第2节 细菌一般结构.ppt

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,P13-25,第二节细菌细胞的结构,1、细胞壁（cellwall）,1）概念：,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。,P14-,1、细胞壁,2）证实细胞壁存在的方法：,（1）细菌超薄切片的电镜直接观察；,（2）质、壁分离与适当的染色，可在光镜下看到细胞壁；,（3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；,（4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；,1、细胞壁,3）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；,P13,1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁,简单染色法正染色革兰氏染色法鉴别染色法抗酸性染色法死菌芽孢染色法姬姆萨染色法细菌染色法负染色：荚膜染色法等活菌：用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色,（1）革兰氏染色,4）革兰氏染色与细胞壁：,（1）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。,4）革兰氏染色与细胞壁：,（1）革兰氏染色,1、结晶紫初染,2、碘液媒染,3、乙醇脱色,4、复染,P14表,4）革兰氏染色与细胞壁,（1）革兰氏染色,P18,4）革兰氏染色与细胞壁,（2）G+细菌的细胞壁,特点：厚度大（2080nm）化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。,4）革兰氏染色与细胞壁,（2）G+细菌的细胞壁,肽聚糖(peptidoglycan),磷壁酸（teichoicacid）,4）革兰氏染色与细胞壁,（2）G+细菌的细胞壁,A、肽聚糖peptidoglycan,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。,双糖单位,4）革兰氏染色与细胞壁,（2）G+细菌的细胞壁,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,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,目前所知的肽聚糖已超过100种，在这一“肽聚糖的多样性”中，主要的变化发生在肽桥上。,4）革兰氏染色与细胞壁,（2）G+细菌的细胞壁,B、磷壁酸teichoicacid,G+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。,二价阳离子，特别是高浓度的Mg2+。的存在，对于保持膜的硬度，提高细胞膜上需Mg2+的合成酶的活性极为重要。,4）革兰氏染色与细胞壁,（2）G+细菌的细胞壁,B、磷壁酸,主要生理功能：,细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收；,贮藏磷元素；,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；,G+细菌特异表面抗原的物质基础；,噬菌体的特异性吸附受体；,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,P15,4）革兰氏染色与细胞壁,（3）G-细菌的细胞壁,肽聚糖,外膜,外膜蛋白,周质空间,P15,4）革兰氏染色与细胞壁,（3）G-细菌的细胞壁,A、肽聚糖,埋藏在外膜层内，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10%，故对机械强度的抵抗力较G+菌弱。,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,4）革兰氏染色与细胞壁,（3）G-细菌的细胞壁,B、外膜(outermembrane),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。,4）革兰氏染色与细胞壁,（3）G-细菌的细胞壁,B、外膜(outermembrane),脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）,位于G-细菌细胞壁最外层的一层较厚(810nm)类脂多糖类物质,由:类脂A(lipidA)核心多糖(corepolysaccharide)O-特异侧链（O-specificsidechain/O-多糖/O-抗原）三部分组成。,（3）G-细菌的细胞壁,B、外膜(outermembrane),脂多糖的主要功能,LPS结构的多变，决定了G-细菌细胞表面抗原决定簇的多样性；,LPS负电荷较强，与磷壁酸相似，能吸附Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面的浓度，对细胞膜结构起稳定作用。,类脂A是G-细菌致病物质内毒素的物质基础,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,4）革兰氏染色与细胞壁,（3）G-细菌的细胞壁,C、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。,4）革兰氏染色与细胞壁,（3）G-细菌的细胞壁,D、周质空间(periplasmicspace,periplasm),又称壁膜间隙。在G-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,4）革兰氏染色与细胞壁,（3）G-细菌的细胞壁,D、周质空间,在周质空间中，存在多种周质蛋白（periplasmicproteins）,水解酶类,合成酶类,结合蛋白,受体蛋白,4）革兰氏染色与细胞壁,（4）G+和G-的比较,P18表1-3,4）革兰氏染色与细胞壁,（4）G+和G-的比较,4）革兰氏染色与细胞壁,革兰氏染色的原理,（4）G+和G-的比较,1、细胞壁,5）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基本去尽原生质体（G+）缺壁细菌人工去壁部分去除球状体（G-）在自然界长期进化中形成支原体(mycoplasma),2、细胞膜,1）概念P19,细胞质膜(cytoplasmicmembrane),又称质膜(plasmamembrane)、细胞膜（cellmembrane）或内膜(innermembrane)，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，厚约78nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白质（占50%70%）组成。,2、细胞膜,3）细胞膜的化学组成与结构模型,（1）磷脂,亲水的极性端,疏水的非极性端,R有多种形式,3）细胞膜的化学组成与结构模型,（2）膜蛋白,具运输功能的整合蛋白（integralprotein）或内嵌蛋白（intrinsicprotein）,具有酶促作用的周边蛋白（peripheralprotein）或膜外蛋白(extrinsicprotein),膜蛋白约占细菌细胞膜的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。