1第2章原核微生物细胞结构与功能细菌1.ppt

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1、第2章 原核微生物的形态、结构和功能 Prokaryotes,原核生物界具有以下几个特点：呈单细胞或由单细胞组成的简单集合体状；基因载体与细胞质之间无单位膜相隔；细胞以简单二等分裂方式增殖，无有丝分裂或减数分裂；细胞内没有由单位膜包围且与细胞其他部位相分隔的细胞器；核糖体的沉降系数为70S，散在细胞质内；无细胞质流及与此相关的现象。原核生物界包括以下四个门： 薄壁菌门：指革兰氏阴性、薄壁类型的原核生物。 厚壁菌门：指革兰氏阳性、细胞壁厚而硬型的原核生物。 柔膜菌门：指无细胞壁、细胞柔软的原核生物。 疵壁菌门：指细胞壁中缺乏常规肽聚糖成分的原核生物。,生物界的分类系统,生物界的分类系统,Woes

2、e 三域学说 在分子和基因水平上进行分类鉴定：16S rRNA，18S rRNA,一切生物原来都由一种小细胞进化而来， 这种小细胞先分化出细菌和古生菌， 在古生菌分友上的细菌吞噬了朊细菌和蓝细菌并发生了内共生， 朊细菌和蓝细菌再进化成宿主细胞中的细胞器，即线粒体和叶绿体， 宿 主最终发展成了稳中有各类真核生物。,按照各种微生物进化水平的不同和结构、性状上的明显差别，可将微生物分成三大类群：,细胞核不具核膜、 核物质裸露、 不进行有丝分裂。,细胞核有核膜， 进行有丝分裂。,没有细胞结构,原核生物（prokaryotes）,真核微生物 （eukaryotic microorganism,非细胞型生

3、物 (acellular microorganism),指的是各种病毒,酵母菌、霉菌、蕈菌（大型真菌）、藻类和原生动物,真细菌和古细菌,第2章原核生物形态、结构和功能,2.1 细菌（Bacteria) 2.2 放线菌（Actinomycetes) 2.3 蓝细菌（Cyanobacterial) 2.4 古细菌（Archaebacteria) 2.5其他类型的原核微生物(支原体、衣原体、立克次氏体) 2.6 原核微生物的分类系统,2.1 细菌（Bacteria),2.1.1 细菌的个体形态与大小 2.1.2 细菌的细胞结构 2.1.3 细菌的繁殖 2.1.4 细菌的群体形态 2.1.5 食品中常

4、见的细菌,细菌是一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。,2.1.1 细菌的个体形态与大小,球菌 cocus,杆菌 bacillus,螺旋菌 Spirilla,单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌,直杆状、弯杆状、短杆状、长杆状、棒杆状、梭杆状、分支状,长度、弯曲度、螺旋度、螺旋形式、螺距,弧菌、螺菌、螺旋体,（1）基本形态,10,球菌 cocus,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)。,细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依

5、据。,球菌 cocus,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),12,球菌 cocus,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)。,13,球菌 cocus,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 tetragenu

6、s）,14,球菌 cocus,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),15,球菌 cocus,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),16,杆菌 bacillus,杆菌杆菌是杆状或类似于杆状的细菌的总称。,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。,各种杆菌的大小和具体形态具有有显著的差别： 1

7、）球杆菌假单孢菌 2）短杆菌短杆菌属 3）长杆菌白喉棒杆菌 4）分枝杆菌结核杆菌 5）其它类型,排列联结： 杆菌大多分散存在；也有的呈长短不同的链状，似竹节、八字、栅栏、丝状（链状细胞外包围一层胶质壳）。不能作为分类鉴定的依据。 杆状菌是细菌中种类最多的。工农业生产中所用的细菌大多是杆菌，杆菌中也有不少是致病菌。,20,单杆菌,双杆菌,链杆菌,球杆菌,杆菌 bacillus,21,杆菌 bacillus,杆菌有的笔直，有的弯曲，杆菌两端的情况在分类上很重要。 有的象刀切一样整齐（eg.炭疽杆菌）， 有的是钝圆（ eg.枯草杆菌）， 有的是尖的（ eg.鼠疫巴斯德氏菌）。,22,杆菌 bacil

