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1、北京大学医学部北京大学医学部北京大学医学部北京大学医学部北京大学医学部北京大学医学部Peking University Health Science CenterMedical Microbiology Excellent CurriculumMedical Microbiology Excellent Curriculum精品课程精品课程医学微生物学医学微生物学细细菌的形状与构造菌的形状与构造菌的形状与构造菌的形状与构造Morphology and structural of bacteriaA general view of bacteriaBacteria are a group of
2、phylogenetically related Bacteria are a group of phylogenetically related prokaryotes including typical bacteria, prokaryotes including typical bacteria, mycoplasma, chlamydia, rickettsia, spirochetes mycoplasma, chlamydia, rickettsia, spirochetes and actinomyces. Bacteria are small single cell and
3、actinomyces. Bacteria are small single cell microbes that have to be observed by microbes that have to be observed by microscopes. They are present just about microscopes. They are present just about everywhere. Some of them are harmful to us, everywhere. Some of them are harmful to us, but many of
4、them benefit our life.but many of them benefit our life.The size of bacteria and the significance of being smallMeasure of bacterial sizesMeasure of bacterial sizes：m = 1/1000mmm = 1/1000mm细细菌菌菌菌体体体体积积微微微微小小小小，相相相相对对外外外外表表表表积积大大大大，有有有有利利利利于于于于其其其其与与与与外外外外界界界界的的的的物物物物质质交交交交换换。故故故故细细菌菌菌菌代代代代谢谢旺旺旺旺盛盛盛盛
5、，繁衍迅速繁衍迅速繁衍迅速繁衍迅速= =Surface 4Surface 4 r2r2Volume 4/3 Volume 4/3 r3r3= =r r3 3Three typical shapes of bacteria杆菌杆菌Bacillus 球菌球菌Coccus螺形菌螺形菌螺形菌螺形菌Spiral-shaped Spiral-shaped bacterium bacterium 弧菌弧菌弧菌弧菌VibrioVibrio螺菌螺菌螺菌螺菌SpirillumSpirillum 螺旋体螺旋体螺旋体螺旋体SpirocheteSpirochete螺形菌螺形菌Spiral-shaped bacteriu
6、m 细菌的构造菌的构造 细细胞膜胞膜胞膜胞膜细细胞壁胞壁胞壁胞壁核核核核质质细细胞胞胞胞质质特殊构造特殊构造特殊构造特殊构造菌毛菌毛菌毛菌毛荚荚膜膜膜膜鞭毛鞭毛鞭毛鞭毛芽胞芽胞芽胞芽胞基基基基本本本本结结构构构构p包包包包绕绕在在在在细细胞膜外的一胞膜外的一胞膜外的一胞膜外的一层坚韧层坚韧有有有有弹弹性的构造性的构造性的构造性的构造p含有含有含有含有肽肽聚糖聚糖聚糖聚糖(peptidoglycan)(peptidoglycan)p维维持形状、抵抗低渗、物持形状、抵抗低渗、物持形状、抵抗低渗、物持形状、抵抗低渗、物质质交交交交换换、具抗原性和染色性、具抗原性和染色性、具抗原性和染色性、具抗原性和
