肽聚糖，而由多糖不含肽聚糖，而由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成。2020 G古生菌： 现以甲烷杆菌属甲烷杆菌属为例，其细胞壁含假肽聚糖。 双糖双糖骨架：由N-乙酰葡糖胺和N-

6、乙酰塔罗糖胺糖醛酸以-1，3糖苷键交替连接而成， 肽尾肽尾：连在后一氨基糖上的肽尾由L-谷氨酸、L-丙氨酸和L-赖氨酸组成， 肽桥肽桥：由一个L-谷氨酸组成。 21212222 G古生菌： 由蛋白层或糖蛋白层组成由蛋白层或糖蛋白层组成，这亇蛋白层可厚达2040 nm，有些有两层。23232424（4）革兰氏染色原理）革兰氏染色原理 染色步骤染色步骤 ： 结晶紫初染 碘液媒染 乙醇处理乙醇处理 沙黄（红色染料）复染2525 G细菌：细菌： 细胞壁较厚，肽聚糖网状结构层次多。交联度高，网眼小。 乙醇处理后乙醇处理后： 因失水而使网孔变小，结晶紫与碘复合结晶紫与碘复合物留在壁内物留在壁内。 沙黄复染

7、后，菌体呈紫红色菌体呈紫红色。2626 G细菌：细菌： 细胞壁薄，肽聚糖网层次少，交联度低，外膜主要由类脂构成。 乙醇处理后：乙醇处理后： 外膜迅速溶解，结晶紫与碘的复合物溶出结晶紫与碘的复合物溶出而呈无色。 经沙黄复染后，菌体呈红色菌体呈红色。27272828（5）缺壁微生物）缺壁微生物 L型细菌型细菌 某些在实验室或宿主体内，通过自发突变，形成细胞壁缺陷的突变菌株。 原生质体原生质体 在人为条件下（用溶菌酶或青霉素）处理G细菌，获得的无壁细胞。 球状体球状体 在人为条件下，处理G菌，获得的残留部分细胞壁的细胞。 支原体支原体 在进化过程中获得的无壁的原核微生物。 热原体热原体 是一类没有细

8、胞壁的古细菌，细胞呈多形性。2929 2.细胞膜细胞膜 位于细胞壁内侧，是一层具有弹性的半透 性薄膜，由磷脂双分子层及蛋白质构成。 生理功能： 与细胞营养物质和代谢产物运输有关 与细胞壁和荚膜成分的合成有关 与维持细胞正常渗透压有关 是鞭毛的着生部位和供能部位 是细胞的产能场所3030 3.细菌染色体与质粒细菌染色体与质粒DNA 细菌染色体（细菌染色体（bacteria chromosome）：）： 又称拟核拟核，无核膜无核膜，在细胞中呈无定形的核区。 是一个环状双链环状双链DNA分子分子，还含有少量类组蛋白和RNA。 一般为单倍体单倍体，只在染色体复制时呈双倍体。 负责编码细菌必要的遗传信息

9、必要的遗传信息。31313232 质粒质粒DNA（plasmid DNA）：）： 染色体外染色体外DNA 也是双链环状双链环状DNA分子 分子大小约为103105bp 每个细胞中有1个，几个或很多个。 负责编码细菌非必要遗传信息非必要遗传信息如性别、抗药性等。 33335.芽孢芽孢 某些细菌在其生长发育后期，在其细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低，抗逆抗逆性极强的休眠体性极强的休眠体，称为芽孢。 一个营养细胞内仅形成一个芽孢，而一个芽孢萌发，也仅形成一个营养细胞，故芽孢不具不具繁殖功能繁殖功能。3434（1）芽孢的构造）芽孢的构造 芽孢衣芽孢衣 含疏水角蛋白，具有抗酶解，抗药物作用，

10、多价阳离子难于通过。 皮层皮层 含芽孢肽聚糖及吡啶二羧酸钙盐 （ DPA-Ca盐），体积大，渗透压高。 核心核心 由芽孢壁、芽孢质膜、芽孢质和核区组成，含水量极低，有利于抗热和抗化学药物。35353636（2）芽孢的抗热性）芽孢的抗热性 细菌芽孢的抗热性远远大于其营养体芽孢的抗热性远远大于其营养体的抗热性的抗热性。 一般细菌的营养细胞不能经受70以上高温，而它们的芽孢却具有极高的抗热性，例如肉毒梭菌必须在121，10min才能杀死它。3737 关于芽孢抗热性至今尚无公认解释，较新的渗透调节皮层膨胀学说渗透调节皮层膨胀学说认为认为： 由于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性芽孢衣对多价阳离子和水分的透