8、lus,枯草芽孢杆菌,铜绿假单胞菌（绿脓杆菌）,结核分枝杆菌,破伤风杆菌,炭疽杆菌,螺旋菌 Spirilla,细胞呈弯曲杆状的细菌统称螺旋菌。 螺旋菌细胞壁坚韧，菌体较硬，常以单细胞分散存在，不同种的细胞个体，在长度、螺旋数目和螺距等方面有显著区别。,弧菌（Vibrio)：菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。如霍乱弧菌。,螺旋菌(Spirillum)菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异。鞭毛二端生。细胞壁坚韧，菌体较硬。例：干酪螺菌,霍乱弧菌,(寄生性弧菌-蛭弧菌）,螺旋体菌：菌体柔软，无鞭毛，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。大多数是致病菌。,螺旋菌

9、菌体柔软，依靠缠绕原生质柱的轴丝伸缩运动,梅毒密螺旋体,（2）特殊形态,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-ahaped bacteria）,4） 异常形态,畸形：细胞在理化因素的刺激下，细胞发育受到阻碍，从而形态异常。 Eg.醋酸杆菌：正常形态是短杆

10、状，但温度的变化，可使其成丝状、纺锤状、链锁状。,衰颓型：培养时间过长，营养贫乏或自身代谢产物浓度过高等原因使细胞异常。 Eg.奶酪杆菌：正常形态是杆状的，过熟时变成分支状的衰颓型。,结核杆菌的正常形态,结核杆菌的异常形态,（3）细菌的大小,最小的细菌与无细胞结构的病毒相仿（50 nm） 最大的细菌肉眼可见（0.75 mm）,费氏刺骨鱼菌(0.08 mm x 0.6 mm)比大肠杆菌大100万倍（1985年发现）,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

11、 namibiensis,纳米比亚硫磺珍珠,细菌的大小可用测微尺在显微镜下测量。,细菌的大小可用测微尺在显微镜下测量。,球菌只测量直径：一般球菌的直径为0.51.0m。,杆菌测量它的宽度与长度：一般杆菌为0.51.0 1.08.0m，以宽长表示。,螺菌测量它的宽度与弯曲形长度，以宽长 或直径表示大小。,表：一些常见菌的大小，单位（m）,细菌细胞大小的重要生物学意义,不同细菌细胞大小不同,细胞的大小是细菌分类特征,同一细菌的不同菌龄细胞大小不同,细菌细胞大小还与营养等因素相关,细胞大小的测量结果只是近似值或平均值,同种细菌大小受菌龄、环境因素等条件影响。 幼龄比成熟或老龄菌大得多，长度受菌龄影响

12、更强烈，其他生长条件或多或少都会影响菌体大小，渗透压的影响更直接。 测量菌体的大小要注意： 培养时间； 培养条件； 染色方法（不同染料附着在细胞上的多少不同）。,细菌大小测定时注意事项,2.1 细菌（Bacteria),2.1.1 细菌的个体形态与大小 2.1.2 细菌细胞的结构与功能 2.1.3 细菌的繁殖 2.1.4 细菌的群体形态 2.1.5 食品中常见的细菌,2.1.2 细菌细胞的结构与功能,（1）基本结构：指一般细菌都有的结构。 细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体和内含物等。,（2）特殊结构：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造。 例如，芽孢、糖被、鞭毛、菌毛、性菌毛等,42,

13、（1）细菌细胞的基本结构,细胞壁 细胞膜 细胞质 核质体 内含物,43,细胞壁(cell wall),（1）概念：细胞壁（cell wall）：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。约占干重的1025%。,（2）证明细胞壁的存在：通过染色、质壁分离或制成原生质体，再在光学显微镜下观察，用电子显微镜观察细菌超薄切片，均可确证细胞壁存在。,机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁 ；制备原生质体，观察细胞形态的变化,（3）细胞壁的功能,固定细胞外形和提高机械强度，使其免受渗透 压等外力的损伤；,为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所需；,渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（

