沈萍微生物學第三章

第三章微生物細胞的結構

與功能本節(jié)重點：革蘭氏陽性細菌與革蘭氏陰性細菌細胞壁結構和化學組成的比較。革蘭氏染色步驟與機制。四種缺壁細菌的形成、特點及應用細菌細胞構造模式圖細胞構造

一般構造細胞壁，細胞膜，細胞質，核區(qū)，內含物

特殊構造鞭毛，菌毛，性毛，芽孢，糖被第一節(jié)原核微生物

一.細胞壁概念功能分類依據(jù)1.革蘭氏陽性細菌的細胞壁結構：一連續(xù)層20—80nm化學組成:(1).肽聚糖

單體結構—雙糖單位，四肽尾，肽橋及種類雙糖單位

M—G—M—G—M—G—M—GN-乙酰葡萄糖胺N-乙酰胞壁酸β-1，4糖苷鍵短肽：

由四個氨基酸組成L-丙氨酸D-谷氨酸L-賴氨酸（G+）或（m-二氨基庚二酸，G-）D-丙氨酸肽橋

連接前后2個四肽尾分子的橋梁肽橋的變化很多主要肽橋類型類型甲肽尾上連接點肽橋乙肽尾上連接點實例1第四氨基酸—CO-NH—第三氨基酸E.Coli2第四氨基酸—(Gly)5—第三氨基酸S.aureus3第四氨基酸—D-Lys—第二氨基酸星星木棒桿菌4第四氨基酸—（肽尾）1-2—第三氨基酸藤黃微球菌肽聚糖單體單層肽聚糖溶菌酶:能使肽聚糖中G---M----G處斷裂每隔6個左右斷裂一次。青霉素:能抑制轉肽酶的活性，使G+中的短肽不能交聯(lián)，低滲使細胞膜破裂而死亡。所以青霉素只作用在正在迅速繁殖的細胞中。(2).磷壁酸也稱垣酸，是G+菌細胞壁所特有成分；屬于高分子酸性多糖；一般占細胞壁含量的10%--50%。分為兩類：壁磷壁酸和膜磷壁酸壁磷壁酸：與肽聚糖分子（M）共價結合膜磷壁酸：分子穿過肽聚糖分子層直接與細胞膜上的磷脂進行共價結合形成種類（1）甘油磷壁酸甘油磷酸重復單位（2）核糖醇磷壁酸核糖醇磷酸重復單位

結構:功能：提高Mg2+濃度貯藏磷元素防吞噬表面抗原噬菌體受體自溶素

2.革蘭氏陰性細菌細胞壁（1）肽聚糖（2）.外膜（外壁）

組成：脂多糖，磷脂，脂蛋白脂多糖（LPS）位于G-細胞壁的最外層8-10nm；脂多糖的結構------類脂A、

核心多糖、

O-特異側鏈構成；LPS是多變的，決定了G-菌抗原決定簇的多樣性（3）外膜蛋白:

脂蛋白——用于連接脂多糖和肽聚糖孔蛋白——參與物質的運輸外壁層的作用：

是G-的致病物質—內毒素的物質基礎；有吸附Mg2+、Ca2+等陽離子的作用；決定了G-的表面抗原性；是許多噬菌體的表面吸附受體。

細胞壁的功能（1）維持外形：（2）保護細胞（3）輔助鞭毛運動：（4）正常細胞分裂所必需（5）與細菌的抗原性，噬菌體的敏感性，陽離子吸附，毒性等有關

（3）.外膜蛋白（4）.周質空間

概念：在革蘭氏陰性細菌中，一般指外膜與細胞膜之間的狹小空間。

革蘭氏陽性細菌細胞壁與革蘭氏陰性細菌細胞壁在結構和組成上的差異比較見下表3、古生菌的細胞壁類型：熱原體屬-----無細胞壁甲烷桿菌屬-----假肽聚糖（β-1，3鍵）甲烷八疊球菌-----獨特多糖細胞壁鹽球菌屬------硫酸化多糖細胞壁鹽桿菌屬-----糖蛋白細胞壁甲烷球菌、甲烷微菌、甲烷螺菌屬---蛋白質細胞壁假肽聚糖結構

