原核微生物(细菌).ppt

,第二章原核微生物,微生物根据不同进化水平和性状上的差别可分为：原核、真核、非细胞型生物。原核微生物：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次体和衣原体六类。,第一节细菌,细菌是一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。,第一节细菌Bacteria,细菌的存在？Where?When?,1.培养：2.可观察的形态：群体（菌落，菌苔）个体（显微镜）,Anywhere?Anytime?,适宜生长的环境条件:温度，湿度，pH，营养,Howtofindanddetect?,球状(Coccus),杆状(Rod),螺旋状(Spirillum),基本形态,一、细胞的形态构造与功能（一）细菌的形态(ThemorphologyofBacteria),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。,单球菌双球菌链球菌四联球菌八联球菌葡萄球菌,1.球菌,单球菌：细胞沿一个平面进行分裂，分裂后子细胞分开单独存在。Eg.尿素微球菌,链球菌：如果子细胞排列成链状，就是。Eg.乳链球菌,双球菌：如果子细胞成双成对排列，就是。Eg.肺炎双球菌,球菌形态,四联球菌：细胞沿两个互相垂直的平面进行分裂，分裂后子细胞连在一起成“田”字则称。Eg.四联微球菌,八叠球菌：如果沿三个互相垂直的平面进行分裂，八个子细胞叠成一个立方体，称八叠球菌。Eg.尿素八叠球菌,葡萄球菌：如果细胞分裂方向不定，子细胞不规则的集在一起，象一串串葡萄，称。Eg.金黄色葡萄球菌,球菌形态,分裂行为与球菌形态关系,球菌形态,金黄色葡萄球菌的扫描电镜照片,金黄色葡萄球菌感染炎症,球菌与疾病,肺炎双球菌,球菌与疾病,细胞体,夹膜,双球菌,吞噬细胞,菌体侵入肺部,细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。,2.杆菌,杆菌有的笔直,有的弯曲,杆菌两端的情况在分类上很重要。,杆菌两端：有的象刀切一样整齐(eg.炭疽杆菌）；有的是钝圆(eg.枯草杆菌)；有的是尖的(eg.鼠疫巴斯德氏菌）。,杆菌形态,Note: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。,杆菌形态,杆状细菌的排列方式与形态,杆菌与疾病,1、结核分枝杆菌,Picture1,2、炭疽杆菌,3、破伤风梭菌,Picture2,Picture3,螺旋状的细菌，称为螺旋菌。,3.螺旋菌,弧菌：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。,螺旋菌：菌体回转如螺旋，螺旋数目2-6环。鞭毛二端生。细胞壁坚韧，菌体较硬。,螺旋体：螺旋数目大于6环，菌体柔软，无鞭毛，大多数是致病菌。,螺旋菌形态,1、霍乱弧菌,2、梅毒螺旋体,螺旋菌与疾病,Picture1,Picture2,1）柄杆菌（prosthecatebacteria）,细胞上有柄(stalk),菌丝(hyphae),附器(appendages)等细胞质伸出物，细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄。,4.特殊形态,2)星形细菌（star-shapedbacteria）,（Stella）,特殊形态细菌,3)方形细菌（square-ahapedbacteria）,（Haloarcula）,特殊形态细菌,畸形：细胞在理化因素的刺激下，细胞发育受到阻碍，从而形态异常。,衰颓型：培养时间过长，营养贫乏或自身代谢产物浓度过高等原因使细胞异常。,异常形态,奶酪杆菌,醋酸杆菌,4）异常形态,细胞大小表示：直径长,单位：微米,细菌大小测量:显微测微尺,（二）细菌的大小ThesizeofBacteria,一般细菌的大小范围：,0.51mm(直径),0.21mm(直径)180mm(长度),0.31mm(直径)150mm(长度)(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度),细菌大小,费氏刺尾鱼菌(Epulopisciumfishelsoni)(0.6mm0.08mm)体积比大肠杆菌大106倍（1985年发现）,个别大型细菌,费氏刺尾鱼菌,草履虫,德国Schulz等1997年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌(sulfurbacterium)，以H2S为生。,个别大型细菌,纳米比亚嗜硫珠菌Thiomargaritanamibiensis细胞直径可达0.31mm(迄今发现最大的细菌！),（nanobacteria）（50nm）,最大和最小细菌的个体大小悬殊：,（Thiomargaritanamibiensis）（0.31mm）,10亿100亿倍,细菌大小比较,细菌大小比较,特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造,一般构造：一般细菌都有的构造,（三）细菌细胞的结构(见P11),细菌细胞的结构(立体图）,细菌细胞结构,细胞壁是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。,1.