第三章微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能

第三章

微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能2024/11/22原核細(xì)胞真核細(xì)胞細(xì)胞核有明顯核區(qū)，無核膜、核仁有核膜，核仁細(xì)胞器無線粒體，能量代謝和許多物質(zhì)代謝在質(zhì)膜上進(jìn)行有線粒體，能量代謝和許多合成代謝在線粒體中進(jìn)行核糖體分布在細(xì)胞質(zhì)中，沉降系數(shù)為70S分布在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，沉降系數(shù)為80S

原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的區(qū)別真核細(xì)胞原核細(xì)胞第一節(jié)原核微生物定義：指一大類細(xì)胞核無核膜包裹，只有核區(qū)的裸露DNA的原始單細(xì)胞生物。包括真細(xì)菌和古生菌兩大群。結(jié)構(gòu)：分為一般結(jié)構(gòu)和特殊結(jié)構(gòu)見圖細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特殊構(gòu)造：部分細(xì)菌具有的或一般細(xì)菌在特殊環(huán)境下才有的構(gòu)造（見P39）一般構(gòu)造：一般細(xì)菌都有的構(gòu)造一、細(xì)胞壁：

占細(xì)胞干重的10~25％

位置：位于細(xì)胞最外的一層厚實(shí)，堅韌的外被成分：主要為肽聚糖細(xì)胞壁的功能固定細(xì)胞外形，提高機(jī)械強(qiáng)度，使其免受滲透壓等外力的影響為細(xì)胞的生長、分裂和鞭毛運(yùn)動所必需阻攔酶蛋白和某些抗生素等大分子物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞賦予細(xì)菌具有特定的抗原性，致病性及對抗生素和噬菌體的敏感性A群鏈球菌膜磷壁酸抗吞噬作用金黃色葡萄球菌A蛋白抗吞噬等作用革蘭陰性菌脂多糖多種生物學(xué)效應(yīng)抗原革蘭陽性菌主要為磷壁酸，革蘭陰性菌主要為外膜細(xì)胞壁的觀察方法：①染色②質(zhì)壁分離③電鏡觀察

簡單染色法正染色革蘭氏染色法鑒別染色法抗酸性染色法芽孢染色法死菌姬姆薩染色法負(fù)染色：莢膜染色法等細(xì)菌染色法

活菌：用美藍(lán)或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色（參見P26）（1）細(xì)菌的革蘭氏染色：將細(xì)菌分成G+和G–的一種方法革蘭氏染色與細(xì)胞壁C.Gram（革蘭）于1884年發(fā)明的一種鑒別不同類型細(xì)菌的染色方法。第一步：結(jié)晶紫初染。結(jié)晶紫使菌體著上紫色第二步：碘液酶染。碘和結(jié)晶紫形成大分子復(fù)合物，分子大，能被細(xì)胞壁阻留在細(xì)胞內(nèi)。第三步：酒精脫色。細(xì)胞壁成分和構(gòu)造不同，出現(xiàn)不同的反應(yīng)。第四步：沙黃復(fù)染，增加脫色菌與背景的反差并區(qū)別于未脫色菌。

革蘭氏染色步驟G+

菌：呈紫色Gˉ菌：呈紅色

（2）細(xì)胞壁的構(gòu)造與化學(xué)組成

G+構(gòu)造簡單：肽聚糖；磷壁酸

G–構(gòu)造復(fù)雜：肽聚糖；脂蛋白；磷脂；脂多糖（參見P39，圖3-2）1、細(xì)胞壁革蘭氏染色與細(xì)胞壁：

革蘭氏陽性和陰性細(xì)菌的比較革蘭氏陽性菌：肽聚糖層次多、厚機(jī)械抗性強(qiáng)對溶菌酶、青霉素敏感不含類脂和脂蛋白不形成內(nèi)毒素革蘭氏染色陽性1、細(xì)胞壁革蘭氏染色與細(xì)胞壁：

革蘭氏陽性和陰性細(xì)菌的比較革蘭氏陰性菌：肽聚糖層次少、薄機(jī)械抗性差對溶菌酶、青霉素不敏感類脂、脂蛋白組成外膜內(nèi)毒素革蘭氏染色陰性G＋`G－細(xì)胞壁成分的區(qū)別成分肽聚糖磷壁酸類脂質(zhì)蛋白質(zhì)占細(xì)胞壁干重的%含量很高（30-95）含量較高（<50）一般無（<2）0含量很低（5-20）0含量較高（-20）含量較高G＋

G－薄，10-15nm，較疏松細(xì)胞壁厚度厚，20－80nm，較堅韌肽聚糖層數(shù)40層左右肽聚糖交聯(lián)度交聯(lián)度高低，一般1-2層較低1）G+細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)（以金黃色葡萄球菌為例）

肽聚糖又稱粘肽、胞壁質(zhì)或粘質(zhì)復(fù)合物，是由肽聚糖單體組成的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為真細(xì)菌細(xì)胞壁中的特有成分。肽聚糖單體結(jié)構(gòu)組成③肽橋為甘氨酸的五肽，起著連接前后兩個四肽尾分子的‘橋梁’作用.目前所知的肽聚糖超過100

種，主要的變化在肽橋上。②四肽尾四個氨基酸分子按L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala交替方式連接而成①雙糖單位NAG（N－乙酰葡萄糖胺）與

NAM（N－乙酰胞壁酸）以β－1、4糖苷鍵相連溶菌酶：A.Fleming，1922年發(fā)現(xiàn)，存在于卵清、人的淚液和鼻涕、部分細(xì)菌和噬菌體內(nèi)，能有效地水解細(xì)菌肽聚糖，作用于肽聚糖骨架上的N-乙酰胞壁酸的C1與N-乙酰葡糖胺C4之間的B-1，4-糖苷鍵。1)肽聚糖2）磷壁酸的結(jié)構(gòu)：占細(xì)胞重10-50％，與培養(yǎng)基的成份有關(guān)

