细菌细胞的构造与功能.ppt

第一章 原核生物的 形态、构造与功能,观察方法：,质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察；,原生质体破裂；,超薄切片电镜观察；,二、细菌细胞的构造与功能,（二）细胞膜（cell membrane）,细胞膜是如何被发现的?,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。,1959年，J.D.Robertson发展了三明治模型，提出了单位膜模型（unit membrane model），并推断所有的生物膜都由蛋白质-脂质-蛋白质的单位膜构成，这一模型得到了X射线衍射分析和电镜观察结果的支持。电镜超薄切片中细胞膜显示的两侧暗色带推测是蛋白质，中间亮带推测是脂双层分子。,（二）细胞膜（cell membrane）,1. 化学组成: 磷脂(20%-30%)和蛋白质,R基:磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰肌醇等。,（1）磷脂,（1）磷脂,在生理温度下，脂肪酸末端排列成有序的晶态。,不饱和脂肪酸双键可导致膜结构变形（流动）。,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。,（2）甾醇类物质,真核生物细胞膜中一般有甾醇，含量占膜中脂质的5%-25%。,原核生物细胞膜中一般不含甾醇（支原体例外）。而某些细菌的细胞膜中，含有与固醇类似的五环分子称为类何帕烷（藿烷类化合物，hopanoid），起稳定细胞膜的作用。,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,(3) 膜蛋白,约占细菌细胞膜的75%，比任何一种生物膜都高，而且种类多。-细胞膜是重要的代谢活动中心。,(3) 膜蛋白,根据作用 功能蛋白：担负生理机能 （转运蛋白、电子传递蛋白、 ATP合成酶 合成细胞壁及糖被的酶） 结构蛋白：维持膜结构,根据分布 整合蛋白（integral protein）或内嵌蛋白（intrinsic ) 周边蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白(extrinsic ),2. 膜的结构模型,液态镶嵌模型(fluid mosaic model),膜的主体是磷脂双分子层；,磷脂双分子层具有流动性；,整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层 的疏水性内层中；,周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与磷脂 双分子层表面的极性头相连；,磷脂分子间或磷脂与蛋白质分子间无共价结合；,磷脂双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮” 运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。,1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）提出,.细胞膜的生理功能,物质运输，选择性地控制营养物质和代谢产物的运送；,渗透屏障，维持细胞内正常的渗透压；,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；,鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位,（二）细胞的结构,细胞质膜内褶而形成的泡囊状、管状或层状的构造。 多见于革兰氏阳性细菌。,“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像,二、细菌细胞的构造与功能,（三）内膜系统,1. 间体（mesosome）：,间体与青霉素酶分泌、DNA复制、分配及细胞分裂（横隔壁形成）有关。,（三）内膜系统,（2）载色体和类囊体,绿硫菌科光合细菌的细胞质中，充满以分散状态存在的一系列单层膜组成的囊泡； 红硫菌科光合细菌的细胞膜内陷延伸或折叠形成发达的片层状、管状或囊状系统； 都是光合细菌进行光合作用的场所,蓝细菌细胞中的类囊体，也是一种内膜系统，含有叶绿素等光合色素和电子传递组分，也是光合作用的场所。,二、细菌细胞的构造与功能,（）羧酶体(carboxysome),（三）内膜系统,一些自养细菌（蓝细菌、硝化 细菌和硫杆菌）细胞内由单层膜 围成的多角形或六角形内含物,内含1，5-二磷酸核酮糖羧化酶（卡尔文循环的关键酶） 作用：自养细菌固定CO2场所,二、细菌细胞的构造与功能,（四）细胞质及其内含物,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%。,（四）细胞质及其内含物,1. 核糖体（ribosome）,2. 气泡（gas vocuoles）,气泡的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。,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,3. 内含物,各种有机或无机物质的颗粒，主要功能是贮存（碳化合物、无机物和能源），也可将分子连接为特定形式降低渗透压。,糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等 碳源及能源类 聚-羟丁酸（PHB）：固氮菌、产碱菌和肠杆菌等 硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等 贮藏物 氮源类 藻青素：蓝细菌 藻青蛋白：蓝细菌 磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌,(1) 聚-羟丁酸 ( poly-hydroxybutyrate, PHB),细菌特有的一种类脂性质的 A. 碳源和能源类贮藏物； B. 维持胞内中性环境； C. 降低胞内渗透压。,巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）在含乙酸或丁酸的培养基中生长时，细胞内贮藏的PHB可达其干重的60%。,它无毒、可塑、易降解， 被认为是生产医用塑料、 生物降解塑料的良好原料。,（2） 多糖类贮藏物,在真细菌中以糖原为多 糖原粒较小，不染色需用电镜观察， 用碘液染成红棕色，可在光学显微镜下看到。,有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。,(3) 异染粒(metachromatic granules)，又称迂回体或捩转菌素,用兰色染料染色后呈红紫色 组成：无机偏磷酸的聚合物（一般在含磷丰富的环境下形成。） 功能：磷源和能量 可降低胞内渗透压,(4) 硫粒（sulfur globules）,很多光合细菌（紫硫细菌、紫色细菌、绿色细菌和蓝细菌）， 在进行产能代谢或生物合 成时，常涉及对还原性的 硫化物（H2S，硫代硫酸 盐等）的氧化，所产生的 折光性很强的硫粒，可在 周质空间或细胞质中积累。 功能： 硫元素储藏物 参与产能代谢和生物合成,(5) 藻青素（cyanophycin）,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。,由含精氨酸和天冬氨酸残基（1:1）的分枝多肽所构成，相对分子质量在25000125000。,(5) 磁小体(megnetosome),趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的Fe3O4颗粒，外有一层膜包裹。存在：少数水生螺菌属等,功能：导向作用。即借鞭毛游向对该菌最有利的泥、水界面微氧环境处生活。 实用前景：生产磁性定向药物或抗体， 制造生物传感器等。,微生物内含物（储藏物）的特点及生理功能：,不同微生物其储藏性内含物不同,微生物合理利用营养物质的一种调节方式,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。,储藏物在细菌细胞中大量积累，还可以被人们利用。,例如厌气性梭状芽孢杆菌只含PHB，大肠杆菌只储藏糖原，但有些光和细菌二者兼有。,当环境中缺乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内含物，甚至达到细胞干重的50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时，这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应。