原核微生物形态内部构造和功能.ppt

第二章 原核微生物的形态、构造和功能,教学要求,掌握细菌、放线菌的形态结构、繁殖及群体特征；了解蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体、古细菌的形态结构及其代表种类,第一节 细 菌 第二节 放线菌 第三节 支原体、衣原体和立克次氏体 第四节 蓝细菌 第五节 古细菌,,,,,第一节 细菌—Bacteria,定义：细菌是一类细胞细而短（直径约0.5um，长度约0.5~5um）、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物 生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，有特殊的臭味或酸败味，发粘、发滑 应用：工业、农业、医药、环保、国防 危害：人、动物、植物的传染病；食物和工农业产品腐烂变质,一、细菌细胞的形态与排列状态 二、细菌的大小 三、细菌的细胞结构 四、细菌的繁殖 五、细菌的群体形态,,,,,,球状,杆状,螺旋状,,基本形态,一、细菌的细胞形态与排列状态,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.根据细胞分裂的方向及分裂后的各子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、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。

球菌(coccus)及其排列状态,单球菌：,细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散而单独存在. 如尿素微球菌(Micrococcus ureae),双球菌：,细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列. 如肺炎双球菌 (Diplococcus pneumoniae),,链球菌：,细胞沿一个平面进行分裂，新个体不但可保持成对的样子，并可连成链状.如： 乳链球菌Streptococcus lactis） 无乳链球菌（Streptococcus agalactiae) 溶血链球菌（Streptococcus hemolyticus),,四联球菌：,细胞分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂后每四个细胞特征性地连在一起，呈田字形. 如四联微球菌 （Micrococcus tetragenus）,,,,,,,,,,,,,,,,八叠球菌：,细胞按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌特征性地连在一起成立方体形. 如藤黄八叠球菌 （Sarcina ureae),,,,葡萄球菌：,细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体，犹如一串葡萄如：金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus)白色葡萄球菌（Staphylcoccus albus),,2、杆状,细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。

短杆状、长杆状、棒杆状、梭状杆状、月亮状、竹节状等,杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据特殊形状细菌,1）,柄杆菌（prosthecate bacteria）,细胞上有柄（stalk）、菌丝 （hyphae）、附器 （appendages）等细胞质伸 出物，细胞呈杆状或梭状， 并有特征性的细柄 一般生活在淡水中固形物的 表面，其异常形态使得菌体 的表面积与体积之比增加， 能有效地吸收有限的营养物；,2）,星形细菌（star-shaped bacteria ）,3）,方形细菌（square-shaped bacteria）,（Stella）,（Haloarcula）,,一般细菌的大小范围：,0.5 ~ 1 mm （直径）,0.2~ 1 mm （直径） × 1~ 80 mm（长度）,0.3~ 1 mm （直径） × 1~ 50 mm（长度）(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度),二、 细菌的大小,最小：,与无细胞结构的病毒相仿（50 nm；）,最大：,肉眼可见（0.75 mm）；,（Thiomargarita namibiensis）（0.75mm）,（nanobacteria）（50 nm）,德国科学家H. N. Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中 发现的一种硫磺细菌（sulfur bacterium），其大小可达0.75 mm，,Thiomargarita namibiensis，“纳米比亚硫磺珍珠”,,三、细菌细胞的结构,一般构造：一般细菌都有的构造,特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造,（见P11）,（一）细胞壁,细胞壁（cell wall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的 一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。

细胞壁的主要功能有： ①固定细胞外形和提高机械强度，从而使其免受渗透压等外力的损伤 ②为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需失去了细胞壁的原生质体，也就丧失了这些重要功能； ③阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青 霉素等有害物质的损伤； ④赋予细菌具有特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性P12,革兰氏阳性细菌的细胞壁,特点：厚度大（20~80nm） 化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸革兰氏阳性细菌的细胞壁,,肽聚糖(peptidoglycan),磷壁酸（teichoic acid）,肽聚糖又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物 (mucocomplex)，是真细菌细胞壁中的特有成分磷壁酸:结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖,A、肽聚糖,厚约20~80nm，由40层左右的网格状分子交织成 的网套覆盖在整个细胞上原核生物所特有的已糖,,由四个氨基酸分子按L型 与D型交替方式连接而成,目前所知的肽聚糖已超过100种， 在这一“肽聚糖的多样性”中，主 要的变化发生在肽桥上M,G,双糖单位中的β-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。

B、磷壁酸,革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要 成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸参见P14）,膜磷壁酸(又称 脂磷壁酸)跨越 肽聚糖层并与 细胞膜相交联 的，由甘油磷 酸链分子与细 胞膜上的磷脂 进行共价结合 后形成其含量与培养条件关系不大可用45% 热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取甘油磷酸,壁磷壁酸，它与肽 聚糖分子间进行共 价结合，含量会随 培养基成分而改变 ，一般占细胞壁重 量的10%，有时可 接近50%用稀酸 或稀碱可以提取磷壁酸的主要生理功能 (p14),①其磷酸分子上较多的负电荷可提高细胞周围Mg2+的浓 度，进入细胞后就可保证细胞膜上一些需Mg2+的合成 酶提高活性； ②贮藏磷元素； ③增强某些致病菌如A族链球菌(Streptococcus)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赋予革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原； ⑤可作为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，借以防止细 胞因自溶而死亡因为在细胞正常分裂时，自溶素可 使旧壁适度水解并促使新壁不断插入，而当其活力过 强时，则细菌会因细胞壁迅速水解而死亡。

