微生物的生物学形状--中文.ppt

第一篇微生物的基本原理 第二章 微生物的生物学性状 第一节细菌 细菌的大小 观察仪器 光学显微镜测量单位 微米 m 球菌 coccus 细菌的形态 杆菌 bacillus 螺形菌 spiralbacterium 淋病双球菌 葡萄球菌 链球菌 炭疽杆菌 结核杆菌 大肠杆菌 幽门螺杆菌 霍乱弧菌 细菌的结构 细菌细胞结构模式图 细胞壁基本结构细胞膜细胞质细菌的结构核质荚膜特殊结构鞭毛芽孢菌毛 基本结构 一 细胞壁 cellwall 位于细菌细胞的最外层 包绕在细胞膜的周围 组成较复杂 并随不同细菌而异 用革兰氏染色法可将细菌分为 革兰氏阳性菌 G 革兰氏阴性菌 G 革兰氏阳性菌细胞壁组分 肽聚糖磷壁酸蛋白质 1 肽聚糖 peptidoglycan 多聚糖 细菌细胞壁中的主要成分 为原核细胞所特有 粘肽 mucopeptide 糖肽 glycopeptide 胞壁质 murein 聚糖骨架 N 乙酰葡糖胺肽 N acetylglucosamine G N 乙酰胞壁酸 N acetylmuramicacid M 聚四肽侧链 L 丙氨酸D 谷氨酸L 赖氨酸糖D 丙氨酸五肽交联桥 甘氨酸 M M M M M M M M M G G G G G G 青霉素作用点 溶菌酶作用点 革兰氏阳性菌细胞壁肽聚糖结构示意图 2 磷壁酸 teichoicacid 由核糖醇或甘油残基经磷酸二酯键互相连接而成的多聚物 多个磷壁酸分子组成长链穿插于肽聚糖层中 壁磷壁酸 通过磷脂与肽聚糖上的胞壁酸共价结合 膜磷壁酸 与细胞膜外层上的糖脂共价结合 3 蛋白质 某些革兰氏阳性菌表面尚有一些特殊的表面蛋白质 如 金黄色葡萄球菌 A蛋白 SPA A组链球菌 M蛋白 革兰氏阴性菌细胞壁组分 肽聚糖外膜脂脂质脂蛋白双层多糖 1 肽聚糖 由聚糖骨架和四肽侧链组成 仅有1 2层 G G M G M G 丙 谷 DAP 丙 丙 DAP 谷 丙 丙 谷 DAP 丙 L 丙氨酸 D 谷氨酸 二氨基庚二酸 D 丙氨酸 脂蛋白2 外膜脂质双层脂多糖 脂蛋白 外膜蛋白 outmembraneproteinOMP 脂质双层 磷脂双层孔蛋白 小分子通道噬菌体性菌毛受体细菌素 脂多糖 lipopolysaccharideLPS 脂质A LipidA 糖磷脂 是细菌内毒素的毒性和生物学活性的主要组分 无种属特异性 核心多糖 corepolysaccharide 位于脂质A的外层 由己糖 庚糖 2 酮基 3 脱氧辛酸 KDO 磷酸乙醇胺等组成 有种属特异性 特异多糖 specificpolysaccharide 由数个至数十个低聚糖重复单位组成的多糖链 具有种特异性 革兰是阴性菌的菌体抗原 O抗原 细胞壁的功能 维持菌体形态 抵抗渗透压的影响 参与细菌体内外的物质交换 具有多种抗原表位 诱发机体免疫应答 粘附宿主细胞 与细菌致病性有关 细菌细胞壁缺陷型 细菌L型细菌细胞壁的肽聚糖结构受到理化或生物因素的作用被破坏或合成被抑制后 在高渗环境下 仍可生存 革兰氏阳性菌原生质体 protoplast 革兰氏阴性菌原生质球 spheroplast 细胞壁缺陷 细胞壁缺陷 细菌L型的成因 溶菌酶 溶葡萄球菌素 青霉素 胆汁 抗体 补体等 细菌L型的形态 大小不一 高度多形性 