11、性差和皮层的离子强度高差和皮层的离子强度高，因此使皮层处于高渗状态，从核心吸水，核心高度失水，核心高度失水，因而产生极强的抗热性。3838 3939 （3）伴胞晶体）伴胞晶体 少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌在其形成芽孢的同时，在芽孢旁边形成一个一个菱形的碱溶性蛋白质晶体（菱形的碱溶性蛋白质晶体（内毒素）称为内毒素）称为伴胞晶体。伴胞晶体。 它对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫和动、植物线虫具有毒杀作用，可作为“Bt”细菌杀虫剂细菌杀虫剂。 内毒素本身不具毒性，需经昆虫肠液需经昆虫肠液分解才能转化为有活性的毒素。分解才能转化为有活性的毒素。 4040 4141 6.荚膜荚膜 在某些细菌细胞壁外

12、具有一层厚度不定的胶状物质，称为荚膜。 荚膜的成分： 多糖，多肽或蛋白质，其中以多糖居多多糖，多肽或蛋白质，其中以多糖居多。 4242 荚膜的生理功能：荚膜的生理功能： 抗干燥抗干燥，抗吞噬抗吞噬。例如有荚膜的肺炎球菌具有抗致病性强。 贮藏养料贮藏养料，以备营养缺乏时利用。 渗透屏障渗透屏障，保护细胞免受毒害。 表面附着表面附着。 信息识别信息识别，如根瘤菌与豆科植物相互识别。 堆积代谢废物堆积代谢废物。4343 4444 （1）鞭毛）鞭毛 在某些细菌体表生长着长丝状、波曲的在某些细菌体表生长着长丝状、波曲的蛋白质附属物，称为鞭毛，一般为一至数蛋白质附属物，称为鞭毛，一般为一至数十根。十根。

13、其功能是负责运动。其功能是负责运动。 鞭毛由鞭毛由3部分组成：部分组成： 基体基体 钩形鞘钩形鞘 鞭毛丝鞭毛丝4545 基体基体 G菌由菌由4个环组成：个环组成： L环环：位于细胞壁的外膜：位于细胞壁的外膜 P环环：位于肽聚糖层：位于肽聚糖层 S环环：位于周质空间：位于周质空间 ，它与，它与M环环连在连在 一起，共同嵌埋在细胞质膜上。一起，共同嵌埋在细胞质膜上。 Mot蛋白：蛋白： 包围包围S-M环，环，驱动驱动S-M环环旋转旋转。 Fli蛋白蛋白 ： 位于位于S-M环基部，是环基部，是鞭毛鞭毛运动开的关运动开的关。4646钩形鞘钩形鞘 把鞭毛丝与基体连接在一起。鞭毛丝鞭毛丝 由许多鞭毛蛋白亚

14、基沿中央孔道螺旋缠绕而成。 G菌鞭毛构造与G 菌虽略有差别，但基本相同。例如枯草芽孢杆菌的鞭毛基体仅有仅有S环和环和M环环。4747 4848 4949 （2）菌毛）菌毛 在细菌的体表生长着纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质附属物，称为菌毛。 功能：使菌体附着在物体的表面使菌体附着在物体的表面。 例如某些革兰氏阴性致病菌利用菌毛粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道的粘膜上，使宿主致病。5050 5151 （3）性菌毛）性菌毛 其构造和成分与菌毛基本相同，但比菌毛长，一般仅一至少数几根。通常见于革革兰氏阴性细菌的雄性菌株的菌体表面。兰氏阴性细菌的雄性菌株的菌体表面。 功能： 在细菌接合过程中，

