第一章 微生物的形态和结构

,微生物,（病毒）,古生菌（Archaea）细菌（Bacteria）,真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、 单细胞藻类、 原生动物等,非细胞型,细胞型,原核微生物,真核微生物（Eukarya）,古生菌在进化谱系上与真细菌及真核微生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。,第一章 原核微生物的形态、构造和功能,一、原核微生物 无核膜包裹，裸露DNA的原始单细胞生物。 包括真细菌和古生菌两大类群。二、真核微生物 细胞核具有核膜、核仁、能进行有丝分裂, 有细胞器的微小生物，称为真核微生物。 包括真菌(fungi)、单细胞(显微)藻类 (single cell algae)、原生动物(protozoon)。,三、原核微生物与真核微生物(特点)的比较(p11表1-1),细菌: 是以二等分裂方式繁殖为主的单细胞原核生物。无典型细胞核，只有核质体，无核膜和核仁，无细胞器，不进行有丝分裂。,第一节 细 菌,最小,最大,肉眼可见（0.75 mm）,与无细胞结构的病毒相仿（50 nm）,1.细菌的大小,多数常见的细菌，则在几微米之间,一、细菌的细胞形态构造与功能,一般细菌的大小范围,直径: 0.5 1 mm,直径: 0.2 1 mm,长度: 1 8.0 mm,0.3 1 mm （直径） 1 5.0 mm（长度）(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度),1. 细菌的大小,几种细菌大小比较(P13表1-2),（二）大小,1、范围,细菌的大小,范围,（nanobacteria）（50 nm）,最大和最小细菌的个体大小悬殊,（Thiomargarita namibiensis）（0.75mm）,10亿 100 亿倍,费氏刺骨鱼菌(0.08 mm 0.6 mm)(Epulopiscium fishelsoni)比大肠杆菌大100万倍（1985年发现）,范围,2.细菌的形态与染色,球状,杆状,螺旋状,基本形态,(1)球菌(Coccus) 细胞个体呈球形或椭圆形。不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。例如：单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、链球菌和葡萄球菌等。,2.细菌的细胞形态,金黄色葡萄球菌,肺炎链球菌,(2)杆菌(Bacillus),细胞呈杆状或圆柱形 杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。,长宽比例 (1)长杆菌(2)短杆菌(3)球杆菌,菌体形状 (1)直杆状(2)稍弯曲状(3)梭状(4)分枝状 (Y或V形),两端形状(1)两端钝圆(2)两端平截(3)两端尖细,依排列单杆菌双杆菌链杆菌,枯草芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌,炭疽病的病原菌-炭疽杆菌,菌体成弯曲或扭转呈螺旋状圆柱形， 螺旋菌的细胞比较坚韧。1)弧菌 菌体短仅有一个弯曲，呈逗点状 为弧菌如霍乱弧菌(Vibrio cholerae)2)螺菌 菌体较长有两个以上的弯曲，捻转 呈螺旋状。如红色螺旋菌，鼠咬热螺旋菌,(3)螺旋菌(Spirillar bacterium),弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。,霍乱弧菌,弧菌？,螺旋菌？,菌体较长，有两个以上的弯曲，捻转呈螺旋状。螺旋数目和螺距大小因种而异。鞭毛二端生。细胞壁比较坚韧，菌体较硬(与螺旋体不同) 。,螺旋体菌?,菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内,梅毒密螺旋体,细胞壁与革兰氏染色,革兰氏染色：C.Gram(革兰)于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。,(1)细胞壁,革兰氏染色,1 细菌的基本结构,(二)、细菌的结构,图1-4 细菌细胞构造模式图,(1)细胞壁,细胞壁(cell wall)是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，质地坚韧，而富有弹性的构造。,1.细菌的一般结构,维持菌体固有形状;具有保护作用，免受细胞受机 械性或渗透压的破坏;细胞壁有许多微孔(110nm)， 对大分子物质有阻拦作用 协助鞭毛的运动。细胞壁是某 些细菌鞭毛的伸出支柱点;与横隔壁的形成有关。将原细 菌细胞分裂为两个子细胞。,细胞壁的主要功能,图1-5 革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁构造的比较,G+与G细菌细胞壁区别,(1)细胞壁,G+和G-细菌细胞壁化学成分的比较,仅由肽聚糖骨架(双糖单位)、四肽侧链(四肽尾)和交联桥(肽桥)三部分组成。