细胞壁（Cellwall）,细菌细胞结构,细菌超薄切片电镜照片（示细胞壁与细胞膜）,Cellwall,Cellwall,分离获得纯细胞壁,1）细胞壁的功能：,（1）固定细胞外形和提高机械强度;,（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需;,（3）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤;,（4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础;,细菌细胞结构,2）革兰氏染色与细胞壁：,细菌染色法,死菌,正染色,革兰氏染色法抗酸性染色法芽孢染色法姬姆萨染色法,鉴别染色法,简单染色法,活菌,负染色：荚膜染色法等,用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色,细菌细胞结构,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）革兰氏染色,细菌细胞结构,1、结晶紫对菌液涂片进行初染;,2、用碘溶液进行媒染，染料和细胞间的结合得更牢。,3、用95%乙醇或丙酮进行冲洗脱色。,4、用与结晶紫具有不同颜色的碱性染料复染。例如沙黄。,革兰氏染色步骤：,细菌细胞结构,Left:单菌染色结果(G+或G-),Right:混合菌染色结果(G+和G-),细菌细胞结构,革兰氏染色结果及细菌分类,革兰氏染色阴性,革兰氏阳性菌产气荚膜梭菌（800）,革兰氏阴性菌大肠杆菌（500）,细菌细胞结构,G+和G-细胞壁结构比较（立体模型）,细菌细胞结构,G+和G-细胞壁结构比较(平面模型)参见P12,特点:(1)厚度大(2080nm);(2)化学组分简单:一般只含肽聚糖(peptidoglycan)90%和磷壁酸(teichoicacid)10%。,（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁,细菌细胞结构,又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物(mucocomplex)，是真细菌细胞壁中的特有成分，结合在G+细胞壁上的一种酸性多糖。,A、肽聚糖(peptidoglycan),肽聚糖,肽聚糖,四肽尾肽桥,N-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸,厚约2080nm，由40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上,细菌细胞结构,厚约2080nm，由40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上,每一个肽聚糖单体含有三个组成部分：主链，即双糖单位，由一个N-乙酰胞壁酸（NAM）与一个N-乙酰葡萄糖胺(NAG)分子通过-1，4糖苷键连接而成。该键可被溶菌酶水解。,：侧链，即短肽“尾”，即由四个氨基酸(L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala)连接起来的短肽连接在N-乙酰胞壁酸分子上。D型氨基酸一般仅在细菌的细胞壁中见到。,：肽“桥”，以甘氨酸五肽居多，肽“桥”的氨基端与前一肽聚糖单位肽“尾”中的第4位氨基酸（D-Ala)的羧基端相连接，而它的羧基端则与后一肽聚糖单位肽“尾”中的第3位氨基酸（L-Lys）的氨基端相连接，从而使前后两个肽聚糖单体交联起来。金黄色葡萄球菌为5个甘氨酸甘aa甘aa甘aa甘aa甘aa不同的菌可能肽桥不完全相同，目前不同菌的肽桥已发现100多种。革兰氏阳性菌的肽聚糖单位结构如图所示。,革兰氏阳性菌肽聚糖的结构,五肽交联桥五个甘氨酸,四肽侧链L-丙、D-谷、L-赖、D-丙,聚糖骨架G：N-乙酰葡萄胺M：N-乙酰胞壁酸,革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。,磷壁酸,壁磷壁酸：膜磷壁酸（脂磷壁酸）：,跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的称。,与肽聚糖分子进行共价结合的称。,B、磷壁酸,细菌细胞结构,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。其含量与培养条件关系不大。,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，一般占细胞壁重量的10%，有时可接近50%。,细菌细胞结构,膜磷壁酸；脂磷壁酸,壁磷壁酸,磷壁酸种类（参见P14）,磷壁酸的主要生理功能：,1、通过分子上大量的负电荷浓缩细胞周围的Mg2+，提高细胞膜上需Mg2+的合成酶的活性；,2、贮藏磷元素；,6、增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用；,5、革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；,4、噬菌体的特异性吸附受体；,3、能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，防止细胞因自溶而死亡。,可作为细菌分类、鉴定的依据,细菌细胞结构,埋藏在外膜层之内，是仅由12层肽聚糖网状分子组成的薄层(23nm)，含量约占细胞壁总重的10%，故对机械强度的抵抗力较G+细菌弱。,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁A肽聚糖,G-CellWall,G-细菌肽聚糖单体结构与G+细菌基本相同，差别仅在于：四肽尾的第三个氨基酸分子是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-CellWall,L-丙氨酸,D-谷氨酸,m-二氨基庚二酸,D-丙氨酸,赖氨酸,二氨基庚二酸,是G-细菌细胞壁所特有的结构，位于G-细菌细胞壁外层，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。