革兰氏染色阴性 细菌L型的培养 高渗 低琼脂 10 20 血清 3 5 NaCl 10 20 蔗糖 生长缓慢 油煎蛋样菌落 细菌L型的致病性 引起慢性感染 细菌L型的成因 溶菌酶 溶葡萄球菌素 青霉素 胆汁 抗体 补体等 细菌L型的形态 大小不一 高度多形性 革兰氏染色阴性 细菌L型的培养 高渗 低琼脂 10 20 血清 3 5 NaCl 10 20 蔗糖 生长缓慢 油煎蛋样菌落 细菌L型的致病性 引起慢性感染 细菌L型的成因 溶菌酶 溶葡萄球菌素 青霉素 胆汁 抗体 补体等 细菌L型的形态 大小不一 高度多形性 革兰氏染色阴性 细菌L型的培养 高渗 低琼脂 10 20 血清 3 5 NaCl 10 20 蔗糖 生长缓慢 油煎蛋样菌落 细菌L型的致病性 引起慢性感染 二 细胞膜 cellmembrane 位于细胞壁内侧 厚约7 5nm 柔韧致密 富有弹性 由磷脂和多种蛋白质组成 功能 参与细菌物质转运 生物合成 分泌 呼吸等生物学作用 中介体部分细胞膜内陷 折叠 卷曲形成的囊状物 功能 扩大细胞膜面积 增加酶的含量和能量的产生 中间体 中间体 中间体 三 细胞质 cytoplasm 细胞膜包裹的溶胶状物质 亦称原生质 protoplasm 由水 蛋白质 脂类 核酸及少量糖和无机盐组成 内含核糖体 质粒 胞质颗粒等许多重要结构 1 核糖体 ribosome 细菌合成蛋白质的场所 游离存在于细胞质中 每个细菌体内可达数万个 沉降系数为70S 30S 50S 由RNA 66 和蛋白质 34 组成 核糖体RNA rRNA 23S 16S 5SrRNA抗生素作用位点 核糖体 2 质粒 plasmid 染色体外的遗传物质 存在于细菌细胞质中 为闭合环状的双链DNA 带有遗传信息 控制细菌某些特定的遗传性状 菌毛细菌素毒素耐药性 质粒 3 胞质颗粒 细菌细胞质中含有多种颗粒 大多为储藏的营养物质 包括糖原 淀粉等多糖 脂类 磷酸盐等 当细菌生活环境中营养充足时 胞质颗粒较多 养料和能源短缺时 颗粒减少甚至消失 异染颗粒 metachromaticgranule 糖原 四 核质 nuclearmaterial 由单一密闭环状DNA分子反复回旋卷曲盘绕组成的网状结构 集中于细胞质的某一区域 无核膜 核仁和有丝分裂器 是细菌的遗传物质大肠杆菌核质 3X109 4 7X106bp 3000 5000个基因 核质 特殊结构 一 荚膜 capsule 细菌代谢过程中分泌在细胞壁外的一层粘液性物质 能牢固地与细胞壁结合 厚度大于0 2 m 边缘明显 微荚膜 microcapsule 厚度 0 2 m者 粘液层 slimelayer 边界不明显且易被洗脱者 肺炎双球菌荚膜 1 荚膜的化学组成 多糖 多肽 2 荚膜的形成 在人和动物的体内或营养丰富的培养基中易形成 在普通培养基上或连续传代则易消失 光滑型菌落 S 粗糙型菌落 R 3 荚膜的功能 抗吞噬作用粘附作用抗有害物质的损伤作用 二 鞭毛 flagellum 某些细菌表面附着的细长呈波状弯曲的丝状物 根据鞭毛的数量 位置可将鞭毛菌分成四类 单毛菌 双毛菌 从毛菌 周毛菌 伤寒杆菌 空肠弯曲菌 霍乱弧菌 螺旋体 假单胞菌 周身鞭毛 单鞭毛 1 鞭毛的结构 鞭毛自细胞膜长出 游离于细胞外 由基础小体 