雙糖連接鍵肽橋肽尾肽聚糖假肽聚糖菌類細菌古生菌糖苷鍵β－1，4β－1，3二糖G－MG－乙酰塔羅糖胺糖醛酸短肽L－型、D－型、4肽全L－型、3肽肽橋(Gly)5-CO-NH-L-Glu原生質體：G+菌除去細胞壁后剩余的部分。球形體：G-菌處理后細胞壁不能完全除去，為球形體。L型菌：專指那些實驗室或宿主通過自發(fā)突變而形成的遺傳性穩(wěn)定的細胞壁缺陷菌株。支原體：自然界自然進化的缺壁細菌是支原體它細胞膜中含有甾醇，因此仍有較高的機械強度4.缺壁細菌L-細菌原生質體球狀體支原體獲得方式自發(fā)突變溶菌酶

G+溶菌酶

G-長期進化遺傳穩(wěn)定+--+振蕩等敏感-++-含甾醇---+5.革蘭氏染色機制1884年丹麥C.Gram創(chuàng)立方法步驟

結晶紫初染碘液媒染酒精脫色沙黃復染結果：紫色------G+菌紅色------G-菌關鍵步驟：酒精脫色機理：

95%乙醇的作用：蛋白質變性、脫水、溶脂革蘭氏陽性菌肽聚糖的含量高，網狀結構緊密，細胞壁厚，含脂量低，當它被酒精脫色時，引起細胞壁肽聚糖的網狀結構的孔經縮小以至關閉，從而阻止不溶性結晶紫-碘復合物的逸出，故菌體呈深紫色；而革蘭氏陰性菌的細胞壁的肽聚糖的含量低，網層結構疏松且薄，脂含量高，當用酒精脫色時，脂類物質溶解，增加了細胞壁的通透性，結果結晶紫-碘的復合物就被乙醇抽提出來而復染成紅色。二.細胞壁以內的構造---原生質體1.細胞質膜概念:

是緊靠在細胞壁內側、包圍細胞質的一層柔軟而富有彈性的半透性薄膜厚7-8nm，占細胞干重的10%。(1)．細胞膜化學組成:蛋白質50-70%，磷脂20-30%，少量的糖2%蛋白質與膜的透性酶的活性有關。

(2).結構模型:液態(tài)鑲嵌模型要點：1.脂質雙分子層2.蛋白質在膜中不對稱分布，形成通道3.蛋白質在脂質間可相對移動4.脂質排列的有序性(3).細胞膜的功能

①具有選擇透性，②維持細胞內正常滲透壓的屏障作用。③是產能代謝的場所。④具有物質合成的功能。如合成細胞壁組分的酶⑤鞭毛的著生點并提供其運動能量特點：（1）一般不含膽固醇，但有藿烷類化合物（2）膜上有電子傳遞系統(tǒng)

間體

概念：是一種細胞質膜內皺而形成的囊狀構造。功能：與一些酶分泌有關與DNA復制和細胞分裂有關2.細胞質和內含物

細胞膜包圍的除核區(qū)以外的所有物質的總稱。為無色半透明、粘稠的膠狀物。

主要成分為水（80%）、蛋白質、核酸、脂類、并含有少量糖、無機鹽及顆粒狀內含物。細胞質富含核酸，因而嗜堿性強，幼齡著色均勻。

.核糖體-----

70S50S大亞基+30小亞基=70S原核60S大亞基+40小亞基=80S真核蛋白質的合成場所

貯藏物-----類型聚β-羥丁酸PHB（或PHA）------碳源

異染粒---------------磷源

藻青素---------------氮源硫滴------------------硫源磁小體---------------Fe3O4羧酶體-------------固定CO2，.其他：羧酶體----自養(yǎng)生物

氣泡-------水生生物3.核區(qū)：原核---無核膜，一個閉合環(huán)狀的雙鏈DNA分子，其長度可達0.25～3.0mm，裸露它分散于細胞質中，在細胞內是高度折疊纏繞,核區(qū)一般呈球狀、棒狀、啞鈴狀,生長迅速時可在一個細胞內找到幾個（2—4個）（一般1-2個)質粒----在許多細菌存在有細胞染色體外或附加于染色體上的遺傳物質，稱為質粒。（cccDNA），

