水处理微生物学双语第四章节.ppt

SectionDBacterialstructureandfunction细菌的结构与功能 D1Prokaryotetaxonomy原核生物分类学 1 Classificationofprokaryotes 原核生物的分类 1 1细菌分类学的主要目的是建立一个分类系统 根据细菌一般的特征 将细菌分类至种群 分类的任务是鉴定单个细菌的种或菌株和命名 依表型特征和大致进化规律分类也用于研究不同细菌类群问的关系 1 2在等级分类系统中最重要的单元称作种 speed 由一个特殊微生物单细胞繁衍而来的培养物 通常称为菌株 菌株也被用来描述一个种的亚类群 亚类群指种内有相同特征的细菌 从林奈 1707 1778 开始 直以双名法命名 即属名加种名 1 3双名法的学名是用拉丁词组成的 所以应用斜体字表示或在学名之下划一横线 通常 微生物的名字已经写出全文 属名可减至一个字或几个字 只要不与其他属混淆即可 这样 随后提到大肠杆菌只需写成E coli 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 2 1DNAtests比较菌株间DNA的含量和序列是将微生物分为不同类群和确定它们间的进化关系 系统发育的分析 可信度最高的方法 按惯例 测定DNA的G C含量 G Cmol 值 译者注 或菌株间DNA同源性 最近 业已应用分析比较保守的细胞分子中有效的DNA序列如16srRNA或蛋白质如细胞色素C ATP酶 对这类信息进行分析的技术称为分支分类 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 2 2菌落形态细菌菌落的形状 质地和颜色是鉴定分类的依据 例如 金黄色葡萄球菌 Streptococcusaureus 所以这样命名由于菌落是黄颜色的 aureus来自拉丁词金色的 Shapeofcolonies菌落的形状 Textureandcolorofcolonies菌落的质地和颜色 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 2 3细胞的形态结构和染色反应 Cellshape structuresandreactiontostains 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 Cellshape 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 葡萄球菌 stapylococcus 四联球菌 tetrad 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 Reactiontostains Gram positiveorGram negative 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 Cellstructuresspores 孢子 malachitegreenstain孔雀绿染色 Unusualcellwalls 普通细胞壁 Ziehl Neelsenacid faststain固酸染色法 Capsules 荚膜 Indianinkstain黑墨汁染色法 Intracellularlipids 细胞内的脂类 sudanblack苏丹黑染色 Flagella 鞭毛 flagellarstain鞭毛染色 Metachromaticgranules 异染颗粒 Albert Leybournestain 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 Spores 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 2 4Growthcharateristics 生长特征 TemperaturepHO2 Oxygen Aerobic Pseudomonas Bacillus NoOxygen Anaerobic Clostridium Either FacultativeAnaerobe E coli 细菌在液体培养基中的生长情况 O2的影响 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 2 5Biochemicaltests 生化检验 利用的碳源和氮源代谢的最终产物 如3 羟基丁酮 用V P试验细菌所产生的酶 如脱羧酶 蛋白酶和DNA酶其它的分子抗体反应 VP试验 大肠杆菌 产气杆菌 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 H2S试验 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 尿素酶试验 2 Charactersusedinprokaryoteidentification 原核生物鉴定用的特征 Immunologicaltests 免疫学检验 细胞组分如胞壁脂多糖O 侧链的抗体或荚膜的抗体常用于区分一个种中菌株间的差异 3 