根據(jù)結(jié)合部位的不同為：膜磷壁酸:跨越肽聚糖層，由甘油磷酸鏈分子同磷脂共價結(jié)合而與細(xì)胞膜相交聯(lián)?？捎脽岱铀崛。蛴脽崴畯拿撝膬龈杉?xì)菌中提取。

壁磷壁酸:含量多，通過共價鍵與肽聚糖分子結(jié)合,并延伸到肽聚糖分子表面,帶有負(fù)電荷，用稀酸或稀堿可以提取。磷壁酸的功能因帶負(fù)電荷，故可與環(huán)境中的Mg＋等陽離子結(jié)合，提高這些離子的濃度，以保證細(xì)胞膜上一些合成酶維持高活性的需要。增強(qiáng)某些致病菌對宿主細(xì)胞的粘連、避免被白細(xì)胞吞噬以及抗補(bǔ)體的作用賦于革蘭氏陽性細(xì)菌以特異的表面抗原提供某些噬菌體以特異的吸附受體貯藏磷原素調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)自溶素（autolysin）的活力,防止細(xì)胞死亡2、革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁(以大腸桿菌為例)（1）結(jié)構(gòu)組成見圖肽聚糖上與革蘭氏陽性菌差別：

a、四肽尾的第三個氨基酸不是L-LyS而是M－DAP（內(nèi)消旋二氨基庚二酸）；

b、沒有肽橋，前后連接僅通過四肽尾的第四個D－Ala羥基與乙的M－DAP氨基直接相連（2）外膜：脂多糖，磷脂，膜蛋白等若干蛋白質(zhì)組成的膜LPS類脂A：為一種糖磷脂，由N-乙酰匍糖胺雙糖磷酸與多種長鏈脂肪酸組成，它是細(xì)菌內(nèi)毒素的主要成分。核心多糖：由2-酮-3-脫氧辛糖酸（KDO)、L-甘油-D-甘露庚糖、半乳糖及匍糖胺這樣一組糖類組成。它一邊通過KDO殘基連接在類脂A上，另一邊通過葡萄糖殘基與O-側(cè)鏈相連。O-側(cè)鏈（特異性多糖）：是由多糖組成的重復(fù)單位，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，位于菌體的外表面，又稱菌體抗原。由于各種革蘭氏陰性菌多糖鏈的種類、排列順序和空間構(gòu)型都不同，造成革蘭氏陰性菌的O-抗原有不同的特異性，這在傳染病的診斷中有重要意義。脂多糖↓→脂多糖MolecularmodelofE.colilipopolysaccharideChemicalstructureofLipopolysaccharide脂多糖的功能類脂A是革蘭氏陰性細(xì)菌致病物質(zhì)內(nèi)毒素的物質(zhì)基礎(chǔ)因其負(fù)電荷較強(qiáng)，故與磷壁酸相似，也有吸附鎂離子鈣離子以提高其在細(xì)胞表面濃度的作用由于LPS結(jié)構(gòu)的多變，決定了革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞表面抗原決定簇的多樣性是許多噬菌體在細(xì)胞表面的吸附受體具有控制某些物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的部分選擇性屏障功能要維持LPS結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，就必須有足夠的鈣離子存在?；|(zhì)蛋白－孔蛋白（通過孔的開閉可阻止抗生素進(jìn)入）

外壁蛋白－外側(cè)（與噬菌體的吸附或細(xì)菌素的作用有關(guān)）

脂蛋白－內(nèi)側(cè)（使外膜層牢固嵌進(jìn)肽聚糖層）外膜蛋白(outermembrraneprotein)指嵌合在LPS合磷脂層上的蛋白，有20余種?？煞譃椋?）周質(zhì)空間又稱壁膜間隙。指外膜與細(xì)胞膜之間的狹窄空間，呈膠狀。其中存在多種周質(zhì)蛋白。3、古生菌的細(xì)胞壁

除了熱原體屬無細(xì)胞壁外其余均與真細(xì)菌類似有壁：具有與真細(xì)菌類似功能的細(xì)胞壁。從化學(xué)成份看,已經(jīng)研究過的，它們沒有真正的肽聚糖，而是由多糖（假肽聚糖），糖蛋白或蛋白質(zhì)構(gòu)成。

假肽聚糖細(xì)胞壁見圖P45

由N－乙酰葡萄糖胺，N－乙酰塔羅糖胺糖醛酸以β－1、3糖苷鍵(不被溶菌酶水解)交替連接而成肽尾：為L-Glu,L-Ala,L-Lys

肽橋：L-Glu4、缺壁細(xì)菌自然界進(jìn)化及實(shí)驗室菌種的自發(fā)突變，導(dǎo)致缺壁細(xì)菌的產(chǎn)生。種類：缺壁細(xì)菌缺壁細(xì)菌-——L型細(xì)菌試驗室或宿主體內(nèi)形成人工去壁基本去盡——原生質(zhì)體部分去掉——球狀體在自然界長期進(jìn)化中形成——支原體臨床分離葡萄球菌L型葡萄球菌L型回復(fù)后細(xì)菌L型菌落類型電鏡照片大腸桿菌的原生質(zhì)體桿狀的大腸桿菌4、革蘭氏染色機(jī)制步驟：結(jié)晶紫初染，碘液酶染，乙醇或丙酮脫色（關(guān)鍵步驟），沙黃（紅色染料）復(fù)染－－－革蘭氏陽性紫紅色；革蘭氏陰性紅色。原理：與肽聚糖和脂類的含量有關(guān)G+菌：細(xì)胞壁厚，肽聚糖含量高，交聯(lián)度大，當(dāng)乙醇脫色時，肽聚糖因脫水而孔徑縮小，故結(jié)晶紫-碘復(fù)合物被阻留在細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞不能被酒精脫色，呈紫色。Gˉ菌：肽聚糖層薄，交聯(lián)松散，乙醇脫色不能使其結(jié)構(gòu)收縮，因其含脂量高,乙醇將脂溶解，縫隙加大，結(jié)晶紫-碘復(fù)合物溶出細(xì)胞壁，酒精將細(xì)胞脫色，細(xì)胞無色，沙黃復(fù)染后