14、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,细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础。,（4）革兰氏染色与细胞壁,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。,步骤如下： 1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染； 2、用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固； 3、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色； 4、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的革兰氏阴性

15、细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色。,48,甲菌,甲菌,甲菌,甲菌,甲菌紫色G,乙菌,乙菌,乙菌,乙菌,乙菌红色G,初染、结晶紫,媒染、碘液,脱色、95乙醇,复染、番红,革兰氏染色步骤示意图,如：葡萄球菌、 链球菌等,如：大肠杆菌、 痢疾杆菌等,革兰氏染色的原理,革兰氏染色：各种细菌经过革兰氏染色后，能区分成两大类：一类最终染成紫色，称为革兰氏阳性细菌（G+）,另一类被染成红色，称革兰氏阴性细菌（G-）。,50,通过初染和媒染，在细菌细胞的膜或原生质体上染上了不溶于水的结晶紫与碘的大分子复合物。,A. G+由于细胞壁较厚、肽聚糖含量较高且和分子 交联度较紧密，故用乙醇洗脱时

16、，肽聚糖网孔会因脱水而明显收缩；G+菌细胞壁基本上不含类脂，故乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫与碘复合物仍牢牢阻留在其细胞壁内，使其呈现紫色。,B. G-因其壁薄、肽聚糖含量低和交联松散，故遇乙醇后，肽聚糖网孔不易收缩，加上它的类脂含量高，所以当乙醇把类脂溶解后，在细胞壁上就会出现较大的缝，这样结晶紫与碘的复合物就极易被溶出细胞壁。,通过乙醇脱色，细胞又呈无色。这时，再经番红等红色染料复染，就使革兰氏阴性细菌获得了新的颜色红色，而革兰氏阳性菌则仍呈紫色（实为紫中带红）。,51,革兰氏染色,G-,G+,52,不敏感 很敏感 不敏感 内毒素 在酸侧 不敏感 有 有抗力,很敏感 不敏感 很敏

17、感 外毒素 较高 敏感 无 抗力小,1、对青霉素的敏感性 2、对链霉素的敏感性 3、对溶菌霉的敏感性 4、产生的毒素 5、生长适宜的pH值 6、对碱性染料抑制作用性 7、热力对胞壁的破裂作用 8、对酸的溶解作用,G菌,G+菌,特性,革兰氏G+菌与G菌一些特性比较,54,A.肽聚糖：（以金黄色葡萄球菌为例） 肽聚糖层厚约2080nm，由40层左右网状分子组成。 每一肽聚糖单体含有3个组成部分：,双糖单位 1个N-乙酰葡萄糖胺（G）和 1个N-乙酰胞壁酸（M）以-1,4糖苷键相互间隔连接而成的线形大分子,构成了肽聚糖的主链分子,即“聚糖”。 MGMGMGMG,革兰氏阳性细菌（G+） 细胞壁,55,

18、革兰氏阳性细菌（G+）,短肽“尾”：由4个氨基酸连起来的短肽链连接在N乙酰胞壁酸分子上。,56,革兰氏阳性细菌（G+）,肽“桥”： 连接前后2个四肽尾分子的桥梁 肽桥的变化很多 目前超过100种 金黄色葡萄球菌肽桥为甘氨酸5肽,肽“桥”的氨基端与前一肽聚糖单体肽“尾”中的第4氨基酸D-丙氨酸的羧基相连接，而它的羧基端则与后一肽聚糖单体肽“尾”中的第3个氨基酸L赖氨酸的氨基相连接，从而使前后两个肽聚糖单体交联起来。,57,革兰氏阳性细菌（G+）,多个双糖单位相连形成肽聚糖的多糖链，NAMNAGNAMNAG，其长度因菌种而异（金黄色葡萄球菌9个、地衣芽孢杆菌79个）。,58,革兰氏阳性细菌（G+）

