chapter2-微生物细胞2017

第一章原核微生物,一、原核微生物细胞的结构与功能,细胞的一般性质和化学成分原核细胞的结构革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的比较真核细胞的结构原核细胞与真核细胞结构的比较,第一节细菌细胞的一般性质,一、细胞的形状和大小,球状,杆状,螺旋状,弧形,个体微小，直径0.5-2.0微米。比表面大，物质交换效率高。分子结构复杂，能完成生命活动的全部功能。,二、细胞的化学成分,有机物,无机物,蛋白质核酸类脂碳水化合物,三、细胞中的有机单体和多聚体碳水化合物和多糖：五碳糖：构成核苷酸的主链六碳糖：-1,4糖苷键形成糖原或淀粉-1,4糖苷键形成纤维素脂肪酸和类脂：类脂是细胞膜的主要组成成分核苷酸和核酸：碱基、五碳糖和磷酸构成核苷酸，核苷酸之间磷酸二脂键相连形成RNA和DNA氨基酸和蛋白质：氨基酸通过肽键连接形成肽链,第二节原核生物细胞的结构和功能,基本结构：细胞壁；细胞膜；细胞核；核糖体；颗粒状内含物特殊构造：质粒；间体；荚膜；鞭毛与菌毛；芽孢,一、细胞壁,细胞壁的化学组成和结构：,革兰氏染色：,初染、媒染、脱色、复染,1884年丹麦医生HansChristianGram,革兰氏染色,基本骨架：,肽聚糖,肽：四肽尾肽桥,聚糖：N-乙酰葡萄糖胺，N-乙酰胞壁酸,（一）革兰氏阳性菌细胞壁,肽聚糖磷壁酸多糖,甘油核糖醇,肽聚糖的结构较厚（3040nm），结构交联度高，致密,磷壁酸（革兰氏阳性菌细胞壁特有成分）化学成分：甘油、核糖醇结合位点：壁磷壁酸、膜磷壁酸,磷壁酸的功能：1）调节阳离子浓度2）储藏磷元素3）赋予革兰氏阳性菌特异的表面抗原4）调节细胞内的自溶素5）作为噬菌体的特异吸附受体,（二）革兰氏阴性菌的细胞壁,外膜,脂多糖磷脂蛋白质,脂蛋白孔蛋白外壁蛋白,肽聚糖,脂多糖分子结构由三部分组成：,类脂A：2个N乙酰葡糖胺及5个长链脂肪酸3个2酮3脱氧辛糖酸（KDO）内核心区LPS核心多糖区3个L甘油D甘露庚糖（Hep）外核心区:5个己糖（Hex）,包括葡糖胺、半乳糖、葡萄糖O侧链:多个4Hex单位,内含半乳糖、鼠李糖、甘露糖、阿比可糖(Abq),Textbookp15,脂多糖（LPS）,O-侧链,核心多糖,类脂A,类脂A是G-细菌的毒性中心,脂多糖的功能：1）是革兰氏阴性细菌致病物质-内毒素的物质基础。2）与磷壁酸相似，具有吸附Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用。3）由于LPS结构的多变，决定了革兰氏阴性菌细胞表面抗原决定簇的多样性。4）是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。5）具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能。,壁膜间隙（periplasm）,G-细菌细胞壁的外膜与细胞膜之间、胶胨态的空间。肽聚糖层位于其间。包括三类蛋白质：水解酶，结合蛋白和化学受体。,肽聚糖层：位于壁膜间隙。层薄，稀疏，机械强度较差与革兰氏阳性菌的区别1）四肽上第三个氨基酸不是L-赖氨酸，而是内消旋二氨基庚二酸meso-DAP。2）无特殊肽桥，肽链间通过肽键相连。,革兰氏阳性菌和阴性菌细胞壁的比较,思考：1、比较革兰氏阳性菌和阴性菌细胞壁结构的不同。2、革兰氏染色的原理是什么？,革兰氏阳性菌：,肽聚糖层次多、厚,机械抗性强,对溶菌酶、青霉素敏感,不含类脂和脂蛋白,不形成内毒素,革兰氏阴性菌：,肽聚糖层次少、薄,机械抗性差,对溶菌酶、青霉素不敏感,类脂、脂蛋白组成外膜,内毒素,G-细菌的细胞壁比G+菌要复杂得多，结构层次明显，分为内壁层和外壁层两层。