15、性菌毛的游离端与雌性菌株接触，通过收缩作用，使雄性菌通过收缩作用，使雄性菌株与雌性菌株紧密相连。株与雌性菌株紧密相连。5252（三）繁殖方式（三）繁殖方式 1. 无性繁殖无性繁殖 绝大多数细菌以裂殖裂殖方式进行 步骤为： 染色体复制 隔膜及隔壁形成 两个子细胞分离 2.有性繁殖有性繁殖 少数细菌能进行接合接合生殖，但频率极低。5353（四）细菌举例（四）细菌举例- -幽门螺杆菌幽门螺杆菌 20052005年诺贝尔医学或生理学奖授予年诺贝尔医学或生理学奖授予Robin WarrenRobin Warren和和Barry MmarshallBarry Mmarshall两位坚韧不拔且敢于挑战传统观

16、念的科学家，奖励他们所做出的非凡和出人意料的发现：慢慢性胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡是由幽门性胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡是由幽门螺杆菌感染所导致的螺杆菌感染所导致的。545455555656 研究意义：研究意义： 1.证实幽门螺杆菌是引起胃炎和胃溃疡的病是引起胃炎和胃溃疡的病原菌原菌。 2.提出用抗生素治疗胃溃疡的重要作用用抗生素治疗胃溃疡的重要作用： 现在胃溃疡这类疾病通过抗生素和抑酸药的治疗，使原来认为很难治愈的疾病在短时间内就可以治愈。 3.Marshall发明快速呼吸诊断法快速呼吸诊断法： 患者服用少量碳同位素标记的尿素，如果有幽门螺杆菌存在，尿素被分解，并呼出同位素标记的CO2。575

17、7 二、二、 放线菌放线菌5858 放线菌是一类具有重要经济价值的微生物： 除青霉素和头孢霉素等少数抗生素外，绝大多数抗生素都是放线菌产生的。绝大多数抗生素都是放线菌产生的。 产生某些维生素和酶类 。 在自然界物质循环中也起着重要作用。 少数放线菌也能引起人、动物和植物病害。5959（一）菌丝形态（一）菌丝形态 大多数的放线菌由发达分支状的菌丝组由发达分支状的菌丝组成成。菌丝直径为菌丝直径为0.51m，菌丝可分为： 1.基内菌丝基内菌丝 向基质的四周表面和内层伸展，具有吸收营养和排泄废物的功能。 2.气生菌丝气生菌丝 基内菌丝向空间分化形成气生菌丝。 3.孢子丝孢子丝 通过横隔分裂产生成串分生

18、孢子而形成孢子丝。有直、波曲、钩状和螺旋状等。有互生、丛生和轮生等。 孢子丝的形态特征是放线菌重要鉴定指标。60606161（二）繁殖方式（二）繁殖方式 1.分生孢子分生孢子 细胞膜内陷，形成完整横隔膜，把孢子丝分割成许多分生孢子。 2.孢子囊孢子孢子囊孢子 少数游动放线菌可在基内或气生菌丝形成孢子囊，内生孢子囊孢子，成熟后孢子囊破裂，释放大量孢子囊孢子。 3.菌丝断裂菌丝断裂 在液体培养时，通过菌丝断裂形成新的菌体。6262三、三、 支原体、立克次氏体、衣原体支原体、立克次氏体、衣原体6363 （一）支原体（一）支原体 是一类无细胞壁、最小的原核生物是一类无细胞壁、最小的原核生物。 其些种类

19、支原体是人及家畜的病原菌人及家畜的病原菌（如人的非典型肺炎及猪气喘病的病原菌）。 植物支原体（又称类支原体）是某些植物植物的病原菌的病原菌（如水稻黄化病、玉米矮缩病的病原菌）。 它们也是组织培养液中的污染菌组织培养液中的污染菌。 一些营腐生生活的支原体常分布于污水、土壤或堆肥中。6464 1.细胞形态和构造细胞形态和构造 细胞小，故可通过细菌滤器。 无细胞壁无细胞壁，多形态，对渗透压敏感，而对抑制细胞壁合成的抗生素对抑制细胞壁合成的抗生素（如青霉素、（如青霉素、环丝氨酸等）环丝氨酸等）不敏感不敏感。 细胞质中含有大量核糖体和细胞质中含有大量核糖体和RNA，故对对抑制蛋白质合成的抗生素抑制蛋白质