Currentclassificationofprokaryotes 原核生物的现代分类 3 1原核生物的门类 泉古细菌门 广古细菌门 真细菌 产液菌门 异细菌门 产金色菌门 热微菌门 蓝细菌门 绿菌门蛋白细菌门 厚壁菌门 螺旋体门 丝状杆菌门 拟杆菌门 黄杆菌门鞘氨醇杆菌门 梭杆菌门疣微菌门 古细菌 初生古细菌门 3 Currentclassificationofprokaryotes 原核生物的现代分类 3 216sRNA对原核生物分类Aquificales 产液菌 Thermatogales 热胞菌 Thermodesulfobacterium 嗜热脱硫细菌 Greennon sulfurbacteria 绿色非硫细菌 OP2Deubiciccus 奇异球菌 Greensulfurbacteria 绿色硫细菌 Cyanobacteria 蓝细菌 Spirochetes 螺旋体 Bacteroides Flavobacterium 拟杆菌 黄杆菌 Planctomyces pirella 浮霉状菌 小梨型菌 Chlamydia 衣原体 Nitrospira 硝化螺菌 Gram positivebacteria 革兰氏阳性细菌 Proteobacteria 蛋白细菌 紫细菌 产液菌 氢杆菌 热胞菌 绿色非硫细菌 奇异球菌 螺旋体 绿色硫细菌 黄杆菌 浮霉状菌 衣原体 革兰氏阳性细菌 蓝细菌 紫色细菌 3 3原核生物系统图 3 Currentclassificationofprokaryotes 原核生物的现代分类 3 4各类原核生物特征 Aquificales 产液菌 最古老的一类微生物 包括嗜热细菌 它们利用氢 硫代硫酸盐或者硫磺作为电子供体 放出氧气 Thermatogales 热胞菌 是一类极端嗜热菌 能够在90 生长 Thermodesulfobacterium 嗜热脱硫细菌 能够在70 生长 产生硫酸盐 具有古细菌祖先的一些特征 Greennon sulfurbacteria 绿色非硫细菌 是一类嗜热 光合作用 丝状的细菌 它们的光合作用不产生氧气 OP2 这是一类仅仅用PCR鉴定的 还未培养出的细菌 Deubiciccus 奇异球菌 这类细菌的细胞壁很厚 能够抵抗较强的辐射 3 Currentclassificationofprokaryotes 原核生物的现代分类 Greensulfurbacteria 绿色硫细菌 能够进行光合作用 但是不放氧气 Cyanobacteria 蓝细菌 是一类光合作用放氧的微生物 带有气泡和一些其它的胞囊 有很厚的细胞壁 能够固定氮气 叶绿体可能来自于这一类微生物 Spirochetes 螺旋体 革兰氏染色阴性 能够运动 有一个或者一个以上的鞭毛 一些能够引起人类的疾病 如梅毒 莱姆关节炎 Bacteroides Flavobacterium 拟杆菌 黄杆菌 革兰氏染色阴性 广泛存在于动物 水和土壤中 是一类专型厌氧菌 Planctomyces pirella 浮霉状菌 小梨型菌 细胞壁缺乏肽聚糖 有一层又蛋白质组成的S 层 细胞具柄 能够产生芽细胞 3 Currentclassificationofprokaryotes 原核生物的现代分类 Chlamydia 衣原体 动物细胞内寄生 如导致沙眼等一系列眼病的沙眼衣原体 Nitrospira 硝化螺菌 化能自养型 能够进行硝化作用 利用无机氮作为能源 大多数其它的硝化细菌属于蛋白细菌 Gram positivebacteria 革兰氏阳性细菌 DNA分子中的GC含量差别较大 这一类细菌中有许多致病菌 如葡萄球菌 链球菌 也有在工业上应用的微生物 如乳酸杆菌 还有能够形成芽孢的杆菌和梭菌 Proteobacteria 蛋白细菌 紫色细菌 是最大的也是最多的一类细菌 它包含了最常见的革兰氏阴性细菌 这一类细菌可以分为五簇 SectionDBacterialstructureandfunction细菌的结构与功能 D2Prokaryotecellstructure原核生物细胞的结构 1 Prokaryoticcells 原核生物的细胞 1 1Prokaryoticcells荚膜外膜细胞壁质膜周质空间纤毛鞭毛核糖体拟核内涵体 细胞结构图 ContributetoVirulenceofbacteriabypreventingphagocytosis FunctionofCapsule 1 Prokaryoticcells 原核生物的细胞 1 2古细菌和真细菌的区别 特征真细菌古细菌 细胞壁有胞壁酸无胞壁酸脂类酯键相连醚键相连甲烷生成没有可能有RNA多聚霉一个几个起始tRNA甲酰甲硫氨酸甲硫氨酸核糖体链霉素和氯霉素敏感链霉素和氯霉素抗性白喉毒素抗性白喉毒素敏感 2 Thecytoplasmandribosomes 细胞质与核糖体 2 1细胞质 细菌的细胞质是水 细胞功能所需的各种分子 RNA和蛋白质的混合物 2 2核糖体 核糖体是由一个大亚基和一个小亚基组成 是合成蛋白质的场所 原核生物的核糖体与真核生物的核糖体不同 因此有些抗生素对人类是非常有利的 3 ProkaryoteDNA 原核细胞的DNA 3 1细菌的DNA位于细胞之中 有一个染色体组成 不同的细菌之间染色体的大小不同 DNA是换装 