它的肽聚糖埋藏在外膜层之内，是仅由1~2层肽聚糖网状分子组成的薄层(2~3nm)，含量约占细胞壁总重的10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱A 肽聚糖,四肽尾的第3个氨基酸不是L-lys，而是内消旋二氨基庚二酸(m-DAP) ,一种只有在原核微生物细胞壁上才有的氨基酸,没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的连接仅通过甲四肽尾的第4个氨基酸——D-ala的羧基与乙四肽尾的第3个氨基酸——mDAP的氨基直接相连 ,只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套,a 脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）,位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚（8~10nm）的类脂多糖类物，由类脂A、核心多糖(core polysaccharide) 和O-特异侧链（O-specific side chain，或称O-多糖或O-抗原）三部分组成B 外膜(outer membrane),O-特异侧链,核心多糖,类脂A,,,,内核心区,,外核心区,,Man, mannose, 甘露糖 Abe, abequose, β-脱氧岩藻糖 Rha, rhamnose,鼠李糖 Gal, galactose, 半乳糖 Glu, glucose, 葡萄糖 GluNac, N-acetylglucosamine, N-乙酰葡萄糖胺 Hep, heptoses,庚糖 KDO, 2-keto-3-deoxyotonate, 2-酮-3-脱氧辛酮酸,嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。

有20余种，但多数功能尚不清楚b 外膜蛋白(outer membrane protein),孔蛋白（porins）是由三个相同分子量（36000）蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm的孔道，通过孔的开闭，可对进入外膜层的物质进行选择非特异性孔蛋白,特异性孔蛋白,可通过分子量小于800~900 的任何亲水性分子,只容许一种或少数几种相关 物质通过，如维生素B12和核 苷酸等又称壁膜间隙在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜 之间的狭窄空间（宽约12~15nm），呈胶状C 周质空间(periplasmic space, periplasm),水解酶类； 合成酶类； 结合蛋白； 受体蛋白；,在周质空间中，存在着多种周质蛋白(periplasmic proteins),周质空间是进出细胞的 物质的重要中转站和反 应场所,步骤：,结果: 阳性菌——紫色 阴性菌——红色,由丹麦医生Hans Christian Gram于1884年创立革兰氏染色法（Gram Stain）,革兰氏染色的机制,细胞壁对乙醇的通透性和抗脱色能力的差异，主要是肽聚糖层厚度和结构决定的经结晶紫染色的细胞用碘液处理后形成不溶性复合物，乙醇能使它溶解，所以染色的前二步结果是一样的，但在G+细胞中，乙醇还能使厚的肽聚糖层脱水，导致孔隙变小，由于结晶紫和碘的复合物分子太大，不能通过细胞壁，保持着紫色。

在G-细胞中，乙醇处理不但破坏了胞壁外膜，还可能损伤肽聚糖层和细胞质膜，于是被乙醇溶解的结晶紫碘的复合物从细胞中渗漏出来，当再用衬托的染色液复染时，显现红色红色染料虽然也能进入已染成紫色的G+细胞，但被紫色盖没，红色显示不出来 研究揭示，这两类细菌不只是胞壁结构的不同，在其它一些方面还存在差别(包括进化关系)，使之成为细菌分类的重要指标涂片固定—— 结晶紫初染1min—— 碘液媒染1min——95%乙醇脱色0.5min—— 番红复染min,,Figure 1 - A Gram stain of Gram + Staphylococcus cells.,,Figure 2 - Gram stain of Gram - E. coli cells,革兰氏染色有着十分重要的理论与实践意义通过这一染色，几乎可把所有的细菌分成革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌两个大类，因此它是分类鉴定菌种时的重要指标又由于这两大类细菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、遗传、免疫、生态和药物敏感性等方面都呈现出明显的差异，因此任何细菌只要通过简单的革兰氏染色，就可提供不少其他重要的生物学,(二)细胞壁以内的构造----原生质体 1. 细胞膜,细胞质膜（cytoplasmic membrane），又称质膜 （plasma membrane）、细胞膜（cell membrane）或内膜 （inner membrane），是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞 质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约7～8 nm，由磷脂（占20%～30%）和蛋白质（占50%～70%） 组成。

1）细胞膜的化学组成与结构模型：,（1）磷脂,（参见p19）,亲水的极性端,疏水的非极性端,1）细胞膜的化学组成与结构模型： （2）膜蛋白,具运输功能的整合蛋白（integral protein）或内嵌蛋白（intrinsic protein）,,,具有酶促作用的周边蛋白（。