原核生物的形态构造及功能ppt课件.ppt

细菌 bacteria 第一节 细胞膜的概念 2 细胞膜 cellmembrane 细胞膜的观察方法 细胞膜的化学组成 细胞膜的结构模型 细胞膜的生理功能 间体 细胞膜 cellmembrane 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7 8nm 由磷脂和蛋白质组成 细胞膜的概念 细胞质膜 cytoplasmicmembrane 质膜 plasmamembrane 内膜 innermembrane 细胞膜 细胞膜的观察方法 质壁分离 鉴别性染色 光学显微镜观察 超薄切片 电镜观察 质壁分离 鉴别性染色 巨大芽孢杆菌经过质壁分离和染色 光学显微镜下看到着色深的是细胞膜 电镜观察 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 电镜观察超薄切片 脂质 脂质是生物膜最基本的结构物质 包括磷脂 胆固醇和糖脂等 其中以磷脂为主要成分 脂质双分子层 细胞膜的化学组成 脂质 磷脂 类固醇 hopanoid 糖脂 脂质双分子层 提高稳定性 磷脂 糖脂 磷脂的分子结构 亲水的极性端 疏水的非极性端 非极性尾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 在极性头的甘油C3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 磷脂酰肌醇等 细胞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 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 固醇类物质 真核生物细胞膜中一般含有胆固醇等固醇 含量为5 25 原核生物细胞膜中一般不含胆固醇 而是含有类固醇 藿烷类化合物 固醇的一般结构 在磷脂双分子膜中加入固醇类物质可提高膜的稳定性 蛋白质 生物膜中含有的多种蛋白质称为膜蛋白 是生物膜实施功能的基本场所 根据其在膜上的定位情况分为外周蛋白和内在蛋白 具有酶促作用的周边蛋白 peripheralprotein 或膜外蛋白 extrinsicprotein 具运输功能的整合蛋白 integralprotein 或内嵌蛋白 intrinsicprotein 膜蛋白占细菌细胞膜的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 细胞膜的结构模型 1972年 辛格 J S Singer 和尼科尔森 G L Nicolson 液态镶嵌模型 fluidmosaicmodel 液态镶嵌模型的要点 膜的主体是脂质双分子层 脂质双分子层具有流动性 表面呈疏水性的整合蛋白 溶 于双分子层的疏水性内层中 表面含有亲水基团的周边蛋白通过静电引力与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 周边蛋白可在脂质双分子层上作 漂浮 运动 整合蛋白则似 冰山 状沉浸在其中作横向移动 选择性地控制营养物质和代谢产物的运送 是维持细胞内正常渗透压的屏障 合成细胞壁和糖被的重要基地 膜上含有能量代谢的酶系 是细胞的产能场所 是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位 细胞膜的生理功能 间体 或中体 mesosome 细胞膜内褶而形成的囊状构造 其中充满着层状或管状的泡囊 多见于G 细菌 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 间体的功能 参与隔膜形成与核分裂有关类线粒体功能 细胞质的概念 3 细胞质 细胞质的组成 细胞内含物 细胞质的概念 细胞质 cytoplasm 是细胞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 细胞质的组成 