19、,B.磷壁酸： 结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多 糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。 磷壁酸可分为两类： （1）壁磷壁酸：与肽聚糖分子共价结合，含 量随培养基成分而改变； （2）膜磷壁酸：跨越肽聚糖层与细胞膜相交 联。是G+细菌细胞壁特有的成分。,59,革兰氏阳性细菌（G+）,、磷壁酸带负电苛，可与环境中的Mg2+等阳离子结合，提高细胞表面这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要。,、保证致病菌与宿主间的粘连避免被白细胞吞噬，并赋于G+菌以特异的表面抗原，因而可用于菌种鉴定。,磷壁酸的功能,、提供某些噬菌体以特异的吸附受体位点。 、调解细胞内自溶素的活力，以防止细胞因自溶而

20、死亡。 、协助肽聚糖加固细胞壁 。,60,G-细胞壁的组成和结构比G+更复杂。分为内壁层和外壁层两部分。,革兰氏阴性细菌（G-） 细胞壁,61,革兰氏阴性细菌（G-）,A.肽聚糖： 以E.coli为例： G-细胞壁中的肽聚糖含量占细胞壁的10左右，一般由12层网状分子构成，在细胞壁上的厚度仅为23nm。,62,A.肽聚糖 其结构单体与G+基本相同，差别仅在于： 肽尾的第3个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸 （meso-DAP）； 没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的联系仅由甲肽尾的第4个氨基酸D丙氨酸的羧基与乙肽尾第3氨基酸（meso-DAP）的氨基直接连接而成。,63,G+菌与G-菌肽聚糖单体的异同

21、：,其区别为: 1、四肽上的第三个氨基酸不同,G+菌为赖氨酸；G-菌为内消旋二氨基庚二酸（DAP)。 2、肽桥不同：G+菌为甘氨酸五肽；G-菌为肽键。,由于G+与G-肽聚糖单体结构的差异以及其间连接方式不同，因此交联而成的肽聚糖网的结构和致密度就有明显的差别。 即G+细菌较G-细菌细胞壁更加致密，机械强度更大。,64,革兰氏阴性细菌（G-）,B.脂多糖（LPS),类脂A是G-细菌的毒性中心,65,革兰氏阴性细菌（G-）,脂多糖（Lipolysaccharide，LPS）的组成,66,脂多糖层的功能：,1、与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+和Ca2+等阳离子以提高这些离子在细胞表面浓度的作用；,3、

22、由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性。,2、通常对动物有毒性，类脂A是G-细菌的毒性中心；,4、是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。,5、具有控制某些物质进出细胞的部分选择 性屏障功能,脂多糖要维持其结构的稳定性需要足量Ca2+的存在。如果用螯合剂去除Ca2+，LPS就解体。这时，G-细菌的内壁层肽聚糖就暴露出来，因而就可被溶菌酶所水解。,C.外膜蛋白(outer membrane protein) 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。 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

23、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：可通过分子量小于800900的任何亲水性分子 特异性孔蛋白：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。 脂蛋白(lipoprotein) ： 是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白，分子量约为7200。,68,革兰氏阴性细菌（G-）,脂蛋白(Lipoprotein),位于外壁内表面，在外壁层和肽聚糖之间起支架作用。,孔蛋白(Porins),位于外壁，为一些亲水性的小分子物质进出的通道。,外壁蛋白,一类特异性运送蛋白或载体，可把较大的分子如VB12、核糖降解物、麦芽寡糖、铁色素

24、等输送入细胞内。,D.周质空间（periplasmic space, periplasm） 又称壁膜间隙。在G-细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约1215nm），呈胶状。周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所。在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins） 。,E.革兰氏阳性和阴性细菌的比较,F.古细菌,不含真正的肽聚糖,G.细胞壁缺陷细菌,a. 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。,特 点 ： (1)没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态，

25、 (2)有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”， (3)对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落（直径在0.1mm左右）。,L型细菌：1935年时，英国李斯特在研究所中发现一种由自发突变而形成细胞壁缺损的细菌念珠状链杆菌，它的细胞膨大，对渗透压十分敏感，在固体培养基表面形成“油煎蛋”似的小菌落。由于李斯德(Lister)研究所的第一字母是“L”，故称L型细菌。,a. 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。,当细菌细胞壁中的肽聚糖结构受到理化或生物因素的直接破坏或合成被抑制这种细胞壁