呈紅色二、細(xì)胞壁以內(nèi)的構(gòu)造1、細(xì)胞質(zhì)膜是緊貼在細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)，包圍著細(xì)胞質(zhì)的一層屬柔軟，脆弱，富有彈性半透性薄膜，厚7~8nmA、組成：磷脂（占20~30％）蛋白質(zhì)（占50~70％）B、鑒別：質(zhì)壁分離，鑒別性染色或原生質(zhì)體破裂方法細(xì)胞質(zhì)膜C、結(jié)構(gòu)：1972年由辛格和尼科爾森所提出的液態(tài)鑲嵌模型即膜的主體是脂質(zhì)雙分子層其具有流動性。脂質(zhì)雙分子的疏水尾向內(nèi)親水頭向外原核和真核細(xì)胞典型的細(xì)胞膜是由脂質(zhì)雙分子層構(gòu)成，該圖顯示了磷脂分子親水端（褐色球）和疏水端（黑色）的指向。B.該圖為Bacillussubtilis細(xì)菌的細(xì)胞膜在電子顯微鏡下的彩色照片，可以看出磷脂雙分子層的鐵軌樣特征。細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)這是一個典型的單位膜!細(xì)胞膜：對所有有生命的細(xì)胞來說是必需的，對細(xì)菌亦然！維持細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定且高度有序狀態(tài)的物理屏障；細(xì)胞重要的代謝活動中心之一；磷脂膜蛋白甾醇類物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)符合經(jīng)典的“液態(tài)鑲嵌模型”理論不飽和脂肪酸的結(jié)構(gòu)和相對含量變化大（微生物生理及生態(tài)分布的多樣性）。約占細(xì)菌細(xì)胞膜的50%～70%，比任何一種生物膜都高，而且種類也多。細(xì)菌：hopanoid（藿烷類化合物）真核生物：膽固醇提高膜的穩(wěn)定性細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型：甾醇類物質(zhì)由磷脂分子形成的雙分子膜中加入甾醇類物質(zhì)可以提高膜的穩(wěn)定性真核生物細(xì)胞膜中一般含有膽固醇等甾醇，含量為5%-25%。原核生物與真核生物的最大區(qū)別就是其細(xì)胞膜中一般不含膽固醇，而是含有hopanoid（藿烷類化合物）。注意與書上P48第三段在概念上有差別！甾醇的一般結(jié)構(gòu)3）細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型：（4）甾醇類物質(zhì)hopanoid類甾醇，其作用被認(rèn)為也是穩(wěn)定細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)90%的化石燃料的前體物質(zhì)是kerogen（油原，或稱油母巖質(zhì)）Kerogen中細(xì)菌特有的hopanoid類甾醇占有很高的比例Kerogen是由于細(xì)菌的活動而形成在地下沉積物中細(xì)菌特有的hopanoid類甾醇的含量高達(dá)1011-12噸，與目前地球上存在的活的生物（livingorganisms）體內(nèi)含有的有機(jī)碳的含量總和相當(dāng)。hopanoid被認(rèn)為是地球上含量最豐富的生物分子D、細(xì)胞膜的生理功能：選擇性；維持細(xì)胞內(nèi)正常滲透壓的屏障；合成細(xì)胞壁和糖被的各種組分的地方；細(xì)胞的產(chǎn)能場所；鞭毛旋轉(zhuǎn)的供能部位細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)褶而形成的囊狀構(gòu)造，其中充滿著層狀或管狀的泡囊。一般位于細(xì)胞分裂的部位或附近。間體功能：與某些酶的分泌有關(guān)（如青霉素酶）；與DNA的復(fù)制，分配以及細(xì)胞分裂有關(guān)；類似真核細(xì)胞線粒體，為細(xì)菌提供大量能量。有學(xué)者認(rèn)為間體是一種贗象

白喉桿菌細(xì)胞膜與間體古生菌的細(xì)胞質(zhì)膜：近年研究的熱點(diǎn)具有更明顯的多樣性：

a親水頭與疏水尾通過醚鍵而不是酯鍵連接的；

b組成疏水尾的長鏈?zhǔn)钱愇於┑闹貜?fù)單位，而真細(xì)菌或真核生物中則為脂肪酸；

c存在著獨(dú)特的單分子層膜或單雙分子層混合膜；

d含有多種獨(dú)特的脂類。從而形成獨(dú)特的單分子層膜或單、雙分子層混合膜2.細(xì)胞質(zhì)(cytoplasm)和內(nèi)含物(inclusionbody)

細(xì)胞膜內(nèi)除核質(zhì)體外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)可總稱為細(xì)胞質(zhì)。其主要成分有：核糖體、貯藏物、各種酶類、中間代謝物及質(zhì)粒等,少數(shù)細(xì)菌還存在有類囊體、羧酶體、伴胞晶體或氣泡等。細(xì)胞質(zhì)內(nèi)形狀較大的顆粒狀構(gòu)造為內(nèi)含物，包括各種貯藏物和氣泡、羧酶體等。細(xì)胞質(zhì)中含有豐富的酶系，是營養(yǎng)物質(zhì)合成、轉(zhuǎn)化、代謝的場所。核糖體（ribosome)