,G+与G-菌肽聚糖亚单位的异同,四肽上的第三个氨基酸不同，G+菌为L-赖氨酸，G-菌为二氨基庚二酸肽间桥不同，G+菌为甘氨酸五肽，G-菌无肽间桥，为肽键相连,古生菌细胞壁成分的多样性：假肽聚糖、糖蛋白、蛋白质、独特多糖等等,真细菌革兰氏阳性菌的肽聚糖,古细菌甲烷杆菌属中的假肽聚糖,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）阻挡有害物质进入细胞4）赋予细菌具有特定的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性,缺壁细菌,基本去掉原生质体（G+）部分去掉球状体（G-）,缺壁细菌,实验室或宿主体内形成,在自然界长期进化中形成支原体,缺壁突变L型细菌,人工去壁,L型细菌（Lformofbacteria）：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。L型细菌在固体平板上生长形成煎鸡蛋状小菌落原生质体（protoplast）：用人式方法，在细菌生长培养基中加入抑制细胞壁合成的物质，如青霉素、丝裂霉素C，或用溶菌酶分解掉细菌的细胞壁而形成的仅有一层细胞膜包裹的圆球状渗透敏感细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成球状体又称原生质球（sphaeroplast）：用溶菌酶、青霉素等处理革兰氏阴性细菌形成的去壁不完全的近球状体,二、细胞膜,细胞膜是外侧紧贴细胞壁而内侧包围原生质的一层柔软而富有弹性的半透性膜。,化学组成,脂类:占20-30%,蛋白质:占60-70%,（一）细胞膜的结构,镶嵌性：单位膜具有磷脂双分子层结构，并且有蛋白质镶嵌其中流动性：单位膜具有流动性。磷脂和蛋白质分子在膜的表面不停地流动,细胞膜的特点,（二）细胞膜的功能：1）控制内外物质的运送、交换2）维持细胞内正常渗透压的屏障3）合成细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、脂多糖）和荚膜大分子的场所4）进行氧化磷酸化和光合磷酸化的产能基地5）许多酶和电子传递链的所在部位6）鞭毛着生点并为其运动提供能量,（三）内膜系统细菌细胞不具有膜包被的细胞器（organelles）。但是，细菌细胞膜可以通过内陷形成特殊地结构以增加膜的表面积，并行使特定功能。,1、间体细菌细胞膜内陷形成的层状、管状或囊状物。一般位细胞分裂部位或其临近部位。主要功能：促进细胞间隔的形成并参与遗传物质的复制。2、光合作用内膜：蓝细菌类囊体3、非光合作用内膜,间体参与遗传物质的复制的过程,三、核质和细胞质,（一）细胞核细菌细胞核又称原核、拟核或细菌染色体。它位于细胞质内，没有核膜、核仁。细胞核没有固定的形态。细菌细胞核的成分为双链DNA，没有组蛋白。功能：细胞生长、新陈代谢、遗传变异的控制中心。,（二）细胞质及内含物包围在细胞膜内的物质称为细胞质，由于细胞核是细菌细胞的重要结构成分，因此细胞质通常是指细胞膜包围的除细胞核以外的物质。细胞质中重要的内含物：质粒、核糖体、储藏颗粒（碳素储藏颗粒、氮素储藏颗粒、磷素储藏颗粒）,质粒,质粒是独立存在于细菌染色体外或附加在染色体上的遗传物质。它由一共价闭合环DNA分子组成。,目前在细菌中发现的质粒种类：1、接合质粒（F因子）2、抗性质粒（R因子）3、降解质粒4、细菌素质粒（col因子）5、致瘤质粒6、共生固氮质粒,质粒的特点：1、可以自发或用人工诱变的方法消除2、能自我复制稳定的遗传3、没有质粒的细菌不能自发的产生质粒，但可以通过转化、转导或结合作用获得质粒4、质粒可以携带供体的DNA转移,质粒的功能:1、控制细菌的某一遗传性状2、作为基因转移的载体,核糖体：,化学组成,RNA蛋白质,70S,50S,30S,23SrRNA5SrRNA34种蛋白质,16SrRNA21种蛋白质,细胞中合成蛋白质的场所,储藏颗粒细菌中有许多颗粒状储藏物：碳素储藏颗粒1）淀粉粒，遇碘液变蓝色2）肝糖粒，遇稀碘液变红褐色3）聚羟基丁酸（原核生物特有的碳原储藏形式）能被脂溶性染料苏丹黑着色,2、氮素储藏颗粒藻青素（藻青蛋白）：蓝细菌中的内源性氮素储藏颗粒。