26、受损的细菌一般在普通环境中不能耐受菌体内部的高渗透压而将胀裂死亡；但在高渗环境下，它们仍可存活而成为细菌细胞壁缺陷型。,革兰氏阳性菌L型称为原生质体（protoplast），必须生存于高渗环境中。革兰氏阴性菌L型称为原生质球（spheroplast）,在低渗环境中仍有一定的抵抗力。,细菌L型的形态因缺失细胞壁而呈高度多形性，有球状、杆状和丝状。大小不一，L型细菌大多数染成革兰氏阴性。,a. L型细菌（L-form of bacteria）,营养要求：细菌L型生长繁殖时的营养要求基本与原菌相同，但必须补充3%5%的nac1、10%20%蔗糖或7%聚乙烯吡咯酮（pvp）等稳定剂，以提高培养基 的渗

27、透压。 同时还需要加入人或马血清。,生长特性：L型细菌生长较缓慢，一般培养27天后在软琼脂平板形成中同较厚、四周较薄的荷包蛋样细小菌落。 此外，l型菌尚有 颗粒型和丝状型两种类型。 l型细菌在液体培养基中生长后呈较疏松的絮状颗粒，沉于管底，培养液则澄清。,危害：人工诱导或自然情况下，细菌L型在体内或体外均能产生。 各种细菌L型有一个共同的致病特点：引起多组织的间质性炎症。 细菌变为L型致病性有所减弱，但在 一定条件下L型又可复为细菌型，引起病情加重。 临床遇有症状明显而标本常 规细菌培养阴性者，应考虑细菌l型感染的可能性，宜作细菌l型的专门培养。,b.原生质体（protoplast） 在人为条

28、件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁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G+细菌形成。,特 点 ： (1)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； (2)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； (3)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； (4)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。,c.球状体(sphaeroplast),又称原生质球 采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而

29、获得的残留部分细胞壁（外壁层）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。,原生质体与球状体主要有6个共同特点： 无细胞壁； 细胞呈球状； 对渗透压十分敏感； 即使长有鞭毛也不能运动； 对噬菌体不敏感； 细胞不能分裂等。,d.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。,支原体为目前最小最简单、没有细胞壁的原核细胞，呈高度多形性，有球形、杆形、丝状、分枝状等多种形态。,从人体分离的16种支原体中，5种对人有致病性，即肺炎支原体、解脲支原体、人型支原体、生殖支原体及发酵支原体。 支原体感染后潜伏期一般为1-3周。

30、,细胞壁 细胞膜 细胞质 核质体 内含物,（1）细菌细胞的基本结构,细胞膜(cell membrane),概念: 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78 nm。,观察方法 a.质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察； b.原生质体破裂； c.超薄切片电镜观察； 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。,80,细菌的细胞膜

31、是紧靠在胞壁内侧和位于细胞质表面，具有柔软和富有弹性的生物薄膜。,81,细胞膜的特征： 细胞膜的厚约8nm,约占细胞干重10%； 成分为蛋白质、脂类和糖类； 电镜下为三层结构； 是一个单一膜系； 膜内陷形成中间体（mesosome），可作为DNA复制的支点； 膜上附有多种酶系，参与多种代谢能量反应； 与细胞生长与分裂有关。,细胞膜的化学组成与结构模型,A. 磷脂,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。,膜蛋白约占细菌细胞膜的50%70%，比任何一种生物膜都高，而且种

32、类也多。,-细胞膜是一个重要的代谢活动中心。,B. 液态镶嵌模型（fluid mosaic model）,膜的主体是脂质双分子层； 脂质双分子层具有流动性； 整合蛋白因其表面呈疏水性，“溶”于脂质层疏水性内层中； 周边蛋白表面含有亲水基团，通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连；,C.甾醇类物质,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。,a. hopanoid类甾醇，其作用被认为也是稳定细胞膜的结构。b.90%的化石燃料的前体物质是kerogen（油原，或称油母岩质）。 c. Kerogen中细菌特有的hopanoid类甾醇占有很高的比例 。 d. Kerogen是由于