是分散在細(xì)胞質(zhì)中的顆粒狀結(jié)構(gòu)，由核糖體核酸（占60%）和蛋白質(zhì)（占40%）組成。細(xì)菌的核糖體沉降系數(shù)為：70s，由50s大亞基和30s小亞基構(gòu)成。功能：是細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的機(jī)構(gòu)。糖原：大腸桿菌、克雷伯氏菌、藍(lán)細(xì)菌芽孢桿菌等聚－?－羥丁酸：固氮菌、產(chǎn)堿菌、腸桿菌氮源類藻青素：藍(lán)細(xì)菌含有藻青蛋白：藍(lán)細(xì)菌含有磷源（異染粒）：迂回螺菌、白喉棒桿菌和分枝桿菌含有硫源：迂回螺菌菌、白喉棒桿菌、結(jié)核分枝桿菌

儲藏物(reservematerials)碳源及能源類①聚羥基鏈烷酸（polyhydroxyalkanoate，PHB）PHA是許多細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)內(nèi)常含有的碳源類儲藏物.PHA不溶于水,易被脂溶性染料(如蘇丹黑)著色。功能:貯存碳源、能源和降低滲透壓。許多好氧菌和光合厭氧菌都含有PHA顆粒。概念：是普遍存在的貯藏物，大小為0.5—1μm

，主要成分是多聚偏磷酸鹽的聚合物，分子呈線狀，嗜堿性強(qiáng)，用美蘭染色時著色較深，呈紫紅色，與菌體其他部位不同，故稱異染粒。功能：貯存磷元素和能量，降低滲透壓。含異染粒的細(xì)菌種類:棒狀桿菌和某些芽孢桿菌等.②異染粒（metachromaticgranule）例如：PP顆粒（多聚磷酸鹽顆粒）是一類與脂類和蛋白質(zhì)相結(jié)合的多聚偏磷酸鹽，常在核酸合成受阻時產(chǎn)生并積累。通常存在于藍(lán)細(xì)菌中，是一種內(nèi)源性氮源儲藏物，同時還兼有儲存能源的作用。在富含H2S的環(huán)境下產(chǎn)生。③藻青素（cyanophycin）磁小體(megnetosome)1975年RPBlakemore在趨磁細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)主要成分是Fe3O4

，外被一層磷脂、蛋白或糖蛋白膜,是單磁疇晶體,無毒,大小20—100nm,每個細(xì)胞有2—20顆形狀為平截八面體、平行六面體或六棱柱體等功能為導(dǎo)向作用，即借助鞭毛游向泥、水界面微氧環(huán)境處生活實(shí)用前景：生產(chǎn)磁性定向藥物或抗體，以及制造生物傳感器

在20世紀(jì)70年代，一位美國博士生在研究細(xì)菌時偶然觀測到一種水生細(xì)菌總是朝北方和一定深度的水下游動。這種細(xì)菌后來被稱為磁性細(xì)菌或稱向磁性細(xì)菌。這種磁性細(xì)菌在北半球是沿著地球磁場方向朝北和水下游動，而在南半球卻是逆著地球磁場方向朝南和水下游動，但在赤道附近則既有朝北游動的，也有朝南游動的。在這種長條形細(xì)菌體中，沿長條軸線排列著大約20顆細(xì)黑粒，這些細(xì)黑粒是直徑約50納米的強(qiáng)磁性Fe3O4。觀察、實(shí)驗和研究表明，磁性細(xì)菌所表現(xiàn)的沿地球磁場游動的特性是同細(xì)菌體內(nèi)所含的強(qiáng)磁性Fe3O4（也可稱為鐵的鐵氧體）分不開的。為什么這些強(qiáng)磁性鐵氧體顆粒的直徑總是在50納米左右，而不是更粗或者更細(xì)的顆粒？為什么這些磁性細(xì)菌在地球北半球和南半球的游動方向會分別向北和向南？目前的研究是這樣說明的：這種強(qiáng)磁性鐵氧體（Fe3O4）顆粒在50納米附近正好形成單磁疇結(jié)構(gòu)，可得到最佳的強(qiáng)磁性。如果顆粒太粗，會形成多磁疇結(jié)構(gòu)，而如果顆粒太細(xì)，又會產(chǎn)生超順磁性，都會使其強(qiáng)磁性減弱。這種磁性細(xì)菌在地球北半球和南半球的游動方向分別向北和向南，是因為這種磁性細(xì)菌是一種厭氧性細(xì)菌，這樣沿地球磁場游動都正好離開海洋表面而游向少氧的海面下，而且在這樣海面下也正是養(yǎng)料較為豐富的區(qū)域。不過這些解釋是還需要進(jìn)一步的觀察、實(shí)驗和研究的。羧酶體（carboxysome）存在于一些自養(yǎng)細(xì)菌內(nèi)的多角形或六角形內(nèi)含物大小約10nm（與噬菌體相仿）內(nèi)含1，5—二磷酸核酮糖羧化酶在自養(yǎng)細(xì)菌的CO2固定中起關(guān)鍵作用氣泡