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 类囊体羧酶体气泡伴孢晶体等 细胞质的主要成分 少数细菌还有 细胞内含物 inclusionbody 细胞内含物指细胞质内一些形状较大的颗粒状构造 颗粒状内含物的多少因细菌的种类 菌龄及培养条件不同而改变 贮藏物 磁小体 羧酶体 气泡 载色体 核糖体 质粒 细胞内含物包括 贮藏物 reservematerials 贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒 主要功能是贮存营养物 贮藏物 碳源类 磷 硫源 氮源类 能源类 贮藏物 碳源及能源类 磷源 异染粒 糖原 固氮菌 产碱菌和肠杆菌等 紫硫细菌 丝硫细菌 贝氏硫杆菌等 藻青素 蓝细菌 藻青蛋白 蓝细菌 迂回螺菌 白喉棒杆菌 结核分枝杆菌 大肠杆菌 克雷伯氏菌 芽孢杆菌和蓝细菌等 聚 羟丁酸 PHB 硫粒 氮源类 聚 羟丁酸 poly hydroxybutyrate PHB 例如 巨大芽孢杆菌 Bacillusmegaterium 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 PHB是类脂性质的碳源类贮藏物 功能 贮存碳源 能源和降低渗透压 PHB于1929年被发现 至今已发现60属以上的细菌能合成并贮藏 PHB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 聚 羟丁酸 PHB不溶于水 易被脂溶性染料 如苏丹黑 着色 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 淀粉粒 有的细菌积累淀粉粒 用碘液染成深蓝色 糖原粒 多糖类贮藏物 异染粒 metachromaticgranule 颗粒大小为0 5 1 0 m 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 贮存磷元素和能量 降低渗透压 用美蓝染色成红色 在暗视野显微镜下看到的迂回螺菌 Spirillumvolutans 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 的分支多肽所构成 相对分子质量为25000 125000 硫粒 sulfurglobule 很多真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如H2S 硫代硫酸盐等的氧化 当环境中还原性硫素丰富时 在细胞内以折光性很强的硫粒形式积累硫元素 当环境中还原性硫缺乏时 可被细菌重新利用 微生物贮藏物的特点及生理功能 不同微生物其贮藏性内含物不同 例如 厌气性梭状芽孢杆菌只含PHB 大肠杆菌只贮藏糖原 但有些光合细菌二者兼有 环境中缺乏能源而碳源丰富时 细胞贮藏较多的碳源类内含物 甚至达细胞干重的50 如果把这样的细胞移入有氮的培养基时 这些贮藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应 微生物合理利用营养物质的一种调节方式 例如 羟基丁酸分子呈酸性 当其聚合成聚 羟丁酸 PHB 就成为中性脂肪酸 这样能维持细胞内中性环境 避免菌体内酸性增高 贮藏物在细菌细胞中大量积累 还可以被人们利用 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 磁小体 magnetosome 趋磁细菌细胞中含有大小均匀 数目不等的Fe3O4颗粒 外有一层磷脂 蛋白或糖蛋白膜包裹 磁小体的功能 导向作用 借鞭毛游向对该菌最有利环境处生活 实用前景 生产磁性定向药物或抗体 以及制造生物传感器等 羧酶体 carboxysome 羧酶体又称羧化体 是存在于一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物 羧酶体大小约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 