33、细菌的活动而形成。 e. 在地下沉积物中细菌特有的hopanoid类甾醇的含量高达101112吨，与目前地球上存在的活的生物（living organisms）体内含有的有机碳的含量总和相当。 f. hopanoid被认为是地球上含量最丰富的生物分子。,选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送； 是维持细胞内正常渗透压的结构屏障； 合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等）的重要基地； 膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所； 是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；,细胞膜的细胞膜的生理功能,细胞膜(cell membrane),间体

34、（mesosome，或中体）,细胞质膜内褶而形成的囊状构造，其内充满着层状或管状的泡囊。多见于G+细菌。,在革兰氏阳性细菌如枯草杆菌、地衣芽孢杆菌及粪链球菌中，间体较为明显。,89,间体可能的生理功能： 相当于高等生物的线粒体； 可能具有细胞壁合成所需要的酶； 可能与核分裂有关。,90,A、载色体(chromatophore),也称为色素体，是光合细菌进行光合作用的部位，由单层的与细胞膜相连的内膜所围绕，主要化学成分是蛋白质和脂类。 它们含有菌绿素、类胡萝卜素等色素以及光合磷酸化所需的酶系和电子传递体。 在绿硫菌科和红硫菌科中的细菌存在色素体。,其它内膜结构,91,由单位膜组成，含有叶绿素、胡

35、萝卜素等光合色素和有关酶类，为蓝细菌进行光合作用的场所。,B、类囊体（thylakoid）,其它内膜结构,细胞壁 细胞膜 细胞质 核质体 内含物,（1）细菌细胞的基本结构,细胞质(cytoplasm)和内含物,概念：细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。,主要成分: 核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。,细菌细胞质和真核细胞的细胞质相比较，更易于被碱性染料染色。,颗粒状贮藏物(reserve materials)： 贮藏物是一类由不同化学成分累积

36、而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。,微生物储藏物的特点及生理功能： a.不同微生物其储藏性内含物不同。 b.微生物合理利用营养物质的一种调节方式。 c.储藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH，渗透压等的危害。,聚-羟丁酸（ poly-hydroxybutyric acid ，PHB）,是细菌特有的一种与类脂相似的碳源和能源贮存物质。 PHB易被脂溶性染料（如苏丹黑）着色而不易被普通碱性染料染色。 根瘤菌属（Rhizobium）、固氮菌属(Azotobacter)、红螺菌属(Rhodospirillum)和假单胞菌属(Pseudomonas)的细菌常积累

37、PHB。,糖原,是细菌细胞内主要的碳素和能源贮存物质。,与碘液作用时，糖原呈红褐色,淀粉呈蓝色。,肠道细菌常积累糖原，而多数其它细菌和蓝细菌则以淀粉为贮存物质。,异染粒（metachromatic granules）： 颗粒大小为0.51.0m，是无机偏磷酸的聚合物， 一般在含磷丰富的环境下形成。 功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压 。,98,异染粒(metachromatic granule),因用蓝色染料（如亚甲蓝或甲苯胺蓝）染成紫红色而得名。主要成分是聚偏磷酸盐。,是细菌特有的磷素养料贮藏颗粒。,发现于迂回刚螺菌(Spirillumvolutans)，也存在于多种细菌，如白喉棒

38、杆菌(Corynebacterium diphtheriae)和鼠疫杆菌(Yersinia pestis)细胞中。,可降低细胞渗透压。,藻青素 ：一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。 通常存在于蓝细菌中。,硫粒（sulfur globules）： 很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性的硫化物如H2S，硫代硫酸盐等的氧化。 在环境中还原性硫素丰富时，常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。 当环境中环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用。,100,硫磺颗粒(Sulfur droplet),是某些化能自养的硫细菌贮存的能源物质。 例如贝氏硫菌属(Beggiatoa