由蛋白質(zhì)膜構(gòu)成的充滿氣體的泡狀物。有些細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中含有幾個或多個氣泡。常見于光合細(xì)菌和水生細(xì)菌。氣泡的功能：■調(diào)節(jié)細(xì)胞比重，加大菌體的浮力,借氣泡漂浮能力，以使其漂浮在合適的水層中，使無鞭毛菌在合適的環(huán)境中生長?！鰵馀菸湛諝?，空氣中的氧氣可供代謝需要。例：許多光合細(xì)菌和水生細(xì)菌、鹽桿菌常含有氣泡。3核區(qū)（nuclearregionorarea）又稱核質(zhì)體、原核、擬核、核基因組。指原核生物所特有的無核膜結(jié)構(gòu)、無固定形態(tài)的原始細(xì)胞核。由大型環(huán)狀雙鏈DNA纖絲不規(guī)則地折疊或纏繞而構(gòu)成的無核膜、核仁的區(qū)域。細(xì)菌DNA：長度：一般為：0.25—3mm例：大腸桿菌的DNA長約1mm。

生長迅速的細(xì)菌在核分裂之后細(xì)胞往往來不及分裂,所以細(xì)胞中常有2—4個核，而生長緩慢的細(xì)菌細(xì)胞中一般只有1—2個核，不在染色體復(fù)制時期一般是單倍體。功能：負(fù)載遺傳信息。ExamplesofnucleoidstructureanddistributioninSulfolobuscells.

電鏡下觀察到的從E.coli.細(xì)胞內(nèi)釋放出的獨(dú)立擬核3、核區(qū)

研究熱點(diǎn)：核區(qū)是細(xì)菌負(fù)載遺傳信息的主要物質(zhì)基礎(chǔ)外，核區(qū)上是否有蛋白質(zhì)的存在？

概念：某些細(xì)菌在其生長發(fā)育后期，在細(xì)胞內(nèi)形成一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強(qiáng)的休眠體。芽胞成熟后可自行從芽孢囊中釋放出來。因芽孢的形成都是在細(xì)胞內(nèi)，故又稱內(nèi)生孢子。4特殊的休眠構(gòu)造－芽孢（endospore)芽孢芽孢囊芽孢的形狀、位置、大小芽孢的形狀、位置、大小是細(xì)菌分類的形態(tài)特征之一。它們一般呈現(xiàn)卵圓形、或圓柱形、多位于菌體中央。通常不大于菌體寬度。★1、對高溫、干燥、輻射、化學(xué)藥物有強(qiáng)大的抵抗力?！?、含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易著色，折光性強(qiáng)?！?、芽胞內(nèi)新陳代謝幾乎停止，處于休眠狀態(tài)，但保持潛在萌發(fā)力?！?、一個芽孢萌發(fā)只產(chǎn)生一個營養(yǎng)狀態(tài)的細(xì)胞，故芽孢無繁殖能力?！?、芽孢的本質(zhì)：即不是細(xì)菌生活周期的必經(jīng)階段，也不是細(xì)菌繁殖的一種形式，又不是對環(huán)境的消極反應(yīng)，而是一種生命形式，一種獨(dú)立的休眠體。芽孢的特性產(chǎn)生芽孢的主要幾個屬：(Bacillus)芽孢桿菌屬(Clostridium)梭狀芽孢桿菌屬(Sporosarcina)芽孢八疊球菌屬產(chǎn)芽孢的細(xì)菌種類spores枯草芽孢桿菌在桿菌中能形成芽孢的種類較多，在球菌和螺旋菌中只有少數(shù)菌種可形成芽孢。細(xì)菌芽孢構(gòu)造的模式圖孢外壁芽孢衣

皮層芽孢質(zhì)芽孢核區(qū)芽孢膜芽孢壁核心芽孢的外壁層厚而致密，主要成分為脂蛋白，通透性差,不易著色。核心含有大量的DNA、RNA、蛋白質(zhì)酶等物質(zhì)，還含有2,6—吡啶二羧酸（DPA）,DPA是芽孢特有的成分。一般以DPA—Ca的形式存在。皮層主要含芽孢肽聚糖、DPA—Ca，皮層體積大，比較致密。芽孢平均含水量低,約40%.芽孢的組成和結(jié)構(gòu)芽孢有多層結(jié)構(gòu)，主要包括孢外壁、芽孢衣、皮層和核心。核心皮層芽孢衣孢外壁芽孢的顯微照片芽孢的形成過程質(zhì)膜內(nèi)陷前芽孢雙層膜形成合成DPA皮層合成芽孢裂解DNA濃縮形成束狀孢衣合成具有抗輻射能力吸收大量鈣離子，形成DPA－Ca的復(fù)合物，形成原皮層，折光率提高出現(xiàn)抗熱性活化方法：熱處理，低PH，強(qiáng)氧化劑使得芽孢的透性增加，促進(jìn)與發(fā)芽有關(guān)的蛋白酶的活動，促使芽孢萌發(fā)。芽孢的萌發(fā)活化－出芽－生長芽孢耐熱機(jī)制