,原核生物所特有的已糖,肽聚糖骨架由N-乙酰葡萄糖胺(NAG)和N-乙酰胞壁酸(NAM)通过-1,4-苷键交替连接成的多糖链，每条多糖链含1065个双糖单位,双糖单位,肽聚糖结构,图1-6 G+细菌肽聚糖的立体结构(片段),1） G+细菌细胞壁,1、细胞壁,A、肽聚糖,由四个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成,溶菌酶的溶菌作用：双糖单位中的-1,4-糖苷键很容易被溶菌酶(lysozyme)所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。,肽聚糖,图1-7 金黄色葡萄球菌的肽聚糖结构M：N-乙酰胞壁酸;G：N-乙酰葡萄糖丙谷赖丙：四肽侧链;x：甘氨酸五肽,肽聚糖结构,G+,特点：厚度大（20-80nm），有15-50层，化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸、少量的表面蛋白质，一般不含类脂质。,细菌细胞壁,跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的膜磷壁酸（又称脂磷壁酸），由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合后形成。,磷壁酸,革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。,壁磷壁酸，它与肽聚糖分子间进行共价结合，含量会随培养基成分而改变,1）G+细菌细胞壁,磷壁酸:G+细胞壁特有的成分。是多聚磷酸甘油或多聚磷酸核糖醇的衍生物。磷壁酸以约30个或更多的重复单位构成长链，插于肽聚糖中。,磷壁酸的主要生理功能,a. 带有负电荷，可吸附环境中的Mg2+等阳离子，保证细胞膜上某些合成酶维持高活性。 b. 壁酸抗原性很强，是G+菌重要的特异性表面抗原，因而可用于鉴定菌种。 c.与致病性有关,某些细菌的磷壁酸有类似菌毛的作用能黏附在宿主细胞表面，保证G+致病菌与其宿主间的黏连(主要为膜磷壁酸)。 d. 为某些噬菌体提供特异的吸附受体。,肽聚糖,外膜,外膜蛋白,周质空间,.G-细菌细胞壁,(1)细胞壁,G细菌的细胞壁较薄(1015nm)，多层结构。在肽聚 糖的外层还有由外膜。不含有磷壁酸 肽聚糖层:埋藏在外膜层之内，多糖链(双糖单位)与G+菌相同;较薄(仅23nm)，有13层，仅占细胞壁干重的5%20%。故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。,.G-细菌细胞壁,肽聚糖,内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)（只在原核微生物细胞壁上发现）,没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套,.G-细菌细胞壁,(1)细胞壁,G细菌的细胞壁较薄(1015nm)，多层结构。在肽聚糖的外层还有由外膜。不含有磷壁酸 肽聚糖层:埋藏在外膜层之内，多糖链(双糖单位)与G+菌相同;较薄(仅23nm)，有13层，仅占细胞壁干重的5%20%。故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。,.G-细菌细胞壁,外膜,位于G-细菌肽聚糖层外表面，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜，有时也称为外壁。,.G-细菌细胞壁,脂多糖(lipopolysaccharide, LPS),是位于G菌细胞外壁层中的一类脂多糖类物质。 由类脂A、核心多糖和O-特异侧链(或称O-特异性多糖或O-抗原)三部分组成。 习惯上将脂多糖称为 细菌内毒素。,外膜, O-特异侧链的种类、排列顺序及空间构型的变化决定了G细菌细胞表面抗原决定簇的多样性。,根据LPS抗原性的测定，沙门氏菌属的抗原类型多达2107多种，一般都源自O-特异侧链种类的变化。这种多变性是革G细菌躲避宿主免疫系统攻击，保持感染成功的重要手段。也可依此用灵敏的血清学方法对病原菌进行鉴定，在传染病的诊断中有其重要意义。,外膜,脂多糖的主要功能,核心多糖负电荷较强，与磷壁酸相似，可以吸附Mg2+、Ca2+等阳离子，以提高其在细胞表面浓度，对细胞膜结构起稳定作用。,脂多糖的主要功能,外膜,类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的毒性中心,脂多糖的主要功能,是许多噬菌体在细菌细胞表面的吸附受体。,外膜,外膜蛋白(outer membrane protein),指嵌合在LPS和磷脂双层外膜上的20余种蛋白质。 