39、)和发硫菌属(Thiothrix)能在氧化H2S的过程中获得能量并在细胞内以固态硫粒的形式贮存元素硫。当环境中缺少H2S时，它们能通过进一步氧化硫来获取能量。,磁小体（megnetosome）,主要成分是Fe3O4 ，外被一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜,无毒,大小20100nm,每个细胞有220颗,在少数水生螺菌属、嗜胆球菌属等趋磁细菌中发现。,羧酶体（carboxysome） 又称多角体，是一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物，其大小与噬菌体相仿，约10nm，内含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。 自养细菌中特有的结构。,气泡（gas vocuoles） 气泡的

40、膜只含蛋白质而无磷脂。二种蛋白质相互交连， 形成一个坚硬的结构，可耐受一定的压力。 膜的外表面亲水，而内侧绝对疏水，故气泡只能透气而不能透过水和溶质。,气泡的功能： 调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质。 a.专性好氧的盐杆菌属（Halobacterium）的细菌，却生活在含氧极少的饱和盐水中，它们细胞中气泡显著，其作用被认为是使菌体浮于盐水表面，以保证细胞更接近空气。 b.有些厌氧性光和细菌利用气泡集中在水下1030米深处，这样既能吸收适宜的光线和营养进行光和作用，又可以避免直接与氧接触。 c.蓝细菌生长时依靠细胞内的气泡而漂浮于湖水表面，并随风聚集成块，常使湖内出现

41、“水花”。,104,许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小为0.21.0m75nm，内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包裹。,载色体（Chromatophore） 光和细菌进行光和作用的部位相当于绿色植物的叶绿体。,质粒（plasmid）,细菌细胞内一种自我复制的环状双链DNA分子，能稳定地独立存在于染色体外，并传递到子代，一般不整合到宿主染色体上。 现在常用的质粒大多数是经过改造或人工构建的，常含抗生素抗性基因，是重组DNA技术中重要的工具。,核糖体（ribosome）,核糖体，旧称“核糖核蛋白体”或“核蛋白体” (ribonucleoprote

42、in particle)，是细胞中的一种细胞器，由一大一小两个亚基结合形成，主要成分是相互缠绕的RNA（称为“核糖体RNA”，ribosomal RNA，简称“rRNA”）和蛋白质（称为“核糖体蛋白质”，ribosomal protein，简称“RP”）。,核糖体主要由RNA （60%）和蛋白质（40%）构成，其唯一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链，所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。,由RNA和蛋白质构成，呈颗粒状亚显微结构。常以游离态分散于细菌细胞中，数量可达上万个。核糖体中的RNA一般占65，其余是蛋白质。 原核生物核糖体的沉降系数为70S。,核糖体是细胞内蛋白质合成

43、的场所，能读取信使RNA核苷酸序列所包含的遗传信息，并使之转化为蛋白质中氨基酸的序列信息以合成蛋白质。,一般而言，原核细胞只有一种核糖体，而真核细胞具有两种核糖体（其中线粒体和叶绿体中的核糖体与细胞质核糖体不相同）。,核糖体（图中央的绿色土豆状物体）通过读取RNA分子（图中那串黄色的珠子）上的信息来合成蛋白质长链（紫色长链）。,细胞壁 细胞膜 细胞质 核质体 内含物,（1）细菌细胞的基本结构,核质体(nuclear),核质体，又称核区（nuclear region or area）、原核、拟核等。,细菌的细胞核是一个拟核（nucleoid），实际上是一条环状的裸露的DNA链，所以也称染色质体（

44、chromatinic body）或细菌染色体（bacterial chromosome）。,原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的、原始细胞核。,起贮存遗传信息和传递遗传性状的重要作用。,113,原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核,114,原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核,核质体实际上是一条很长的环状双链DNA与少量类组蛋白及RNA结合，经有组织地高度压缩缠绕而成的一团丝状结构，通常称之为细菌染色体,细菌染色体中心有膜蛋白核心构架，构架上结合着几十个超螺旋结构的DNA环，而类核小体环不规则地分布在DNA链上。,观察： 现代同位素放射性显影术、重金属投影术、