（1）皮層膨脹滲透調(diào)節(jié)學(xué)說：芽孢衣對多價陽離子的滲透性很差和皮層的離子強(qiáng)度很高造成皮層滲透膨脹核心高度失水，所以耐熱。（2）與其高濃度的DPA，以及含水量有關(guān)；與其所含的一些酶有關(guān)，這些酶并不抗熱，只是在芽孢中與一些物質(zhì)結(jié)合后才有了抗熱性；Ca2+、Mg2+和Mn2+含量有關(guān)（增進(jìn)了酶的抗熱性與穩(wěn)定性。伴胞晶體（parasporalcrystal）少數(shù)芽孢桿菌，如Bacillusthuringiensis（蘇云金芽孢桿菌）在形成芽孢的同時，會在芽孢旁形成一個菱形或雙錐形的堿溶性蛋白晶體（即δ內(nèi)毒素）稱為伴胞晶體。它的干重可達(dá)芽孢囊的約30%，由18種氨基酸組成，大小約0.6＊2.0μm。伴胞晶體對200多種昆蟲尤其是鱗翅目昆蟲的幼蟲有毒殺作用，因此可以用做生物農(nóng)藥。蘇云金芽孢桿菌和伴孢晶體Bt生物殺蟲劑的研究與應(yīng)用：1、液體或固體發(fā)酵生產(chǎn)菌體在農(nóng)田直接施用；2、將毒蛋白克隆到植物中構(gòu)建基因工程抗蟲作物；3、研究如何提高Bt殺蟲劑的生產(chǎn)與應(yīng)用水平楚天都市報（2001-9-14）Bt生物殺蟲劑的生產(chǎn)和應(yīng)用中存在的相關(guān)問題：噬菌體感染嚴(yán)重影響發(fā)酵生產(chǎn)的正常進(jìn)行；Bt殺蟲劑在野外大規(guī)模使用時，日光的紫外線破壞其殺蟲晶體蛋白，顯著影晌殺蟲效果。有資料表明，將Bt制劑在模擬陽光下暴露24小時便會導(dǎo)致大量失活，因此，如何延長Bt制劑的持效性已成為進(jìn)一步提高該制劑實(shí)際應(yīng)用效果的關(guān)鍵問題之一。黑色素具有防紫外線，抗噬菌感染的特性，將細(xì)菌產(chǎn)生的黑色素用于Bt殺蟲劑的生產(chǎn)和應(yīng)用，或直接構(gòu)建能自身產(chǎn)生黑色素的Bt工程菌株，將嗜麥芽假單胞菌（Pseudomonasmaltophilia）的酪氨酸酶基因用重組DNA技術(shù)轉(zhuǎn)入E.coliHB101中，獲得產(chǎn)黑色素的基因工程WY8菌；對其產(chǎn)黑色素的發(fā)酵條件進(jìn)行了研究，在添加酪氨酸的液體ＬＢ培養(yǎng)基中的黑色素產(chǎn)量達(dá)到1.66mg/mL，產(chǎn)率是基因來源菌的５倍；產(chǎn)黑色素高產(chǎn)工程菌株的構(gòu)建為黑色素的生產(chǎn)和應(yīng)用，及進(jìn)一步構(gòu)建高效表達(dá)黑色素的Bt工程菌株打下了良好的基礎(chǔ)。2024/11/290研究芽孢的意義1、分類鑒定2、保存菌種3、分離菌種4、生物殺蟲5、滅菌標(biāo)準(zhǔn)細(xì)菌的其他休眠構(gòu)造細(xì)菌的休眠構(gòu)造除上述芽孢外，還有孢囊、粘液孢子的、蛭孢囊和外生孢子等。孢囊也是在逆境中產(chǎn)生的休眠體。和芽孢一樣沒有繁殖功能。在適宜外界條件下，可發(fā)芽和重新進(jìn)行營養(yǎng)生長。項目

芽孢

孢囊

形成方式外壁層次外壁成分抗性貯藏物代表菌

細(xì)胞內(nèi)濃縮并外包多（4～10余層）蛋白質(zhì)、肽聚糖（近G＋菌）抗熱、輻射及藥物等無特殊貯藏物芽孢桿菌屬、梭菌屬細(xì)胞壁外層加厚少（3層左右）磷脂、脂多糖（近G－菌）抗干旱為主，不抗熱聚―?―羥丁酸（PHB）固氮菌屬芽孢與孢囊的比較三.細(xì)胞壁以外的構(gòu)造糖被（glycocalyx）鞭毛

(flage,復(fù)flagella)菌毛（fimbria,復(fù)fimbriae）性毛（pili,單數(shù)pilus）鞭毛菌毛性毛糖被3.1糖被(glycocalyx)根據(jù)糖被的形狀和厚度的不同，可分為四類：(大）莢膜：粘液狀物質(zhì)具有一定外形，相對穩(wěn)定地附著在細(xì)胞壁外，厚度：＞0.2μm。微莢膜（microcopsule)：粘液狀物質(zhì)較薄，厚度：＜

0.2μm與細(xì)胞表面牢固結(jié)合。粘液層(slimelayer)：粘液物質(zhì)沒有明顯的邊緣，比莢膜松散,可向周圍環(huán)境中擴(kuò)散,增大黏性。菌膠團(tuán)(zoogloea):包裹在細(xì)胞群體上的膠狀物質(zhì)。

包被于某些細(xì)菌細(xì)胞壁外的一層厚度不定的粘液性膠狀物質(zhì)。莢膜成分多糖純多糖雜多糖多肽和多糖蛋白質(zhì)葡聚糖纖維素果聚糖……多肽海藻酸透明質(zhì)酸……聚-D-谷氨酸……糖被成份：多糖，多肽或蛋白質(zhì)，水。（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)6、細(xì)菌細(xì)胞壁以外的構(gòu)造———

糖被（glycocalyx）2）特點(diǎn)（詳見P57-58）（1）主要成分是多糖、多肽或蛋白質(zhì)，尤以多糖居多。經(jīng)特殊的莢膜染色，特別是負(fù)染色（又稱背景染色）后可在光學(xué)顯微鏡清楚地觀察到它的存在。2024/11/298（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)6、細(xì)菌細(xì)胞壁以外的構(gòu)造———

糖被（glycocalyx）2）特點(diǎn)（詳見P57-58）（1）主要成分是多糖、多肽或蛋白質(zhì)，尤以多糖居多。經(jīng)特殊的莢膜染色，特別是負(fù)染色（又稱背景染色）后可在光學(xué)顯微鏡清楚地觀察到它的存在。（2）產(chǎn)生糖被是微生物的一種遺傳特性，其菌落特征及血清學(xué)反應(yīng)是是細(xì)菌分類鑒定的指標(biāo)之一。（3）莢膜等并非細(xì)胞生活的必要結(jié)構(gòu)，但它對細(xì)菌在環(huán)境中的生存有利。（詳見P57倒數(shù)第1-58第1段）（4）細(xì)菌糖被與人類的科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐有密切的關(guān)系。