主要有孔蛋白、脂蛋白和非微孔蛋白(表面蛋白),外膜,孔蛋白：是由三个相同分子量36000的蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm 的孔道，通过孔的开闭，可对进入外膜层的物质进行选择地通过。,非特异性孔蛋白,特异性孔蛋白,可通过分子量小于800900的任何亲水性分子,只容许一种或少数几种相关物质通过，如维生素B12和核苷酸等。,外膜蛋白(outer membrane protein),外膜,脂蛋白是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白，分子量约为7200。,外膜蛋白(outer membrane protein),图1-5 革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁构造的比较,外膜,脂蛋白：由脂质与蛋白质构成，一端的蛋白质部分以 共价键连接于肽聚糖中的四肽侧链的二氨基庚二酸上，另一端脂质部分则以非共价键连接于外膜层的磷脂上，其功能是稳定外膜并将之固定于肽聚糖层。,非微孔蛋白：它是镶嵌于磷脂双层外膜上的一种表面蛋白，具有特异性运输蛋白或受体的功能,可将 一些特定较大分子物质输入细胞内。,外膜蛋白(outer membrane protein),外膜,周质空间(periplasmic space,periplasm),又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间宽约(1215nm)呈胶状。,周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所,革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁的比较,G+细菌和G-细菌一些特性的比较 P21表1-3,3）古细菌的细胞壁除热原菌属没有细胞壁以外，其余都具有与真细菌功能相似的细胞壁 细胞壁中含有假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质假肽聚糖结构： N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸 交替连接而成， 连在后一氨基糖上的肽尾由L-glu、L-ala和L-lys三个L型氨基酸组成，肽桥则由L-glu一个氨基酸组成。-1,3糖苷键不被溶菌酶水解,4)细胞壁缺陷细菌：,缺壁突变L型细菌 实验室或宿 主体内形成 彻底去尽原生质体（ G+）缺壁 人工去壁细菌 部分去除球状体 （G-） 在自然界长期进化中形成枝原体,（1）L型细菌指那些实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。,（2）原生质体（protoplast)：是指在人为条件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层细胞膜包裹着的圆球状渗透敏感细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。,经溶菌酶或青霉素处理后，还残留了部分细胞壁(尤其是G 细菌的外膜)的原生质体。通常由G 细菌形成。4. 支原体(Mycoplasma) 无细胞壁的原核微生物。因其细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，其细胞膜仍有较高的机械强度。,3. 原生质球(sphaeroplast),1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染。,2、用碘溶液进行媒染。其作用是提高染料和细 胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固。,3、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后 仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细 菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细 胞呈无色。,4、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对 涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的 革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革 兰氏阳性细菌继续保持深紫色,革兰氏染色步骤：,(1)细胞壁,5)革兰氏染色的机制,革兰氏染色,(1)细胞壁,细菌细胞壁的结构及其化学组成决定了革兰氏染色反应。由于G+菌细胞壁肽聚糖层较厚，且其含