钩状体 丝状体组成 鞭毛长 5 20 m直径 12 30nm M S P L 钩状体 丝状体 基础小体 2 鞭毛的化学组成 蛋白质3 鞭毛的功能 运动器官 有鞭毛的细菌在液体环境中能自由的运动 具抗原性 H抗原 有特异性 对细菌的鉴别 分型有一定的意义 致病性 有些细菌的鞭毛与致病性有关 如 霍乱弧菌 三 菌毛 pilus 许多G 菌和少数G 菌菌体表面存在着一种比鞭毛更细 更短而直硬的丝状物 与细菌的运动无关 1 菌毛的化学组成 蛋白质2 菌毛的种类 普通菌毛 ordinarypilus 性菌毛 sexpilus 大肠杆菌 大肠杆菌 性菌毛 普通菌毛 普通菌毛 普通菌毛 3 菌毛的功能 普通菌毛 粘附作用与细菌的致病性密切相关 如 大肠埃希氏菌的I型菌毛 肠产毒型大肠杆菌的定植因子 CFA I 性菌毛 传递遗传物质 噬菌体吸附的受体 F F F F 四 芽孢 endospore spore 某些细菌在一定环境条件下 能在菌体内部形成一个圆形或卵圆形小体 是细菌的休眠形式 产生芽孢的细菌都是G 菌 不同细菌的芽孢形态 大小 位置有所差异 是鉴别细菌的指标之一 肉毒杆菌芽孢 破伤风杆菌芽孢 肉毒杆菌芽孢 炭疽杆菌芽孢 肉毒杆菌芽孢 破伤风杆菌芽孢 1 芽孢的结构 具多层膜结构芽孢外衣 脂蛋白 糖类 芽孢壳 疏水性蛋白质 致密 外膜 细胞膜皮质 皮质肽聚糖 吡啶二羧酸 DPA 芽孢壁 肽聚糖内膜 细胞膜核心 核质 核糖体 酶类 DPA Ca 2 芽孢的形成与发芽 芽孢的形成 细菌形成芽孢的能力是由菌体内的芽孢基因决定的 芽孢一般只在动物体外才形成 营养缺乏时易形成 芽孢的发芽 由于机械力 热 pH改变等刺激作用 破坏其芽孢壳 并供给水分和营养 芽孢壳发芽 形成新的菌体 细菌芽孢细菌 1个 1个 1个 营养缺乏 水 营养丰富 炭疽芽孢杆菌的芽孢 发芽中的芽孢 芽胞壳 已崩解 发芽的芽胞 芽胞壳和胞子囊 均已崩解 芽孢已释放 仅存芽胞囊碎片 超薄切片 28000 芽孢发芽 3 芽孢的功能 芽孢对热 干燥 辐射 化学消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力 细菌繁殖体 80 水中迅速死亡 细菌芽孢 100 沸水中 可存活数小时 被炭疽杆菌芽孢污染的草原 传染性可保持20 30年 是否杀死芽孢是判断灭菌效果的指标 细菌芽孢抵抗力强的原因 芽孢含水量少 蛋白质受热后不易变性 芽孢具有多层致密的厚膜 理化因素不易进入 芽孢的核心和皮质中含有吡啶二羧酸 DPA与Ca2 结合生成的盐能提高芽孢中各酶的热稳定性 细菌的理化性状细菌的物理状态 半透明体 表面积大 带电现象 高渗透压细菌的化学组成 细菌的新陈代谢 一 细菌的能量代谢发酵 以有机物为受氢体的生物氧化过程 EMP途径2ATP磷酸戊糖途径呼吸 以无机物为受氢体的生物氧化过程 需氧呼吸 以分子氧为受氢体38ATP厌氧呼吸 以其他无机物为受氢体2ATP 二 细菌的代谢产物1 分解代谢产物和细菌的生化反应糖发酵试验 葡萄糖甲酸CO2 H2VP试验 葡萄糖丙酮酸乙酰甲基甲醇二乙酰甲基红试验 葡萄糖丙酮酸乙酰甲基甲醇枸橼酸盐利用试验 枸橼酸盐碳酸盐铵盐氨吲哚试验 色氨酸吲哚 对二甲基氨基苯甲醛红色硫化氢试验 含硫氨基酸硫化氢 