（詳見P58第二大段）莢膜的觀察熒光顯微鏡負(fù)染色特殊染色熒光顯微鏡下的莢膜莢膜功能保護(hù)作用貯藏養(yǎng)料堆積代謝廢物附著作用保護(hù)細(xì)菌免受干旱損壞防止噬菌體的吸附和裂解使致病菌免受突破宿主白細(xì)胞吞噬作為透性屏障或離子交換系介質(zhì)細(xì)菌間的信息識別作用為主要表面抗原（K抗原），是有些病原菌的毒力因子莢膜與菌落形態(tài)光滑（Smooth,S-)型菌落——產(chǎn)莢膜的細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上形成的菌落表面濕潤、有光澤、呈粘液狀，稱S-型菌落。粗糙（Rough,R-)型菌落——不產(chǎn)莢膜的細(xì)菌形成的菌落表面干燥、粗糙、稱R-型菌落。莢膜的形成條件(1)莢膜的形成是微生物的遺傳特征之一，是“種”的特征。但不是細(xì)菌的必要結(jié)構(gòu)，失去莢膜的菌株照樣能夠生活。(2)莢膜的形成與組成明顯受培養(yǎng)基成分和培養(yǎng)條件的影響（與環(huán)境密切相關(guān)）。如腸膜明串珠菌(Leuconostomesenterondes)以蔗糖為碳源時合成葡聚糖成分的莢膜。莢膜與生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系應(yīng)用：莢膜也可以成為有價值的材料。如：Leucomostocmesenteroides的葡聚糖莢膜已用于生產(chǎn)代血漿的主要成分——右旋糖酐和葡聚糖凝膠制劑；從野菜黃單胞菌（Xanthomonascampestris）莢膜提取黃原膠，它是優(yōu)良的食品添加劑，又是石油開采中優(yōu)良的壓漿劑；用產(chǎn)菌膠團(tuán)的菌進(jìn)行污水處理等；通過莢膜的血清學(xué)反應(yīng)進(jìn)行細(xì)菌鑒定（莢膜膨脹試驗）。危害：食品變質(zhì)發(fā)粘；增強(qiáng)致病力；造成嚴(yán)重齲齒等。2、鞭毛定義：是一端連于細(xì)胞膜，一端游離的細(xì)長的波形纖絲狀物，具有運(yùn)動的功能?；【?，螺菌，假單胞菌和極少數(shù)球菌有。著生方式：一端單毛菌；一端叢毛菌；兩端鞭毛菌；周毛菌觀察方法：電子顯微鏡；染色；懸滴法觀察；培養(yǎng)基觀察3.2鞭毛（flagellum）概念：生長在某些細(xì)菌體表的長絲狀蛋白質(zhì)附屬物，稱為鞭毛，其數(shù)目為一至數(shù)條，具有運(yùn)動功能。鞭毛的長度：一般為15—20μm，最長可達(dá)70μm鞭毛的直徑：為0.01—0.02μm電鏡特殊鞭毛染色，在光學(xué)顯微鏡下觀察暗視野顯微鏡半固體穿刺培養(yǎng)從固體培養(yǎng)基上的菌落形態(tài)判斷一般情況下：菌落形狀大，薄且不規(guī)則，邊緣極不平整，可能有鞭毛。菌落十分圓滑，邊緣平整且相對較厚，可能沒有鞭毛。鞭毛的觀察鞭毛的著生方式周生

鞭毛的有無和著生方式具有十分重要的分類學(xué)意義單端鞭毛端生叢毛兩端生鞭毛周生鞭毛鞭毛的結(jié)構(gòu)由鞭毛絲．鞭毛鉤．基體三部分組成：鞭毛絲：由直徑4.5nm的鞭毛蛋白亞基沿央孔道（直徑為20nm）螺旋狀纏繞而成。鞭毛鉤：又稱鉤形鞘，是連接鞭毛絲和基體的一個彎曲筒狀部分，由蛋白質(zhì)亞基組成。G–菌：L環(huán)、P環(huán)、S環(huán)、M環(huán)G+菌：S環(huán)，M環(huán)基體：由若干個盤狀物即環(huán)組成。鞭毛絲S-M環(huán)L環(huán)P環(huán)鞭毛桿鉤形鞘外壁層肽聚糖層周質(zhì)空間G－細(xì)菌鞭毛模式結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜Fli蛋白Mot蛋白2024/11/2112（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)7、細(xì)菌細(xì)胞壁以外的構(gòu)造———

鞭毛(flagellum,復(fù)flagella)3）鞭毛的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動機(jī)制（參見P59）If,indeed,Yonekuraandcolleaguesarecorrect,then"actionatadistance”--theassemblyofastructureatalocationfarawayfromthebacterialcell--isamuchmoresophisticatedprocessthananyofuscouldeverhaveenvisaged.