7、染色性p革革革革兰兰氏染色法氏染色法氏染色法氏染色法(Gram Stain)(Gram Stain)可区分可区分可区分可区分细细菌菌菌菌细细胞壁差胞壁差胞壁差胞壁差别别p 革革革革兰兰氏阳性菌氏阳性菌氏阳性菌氏阳性菌(Gram positive bacteria, G+ (Gram positive bacteria, G+ bacteria)bacteria)p 革革革革兰兰氏阴性菌氏阴性菌氏阴性菌氏阴性菌(Gram negative bacteria, G- (Gram negative bacteria, G- bacteria)bacteria)细胞壁胞壁 Cell wall聚糖骨架聚
8、糖骨架聚糖骨架聚糖骨架(peptidoglycan backbone) (peptidoglycan backbone) ：含含含含N-N-乙乙乙乙酰酰胞壁酸和胞壁酸和胞壁酸和胞壁酸和N-N-乙乙乙乙酰酰葡萄糖胺，葡萄糖胺，葡萄糖胺，葡萄糖胺，两者交替两者交替两者交替两者交替间间隔隔隔隔陈陈列，由列，由列，由列，由-1,4 -1,4 糖苷糖苷糖苷糖苷键键相相相相连连 四四四四肽侧链肽侧链(peptide side chain) (peptide side chain) ：与聚糖骨架上与聚糖骨架上与聚糖骨架上与聚糖骨架上N-N-乙乙乙乙酰酰胞壁酸相胞壁酸相胞壁酸相胞壁酸相连连 五五五五肽肽交交交
9、交联桥联桥(peptide interbridge)(peptide interbridge)：衔衔接两个相接两个相接两个相接两个相邻邻的四的四的四的四肽侧链肽侧链细胞壁胞壁肽聚糖构造聚糖构造1.1.肽肽聚糖含量丰富，聚糖含量丰富，聚糖含量丰富，聚糖含量丰富，层层厚，厚，厚，厚，20502050层层 2.2.肽肽聚糖聚糖聚糖聚糖= =聚糖骨架聚糖骨架聚糖骨架聚糖骨架+ +四四四四肽侧链肽侧链+ +五五五五肽肽交交交交联桥联桥= =三三三三维维立体构造立体构造立体构造立体构造3.3.含特有含特有含特有含特有组组分磷壁酸，此外，某些菌有特殊外表蛋白分磷壁酸，此外，某些菌有特殊外表蛋白分磷壁酸，此外
10、，某些菌有特殊外表蛋白分磷壁酸，此外，某些菌有特殊外表蛋白革革兰氏阳性菌氏阳性菌细胞壁特点胞壁特点( (壁壁壁壁) )磷壁酸磷壁酸磷壁酸磷壁酸(Teichoic acid)(Teichoic acid)脂脂脂脂( (或膜或膜或膜或膜) )磷壁酸磷壁酸磷壁酸磷壁酸(Lipoteichoic(Lipoteichoicacid, LTA)acid, LTA)如如A族链球菌族链球菌M蛋白蛋白金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌A蛋白蛋白革革兰氏阳性菌氏阳性菌细胞壁特殊胞壁特殊组分分具抗原性粘附作用具抗原性粘附作用具抗原性粘附作用具抗原性粘附作用1.肽聚糖含量少，层薄，肽聚糖含量少，层薄，13层层2.肽聚糖肽聚
11、糖=聚糖骨架聚糖骨架+四肽侧链四肽侧链=二维平面构造二维平面构造3.肽聚糖层外具有独特的外膜，由脂质双层、脂蛋白肽聚糖层外具有独特的外膜，由脂质双层、脂蛋白 和脂多糖组成，外膜与内膜之间的间隙称周浆间隙和脂多糖组成，外膜与内膜之间的间隙称周浆间隙革革兰氏阴性菌氏阴性菌细胞壁特点胞壁特点Toxic, Toxic, anchors anchors in OMin OM脂多糖脂多糖 = 内毒素内毒素Lipopolysaccharide (LPS) = EndotoxinSpecies or serotype-Species or serotype-specific, O antigenspecifi
12、c, O antigenGenus-specificGenus-specificThe cell wall of Gram negative bacteriaOM:OM:EndotoxinEndotoxin： Lipid A gives toxic properties (fever & shock) Lipid A gives toxic properties (fever & shock)Negative chargeNegative charge： Protects from phagocytosis Protects from phagocytosis OMPOMP： Barrier