Fe2 Pb2 黑色尿素酶试验 尿素氨IMViC试验 2 合成代谢产物及其在医学上的意义热原质 pyrogen 细菌合成的注入人体或动物体内能引起发热反应的物质 G 菌细胞壁脂多糖 耐高温 121 20min不被破坏 250 高温干烤才能破坏热原质 蒸馏法可除去热原质 毒素 toxin 外毒素 G 菌 少数G 菌产生的 释放到菌体外的蛋白质 重要的致病物质 内毒素 G 菌细胞壁脂多糖 菌体死亡崩解后游离出来 重要的致病物质 色素 有助于鉴别细菌 水溶性色素 脂溶性色素 抗生素 某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些其他微生物或肿瘤细胞的物质 多由放线菌和真菌产生 细菌素 某些细菌产生的具有抗菌作用的蛋白质 仅对亲缘关系近的细菌有杀伤作用 维生素 细菌能合成某些维生素除供自身需用外 还能分泌至周围环境中 维生素B K 三 细菌的营养物质 生长因子 无机盐 氮源 碳源 水 四 细菌生长的环境因素 营养物质 营养物质充足 比例合适 氢离子浓度 pH pH7 2 7 6 温度 37 气体 不同的细菌对气体的需求有所差异 专性需氧菌微需氧菌兼性厌氧菌专性厌氧菌 专性需氧菌 具有完善的呼吸系统 需要氧分子作为受氢体以完成需氧呼吸 仅能在有氧的环境下生存 如结核杆菌 微需氧菌 在低氧压 5 6 生长最好 氧浓度 10 对其有抑制作用 如幽门螺杆菌 兼性厌氧菌 兼有需氧呼吸和无氧发酵两种功能 在有氧或无氧环境中都能生长 但以有氧时生长较好 如葡萄球菌 专性厌氧菌 缺乏完善的呼吸酶系统 只能在无氧环境中进行发酵 如破伤风杆菌 专性厌氧菌厌氧生长的机制1 缺乏氧化还原电势 Eh 高的呼吸酶 细胞色素和细胞色素氧化酶只能在120mV以下的Eh时生长 2 缺乏分解有毒氧基团的酶 超氧化物歧化酶 SOD 触酶或过氧化物酶 2O2 2H H2O2 O2H2O22H2O O2 SOD 触酶 专性厌氧菌厌氧生长的机制1 缺乏氧化还原电势 Eh 高的呼吸酶 细胞色素和细胞色素氧化酶只能在120mV以下的Eh时生长 2 缺乏分解有毒氧基团的酶 超氧化物歧化酶 SOD 触酶或过氧化物酶 2O2 2H H2O2 O2H2O22H2O O2 SOD 触酶 五 细菌的生长繁殖1 细菌个体的生长繁殖 繁殖方式 二分裂繁殖 无性繁殖 繁殖速度 20 30min 代 细菌分裂 数量倍增所需要的时间 2 细菌群体的生长繁殖 细菌生长曲线 代时 细菌生长曲线 活菌数的对数 细菌生长时间 小时 0 15 5 20 10 25 5 5 7 0 8 0 7 5 9 5 8 5 9 0 6 5 6 0 10 5 0 35 30 45 40 迟缓期 细菌的适应阶段 该期菌体增大 代谢活跃 分裂迟缓 繁殖极少 对数期 生长迅速 菌数急剧上升 细菌的形态 染色性 生理活性等都较典型 稳定期 细菌繁殖速度减慢 死菌数逐渐增加 细菌的形态 染色性 生理性状有所改变 生成芽孢 外毒素 抗生素等代谢产物 衰亡期 死菌数 活菌数 细菌形态显著改变 生理代谢活动趋于停滞 第二节病毒 病毒 virus 是一类形体微小 结构简单 非细胞结构 只含有一种类型的核酸 专性活细胞寄生 以复制方式繁殖的微生物 病毒体 virion 完整的 成熟的病毒颗粒 