20、合成的抗生素（如红霉素、四环素等）敏感敏感。 6565 基因组为基因组为dsDNA，分子量小，通常仅为E. coli的1/51/2。 细胞膜含甾醇细胞膜含甾醇，这是其它原核生物所罕见。 支原体为革兰氏阴性菌、不产芽孢革兰氏阴性菌、不产芽孢和和无鞭无鞭毛毛 。6666 2繁殖方式繁殖方式 一般以二等分裂二等分裂方式进行繁殖，少数可通过菌丝断裂或出芽繁殖。 大多数支原体的菌落呈菌落呈“油煎蛋油煎蛋”形，中间厚，周围色淡。菌落极小，故需用低倍镜或解剖镜才能看到。 3. 人工培养支原体时： 需用含胆甾醇、血清、酵母膏等丰富培养基进行培养，才能生长。 6767（二）立克次氏体（二）立克次氏体 立克次氏体

21、（Rickettsia）是一类专性寄专性寄生于真核细胞内的原核微生物生于真核细胞内的原核微生物。6868 1. 细胞形态及构造细胞形态及构造（1）细胞形态：）细胞形态： 细胞较大细胞较大，约0.30.6 0.82m之间。除Q热立克次氏体外，均不能通过细菌不能通过细菌滤器滤器。 细胞多形态细胞多形态，有球状、双球状、杆状、丝状等。6969 （2）构造特点：）构造特点： 有细胞壁有细胞壁，含肽聚糖。 细胞膜疏松细胞膜疏松，细胞内容物易漏出，一旦离开寄主，则易死亡。 2.繁殖方式繁殖方式 在寄主细胞内进行二等分裂二等分裂70703.生理特点生理特点 对磺胺、抗生素对磺胺、抗生素（如青霉素、四环素等）

22、敏感敏感。 对热敏感对热敏感，通常在560C以上处理30 min即被杀死。 需将其接种在鸡胚、或合适组织培养物（如Hela细胞）中进行培养。 立克次氏体是人的斑疹伤寒、恙虫热、人的斑疹伤寒、恙虫热、Q热等疾病的病原体。热等疾病的病原体。7171（三）衣原体（三）衣原体 衣原体（Chlamydia）是一类在真核细胞内是一类在真核细胞内营寄生生活、小型的原核生物。营寄生生活、小型的原核生物。 7272 1. 细胞形态及构造细胞形态及构造（1）细胞形态：）细胞形态： 球形或椭园形。 细胞较小，可通过细菌滤器细胞较小，可通过细菌滤器。 7373 （2）细胞构造：）细胞构造： 有细胞壁，但无肽聚糖有细胞

23、壁，但无肽聚糖，为G 菌。 细胞DNA相对分子量小，仅为大肠杆菌的1/4。 胞内有RNA和核糖体。 细胞缺乏产能系统缺乏产能系统。7474 2生理特点生理特点 衣原体对抑制细菌的抗生素及其些药物对抑制细菌的抗生素及其些药物（如青霉素、磺胺等）敏感敏感。 衣原体培养，可将其接种至鸡胚卵黄囊膜、小白鼠腹腔、Hela细胞的组织培养物上进行培养。 衣原体不需以节肢动物作为媒介不需以节肢动物作为媒介，而直接感染宿主细胞。常感染鸟类、哺乳动物及人类。 砂眼衣原体是人砂眼是人砂眼的病原是人砂眼的病原体体；鹦鹉热衣原体是人、鸟共患的鹦鹉热是人、鸟共患的鹦鹉热的病原体等的病原体等。7575 3.繁殖方式及其特殊

24、生活史繁殖方式及其特殊生活史 衣原体以二等分裂二等分裂方式进行繁殖。 有2种类型的细胞： 原体原体：小型球状细胞、壁厚、具有感染有感染力力。 网状体网状体：大型球状细胞、壁薄、无感染无感染力力，用于繁殖用于繁殖。7676 衣原体的特殊生活史：衣原体的特殊生活史： 原体侵染宿主原体侵染宿主细胞。细胞。 原体原体经宿主细胞的吞噬作用，而经宿主细胞的吞噬作用，而进入细进入细胞胞。 进入胞内的进入胞内的原体转变成网状体原体转变成网状体。 网状体以二等分裂网状体以二等分裂方式进行繁殖。方式进行繁殖。 网状体转变成原体网状体转变成原体。 当宿主细胞破裂时，当宿主细胞破裂时，原体释放原体释放。 77777878