微生物学2012课件第一章原核微生物形态与结构

第一章 原核微生物的 形态和构造,原核微生物指的是一类细胞核无核膜包裹，细胞内只存在被称作是拟核的裸露DNA的原始单细胞生物。 主要介绍细菌、放线菌、蓝细菌、支原体及衣原体等。,第一节 细菌,一 细菌定义 二 细菌的应用 三 细菌的形态及大小 四 细菌的细胞结构 五 细菌的繁殖 六 细菌的群体形态,一 细菌的定义,定义：细菌（bacteria）细而短，结构简单，细胞壁坚韧，以二分分裂方式繁殖，水生性较强的一类原核微生物。,生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活动。有特殊的臭味或酸败味，发粘、发滑。,二 细菌的应用 工业上生产各种氨基酸、核苷酸、酶制剂、有机酸和抗生素等。 农业上生产杀虫剂、细菌肥料，沼气发酵等。 医药上菌苗、类毒素、代血浆等。 环保方面处理污废水及土壤修复,三 细菌的形态及大小,1 球菌（Coccus） 菌体呈球形或近似球形,以典型的二分裂殖方式繁殖,分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式。 根据细胞分裂的方式及分裂后的各子代细胞的空间排列状态不同,可将球菌分为以下几种: 单球菌、双球菌、链球菌、四链球菌、 八叠球菌、葡萄球菌等。,一）形态,单球菌：细胞分裂沿一个平面进行，新个体单独分散存在。如：尿素小球菌,双球菌：分裂沿一个平面进行，新个体成对存在。如：肺炎双球菌(Diplococcus Pneumoniae),链球菌：沿一个面分裂，新个体不分开呈链状存在。如：乳酸链球菌（Streptococcus Lactics）,四链球菌：沿两个垂直面分裂，四个新个体特征性的连在一起，呈“田”字形。如：四链小球菌（Micrococcus Tetragenus）,八叠球菌：沿三个互相垂直的面分裂，八个新个体特征性的连在一起呈一立方体。如：藤黄八叠球菌（Sarcina Lutea）,葡萄球菌：无定向分裂，多个新个体不规则的聚集在一起，形似葡萄串。 如：金黄色葡萄球菌（Straphylococcus Aureus）,长杆菌,短杆菌,2 杆菌：（Bacillus）分为长杆菌（1.0-1.5×4-8m）、短杆菌(0.6-0.7×0.9-1.0m),形状：平直、稍弯曲、具原始分支，两端平齐、半 圆等 排列方式：散在、链状、八字形等,常见的杆菌举例： 枯草芽孢杆菌(Bacillus Subtilis ) 分解长的淀粉链,产生大量的各种酶。 北京棒杆菌(Corebacterium Pecinensis ) 生产谷氨酸。 苏云金芽孢杆菌 (Bacillus Thuringiensis ) 杀玉米虫、棉铃虫等鳞翅目昆虫。 双歧杆菌（Bifidobacterium） ：胃肠道正常菌群,3 螺旋菌（Spirilla) 弧菌(Vibrio)（螺旋不满一环） 偏端生鞭毛或众生鞭毛 如 霍乱弧菌。 螺旋菌(Spirillum)（2-6环，小型、坚硬的） 两端都有鞭毛 如 减少螺菌。 螺旋体(Spirochaeta)（超过6环，柔软） 如 奋森氏螺旋体。,Vibrio cholerae,弧 菌,细菌的形态观察： 用染色法来实现观察，分为活体染色和死菌染色 常见的染色方法有革兰氏染色和芽孢染色等,二） 细菌的大小,1 长度单位：微米(m) 2 表示方法：球菌：直径 杆菌：宽×长 螺菌：宽、长、螺距,通常球菌直径：0.2-1.5 m， 杆菌:长1-5m, 宽0.5-1m。 例如：E.coli：平均长度-2m ； 宽-0.5m 1500个大肠杆菌头尾相接等于3mm; 109个大肠杆菌重1mg.,四 细胞结构,基本结构：细胞壁、细胞质膜、 细胞质、核质体等 附属结构：荚膜、鞭毛、芽孢等,(一)基本结构 1 细胞壁,细胞壁（cell wall）：存在于细菌细胞结 构最外层，厚实、坚韧，固定外形、保护 细胞的结构。