是细胞外的结构形式 具有典型的形态结构 并有感染性 病毒的大小 观察仪器 电子显微镜测量单位 纳米 nm 直径 10 300nm 能通过细菌滤器 离心沉降 5 10万转 分 病毒的形态 球形杆状 丝状 砖状弹状蝌蚪状 病毒的结构和化学组成 病毒体 核心 衣壳 包膜 核衣壳 裸露病毒 包膜病毒 结构化学组成功能核心核酸 DNA或RNA 病毒复制 双链 单链 决定病毒的特性 线型 环型 具有感染性 感染性核酸 连续 分节段 保护核酸衣壳蛋白质具有抗原性与病毒的致病性有关维持病毒的形状包膜蛋白质 糖 脂类具有抗原性维持病毒的形状刺突包膜表面凸起的结构 与病毒的致病性有关是由病毒基因编码的糖蛋白 感染性核酸 某些病毒在除去病毒衣壳后 其游离的核酸仍可进入宿主细胞 并能增殖 有感染性 DNA病毒 dsDNA ssDNA RNA病毒 ssRNA 结构蛋白 构成全部衣壳 包膜和基质的蛋白 非结构蛋白 由病毒基因组编码 但不参与病毒体构成部分的病毒蛋白多肽 它可以存在于病毒体内 也可以不存在于病毒体内而只存在于感染细胞中 蛋白水解酶 逆转录酶 DNA聚合酶 病毒的增殖 病毒的复制周期从病毒进入细胞开始 经基因组复制到子代病毒的释出 称为一个复制周期 复制过程 吸附 穿入 脱壳 组装和释放 生物合成 吸附 adsorption 病毒需先吸附于易感细胞膜上 才能与之相互作用 启动增殖过程 吸附分为两个阶段 接触 化学亲和 接触 随机碰撞而接触 离子的电荷吸引化学亲和 病毒表面的特殊结构与细胞表面的病毒受体结合 病毒受体 由宿主基因组所编码 控制和表达的一组能参与病毒结合 相互作用 便于病毒感染宿主细胞 位于细胞膜表面的蛋白质组分 病毒吸附蛋白 病毒体表面能与细胞受体结合的蛋白质 病毒受体的分布与病毒对宿主动物的感染范围有关 有的受体可在多种不同种属的动物细胞上存在 在同一感染动物中 存在着各种不同类型的病毒受体 如果没有受体 也没有与受体有关的病毒附着系统 就不可能发生感染 或感染效能大大降低 病毒受体是影响病毒宿主特异性和组织嗜性的主要决定因素 对病毒受体的研究及对病毒 受体结合方式的研究对于抗病毒药物的筛选有重要的指导意义 如 流感病毒的表面结构 神经氨酸酶与呼吸道上皮细胞表面的半乳糖 N 乙酰神经氨酸结合 人类免疫缺陷病毒的表面结构 gp120与淋巴细胞表面的CD4分子结合 穿入 penetration 病毒吸附在易感细胞表面上后 可通过多种方式进入细胞内 吞饮 裸露的病毒 如 痘类病毒融合 包膜病毒 如 流感病毒直接进入 微小病毒 如 呼肠孤病毒穿入过程中需一定的温度 25 37 及能量供应 细胞中的ATP分解 释放能量 脱壳 uncoating 进入易感细胞的病毒体必须脱去衣壳 才能使病毒基因组发挥作用 不同病毒脱壳的方式各异 外壳留在宿主细胞外 如 噬菌体 在宿主细胞溶酶体酶的作用下 衣壳蛋白溶解 如 脊髓灰质炎病毒 在宿主细胞溶酶体酶及病毒特有的脱壳酶的双重作用下 衣壳蛋白才能完全溶解 如 痘病毒 螺旋对称型病毒无需脱去衣壳亦可进行核酸转录 如 流感病毒 生物合成 biosynthesis 病毒基因组一旦释放到细胞中 就开始病毒的生物合成 生物合成一般分两个阶段 早期合成晚期合成 早期合成 抑制宿主细胞的代谢 病毒基因编码转录 