-----------RobertM.Macnab這個遠(yuǎn)離細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)的裝配過程“是一個比我們?nèi)魏稳艘郧八胂蟮亩家鼜?fù)雜的過程”。（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)鞭毛(flagellum,復(fù)flagella)觀察和判斷細(xì)菌鞭毛的方法（參見P59第二大段）電子顯微鏡直接觀察鞭毛長度：15～20μm；直徑：0.01～0.02μm光學(xué)顯微鏡下觀察：鞭毛染色顯微鏡下判斷：細(xì)菌的運(yùn)動性培養(yǎng)特征判斷：半固體穿刺、菌落（菌苔）形態(tài)鞭毛起源于細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)側(cè)的基粒。細(xì)胞質(zhì)區(qū)內(nèi)有一個顆粒狀小體，此小體為基粒，鞭毛自基粒長出穿過細(xì)胞壁延伸到細(xì)胞外部。鞭毛的化學(xué)組成：主要由鞭毛蛋白構(gòu)成，還含有少量的多糖、脂類和核酸等。鞭毛蛋白，3萬－6萬Dolton，不同種由不同球蛋白分子亞基構(gòu)成。鞭毛運(yùn)動與細(xì)菌的趨避性運(yùn)動趨避性運(yùn)動化學(xué)趨避性運(yùn)動氧趨避性運(yùn)動光趨避性運(yùn)動（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)鞭毛(flagellum,復(fù)flagella)問題1：鞭毛如何運(yùn)動？鞭毛是如此的細(xì)小，根本無法對其運(yùn)動情況進(jìn)行直接觀察?。ㄈ┘?xì)胞的結(jié)構(gòu)鞭毛(flagellum,復(fù)flagella)3）鞭毛運(yùn)動機(jī)制（參見P60）鞭毛運(yùn)動機(jī)制：“旋轉(zhuǎn)論”（rotationtheory）

“揮鞭論”（bendingtheory）西佛曼（M.Silverman）和西蒙（M.Simon）的“拴菌”試驗(tethered-cellexperiment)（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)鞭毛(flagellum,復(fù)flagella)3）鞭毛運(yùn)動機(jī)制有關(guān)鞭毛運(yùn)動的機(jī)制曾有過“旋轉(zhuǎn)論”（rotationtheory）和“揮鞭論”（bendingtheory）的爭議。1974年，美國學(xué)者西佛曼（M.Silverman）和西蒙（M.Simon）曾設(shè)計了一個“拴菌”試驗(tethered-cellexperiment)，設(shè)法把單毛菌鞭毛的游離端用相應(yīng)抗體牢牢“拴”在載玻片上，然后在光學(xué)顯微鏡下觀察細(xì)胞的行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該菌是在載玻片上不斷打轉(zhuǎn)（而非伸縮揮動），從而肯定了“旋轉(zhuǎn)論”是正確的。（見P60第一段）鞭毛推動細(xì)菌運(yùn)動的特點(diǎn)（3）細(xì)菌的趨避運(yùn)動鞭毛的功能是運(yùn)動，這是原核生物實(shí)現(xiàn)其趨性（taxis）即趨向性的最有效方式。（參見P60）化學(xué)趨避運(yùn)動或趨化作用（chemotaxis）：細(xì)菌對某化學(xué)物質(zhì)敏感，通過運(yùn)動聚集于該物質(zhì)的高濃度區(qū)域或低濃度區(qū)域。（3）細(xì)菌的趨避運(yùn)動化學(xué)趨避運(yùn)動或趨化作用（chemotaxis）：細(xì)菌對某化學(xué)物質(zhì)敏感，通過運(yùn)動聚集于該物質(zhì)的高濃度區(qū)域或低濃度區(qū)域。2024/11/2121無化學(xué)梯度：進(jìn)行隨機(jī)運(yùn)動存在引誘劑濃度梯度中：朝著濃度升高的方向前進(jìn)時翻滾的頻率降低（或運(yùn)動的時間更長），而在朝著濃度低的方向移動時仍以正常頻率進(jìn)行翻滾、轉(zhuǎn)向，其結(jié)果是使細(xì)菌沿著濃度高的方向運(yùn)動?；瘜W(xué)物質(zhì)濃度的暫時變化也決定著細(xì)菌的行為：細(xì)菌可把其所處當(dāng)前環(huán)境與瞬間前的進(jìn)行對比，如果引誘劑濃度升高了，則翻滾減少、運(yùn)動時間變長。對驅(qū)避劑的反應(yīng)則相反，沿著濃度降低的方向離開驅(qū)避劑時，翻滾發(fā)生的頻率降低（運(yùn)動時間延長）?；瘜W(xué)趨避運(yùn)動或趨化作用（chemotaxis）：細(xì)菌對某化學(xué)物質(zhì)敏感，通過運(yùn)動聚集于該物質(zhì)的高濃度區(qū)域或低濃度區(qū)域。4）鞭毛推動細(xì)菌運(yùn)動的特點(diǎn)問題2：如何觀察鞭毛在運(yùn)動中的旋轉(zhuǎn)方向？細(xì)菌以推進(jìn)方式做直線運(yùn)動（逆時針方向旋轉(zhuǎn)）以翻騰形式做短促轉(zhuǎn)向運(yùn)動（順時針方向旋轉(zhuǎn)）實(shí)現(xiàn)趨向性把聚苯乙烯膠乳珠黏附在鞭毛上，觀察細(xì)菌運(yùn)動時該膠乳珠繞著鞭毛軸進(jìn)行的轉(zhuǎn)動。3.3菌毛（fimbria,復(fù)fimbriae）概念：又稱纖毛、傘毛、線毛或須毛等，是一種長在細(xì)菌體表的纖細(xì)、中空、短直、數(shù)量較多的蛋白質(zhì)類附屬物，具有使菌體附著在物體表面的功能。纖毛比鞭毛更短、更細(xì)，且又直又硬。數(shù)量很多，不具有運(yùn)動功能，但與菌的致病性．吸附等有關(guān)。

項目

鞭毛

菌毛成分大小結(jié)構(gòu)數(shù)目功能著生處菌種鞭毛蛋白0.01～0.02×2～70um一般由3股鞭毛蛋白鏈緊密絞1