質粒能夠自我復制；分子量比細菌染色體?。幻總€菌體內有一個或多個質粒；決定次要性狀；可整合，可脫落；細胞間可轉移；思考題1、解釋：磷壁酸、脂多糖，周質空間間體2、試述革蘭氏陽性細菌與革蘭氏陰性細菌細胞壁在結構和組成的差異。3、試述革蘭氏染色的機理。4、四種缺壁細菌的比較。第三章微生物的細胞結構與功能（續(xù)）本節(jié)重點：細菌的特殊結構，特點，功能在實踐中的意義其他原核微生物的主要特征芽孢的耐熱機制1.芽孢①概念-----某些細菌在其生長發(fā)育的后期，在細胞內形成一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量低、抗逆性強的休眠結構，稱為芽孢，又稱內生孢子。芽孢不是繁殖體②產芽孢的種類：桿菌:G+有兩屬：好氣性的芽孢桿菌屬（Bacillus）厭氣性梭狀芽孢桿菌屬(Clostridium)球菌：生孢八疊球菌屬(Sporosarcina)螺旋菌：無

③芽孢的構造：

孢外壁：有的芽孢無此層，主要含脂蛋白透性差芽孢衣：含疏水性角蛋白，抗酶解、多價陽離子不易透過皮層：

主要含芽孢肽聚糖及DPA-Ca(吡啶二羧酸鈣鹽），體積大，滲透壓高核心：

芽孢壁,芽孢膜,芽孢質、芽孢核區(qū)

④芽孢的形成過程：A.DNA濃縮，束狀染色體形成B.細胞膜內陷，細胞發(fā)生不對稱分裂C.前芽孢的雙層膜形成，抗逆性提高D.兩層之間填充芽孢肽聚糖，合成DPA，積累鈣離子，形成皮層E.芽孢衣合成F.芽孢囊裂解，芽孢游離枯草桿菌的芽孢形成過程約需8h⑤滲透調節(jié)皮層膨脹學說：A.芽孢衣：對多價陽離子和水分的透性差，對溶菌酶、蛋白酶的抗性強。B.皮層的離子強度高，引起了皮層的高滲透壓，使皮層奪取核心部分的水分，使核心部分的生命物質處于高度失水狀態(tài)，因而產生極強的耐熱性。芽孢萌發(fā)時吸水膨脹，耐熱性喪失伴孢晶體蘇云金芽孢桿菌，在形成芽孢的同時，產生堿溶性晶體內含物，一般一個細菌產生一個，稱為伴孢晶體。呈斜方體、長斜方體、方體或不規(guī)則形生物農藥對200種昆蟲有殺死作用2.糖被----位于某些細菌細胞壁外的一層厚度不定的透明膠狀物質。分類：莢膜，微莢膜，粘液層成分：90%水，多糖，多肽，蛋白質功能：抗干燥，防吞噬，貯藏養(yǎng)料，便于吸附，信息識別，堆積廢物應用：菌種鑒定，藥物，生化試劑工業(yè)原料，污水處理S層———位于原核微生物細胞壁外，有大量蛋白質或糖蛋白亞基以方塊形或六角形排列的連續(xù)層。3.鞭毛概念：菌體表面伸出長絲狀，波曲狀附屬物。長15—20μm，直徑0.01—0.02μm。波浪運動，速度快20—80μm/s。觀察方法：凹玻片法，暗視野，染色，半固體穿刺構造：基體，鉤形鞘，鞭毛絲著生方式－－－功能：運動栓菌試驗：在基質上固定鞭毛抗體，鞭毛會被鞭毛抗體結合，鞭毛就固定在基質上了在顯微鏡下觀察菌的運動情況如果菌是旋轉運動，就說明鞭毛是螺旋運動的

鞭毛與菌毛比較鞭毛菌毛成分鞭毛蛋白，繩索狀菌毛蛋白，中空螺旋長度軟、長、粗硬、短、細數(shù)量少多功能運動附著著生壁內基體生于質膜上菌類許多桿菌G－細菌性菌毛－－傳遞遺傳物質細菌的二分裂桿菌二分裂格形暗網菌三分裂蛭弧菌復分裂細菌的固體培養(yǎng)特征