,3）细胞膜的化学组成与结构模型,（2）液态镶嵌模型(fluidmosaicmodel),膜的主体是脂质双分子层；,脂质双分子层具有流动性；,整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层的疏水性内层中；,周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质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；,脂质双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。,1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）,3）细胞膜的化学组成与结构模型,（2）液态镶嵌模型(fluidmosaicmodel),3）细胞膜的化学组成与结构模型,（3）甾醇类物质,由磷脂分子形成的双分子膜中加入甾醇类物质可提高膜的稳定性,真核生物细胞膜中一般含有胆固醇等甾醇，含量为5%-25%。,原核细胞膜一般不含胆固醇，而是含有hopanoid(类甾醇)。,甾醇的一般结构,3）细胞膜的化学组成与结构模型：,（4）甾醇类物质,hopanoid类甾醇，其作用也被认为是稳定细胞膜的结构,90%的化石燃料的前体物质是kerogen（油原，或称油母岩质）,Kerogen中细菌特有的hopanoid类甾醇占有很高的比例,Kerogen是由于细菌的活动而形成,在地下沉积物中细菌特有的hopanoid类甾醇的含量高达1011-12T，与目前地球上存在的活的生物（livingorganisms）体内含有的有机C的含量总和相当。,hopanoid被认为是地球上含量最丰富的生物分子,2、细胞膜,4）细胞膜的生理功能：,选择性地控制细胞内、外的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各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等）的重要基地；,膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，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；,P20,（二）细胞的结构,2、细胞膜,5）间体（mesosome，或中体）：,细胞质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,细胞质中主要有核糖体、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，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。,3、细胞质和内含物P21,1）概念：,细胞质（cytoplasm）是细胞质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%。,3、细胞质和内含物,2）颗粒状贮藏物(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。,糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等C源及能源类聚-羟丁酸（PHB）：固氮菌、产碱菌和肠杆菌等硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等贮藏物藻青素：蓝细菌藻青蛋白：蓝细菌P源(异染粒)：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌,N源类,P21-22表1-4,2）颗粒状贮藏物(reservematerials),聚-羟丁酸(poly-hydroxybutyrate,PHB),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%。,类脂性质的C源类贮藏物,2）颗粒状贮藏物(reservematerials),聚-羟丁酸(poly-hydroxybutyrate,PHB),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。,它无毒、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。,2）颗粒状贮藏物(reservematerials)：,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。,糖原粒淀粉粒,有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。,2）贮藏物(reservematerials),微生物储藏物的特点及生理功能：,不同微生物其储藏性内含物不同,（例如厌气性梭状芽孢杆菌只含PHB，大肠杆菌只储藏糖原，但有些光合细菌二者兼有）,微生物合理利用营养物质的一种调节方式,当环境中缺乏能源而C源丰富时，细胞内就储藏较多的C源类内含物，甚至达到细胞干重的50%，如果把这样的细胞移入有N的培养基时，这些储藏物将被作为C源和能源而用于合成反应。,储藏物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。,（例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-羟丁酸（PHB）就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。）,储藏物在细菌细胞中大量积累，还可以被人们利用。,3、细胞质和内含物,3）磁小体(megnetosome),趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的Fe3O4颗粒，外有一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹。,3）磁小体(megnetosome),功能导向作用，即借鞭毛游向对该菌最有利的泥、水界面微氧环境处生活。,实用前景生产磁性定向药物或抗体，制造生物传感器等,3、细胞质和内含物,4）气泡（gasvocuoles）,许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小为0.21.0m75nm，内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包裹。,功能：调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质,蓝细菌生长时依靠细胞内的气泡而漂浮于湖水表面，并随风聚集成块，常使湖内出现“水花”。,有些厌氧性光合细菌利用气泡集中在水下10-30m深处，这样既能吸收适宜的光线和营养进行光合作用，又可以避免直接与氧接触。,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。,3、细胞质和内含物,4）气泡（gasvocuoles）,气泡的膜只含蛋白质而无磷脂。2种蛋白质相互交连，形成一个坚硬的结构，可耐受一定的压力。膜的外表面亲