翻译抑制细胞代谢的蛋白质 病毒激活细胞内隐伏的对细胞自身代谢抑制的成分 转录早期mRNA 翻译合成早期蛋白 病毒进行生物合成所需要的酶 晚期合成 病毒子代核酸的复制 病毒基因组转录 翻译 产生病毒结构蛋白 由于病毒基因组的类型不同 故其病毒基因的转录 蛋白质合成的方式也不同 按核酸类型将病毒的生物合成分为六大类型 双链DNA病毒 单链DNA病毒 正单链RNA病毒 负单链RNA病毒 双链RNA病毒 逆转录病毒 双链DNA病毒dsDNAmRNA 早期 早期蛋白复制子代dsDNAmRNA 晚期 晚期蛋白 结构蛋白 翻译 正单链RNA病毒 ssRNARNA聚合酶 ssRNA mRNA 合成翻译 ssRNA ssRNA早期蛋白晚期蛋白子代 ssRNA 翻译 结构蛋白 单负链RNA病毒 ssRNA ssRNA ssRNA病毒蛋白子代 ssRNA 结构蛋白 RNA聚合酶 RNA聚合酶 翻译 逆转录病毒病毒RNA逆转录酶RNARNA酶ssDNADNADNA多聚酶宿主细胞DNAdsDNADNA插入宿主细胞DNA中 环化 整合酶 组装 成熟和释放 assemblematurationandrelease 组装 将生物合成的蛋白和核酸装配成子代核衣壳的过程 病毒种类不同 其装配的部位 方式不同 DNA病毒的核衣壳在核内装配 RNA病毒的核衣壳在胞质内装配 释放 组装完毕的病毒颗粒 以不同方式从宿主细胞中释放出去 细胞裂解 病毒释放 裸露的病毒 病毒出芽 游离于细胞外 包膜病毒某些病毒基因组复制完成后 并不进行组装 而是将其核酸 DNA 整合到宿主染色体中 随宿主染色体一起复制 引起宿主细胞功能的改变 多见于一些引起肿瘤的病毒 病毒的增殖皆出现一步生长曲线 接种病毒后 在起初一段时间内 数分钟至数小时 细胞中测不到病毒颗粒 称此段时间为隐蔽期 当隐蔽期终结后 开始出现新的病毒个体 数量逐渐增多 称之为增殖期 对数生长期 随后 病毒数量趋于稳定 最终致细胞死亡 称之为细胞死亡期 隐蔽期 增殖期 细胞死亡期 病毒增殖的特点 病毒的异常增殖1 顿挫感染 abortiveinfection 有的细胞缺乏病毒复制所需要的酶 能量以及某些必要成分 因此病毒在其中不能合成自身成分 或不能组装成有感染性的病毒颗粒 非容纳细胞 non permissivecell 不能为病毒复制提供相应的酶 能量及必要成分的细胞 容纳细胞 permissivecell 2 缺陷病毒 defectivevirus 因病毒基因组不完整或发生严重改变 导致病毒不能复制出完整的子代病毒 辅助病毒 helpervirus 与缺陷病毒同时感染细胞时 能够弥补缺陷病毒的不足 使之复制出完整病毒 这种有辅助作用的病毒称为辅助病毒 3 干扰现象 interference 当两种病毒感染同一细胞时 可发生一种病毒的增殖抑制了另一种病毒的增殖的现象 称为干扰现象 机制 干扰素的产生 吸附干扰 复制干扰 活病毒 死病毒 活病毒 干扰 理化因素对病毒的影响 灭活 incativation 从细胞中释放出来的病毒体 受到物理 化学因素作用后 会失去感染性 不能复制出完整的病毒颗粒 灭活的病毒仍可保留抗原性 红细胞吸附性 血凝集细胞融合等特性 理化因素灭活病毒的机制是 破坏有包膜病毒的包膜 冻融或脂溶剂 2