13、to some antibiotics Barrier to some antibioticsO polysaccharidesO polysaccharides： Serotyping antigens Serotyping antigensPeriplasmPeriplasm：Rich of enzymesRich of enzymesPeptidoglycanPeptidoglycan：Supporting structureSupporting structureG- bacteria: functions of cell wall革革兰氏阳性菌与革氏阳性菌与革兰氏阴性菌氏阴性菌细胞壁
14、区胞壁区别 G+菌细胞壁菌细胞壁G-菌细胞壁菌细胞壁肽聚糖含量肽聚糖含量丰富、层厚丰富、层厚少、薄少、薄肽聚糖结构肽聚糖结构三维立体结构三维立体结构二维平面结构二维平面结构五肽交联桥五肽交联桥有有无无磷壁酸磷壁酸有有无无外膜外膜无无有有细菌菌细胞壁缺陷型胞壁缺陷型(Cell wall deficient forms, CWDF; L-form) Derived from normal G+ or G- Derived from normal G+ or G- bacteriabacteria Induced by antibiotics, lysozyme, Induced by antibi
15、otics, lysozyme, etcetc Different from original cells in Different from original cells in many ways: morphology, culture, many ways: morphology, culture, staining, antigenicity, susceptibility staining, antigenicity, susceptibility to antibiotics, pathogenicity, etcto antibiotics, pathogenicity, etc
16、 Clinical importance: chronic Clinical importance: chronic infection, antibiotic resistance, infection, antibiotic resistance, diagnostic problemdiagnostic problemNormalNormalcellcellL-formL-formPenicillinPenicillinLysozymeLysozymeAntibacterial mechanismsAntibacterial mechanismsof lysozyme and penic
17、illinof lysozyme and penicillinTranspeptidaseTranspeptidase细胞膜胞膜 Plasma membrane 细胞胞质 cytoplasmpGelatinoid materials surrounded by the Gelatinoid materials surrounded by the p plasma membrane plasma membranepIncludingIncluding：water, proteins, nucleic acids, water, proteins, nucleic acids, p lipids,
18、 carbohydrates, inorganic salts lipids, carbohydrates, inorganic salts，etcetcpPlace for cell metabolismPlace for cell metabolismpImportant inclusions and sub-micro structures: Important inclusions and sub-micro structures: p ribosome ribosome，plasmidplasmid，intracellular granules intracellular granu