,细胞壁的功能： A、固定外形 B、保护细胞不受破坏 C、帮助细胞运动 D、参与细胞分裂 E、分子筛作用 F、抗原性、致病性,革兰氏阳性细菌细胞壁,革兰氏阳性细菌细胞壁,1）革兰氏阳性（G+）:由肽聚糖和磷壁酸构成 肽聚糖： 双糖单位：N-乙酰葡萄糖胺（G）和 N-乙酰胞壁酸（M）通过-1、4糖苷键 连接而成 短肽尾：4个氨基酸构成, L-AlaD-GluL-LysD-Ala 肽桥：连接D-Ala与L-Lys，不同细菌的 肽桥组成不同,主要为多肽。,肽聚糖的结构式,各种肽桥, 磷壁酸 ：一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸和核糖醇磷酸。根据位置及功能可分为： 壁磷壁酸：与肽聚糖共价结合。 膜磷壁酸：由甘油磷酸链与细胞膜上的磷脂共价结合 磷壁酸的功能： 1）提高Mg2+的浓度，维持酶的活性 。 2）与宿主的粘连；3）表面抗原 ； 4）吸附受体 磷壁酸有五种类型：甘油磷壁酸、葡糖酰甘油磷壁酸、 N-乙酰葡糖胺-磷酸-油磷酸重复单位 1、5-聚核糖醇磷酸,革兰氏阴性细菌细胞壁,2）革兰氏阴性（G-）：细胞壁由肽聚糖、 脂多糖及蛋白构成 肽聚糖（G-）：与G+的肽聚糖结构基本相同，区别为短肽尾的第三个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)；无肽桥，m-DAP-D-Ala直接相连。,直接相连, 脂多糖（LPS）：外层的类脂多糖类物质， 由类脂A、核心多糖和O-特异侧链三部分组成 脂多糖的功能： 1）G-的致病物质内毒素的物质基础 2）导致周围Mg2+、Ca2+的浓度上升 3）由于LPS的变化，决定了G-表面抗原的多样性, G-的细胞壁镶嵌的蛋白有： 基质蛋白（Matrix protein ）（如乳蛋白）使外壁层有分子筛的作用 外壁蛋白（Outer membrane protein）多亚基构成， 把较大的物质运入细胞内， 如：VB12、麦芽寡糖、核酸降解物等物质的运输。 脂蛋白（Lipoprotein）起到固定作用。,细菌细胞壁组成的小结 G G- 相对的简单，肽聚糖含量高 相对复杂，肽聚糖含量低 交联程度高，有磷酸、磷壁酸 交联度低，无磷酸，含脂 N乙酰氨基酸，D-氨基酸是细胞壁所特有的 溶菌酶可以破坏 1、4糖苷键，青霉素可以破坏肽 链交联,革兰氏染色机理,染色步骤：,结果: 阳性菌紫色 阴性菌红色,Figure 1 G+ 金黄色葡萄球菌 Staphylococcus cells.,Figure 2 G- 大肠杆菌 E. coli cells,Figure,3）革兰氏染色的机理：初染、媒染使细胞膜和原生质染上不溶于水的结晶紫与碘的大分子复合物，之后乙醇脱色。 G+ ：细胞壁厚，肽聚糖含量高，交联度高，用乙醇脱色会使网孔收缩，结晶紫留在细胞壁内， 故呈现紫色。 G - ：网孔不易收缩，易溶于乙醇的类脂含量大，乙醇洗脱会使细胞壁溶出缝隙，复合物流出细胞壁，番红复染，染液进入细胞，则呈现红色。,4）古生菌的细胞壁组成,假肽聚糖：N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸通过-1,3-糖苷键连接而成。肽尾由L-Glu、L-Ala、L-Lys组成，肽桥由L-Glu组成,古菌的肽聚糖结构,5）无细胞壁的细菌: 原生质体：G+破壁后形成的部分 球状体（原生质球）：G- 破壁后形成的，残留部分的细胞壁。 L型细菌：由于自发突变而形成的细胞壁 缺损的细菌。 特性：对渗透压敏感，不能运动，对噬菌体不敏感，不能分裂。,支原体为一类无细胞壁的原核微生物,2 细胞质膜（Cytoplasmic membrane）紧贴在细胞壁内侧的一层由磷脂和蛋白质组成的柔软富有弹性的半透性膜。 1）细胞质膜的结构：磷脂双分子层镶嵌各种蛋白构成。 磷脂：甘油的3个羟基被不同集团取代，形成极性头和非极性尾。 蛋白质：若细胞膜的功能多，则蛋白质含量高；若功能少，则含量也低。,细 胞 膜,认为：膜是由球形 蛋白与磷脂按照二 维排列方式构成的 流体镶嵌式，流动 的脂类双分子层构 成了膜的连续体， 而蛋白质象孤岛一 样无规则地漂流在 磷脂类的海洋当中。