致密超螺旋 与组蛋白类是的蛋白质结合 3 2染色体没有核膜包围 但在显微镜中常可看到分离的核区 称为拟核 3 3某些细菌还含有染色体以外的小分子DNA 称作质粒 质粒上的基因对细菌的生活并非必须 细菌染色体 质粒 4 Otherinternalprokaryotefeatures 细菌的其它内含物 4 1细菌细胞含有的与某些特出功能相联系的结构称作内含体 inclusionbodies 异染颗粒 是一种聚 羟丁酸颗粒 能量的储藏物质 脂肪滴 储藏能量 气泡 在细胞内四周排列 有蛋白质构成 提供浮力 使光合细菌飘浮水的表面 间体 mesosomes 原生膜的内陷结构 它的功能与细胞分裂有关 也可能是促进细胞壁的合成 5 Endospores 芽孢 5 1细菌的芽孢杆菌属和梭菌属产生的一种特化的繁殖结构 它无繁殖功能 是一种抗逆性的休眠体 5 2芽孢对环境有惊人的抗性 如热 紫外线 化学消毒 干燥等 5 3由于许多病原菌可以产生芽孢 必须设计灭菌措施以除去这种结构 芽孢的结构图 SectionDBacterialstructureandfunction细菌的结构与功能 D3Bacterialcellenvelopeandcellwallsynthesis细菌的细胞膜和细胞壁的合成 1 TheGramstain 革兰氏染色 1 1根据1884年革兰姆发明的染色 细菌常常被分成两类 革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌 1 2细菌对革兰是染色的不同反应的原因是他们的细胞壁由不同的结构 1 3革兰是染色的步骤 GramStain Crystalviolet结晶紫 GramStain 2 GramsIodine mordant 媒染 GramStain 3 Alcohol GramStain 4 Safranin Counterstain 复染 革兰氏染色法 两类细菌细胞壁的共同组分为肽聚糖 但各有其特殊组分 涂片风干固定结晶紫碘液95 乙醇复红 媒染 Results Gram PurpleGram RedDifference duetostructureofcellwallGram ThickcellwallGram Thincellwall LPS lipoprotein 革兰阳性革兰阴性 2 Lipidbilayer 脂双层分子 2 1原生质膜是一个半透性膜 磷脂双分子层是膜的骨架 磷脂是由极性的头部和非极性的尾部组成 极性头部亲水 非极性尾部疏水 3 Theplasmamembrane 细胞膜 埋藏在磷脂双分子层中的是各种功能的蛋白 如转运蛋白 能量代谢的蛋白 对化学物质刺激能够反映的受体蛋白等 完全贯穿双分子磷脂层的蛋白叫整合蛋白 integral 通过电荷作用松散地连接在磷脂层表面的蛋白叫外周蛋白 peripheralproteins 脂类和蛋白质均在运动 而且彼此之间相互运动 所以这种膜结构也被称为液态镶嵌模型 4 Thebacterialcellwall 细菌的细胞壁 4 1肽聚糖Peptidoglycan是细菌细胞壁的物质分子 它是由糖和氨基酸形成的 细胞壁的作用是提供刚性和强度 保护细胞在低浓度环境中不被裂解 4 2革兰氏阳性细菌细胞壁还含有另外一种多聚体 称磷壁酸 teichoicacid 它的功能还不太清楚 可能与细菌的姿容现象有关 革兰阴性菌肽聚糖 聚糖骨架 四肽侧链 革兰阳性菌肽聚糖 聚糖骨架 四肽侧链 五肽交联桥 5 Theperiplasmicspace 周质空间 5 1界于外膜和细胞质膜之间的透明空间称为周质空间 periplasmicspace 它是由疏松的肽聚糖网络贯穿于类似凝胶的结构 5 2周质空间含由一系列的蛋白质 如将营养物运输进入细胞的蛋白质 蛋白水解酶 细胞防御蛋白 破坏青霉素的 内酰胺酶 6 Theoutmembrane 外膜 革兰氏阴性菌的外膜由磷脂构成 但也有其它的某些独特成分 7 Extracellularlayers 细胞外层 7 1细胞外层极为于细胞最外的一层结构 不同的细胞外层由不同的称呼 荚膜 capsule 由完好的组织结构 由细胞多糖组成 粘液层 aslimelayer 易随扩散而丢失的多糖层 以上两种结构通常也称为多糖包被 7 2细胞外层有许多功能 细菌表面的渗透屏障作用 保护细菌免受吞噬 保护细胞免受干燥损伤 帮助细菌附着到物体的表面 Streptococcuspneumoniae SectionDBacterialstructureandfunction细菌的结构与功能 D4Bacterialmovementandchemotaxis细菌的运动和趋化现象 1 Motility 细菌的运动 1 1许多细菌用特殊的结构鞭毛运动 鞭毛的着生位置和数目常是细菌分类的依据 1 2细菌中有端生鞭毛 周生鞭毛和丛生鞭毛菌 周毛菌 丛毛菌 单毛菌 双毛菌 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 AlmostallSpiralbacteriaaremotile About1 2ofBacilliaremotile AlmostallCocciarenon motile 2 Flagella