微生物的细胞化学和结构.ppt

第一章 微生物的细胞化学和结构 1 微生物的细胞化学组成 n生物元素：组成细胞的化学元素 微生物物细胞含有80%左右的水分和 20%左右的干物质，它主要是由C、H、 O和N等元素组成，约占全部干物质的 90%至97%，此外还含有各种无机矿物 质，依次为：P K MgCa S Na及微量元素 。 微生物的细胞化学组成 n研究方法 细胞鲜重、干重和含水量的测定 无机元素分析 生物分子的分离（大分子和小分子） 2 细胞结构研究方法 n细胞破碎 研磨法 压榨法（French压榨机、X-压榨机） 弹道法 超声波法 渗透冲击法（细胞器、酶） 细胞结构研究方法 n亚细胞结构的分离 差速离心：将形状、大小不同的颗粒，在 不同的离心力下分开。 区带离心：介质是不同浓度的蔗糖溶液， 在一次高速离心下就可以将颗粒大小不 同的物质分成区带，颗粒大小相同的物 质聚集成一区带。 细胞结构研究方法 平衡密度梯度离心：将浮力密度相同而大 小不同的颗粒分开，在分离各种膜结构 时，常用此法。 3 表面附属物 指细胞壁外面的亚细胞结构 鞭毛、菌毛、性毛、荚膜、粘液层 n鞭毛 n运动性微生物细胞的表面，着生有一根或数根由细 胞内伸出的细长、波曲、毛发状的丝状体结构即为 鞭毛。它是细菌的“运动器官”。 n鞭毛需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛 增粗后才能在光镜下看到。 鞭毛的结结构 由鞭毛丝丝鞭毛钩钩基体三部分组组成： 鞭毛丝：中空a螺旋状、丝状 结构，球蛋白亚基螺旋排列 。 鞭毛钩：又称钩形鞘，是连 接鞭毛丝和基体的一个弯曲 筒状部分，蛋白质亚基组成 。 G菌：L环、P环、S环、M环 G+菌：S环，M环 基体：由若干个盘状物即 环组成。 鞭毛是细菌的“运动器官“，但并非生命活动所 必需。它极易脱落，即使以一定方式除去鞭毛 ，对细菌生存毫无影响。 n细菌的运动速度也惊人的，它们的运动速度可 以是其自身长度的10倍或数十倍/秒。而且鞭 毛的旋转为数十转/秒， n细菌的运动性，是分类鉴定的一种依据。 n通过特殊的鞭毛染色法，在光学显微镜下也能 看到。另外，通过半固体琼脂穿刺或半固体琼 脂平皿扩散以及暗视野映光法、悬滴法等观察 运动性，也可初步判断菌体有无鞭毛。 鞭毛的运动是由基体的旋转造成的，基体就象发动 机一样。鞭毛的速度与方向发生改变导致细菌产生 各种类型的运动。 真核生物真核生物鞭毛与纤毛的构造基本相同，都由基体、鞭毛与纤毛的构造基本相同，都由基体、 过渡区、鞭杆（过渡区、鞭杆（“ “9+29+2” ”型）三部分构成。型）三部分构成。 菌毛（ Fimbriae ）：是一种长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白 质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。 性毛（Pili ）：比菌毛长，功能是在不同性别的菌株间传递遗传物质。有些还是 RNA噬菌体的吸附受体。 F pilus 荚膜和粘液层 在形态上可分为两类：大荚膜（至少0.2微米厚 ）、微荚膜（厚度小于0.2微米）、粘液层 n荚膜的形成既受遗传特性所决定，又与环境条 件有密切关系。 n有荚膜的细菌形成粘液(M)或光滑(S)菌落，失 去荚膜后其菌落边为粗糙型（R）型。 化学组成：水是主要成分，最常见的有机成分是 多糖。 多糖又分为同多糖、杂多糖。 功能：保护作用（免遭脱水而死亡；免遭寄主吞 噬细胞的消化）。 特殊结构 4 4 细胞壁细胞壁( (Cell wall)Cell wall) 具有固定外形，保护细胞免受各种外界因子具有固定外形，保护细胞免受各种外界因子 （渗透压、病原微生物等）损伤的功能。（渗透压、病原微生物等）损伤的功能。通通 常又两类物质组成：细胞壁的坚实骨架、胞常又两类物质组成：细胞壁的坚实骨架、胞 壁间质。壁间质。 4.14.1 真真细细菌细胞壁的主要成分是菌细胞壁的主要成分是肽聚糖。其肽聚糖。其 在细胞壁中排列成在细胞壁中排列成4 4种类型：型、种类型：型、 型、型、 型、型、 型。型。 