,2）细胞质膜的功能,负责物质的交换； 维持细胞内的正常渗透压； 合成物质的场所； 产能基地； 鞭毛基体的着生部位,3）古细菌的细胞质膜 也是由磷脂组成，但它比真细菌的细胞质膜具有更明显的多样性 亲水头与疏水尾是通过醚键而不是酯键连接的 组成疏水尾的长链烃是异戊二烯的重复单位,3 细胞质（Cytoplasm）,细胞膜包裹的透明、胶状、颗粒状物质部分，主要由水构成，RNA含量高，还含脂类物质，呈碱性。 基本上包含：核糖体、贮藏物、各种酶类、中间代谢产物、无机盐、载色体和质粒等。,1）核糖体：合成蛋白质的场所。核酸65% 蛋白 35% 沉降系数：70S （30S、50S两个亚基） 存在形式：分散存在，或是聚合成念珠状（代谢快）,原核生物的核糖体与真核生物的核糖体,2）贮藏物,细菌在营养条件充足而不均衡时形成的颗粒，以贮藏一定的营养。在营养匮乏时可以重新利用。, 聚-羟基丁酸（poly-hydroxybutirate，PHB）：,聚羟基丁酸（PHB）颗粒是许多细菌细胞质内常含有的碳源类储藏物.PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。现表示为PHAs(聚-羟基链烷酸) 功能:贮存碳源、能源和降低渗透压。 许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚羟丁酸颗粒。,上节课要点回顾,细菌的形态 细胞壁：G+、G-的组成； 革兰氏染色机理； 无细胞壁的细胞 细胞膜：组成； 细胞质：性质； 核糖体、PHB, 异染粒（metachromatic granule） 主要成分为多聚偏磷酸盐，含有RNA、蛋白、脂类、Mg2+等 贮藏磷元素和能量，并降低渗透压的作用 甲苯胺兰（甲烯兰）染色呈紫色,p,p,p,p,p,p,p,+ ATP,+ ADP,( ),n,+ATP,( ),+ ADP,n+1,多聚偏磷酸盐：,3） 羧酶体（Carboxysome）多角形内含物 内含1、5-二磷酸核酮糖羧化酶 存在于自养微生物细胞内，与二氧化碳固定有关 4）磁小体(magnetosome)：存在于趋磁细菌中, 主要成分Fe3O4,外有磷脂、蛋白质等包裹,具有导向功能,即借鞭毛引导细菌游向最有利的泥、水界面微氧环境处生活。趋磁细菌可以应用到磁性定向药物和抗体,以及制造生物传感器等.,5） 气泡（gas valuoles）:存在于光合营养型无鞭毛运动的水生细菌细胞内充满气体的小泡囊，由仅2纳米厚的蛋白质膜包围。具有调节细胞比重以使其漂浮在合适水层中的作用。 另外还有肝糖粒、淀粉粒、硫粒等,4 核质体（nuclear body） 原核生物的核无核膜包被，因此不应称为细胞核，被称为核质体或称为核心，拟核等。 环状双链DNA分子。 负载遗传信息,细菌染色体DNA,质粒(Plasmid)：存在于细胞染色体外或附加于染色体上的遗传物质，绝大多数为共价闭合环状双螺旋DNA分子（CCCDNA-covalently closed circle DNA ）,特点：能进行独立复制，稳定遗传。不同质粒的基因可以发生重组，可通过转化、转导、接合作用单独转移，也可携带染色体片段转移。主要包含F因子、R因子、col因子等。,F因子致育性示意图,（二）附属结构 1 鞭毛（Flagellum）： 存在于细菌表面的 长丝状 、波曲的蛋白质结构。 长约15-20m,直径0.01-0.02 m。 1）作用：运动的功能，趋向营养，逃避 有害物质。 大部分杆菌、弧菌及少数球菌有鞭毛。 2）化学组成：主要成分为蛋白，少量的脂、 糖等,鞭毛形态,3)着生部位：单端鞭毛（杆菌）、两端生鞭毛（螺菌）、周身鞭毛（普通变形杆菌）、侧生鞭毛,周生鞭毛,4）鞭毛的结构： 丝状物(filament)(3股鞭毛蛋白链扭曲而成)； 钩形鞘（hook）相对于细胞壁来运动从而带动鞭毛运动； 基体（basal body）L环（连接LPS） P环（连接肽聚糖部位） S环（连接细胞膜表面） M环（在细胞膜内）； 其中L、P环为G-所特有,5