菌落（colony）：是指在固體培養(yǎng)基上，由一個細菌或孢子生長、繁殖形成的肉眼可見的群體。

菌落特征:濕潤,較光滑，較透明，較粘稠，易挑起，質地均勻，菌落正反面及邊緣與中央部位的顏色一致。

生物學意義:微生物分類鑒定的指征之一。

菌苔（bacteriallawn）：是指在固體培養(yǎng)基上由許多細菌或孢子生長、繁殖形成的肉眼可見、相互連成一片的大量菌落群體。2、細菌的半固體培養(yǎng)特征半固體培養(yǎng)基：含0.35-0.4%瓊脂穿刺接種法：用途：觀察細菌是否擴散生長，判斷細菌運動性及是否含鞭毛。3、細菌的液體培養(yǎng)特征

多數(shù)呈渾濁狀，少數(shù)形成沉淀、菌醭、菌膜等。其他幾種原核微生物一、放線菌1,主要特征：菌落放射狀而得名，呈絲狀分支細胞的原核微生物。適于中性偏堿環(huán)境許多種能產生抗生素2,形態(tài)與結構形態(tài)菌絲體結構基質菌絲氣生菌絲孢子絲結構細胞壁有肽聚糖革蘭氏染色陽性細胞結構與細菌基本相同繁殖菌絲斷裂片段生殖孢子生殖放線菌形態(tài)

放線菌孢子絲放線菌菌落特征小而致密，干燥，表面粉狀，密絨狀二、藍細菌

藍細菌與光合作用植物相似之處:

含葉綠素a（chlorophylla）和光合系統(tǒng)Ⅱ，具有放氧性光合作用,

藍細菌與真核生物本質的區(qū)別:藍細菌無葉綠體，無真核，有70S核糖體，而且細胞壁中含有肽聚糖，對青霉素和溶菌酶十分敏感，這些特性使得藍細菌無可置疑的被劃入細菌之列。

1、形態(tài)大小

細胞一般比細菌大，通常3~10μm，但也有大到60μm的。形態(tài)多樣化：細胞形態(tài)球狀或桿狀，單生或團聚；呈絲狀、或分枝絲狀、或螺旋狀，有的含異形胞。圖1-25幾種藍細菌的典型形態(tài)1、藍桿菌屬；2、聚球藍菌屬；3、粘聚球藍菌屬；4、皮果藍菌屬；5、魚腥藍菌屬；6、螺旋藍菌屬；7、費氏藍菌屬2、藍細菌細胞結構3、藍細菌的繁殖與培養(yǎng)特征

單細胞的種類行二分裂或復分裂；

絲狀藍細菌還常有通過其絲狀體斷裂形成短的鏈絲段(hormogonium)方式繁殖；

少數(shù)種類如管胞藍細菌屬通過形成內孢子(endospore)繁殖。

藍細菌液體培養(yǎng)通常不渾濁。4、藍細菌生物學意義

（1）在生物進化史上的作用：

藍細菌（cyanobacteria）種類十分龐雜的古老的原核生物，因為它的發(fā)展使得地球大氣由無氧狀態(tài)變?yōu)橛醒鯛顟B(tài)。

藍細菌與某些植物[如蕨類Azolla（滿江紅屬）的葉腔中，裸子植物Cycas（蘇鐵屬）和Gunnera（根乃拉草屬）的根中]等進行共生固氮，

因此還可在貧瘠的沙質海灘和荒漠的巖石上找到它們，故有“先鋒生物”的美稱。（2）一些有著經濟價值的藍細菌如：發(fā)菜念珠藍細菌（Nostocflagelliforme）、地耳（N.commune）、盤狀螺旋藍細菌（Spirulinaplatensis）、以及市場上銷售的各種“螺旋藻”產品等。（3）有的藍細菌是污染湖泊中發(fā)生“赤潮”及“水華”的原兇。三、支原體

支原體是介于細菌與立克次氏體之間的原核微生物，因不含有細胞壁，在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)時，往往呈分枝的絲狀體，故稱之為支原體(mycoplasma)。