采用免疫电镜技术观察蓝细菌Chlorogloeopsisfritischii中的羧酶体 气泡 gasvacuole 许多光合营养型 无鞭毛运动的水生细菌中存在充满气体的泡囊状内含物 大小为 0 2 1 0 m 75nm 内由数排柱形小空泡组成 外有2nm厚的蛋白质膜包裹 调节细胞比重 使细胞漂浮在最适水层中获取光能 O2和营养物质 气泡的功能 例如 有些厌氧性光合细菌利用气泡集中在水下10 30m深处 既能吸收适宜的光线和营养进行光合作用 又可避免直接与氧接触 例如 专性好氧的盐杆菌属 Halobacterium 的细菌 却生活在含氧极少的饱和盐水中 它们细胞中气泡显著 其作用被认为是使菌体浮于盐水表面 以保证细胞更接近空气 光合细菌进行光合作用的部位 相当于绿色植物的叶绿体 载色体 chromatophore 核糖体 ribosome 核糖体是分散在细胞质中的颗粒状结构 由核糖体核酸 占60 和蛋白质 占40 组成 细菌的核糖体沉降系数为 功能 是细胞合成蛋白质的机构 50S大亚基30S小亚基 70S 原核微生物核糖体 质粒 plasmid 质粒 细菌染色体外的遗传物质 由共价闭合环状双链DNA分子组成 相对分子质量为 2 100 106 携带1 100个基因 一个细菌细胞可有一至数个质粒 质粒的特点 可自我复制 稳定遗传 复制与染色体分开 但同步进行 对生存不是必要的 不同质粒携带不同遗传信息 无质粒细菌可通过接合等方式获得 不能自发产生 质粒 plasmid 核区指原核生物所特有的无核膜包裹 无固定形态的原始细胞核 4 核区 nuclearregionorarea 功能 负载遗传信息 拟核 nucleoid 核质体 nuclearbody 原核 prokaryon 核区 核基因组 genome 核区的化学成分是一大型的环状双链DNA分子 一般不含蛋白质 长度为0 25 3 00mm 原核生物所特有的无核膜结构 无固定形态的原始细胞核 拟核 现代同位素放射性显影术重金属投影术电镜光镜 核区是一反差极弱的区域 没有核膜 内含丝状物 即DNA分子 观察方法 富尔根 Feulgen 染色法姬姆萨 Giemsa 染色法 生长缓慢的细菌 一般一个细胞里只有1 2个核 生长迅速的细菌 DNA复制先于分裂 细胞含有2 4个核 细菌细胞的一般构造 小结 细胞壁 G 细菌的细胞壁G 细菌的细胞壁古生菌缺壁细菌 细胞内含物 细胞膜细胞质核区 核基因组 间体 2 细菌细胞的特殊构造 1 糖被 2 鞭毛 3 菌毛 4 性毛 5 芽孢 6 伴孢晶体 仅在部分细菌中才有的或在特殊环境条件下才形成的构造 1 糖被 glycocalyx 糖被的概念 糖被的分类 糖被的功能 糖被的应用 包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质 糖被的概念 糖被成分 多糖 纯多糖 杂多糖 多肽和多糖 蛋白质 葡聚糖 果聚糖 多肽 海藻酸 聚 D 谷氨酸 纤维素 透明质酸 糖被的分类 按糖被有无固定层次 层次厚薄可分为四类 荚膜 capsule或macrocapsule 大荚膜 微荚膜 microcapsule 粘液层 slimelayer 菌胶团 zoogloea 荚膜又称大荚膜 是指包裹在单个细胞壁外的 具有一定外形 固定层次的 相对稳定的的透明胶状物质 厚度 200nm A 荚膜 大荚膜 荚膜 B 微荚膜 微荚膜指包裹在单个细胞壁外的 具有一定外形的 固定层次的 粘液状物质 但其层次较薄 与细胞壁结合比较紧密 厚度 200nm 粘液层是指包裹在单个细胞壁外的粘液状物质 其结构很松散 未固定在其细胞壁上 无边缘 向四周扩散 使培养基变粘 C 粘液层 粘液层 菌胶团是指包裹在细胞群体上的透明胶状物质 即有多个细菌的荚膜互相连在一起 D 菌胶团 4类糖被特点 产荚膜菌 菌落表面湿润 有光泽 粘液状的 称为光滑型 smooth S 菌落 无荚膜菌 菌落表面干燥 粗糙的 称为粗糙型 rough R 菌落 荚膜与菌落形态的关系 S 型菌落 R 型菌落 糖被的功能 保护作用 保护细胞免受干燥损伤 