19、les 核糖体核糖体 Ribosome2 subunits 2 subunits 70s ribosomes70s ribosomesProtein synthesisProtein synthesisAntibiotics inhibit protein synthesisAntibiotics inhibit protein synthesisErythromycin(Erythromycin(红红霉素霉素霉素霉素) - 50S) - 50SStreptomycin(Streptomycin(链链霉素霉素霉素霉素) 30S) 30S 质粒粒 Plasmid是是细菌染色体外的菌染色体外的可独
20、立复制的可独立复制的遗传物物质。由。由闭合的双合的双链环状状DNADNA组成，控成，控制制细菌某些特定的菌某些特定的遗传性状，非性状，非细菌菌生命活生命活动所必需所必需 医学上重要的医学上重要的质粒粒1F质粒：粒：编码细菌菌性菌毛性菌毛2R质粒：控制粒：控制细菌菌耐耐药性性3Col质粒：粒：编码大大肠菌素菌素4Vi质粒：决粒：决议细菌菌的毒力的毒力胞胞质颗粒粒 Intracellular granules：细菌菌“仓库 Metachromatic granules (polar body) Metachromatic granules (polar body) of Corynebacteri
21、um diphtheriaeof Corynebacterium diphtheriae(RNA + (RNA + 多聚偏磷酸多聚偏磷酸多聚偏磷酸多聚偏磷酸盐盐，嗜碱性，嗜碱性，嗜碱性，嗜碱性强强细胞核胞核 Nucleoidp细细菌基因菌基因菌基因菌基因组组位于位于位于位于单单一的共价一的共价一的共价一的共价闭闭合合合合环环状双状双状双状双链链DNADNA分分分分p 子上，子上，子上，子上，DNADNA分子折叠分子折叠分子折叠分子折叠盘盘旋成松散网状构造，聚旋成松散网状构造，聚旋成松散网状构造，聚旋成松散网状构造，聚集集集集p 在在在在细细胞胞胞胞质质中某一区域，称中某一区域，称中某一区域，称
22、中某一区域，称为拟为拟核核核核(nucleoid)(nucleoid)或核或核或核或核质质p (nuclear material) (nuclear material)或或或或细细菌染色体菌染色体菌染色体菌染色体(chromosome) (chromosome) p无无无无组组蛋白成分蛋白成分蛋白成分蛋白成分p无核膜包裹无核膜包裹无核膜包裹无核膜包裹荚膜：包绕在细胞壁外的一层荚膜：包绕在细胞壁外的一层不易着色的粘液性物质不易着色的粘液性物质化学组成：多糖、少数为多肽化学组成：多糖、少数为多肽( (如炭疽芽孢杆菌如炭疽芽孢杆菌) ) 功能：功能：抗不良环境：抵抗吞噬细胞吞抗不良环境：抵抗吞噬细胞
23、吞噬和消化、体液因子的杀菌作噬和消化、体液因子的杀菌作用、枯燥用、枯燥粘附作用粘附作用荚膜膜 Capsule鞭毛鞭毛 Flagella是是是是细细菌菌菌菌细细胞外表由蛋白胞外表由蛋白胞外表由蛋白胞外表由蛋白质质构成的波构成的波构成的波构成的波状弯曲的、状弯曲的、状弯曲的、状弯曲的、细长细长的的的的丝丝状物状物状物状物功能：功能：功能：功能：赋赋予予予予细细菌运菌运菌运菌运动动性和性和性和性和趋趋向性向性向性向性鞭毛有无、鞭毛鞭毛有无、鞭毛鞭毛有无、鞭毛鞭毛有无、鞭毛类类型、鞭毛抗原型、鞭毛抗原型、鞭毛抗原型、鞭毛抗原(H(H(H(H抗原抗原抗原抗原) ) ) ) 特异性可用于特异性可用于特异性
24、可用于特异性可用于鉴鉴定定定定有助于致病菌定植有助于致病菌定植有助于致病菌定植有助于致病菌定植单单单毛菌毛菌毛菌毛菌毛菌毛菌双毛菌双毛菌双毛菌双毛菌双毛菌双毛菌丛丛毛菌毛菌毛菌毛菌周毛菌周毛菌周毛菌周毛菌菌毛是菌毛是菌毛是菌毛是G-G-细细菌和少数几种菌和少数几种菌和少数几种菌和少数几种G+G+细细菌表菌表菌表菌表 面存在的一种比鞭毛更面存在的一种比鞭毛更面存在的一种比鞭毛更面存在的一种比鞭毛更细细、更短、更短、更短、更短、 更直的更直的更直的更直的纤丝纤丝状蛋白状蛋白状蛋白状蛋白质质构造构造构造构造类类型型型型 普通菌毛：粘附宿主普通菌毛：粘附宿主普通菌毛：粘附宿主普通菌毛：粘附宿主细细胞受