n肽聚糖由N-乙酰葡萄糖胺(NAG,G)和N-乙 酰胞壁酸(NAM,M)形成骨架，每个NAM 上连接一个四肽 G+：L-丙氨酸、D-谷氨 酸、 L-赖氨酸、 D-丙氨酸， G-： L-丙 氨酸、 D-谷丙氨酸、内消旋二氨基庚二 酸、 D-丙氨酸)与NAM的乳酰基结合，再 由甘氨酸五肽从横向把两个相邻的四肽 中的L-赖氨酸和D-丙氨酸连在一起，从 而形成一坚硬而有弹性的三维空间结构 。 nG+细菌的细胞壁：除肽聚糖外还有磷壁 酸（50%）、壁醛酸。 n磷壁酸又分为三种：甘油磷壁酸、核醇 磷壁酸、脂磷壁酸。 G-细菌的细胞壁：脂多糖（组成：O-抗 原寡糖、核心寡糖、脂A）、脂蛋白、磷 脂（磷脂酰乙醇胺81%、磷脂酰甘油 17%、二磷脂酰甘油2%）、肽聚糖（ 5%-10%）。 (3)G+ 细菌与G -细菌细胞壁的比较 4.2 古细菌细胞壁 n假肽聚糖或酸性杂多糖 n蛋白和糖蛋白 4.3 真菌的细胞壁 真菌细胞壁的主要成分是多糖，另真菌细胞壁的主要成分是多糖，另 有少量的蛋白质和脂类。在低等真菌中有少量的蛋白质和脂类。在低等真菌中 ，以纤维素为主，酵母菌以葡聚糖，以纤维素为主，酵母菌以葡聚糖（另（另 含甘露聚糖或几丁质）含甘露聚糖或几丁质）为主，而高等陆为主，而高等陆 生真菌则以几丁质生真菌则以几丁质（另含葡聚糖）（另含葡聚糖）为主为主 。 5 原生质膜 n也称细胞质膜，约占细胞干重的10%， 双层磷脂分子组成（流体镶嵌模式）。 n功能： （1）作为细胞内外物质交换的屏障和介质， 有选择性； （2）能量交换的场所，与呼吸、光合作用有 关的酶类、电子传递链位于膜上； （3）传递信息； （4）参与细胞壁的合成。 化学组成 n用平衡密度梯度离心法，自破碎的原生 质体悬液中分离出原生质膜碎片，经洗 涤纯化后研究化学组成。 n主要物质是脂类和蛋白质。 n脂类：真细菌（磷脂-常见磷脂酰乙醇胺 、糖脂、鞘脂及其他微量非极性脂类） 、古细菌（极性脂类、非极性脂类或中 性脂类）、真核微生物（甘油磷脂和甾 醇）。 n蛋白质（50%-65%）：分为运输蛋白和 酶蛋白。 n研究的比较深入的是H+-ATP酶（由BF0和 BF1组成）和嗜盐菌紫膜中的细菌视紫红 蛋白。 n前者兼有ATP水解和ATP合成的双重作用 ，后者是光驱动的质子泵与H+-ATP酶配 合，进行光合磷酸化作用。 6 基因组 n生物贮存遗传信息的场所。非细胞形态 的噬菌体和病毒的遗传信息贮存在DNA 或RNA中，细胞微生物的遗传信息贮存 在DNA中。 n微生物细胞中DNA含量约占细胞干重的 2%-3%。生长快的细胞中含量也多。 n分析DNA含量的方法：二苯胺方法。 nDNA位置确定：孚尔根染色法（近年-荧 光染色法）。 n用1mol/LHCl在600C下处理细胞7-8min将 RNA水解后， Shiff氏试剂处理DNA形成 自由醛基而被复红染成深紫色。 n基因组除染色体含有外还存在于质粒上 。 n主要的细菌质粒的基本特性：性质粒（F 质粒）、抗药质粒（R质粒）、肠杆菌素 质粒（Col质粒）。转座子和插入序列是 质粒或染色体上的一小片段可以移位的 核苷酸序列-可移位的遗传因子。 n组成真核生物染色体的基本单位是核小 体（DNA和组蛋白组成）。 n真核生物染色体DNA中，插入序列普遍 存在。 7 核蛋白体 n又称核糖体。由65%RNA和蛋白质组成， 每个细胞可有104个，是蛋白质合成的场所 。 原核细胞与真核细胞比较 原核细胞 真核细胞 核糖体 70S 80S 亚 基 50S 30S 60S 40S 蛋白质 30-35 20 30-50 45-75 RNA 23S 5S 16S 28S 5.8S 5S 18S 8 细胞内膜系统 n原核生物的内膜系统： n间体：是由细胞膜内陷折叠性成的袋状 结构。其功能与横隔壁和壁的形成、DNA 的复制、细胞分裂、氧化磷酸化、细胞 内物质和能量的传递、芽胞的形成等有 关。 n 光合膜：光合细菌和蓝细菌中进行光合 作用的膜结构。 n其他内膜系统。 n真核生物的细胞内膜系统（除细胞核外） ： 8.1 8.1 内质网内质网：指细胞质中一个与细胞基质指细胞质中一个与细胞基质 相隔离、但彼此相通的囊腔和细管系统，相隔离、但彼此相通的囊腔和细管系统， 由脂质双分子层围成。