贮藏养料 是细胞外碳源和能源的储备物质 作为透性屏障和离子交换系统 保护细胞免受重金属离子的毒害 表面附着作用 是某些病原菌必需的粘附因子 细菌间的信息识别作用 堆积代谢废物 糖被的应用 菌种鉴定 药物和生化试剂 工业原料 污水的生物处理 产生糖被是微生物的一种遗传特性 其菌落特征及血清学反应是细菌分类鉴定的指标之一 荚膜等并非细胞生活的必要结构 但它对细菌在环境中的生存有利 注意 鞭毛的概念 2 鞭毛 flagellum 复flagella 鞭毛的观察方法 鞭毛的构造 鞭毛推动细菌运动的特点 鞭毛的功能 鞭毛的概念 生长在某些细菌表面的 其数目是一至数十条的 长丝状 波曲状的蛋白质附属物 称为鞭毛 具有推动细菌运动的功能 为细菌的 运动器官 鞭毛的观察方法 电子显微镜直接观察 光学显微镜下观察 鞭毛染色和暗视野显微镜 根据培养特征判断 半固体穿刺 菌落 菌苔 形态 电子显微镜直接观察 鞭毛长度 15 20 m 直径 0 01 0 02 m 鞭毛的不同着生位置 两端生鞭毛 单端鞭毛 鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义 鞭毛的有无和其着生方式具有十分重要的分类学意义 单端鞭毛 端生丛毛 两端生鞭毛 周生鞭毛 光学显微镜下观察 鞭毛染色和暗视野显微镜 根据培养特征判断 半固体穿刺 菌落 菌苔 形态 细菌在琼脂斜面上的生长特征 细菌在琼脂平板上的菌落表面形态 丝状刺毛状念珠状扩展状树状假根状 细菌在琼脂平板上的菌落隆起形状 细菌在琼脂平板上的菌落边缘形状 鞭毛的构造 鞭毛丝 钩形鞘 基体 鞭毛的组成 G 和G 鞭毛的共同构造 中空螺旋状 丝状结构 球蛋白亚基螺旋排列 连接鞭毛丝和基体的一个弯曲筒状部分 蛋白质亚基组成 由若干个盘状物即环组成 革兰氏阴性菌的鞭毛构造 四个环 革兰氏阴性菌的鞭毛构造 革兰氏阳性菌的鞭毛构造 G 和G 的鞭毛结构的区别 G 细菌的基体 L环 P环 S环 M环 G 细菌的基体 S环 M环 鞭毛的生长方式是在其顶部延伸 鞭毛推动细菌运动的特点 速度快 运动方式 细菌的趋避运动 速度快 一般速度 20 80 m s 最高速度 达100 m s 3000倍体长 min 陆上跑得最快的动物 猎豹的速度是1500倍体长 min或110km h 细菌以推进方式作直线运动 以翻腾形式作短促转向运动 运动方式 旋转论 细菌的趋避运动 鞭毛的功能是运动 这是原核生物实现其趋性 taxis 即趋向性的最有效方式 趋利避害 趋性 taxis 生物体对其环境中的不同物理 化学或生物因子作有方向性的应答运动 正趋性 生物向着高梯度方向运动 负趋性 生物向着低梯度方向运动 化学趋避运动或趋化作用 chemotaxis 光趋避运动或趋光性 phototaxis 趋磁运动或趋磁性 magnetotaxis 趋性 趋氧性 oxygentaxis 细菌对某化学物质敏感 通过运动聚集于该物质的高浓度区域或低浓度区域 化学趋避运动或趋化作用 chemotaxis a b c 某些细菌能够区别不同波长的光而集中在一定波长光区内 光趋避运动或趋光性 phototaxis 波长 nm 趋磁运动或趋磁性 magnetotaxis 趋磁细菌能够根据磁场方向进行分布 鞭毛的功能 鞭毛的生理功能是运动 细菌的趋避运动有利于生存 3 菌毛 fimbria 复数fimbriae 菌毛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 菌毛 纤毛伞毛线毛须毛 菌毛 菌毛结构比鞭毛简单 无基体等构造 菌毛直接着生于细胞质膜上 菌毛的直径为3 10nm 每菌有250 300条 有菌毛多数是G 致病菌 帮助菌体牢固地粘附于宿主的呼吸道 消化管 泌尿生殖道等的粘膜上 进一步定殖和致病 菌毛的特点 E coli 小肠粘膜上皮细胞 鞭毛 菌毛 性毛又称性菌毛 sex pili或F pili 构造和成分与菌毛相同 但比菌毛长 数量仅一至少数几根 4 性毛 pilus 复数pili 性毛一般见于G 细菌的雄性菌株 即供体菌 中 