25、体胞受体胞受体胞受体 性菌毛：由性菌毛：由性菌毛：由性菌毛：由F F质质粒粒粒粒编码编码，可从，可从，可从，可从F+F+菌菌菌菌 向向向向F-F-菌菌菌菌转转移，同移，同移，同移，同时时可将可将可将可将F+F+菌部分菌部分菌部分菌部分 染色体染色体染色体染色体DNADNA带带入入入入F-F-菌菌菌菌 (conjugation)(conjugation)菌毛菌毛 Pili, fimbriae是某些是某些是某些是某些G+G+细细菌在一定菌在一定菌在一定菌在一定环环境中境中境中境中 ( (特特特特别别是是是是营营养缺乏养缺乏养缺乏养缺乏时时) )，在体内构成的，在体内构成的，在体内构成的，在体内构成
26、的圆圆形或形或形或形或卵卵卵卵圆圆形不易着色的小体，是形不易着色的小体，是形不易着色的小体，是形不易着色的小体，是细细菌的休菌的休菌的休菌的休眠方式眠方式眠方式眠方式有多有多有多有多层层膜构造、含水量低、含有独特膜构造、含水量低、含有独特膜构造、含水量低、含有独特膜构造、含水量低、含有独特的吡的吡的吡的吡啶啶二二二二羧羧酸酸酸酸抗逆性抗逆性抗逆性抗逆性强强( (热热、枯燥、消毒、枯燥、消毒、枯燥、消毒、枯燥、消毒剂剂、辐辐射射射射) )不是不是不是不是细细菌繁衍体，但在适宜条件下可菌繁衍体，但在适宜条件下可菌繁衍体，但在适宜条件下可菌繁衍体，但在适宜条件下可迅速迅速迅速迅速发发芽芽芽芽转转化化
27、化化为为繁衍体繁衍体繁衍体繁衍体细细胞胞胞胞 芽胞芽胞 Spore, endosporeClostridium: *产气气荚膜梭菌气性坏疽膜梭菌气性坏疽 *破破伤风梭菌破梭菌破伤风 *肉毒梭菌肉毒中毒肉毒梭菌肉毒中毒Bacillus: *炭疽芽胞杆菌炭疽病炭疽芽胞杆菌炭疽病 *芽胞杆菌芽胞杆菌彻底底灭菌的目的菌的目的医学上重要的芽胞医学上重要的芽胞产生菌生菌肽肽聚糖聚糖聚糖聚糖抗生素作用靶点抗生素作用靶点抗生素作用靶点抗生素作用靶点磷壁酸磷壁酸磷壁酸磷壁酸与与与与细细菌粘附宿菌粘附宿菌粘附宿菌粘附宿主主主主细细胞有关胞有关胞有关胞有关 吡吡吡吡啶啶二二二二羧羧酸酸酸酸 与与与与细细菌芽胞的菌芽
28、胞的菌芽胞的菌芽胞的抗逆性有关抗逆性有关抗逆性有关抗逆性有关LPSLPS细细菌的内毒素菌的内毒素菌的内毒素菌的内毒素与与与与检验检验有关的有关的有关的有关的细细菌的物理性状：菌的物理性状：菌的物理性状：菌的物理性状：菌体小：用菌体小：用菌体小：用菌体小：用显显微微微微镜镜放大法察看放大法察看放大法察看放大法察看半透明：染色法、相差半透明：染色法、相差半透明：染色法、相差半透明：染色法、相差显显微微微微镜镜、比、比、比、比浊浊法、分光法、分光法、分光法、分光 光度光度光度光度计计法法法法 带负电带负电荷：可与荷：可与荷：可与荷：可与带带正正正正电电荷的碱性染料荷的碱性染料荷的碱性染料荷的碱性染料
29、结结合合合合内部浸透内部浸透内部浸透内部浸透压压高：高：高：高：细细菌菌菌菌L L L L型培育需高渗培育基型培育需高渗培育基型培育需高渗培育基型培育需高渗培育基key wordsCell wallCell wallPeptidoglycanPeptidoglycanLTALTALPS (endotoxin, O antigen)LPS (endotoxin, O antigen)Gram stainGram stainGram positive bacteriaGram positive bacteriaGram negative bacteriaGram negative bacteriaL formL formMetachromatic granulesMetachromatic granulesPlasmidPlasmidNucleoidNucleoidCapsuleCapsuleFlagela (H antigen)Flagela (H antigen)Fimbriae, piliFimbriae, piliEndosporeEndosporeAntibiotic targetsAntibiotic targets