由脂质双分子层围成。 uu内质网外与细胞膜相连，内质网内与细胞内质网外与细胞膜相连，内质网内与细胞 核的核膜相通，大大增加了细胞的膜面积核的核膜相通，大大增加了细胞的膜面积 。 uu内质网可根据膜上有无附着核糖体颗粒，内质网可根据膜上有无附着核糖体颗粒， 分为：糙面内质网分为：糙面内质网（rough ERrough ER）和光面内和光面内 质网质网（smooth ERsmooth ER）。）。 uuRERRER具有合成和运送蛋白的作用；具有合成和运送蛋白的作用；SERSER与与 脂类代谢及钙代谢有关。脂类代谢及钙代谢有关。 8.2 8.2 高尔基体（高尔基体（Golgi bodyGolgi body） 是一种内膜结构，由是一种内膜结构，由 许多小盘状的扁平双许多小盘状的扁平双 层膜和小泡组成，与层膜和小泡组成，与 细胞的分泌活动和溶细胞的分泌活动和溶 酶体的形成等有关酶体的形成等有关是是 合成、分泌糖蛋白和合成、分泌糖蛋白和 脂蛋白以及进行酶切脂蛋白以及进行酶切 加工的重要场所。加工的重要场所。 高尔基体高尔基体 8.3 8.3 线粒体线粒体（mitochondriamitochondria） 线粒体一般呈线状、杆状或颗粒状。线粒体一般呈线状、杆状或颗粒状。 内膜向线粒体基质褶入形成嵴，嵴能显著扩内膜向线粒体基质褶入形成嵴，嵴能显著扩 大内膜表面积。大内膜表面积。 线粒体由内外两层膜封闭，包括外膜、内膜线粒体由内外两层膜封闭，包括外膜、内膜 、膜间隙和基质四个功能区。、膜间隙和基质四个功能区。 线粒体是细胞进行呼吸作用的重要场所，含线粒体是细胞进行呼吸作用的重要场所，含 有细胞呼吸作用所需要的各种酶，常被称为有细胞呼吸作用所需要的各种酶，常被称为 细胞的动力车间。细胞的动力车间。 含有自身的遗传物质和含有自身的遗传物质和7070S S核糖体。核糖体。 8.4 8.4 叶绿体叶绿体（chloroplastchloroplast） 叶绿体外形多为扁平的圆形或椭圆形，略呈叶绿体外形多为扁平的圆形或椭圆形，略呈 凸透镜状。凸透镜状。 叶绿体的构造一般由叶绿体的构造一般由3 3部分组成，包括叶绿体部分组成，包括叶绿体 膜、类囊体和基质。膜、类囊体和基质。类囊体层层相叠形成基类囊体层层相叠形成基 粒，类囊体膜上分布大量光合色素和电子传粒，类囊体膜上分布大量光合色素和电子传 递载体。递载体。 存在于绿色植物（包括藻类）的细胞中，具存在于绿色植物（包括藻类）的细胞中，具 有进行光合作用的功能。有进行光合作用的功能。 含有自身的遗传物质和含有自身的遗传物质和7070S S核糖体。核糖体。 8.5 8.5 溶酶体（溶酶体（lysosomelysosome） 是一种由单层膜包裹是一种由单层膜包裹 、内含多种酸性水解、内含多种酸性水解 酶的小球形、囊泡状酶的小球形、囊泡状 细胞器。细胞器。 主要功能是细胞内的主要功能是细胞内的 消化作用。特殊情况消化作用。特殊情况 下可导致细胞自溶下可导致细胞自溶（ autolysisautolysis）。）。 8.6 8.6 微体微体（microbodymicrobody） 是一种单层膜包裹的、与溶酶体相似的小球是一种单层膜包裹的、与溶酶体相似的小球 形细胞器，但其所含的酶与溶酶体所含的不形细胞器，但其所含的酶与溶酶体所含的不 同。同。 过氧化物酶体（过氧化物酶体（peroxisomeperoxisome）：）：内含氧化酶内含氧化酶 ，可使细胞免受过氧化氢的毒害。，可使细胞免受过氧化氢的毒害。 乙醛酸循环体（乙醛酸循环体（glyoxisomeglyoxisome）：）：存在于植物存在于植物 细胞中，可使细胞中的脂类转化为糖类。细胞中，可使细胞中的脂类转化为糖类。 8.8.7 7 液泡液泡（vacuolevacuole） uu真核细胞中或大或小，含有液真核细胞中或大或小，含有液 体的泡，就是液泡。液泡中的体的泡，就是液泡。液泡中的 液体的主要成分是水，水中溶液体的主要成分是水，水中溶 有无机盐、有机酸、糖类、脂有无机盐、有机酸、糖类、脂 类、氨基酸等。类、氨基酸等。 uu液泡膜具有选择透性，能调节液泡膜具有选择透性，能调节 控制物质进入细胞的方向。控制物质进入细