其功能是向雌性菌株 即受体菌 传递遗传物质 有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体 性毛 芽孢的概念 5 芽孢和其他休眠构造 细菌芽孢的特点 芽孢的结构 芽孢的形成与萌发 细菌的其他休眠构造 某些细菌在生长发育后期 在细胞内形成一个圆形或椭圆形 厚壁 含水量极低 抗逆性极强的休眠体 称为芽孢 endospore spore 芽孢的概念 芽孢是细菌的休眠体 不具繁殖功能 细菌芽孢的特点 芽孢在适宜条件下萌发 转变成为营养态细胞 芽孢是生命世界中抗逆性最强的一种构造 在相差显微镜或染色后在光镜下均可观察到芽孢 产芽孢的细菌多为杆菌 也有一些球菌 芽孢的有无 形态 大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标 特点之一 芽孢是细菌的休眠体 不具繁殖功能 产芽孢的细菌保藏菌种时多用芽孢 特点之二 芽孢是在细菌生长发育后期产生的休眠构造 在条件适宜时芽孢可以萌发 重新转变成为营养态细胞 121 15min以上 115 30min以上 常规加压蒸汽灭菌的条件 特点之三 芽孢是生命世界中抗逆性最强的一种构造 在抗热 抗化学药物和抗辐射等方面 十分突出 能否消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要指标 特点之四 观察芽孢的方法有在相差显微镜直接观察或进行芽孢染色在光学显微镜下观察 细菌芽胞 特点之五 杆菌中能形成芽孢的种类较多 只有少数的球菌和螺旋菌可形成芽孢 产生芽孢的几个属 Bacillussp 芽孢杆菌属 Clostridiumsp 梭状芽孢杆菌属 Sporosarcinasp 芽孢八叠球菌属 Bacillussp 芽孢杆菌属 Clostridiumsp 梭状芽孢杆菌属 Sporosarcinasp 芽孢八叠球菌属 特点之六 芽孢的有无 形态 大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要形态学指标 芽孢是一个多层结构 芽孢的结构 芽孢的形成与萌发 芽孢的形成 芽孢的萌发 芽孢的形成 轴丝形成 隔膜形成 前芽孢形成 皮层形成 孢子衣形成 芽孢形成 芽孢的萌发 在适宜的条件下 芽孢在几分钟内便可萌发 芽孢吸收了水和营养物 体积膨大 皮层破裂 长出芽管 发育成新的营养细胞 与此同时芽孢的特征消失 芽孢萌发的必要条件 水 营养物 温度和O2 细菌的其他休眠构造 芽孢 孢囊 粘液孢子 静息孢子 细菌的休眠构造 少数芽孢杆菌 例如苏云金芽孢杆菌 Bacillusthuringiensis 在其形成芽孢的同时 会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体 内毒素 称为伴孢晶体 6 伴孢晶体 parasporalcrystal 芽孢 伴孢晶体 伴孢晶体的特点 不溶于水 容易溶于碱性溶剂 对蛋白酶类不敏感 伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用 因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药 细菌杀虫剂 伴孢晶体 鳞翅目幼虫口服 伴孢晶体在肠道迅速溶解 中肠pH为9 0 10 5 吸附于上皮细胞 引起渗透性丧失 肠道穿孔 肠道中的碱性溶液进入血液 后者pH升高 昆虫全身麻痹而死亡 裂殖 芽殖 繁殖方式 二分裂 三分裂 复分裂 三 细菌的繁殖 主要方式 裂殖 fission 是指一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程 杆状细胞 橫分裂 纵分裂 分裂时细胞间形成的隔膜与细胞长轴呈垂直状态 分裂时细胞间形成的隔膜与细胞长轴呈平行状态 1 裂殖 fission 1 二分裂 binaryfission 一个细胞在其对称中心形成一隔膜 进而分裂成两个形态 大小和构造完全相同的子细胞 对称的二分裂 不等二分裂 分裂成两个在