,B、外膜(outermembrane),G-CellWall,外膜,肽聚糖,脂多糖,脂蛋白,磷脂,脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）,位于G-细胞壁最外层的一层较厚（810nm）的类脂多糖类物质。,类脂A,核心多糖(corepolysaccharide),O-特异侧链或称O-多糖或O-抗原（O-specificsidechain）,脂多糖,G-CellWall,2个N-乙酰葡萄糖胺及5个长脂肪链,分为内核心区和外核心区,多个4己糖单位，内含半乳糖、鼠李糖、阿可比糖(Abq)等,脂多糖LPS的结构与主要功能,LPSO-特异侧链结构的多变，决定了G-细菌细胞表面抗原决定簇的多样性；,如：沙门氏菌属(Salmonella)的抗原型多达2107种。这种多变性是革兰氏阴性细菌躲避宿主免疫系统攻击，保持感染成功的重要手段。,G-CellWall,LPS（核心多糖）负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用，对细胞膜结构起稳定作用。,G-CellWall,LPS（类脂A)是G-细菌致病物质内毒素的物质基础,G-CellWall,具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能；,许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；,G-CellWall,外膜蛋白(outermembraneprotein),嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。有20余种，但多数功能尚不清楚。,G-CellWall,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。,脂蛋白(lipoprotein),G-CellWall,内层：脂蛋白,是由三个相同分子量（36000）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。,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。,孔蛋白（porins）,G-CellWall,又称壁膜间隙。G+和G-细菌中均有，一般指其细胞壁与细胞膜之间的狭窄空间（宽约1215nm），呈胶状。,C、周质空间(periplasmicspace,periplasm),G-CellWall,周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所,在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmicproteins）,G-CellWall,革兰氏阳性和阴性细菌的比较,G,G,G+与G-细菌比较,网架结构：肽聚糖（含量高，约30%95%）革兰氏阳性菌壁磷壁酸磷壁酸膜磷壁酸基质类脂质（含量2%）内壁层：肽聚糖（含量低，约520%）革兰氏阴性菌内层外壁蛋白脂蛋白外壁层基质蛋白中层：磷脂类核心多糖外层：脂多糖层O特异侧链类脂A,（参见P16，表13）,(4)革兰氏阳性和阴性细菌的比较,革兰氏染色的原理分析,G+与G-细菌比较,参见P18,5）细胞壁缺陷细菌：,缺壁细菌,人工去壁,实验室或宿主体内形成,在自然界长期进化中形成,缺壁突变L型细菌,支原体,CellWallDeficientbacteria,（1）L型细菌（L-formofbacteria）,细菌在某些环境条件下（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变异型。,英国李斯特（Lister）预防研究所首先于1935年发现而得名。,CellWallDeficientbacteria,L型细菌特点,没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态,有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”,对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落（直径在0.1mm左右）,CellWallDeficientbacteria,（2）原生质体(protoplast),在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由G+细菌形成。,CellWallDeficientbacteria,原生质体特点：,对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至通气等都易引起其破裂；,有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应噬菌体所感染；,在适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖、形成菌落，形成芽孢。及恢复成有细胞壁的正常结构；,比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料；,CellWallDefic