最早是從患胸膜肺炎的牛體中分離出來的，稱為胸膜肺炎支原體。。

支原體生物學意義：許多支原體引起動物——牛、綿羊、山羊、豬、禽和人類的病害；一些類支原體也引起植物病害；因濾過性,常會造成實驗室組織培養(yǎng)物污染。1、形態(tài)大小

細胞很小，直徑約為150～300nm，能透過細菌濾器。在大小僅為50～200nm的納米細菌（nanobacteria）被發(fā)現(xiàn)之前，曾被認為是整個生物界中尚能找到的能獨立營養(yǎng)的最小型生物。

細胞多形，易變，呈球狀或長短不一的絲狀及分枝狀。肺炎支原體（Mycoplasmapneumoniae）電鏡照片，顯示其多形性。（a）透射電鏡照片（X47，880）；（b）掃描電鏡照片（X26，000）。結構特點1）胞膜含甾醇2）無細胞壁，對抑制壁合成抗生素不敏感3）“油煎蛋”菌落4）基因組小，0.6~1.1Mb5）二分裂和出芽繁殖3、繁殖與培養(yǎng)特征一般以二等分裂方式進行繁殖。寄生或腐生。能在含血清、酵母膏或甾醇等營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基上生長。菌落特征：菌落小，直徑一般僅為0.1～1mm，呈特有的“油煎蛋”狀。液體培養(yǎng)特征：不混濁?！坝图宓啊睜钏摹⒘⒖舜问象w

1909年，美國醫(yī)生H.T.Ricketts（1871～1910）首次發(fā)現(xiàn)落基山斑疹傷寒的病原體，并于1910年犧牲于此病。因該類微生物專性寄生，不能人工培養(yǎng)，故后人為紀念其發(fā)現(xiàn)者，稱這類病原菌為立克次氏體（rickettsia）。

生物學意義：是人類斑疹傷寒、恙蟲熱和Q熱等嚴重傳染病的病原體。主要通過產生內毒素致人死亡。1）G－，寄生（有壁，不能獨立生活，細胞較大0.3-2μm）2）對熱敏感，56C以上30min即可殺死，對四環(huán)素，青霉素等抗生素敏感3）二分裂繁殖，宿主一般為節(jié)肢動物，可從傷口侵入人體4）基因組很小，1.1Mb5）致病性：在宿主血流中大量增殖，并產內毒素1、特點立克次氏體2、形態(tài)大小細胞體積0.3～0.6μm×0.8～2μm。似一般細菌大小，無濾過性。細胞形態(tài)多樣，有球狀、桿狀或絲狀。3、細胞結構含有細胞壁，革蘭氏染色陰性。立克次氏體細胞膜因較疏松而“滲漏性”較大，

易從宿主細胞獲得NAD+和輔酶A。

基因組很小，如Rickettsiaprowazeki的基因組為1.1Mb，僅含834個基因。

3、抗性對熱敏感，一般在56℃以上經30min即被殺死。立克次氏體對許多抗細菌的抗生素如四環(huán)素和青霉素是敏感的。4、代謝系統(tǒng)存在產能系統(tǒng)，但缺乏完整的產能代謝途徑，不能氧化葡萄糖或有機酸，只能氧化谷氨酸和谷氨酰氨產能，所以立克次氏體一旦離開宿主就會很快死去。立克次氏體以二分裂方式繁殖。嚴格的細胞內寄生，須用雞胚卵黃囊、敏感動物組織細胞及敏感實驗動物進行傳代培養(yǎng)。

生活史中必須由蚤、螨等吸血節(jié)肢動物作為媒介，而在動物間傳代，因此立克次氏體也被稱為蟲媒微生物。5、繁殖與培養(yǎng)特征五、衣原體（chlamydia）

衣原體是一類在真核細胞內營專性寄生的小型革蘭氏陰性原核生物。由于它沒有產能系統(tǒng)，需要來自宿主的ATP，故有“能量寄生物之稱”，1956年，湯飛凡教授等自沙眼中分離到病原體后才逐步證明衣原體是一類特殊的具細胞結構的生物。

主要生物學意義：引起鸚鵡熱等