45、电镜。 核区是一个反差极弱的区域，没有核膜，内含丝状物，即DNA分子。 用富尔根（Feulgen）染色法或姬姆萨（Giemsa）染色法，在普通光学显微镜下可看到核区。 静止期的细菌，其核呈球形、棒状或哑铃状，在正常情况下，一个菌体细胞里只有一个核；而细胞生长旺盛时，DNA复制先于分裂，则细胞里会含有24个核。 在细胞分裂时，核呈H、X和Y形。 无核膜结构、无固定形态的原始核。,细胞壁 细胞膜 细胞质 核质体 内含物,（1）细菌细胞的基本结构,糖被 鞭毛 菌毛和性毛 芽孢,（2）细菌细胞的特殊结构,糖被（glycocalyx),（2）细菌细胞的特殊结构,概念：有些细菌在细胞壁表面包被有一层透明胶

46、状或黏液状的物质称为糖被（glycocalyx）。,糖被的有无、厚薄除与菌种的遗传性相关外，还与环境尤其是营养条件密切相关。,糖被可分为荚膜（capsule）、黏液层（slime layer）和菌胶团（zoogloea）,糖被的主要成分是多糖同时含有蛋白质或多肽。,糖被的生理功能主要是： 起保护作用，使细菌能抗干燥、抗噬菌体吸附、抗白细胞吞噬； 是菌体外的贮存物质，营养缺乏时可作为碳源和能源利用； 可使菌体附着于某些物体表面； 作为透性屏障，使细菌免受重金属离子毒害。,特点 ： A.主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。经特殊的荚膜染色，特别是负染（又称背景染色)后可在光学显微镜清楚地观

47、察到它的存在。 B.产生糖被是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是是细菌分类鉴定的指标之一。 C.荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利。 D.细菌糖被与人类的科学研究和生产实践有密切的关系。,荚膜包裹在单个细胞上，在细胞壁上有固定层次，依其厚薄不同又可细分为荚膜（大荚膜macrocapsule，厚度200 nm）和微荚膜（microcapsule，厚度200 nm）。 在细胞壁外具有一定外形，厚度大约200 nm，而且相对稳定的附着在壁外。,荚膜与细胞结合不牢固，通过振荡或离心可将荚膜与细胞分开。,菌落特征： 产荚膜的细菌其菌落表面湿润、有光泽、粘液状的，称为光

48、滑型（smooth）菌落。 无荚膜的细菌其菌落表面干燥、粗糙的，称为粗糙型（rough）菌落。,微荚膜与细胞结合比较紧。 微荚膜用光学显微镜看不到，但可用血清方法证实它的存在,很容易被胰蛋白酶消化。,粘液层(slime layer) ： 如果在细胞壁外的粘液状物质很疏松，没有边缘的向四周扩散，使培养基变粘，这类粘物质称。,菌胶团(zoogloea) ：荚膜互相连在一起，内含几个菌体，称为。有些细菌在细胞分裂后，其子细胞不立即分开，或多个荚膜细胞的荚膜互相融合，形成多个细胞包围在一个共同的荚膜之中。,123,荚膜的益处,鉴定菌种,提取葡聚糖“代血浆” 肠膜状明串珠菌能用蔗糖合成大量的荚膜物质葡聚

49、糖，葡聚糖是生产右旋糖酐的原料，右旋糖酐是制作代血浆的主要成分。,胞外多糖：野油菜黄单胞菌的粘液层可提取有用的胞外多糖黄原胶，用于石油开采。,菌胶团用于处理污水,124,荚膜的害处 有荚膜的细菌致病性强； 污染食品、导致粘性面包、粘性牛奶的 产生； 影响制糖生产，荚膜菌的大量繁殖增加糖液粘度、影响过滤速度，对生产造成损失。,糖被 鞭毛 菌毛和性毛 芽孢,（2）细菌细胞的特殊结构,鞭毛 (flagellum,复flagella),（2）细菌细胞的特殊结构,概念：生长在某些细菌表面的一种细长、波曲状的丝状物，称为鞭毛（flagellum）。,弧菌和螺菌一般都长有鞭毛，杆菌中有的不生鞭毛，而球菌中绝大多数不生鞭毛。,观察和判断细菌鞭毛的方法： a.电子显微镜直接观察 b.光学显微镜下观察：鞭毛染色和暗视野显微镜 c.根据培养特征判断：半