第2章微生物3-2013

食品微生物学刘书亮1、 概 念2、观察方法3、 成分与结构 4、 功 能 5、 间体 （二）细胞膜Membrane2、 细胞膜1）概念：细胞膜（ cell membrane）又称细胞质膜（cytoplasmic membrane）、质膜（ plasma 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 8nm。蛋白质（ 50% 70%）磷脂（ 20% 30% ）多糖（ 1.5% 10% ）组成（二）细胞的结构2、 细胞膜2）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；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。2、 细胞膜3）细胞膜的化学组成与结构模型：（ 1）磷脂亲水的极性端疏水的非极性端1233）细胞膜的化学组成与结构模型：（ 1）磷脂 在极性头的甘油 3C上，不同种微生物具有不同的 R基，如磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸或磷脂酰肌醇等。非极性尾则由长链脂肪酸通过酯键连接在甘油的 C1和 C2位上组成，其链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异。通常生长温度要通常生长温度要求越高的种，其求越高的种，其饱和度也越高，饱和度也越高，反之则低。反之则低。有效控制物质通透屏障3）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 （ peripheral protein） 或膜外蛋白 (extrinsic protein)膜蛋白约占细菌细胞膜的 50% 70% ，比任何一种生物膜都高，而且种类也多。 -细胞膜是一个重要的代谢活动中心。水溶水不溶3）细胞膜的化学组成与结构模型：（ 3）液态镶嵌模型 (fluid mosaic model)Diagram of the structure of cytoplasmic membrane3）细胞膜的化学组成与结构模型：（ 3）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 ，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脂质双分子层表面的极性头相连； 脂质分子间或脂质与蛋白质分子间 无共价结合 ； 脂质双分子层犹如一 “ 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）2、 细胞膜4）细胞膜的生理功能： 物质运输物质运输 ，细胞内、外物质交换的主要屏障和介质；，细胞内、外物质交换的主要屏障和介质； 渗透屏障渗透屏障 ，维持细胞内正常的渗透压；，维持细胞内正常的渗透压； 合成合成 细胞壁和糖被的细胞壁和糖被的 重要基地重要基地 ； 是细胞的是细胞的 产能场所产能场所 ； 鞭毛基体鞭毛基体 的着生部位和鞭毛旋转的供能部位的着生部位和鞭毛旋转的供能部位（二）细胞的结构2、 细胞膜5）间体（ mesosome， 或中体）：青霉素酶分泌、 DNA复制、分配以及细胞分裂有关“间体 ”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像细胞质膜内褶而形成的泡囊状、管状或层状的构造。多见于 G+细菌。食品微生物学刘书亮1、概念 ； 2、细胞质的主要成分3、核糖体 ； 4、内含物（三）细胞质及内含物主要成分为 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、磁小体或伴孢晶体等。3、 细胞质和内含物1）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% 。3、 细胞质和内含物2）核糖体（ ribosome）：核蛋白体由一个小的亚基和一个大的亚基组成，核糖体的亚基是由蛋白质和 RNAs组成的复合物，是细胞中 合成蛋白质 的场所。原核细胞中的核糖体，尽管在形状上和功能上与真核细胞相似，但是组建核糖体亚基的蛋白质和 RNAs性质上有差别。50S ： 23S rRNA+5S rRNA +32种蛋白质30S ： 16S rRNA+21种蛋白质70S核糖体数量与细菌生长速率成正相关。3、 细胞质和内含物3）颗粒状贮藏物 (reserve materials)：各种有机或无机物质的颗粒，主要功能是 贮存贮存 （碳化合物、无机物和能源），也可将分子连接为特定形式 降低渗透压降低渗透压 。糖原和淀粉粒：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌等糖原和淀粉粒：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌等碳源及能源类碳源及能源类 聚聚 -羟丁酸（羟丁酸（ PHB）：）： 固氮菌、产碱菌和肠杆菌等固氮菌、产碱菌和肠杆菌等硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等贮藏物贮藏物 氮源类氮源类 藻青素：蓝细菌藻青素：蓝细菌藻青蛋白：蓝细菌藻青蛋白：蓝细菌磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌 聚聚 -羟丁酸羟丁酸 ( 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（巨大芽孢杆菌（ Bacillus megaterium）在含乙酸或丁酸的培养基中生长时，细在含乙酸或丁酸的培养基中生长时，细胞内贮藏的胞内贮藏的 PHB可达其干重的可达其干重的 60% 。它无毒、可塑、易降解，它无毒、可塑、易降解，被认为是生产医用塑料、被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。生物降解塑料的良好原料。 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，用碘液染成褐色，可在光学显微镜下看到。糖原粒淀粉粒有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。 异染粒 (metachromatic granules)颗粒大小为 0.5 1.0m ， 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。在暗视野显微镜下看到的迂回螺菌 (Spirillum volutans)异染粒（迂回体） 藻青素（ cyanophycin）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。由含精氨酸和天冬氨酸残基（ 1:1）的分枝多肽所构成，分子量在 25000 125000。 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微生物内含物（储藏物）的特点及生理功能：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。储藏物在细菌细胞中大量积累，还可以被人们利用。例如厌气性梭状芽例如厌气性梭状芽孢杆菌只含孢杆菌只含 PHB，大，大肠杆菌只储藏糖原肠杆菌只储藏糖原，但有些光和细菌，但有些光和细菌二者兼有。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，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。时，这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应。例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚 - 羟丁酸（羟丁酸（ PHB）就成为中性脂）就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。3）磁小体）磁小体 (megnetosome)趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的目不等的 Fe3O4颗粒，外有一层膜包裹。颗粒，外有一层膜包裹。存在：少数水生螺菌属等存在：少数水生螺菌属等功能：功能： 导向作用。导向作用。 即借鞭即借鞭毛游向对该菌最有利的泥毛游向对该菌最有利的泥、水界面微氧环境处生活、水界面微氧环境处生活。实用前景：实用前景： 生产磁性定向生产磁性定向药物或抗体，药物或抗体， 制造生物制造生物传感器等。传感器等。3、 细胞质和内含物（三）细胞的结构3、 细胞质和内含物4）羧酶体 (carboxysome) 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。3、 细胞质和内含物5）气泡（ gas vocuoles） 气泡的膜只含蛋白质而无磷脂。许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌。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、 细胞质和内含物6）载色体（ Chromatophore）光合细菌进行光合作用的部位相当于绿色植物的叶绿体4、核区（ nuclea