3、磷素储藏颗粒异染粒:细菌细胞中的多聚偏磷酸盐的颗粒，遇蓝色染料成紫红色。,四、特殊结构,（一）糖被：包括荚膜和粘液层某些细菌在生长过程中向细胞外分泌一种粘性物质，当这种粘液很浓时，用特殊的方法染色后在显微镜下可见其结构，这种结构称为荚膜；当粘液很稀，用荚膜染色无法看到其构造，称为粘液层。,荚膜,粘液层,菌胶团,荚膜的化学组成：多糖；多肽；多糖多肽,荚膜的功能：.使细胞免受干燥的危害。.病原菌的荚膜与致病能力有关。III.荚膜多糖作为信号物质，在细菌与其它生物体细胞之间的识别和结合过程中起重要作用。,（二）鞭毛,(1)形态：鞭毛是从细胞膜内长出，穿过壁伸出体外，形成细长的丝,鞭毛是细菌的“运动器官”，由三条线状的蛋白质亚基围绕着一个中空的核心组装成一根中空的管状蛋白质丝,(2)结构：基体，钩形鞘，螺旋丝,革兰氏阴性菌,革兰氏阳性菌,(3)功能：细菌细胞运动的器官,鞭毛的类型,细菌鞭毛的有无及其着生的位置和数目，成为细菌鉴定的依据之一，具体细分如下：,单生,丛生,单端单生：霍乱孤菌、蛭孤菌,两端单生：鼠咬热螺旋菌,两端丛生：红色螺菌,单端丛生：荧光假单胞菌,周生：肠杆菌科、芽胞杆菌科,侧生：反刍月形杆菌科,鞭毛的有无和着生方式,单端鞭毛,端生丛毛,两端生鞭毛,周生鞭毛,（三）菌毛,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。,菌毛有两种：1、普通菌毛：它细而多，起附着作用2、性菌毛：比普通菌毛粗、比鞭毛细而短，每个性细胞只有14根。其功能是在不同性别的细菌间传递遗传物质。,结合作用,（四）芽孢某些细菌生长发育到一定时候，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。,主要属于革兰氏阳性杆菌的两个属：芽胞杆菌属和梭菌属,注：芽胞是细菌的一种休眠体，而不是繁殖体,100,芽孢具有耐热性，原因是：1、壁厚2、含水量少3、含有吡啶二羧酸钙的复合物4、含硫氨基酸高5、含有耐热性的酶,芽胞的形成,胞囊：有些细菌，如固氮菌和黏细菌能形成不同于芽胞的胞囊；形成胞囊时在细胞外面淀积数层保护膜，胞囊具有抗干燥的作用，但不耐热,伴胞晶体（parasporalcrystal）：少数芽胞杆菌在其形成芽胞的同时，会在芽胞旁形成一颗菱形或双锥形的碱性蛋白晶体，称为伴胞晶体，对鳞翅目、鞘翅目昆虫有毒杀作用,第三节真核细胞与原核细胞的异同,一、真核细胞,凡是细胞核具有核膜、能进行有丝分裂、细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器的生物，称为真核生物（eukaryotes),二、真核生物的细胞构造（一）细胞壁主要成分是多糖，另有少量蛋白质和脂类低等真菌纤维素酵母菌葡聚糖高等陆生真菌几丁质,（二）细胞膜：（三）细胞核真核细胞的细胞核由核膜、核仁、核基质、染色质组成，DNA与组蛋白结合。,真核细胞的细胞膜具有固醇,（四）细胞质和细胞器1、细胞质和细胞骨架细胞骨架（cytoskeleton),2、细胞器（1）线粒体(mitochondria),（2）叶绿体(chloroplast),(3)核糖体(ribosome),原核生物和真核生物核糖体的异同,(4)内质网(endoplasmicreticulum),(5)高尔基体（Golgiapparatus),(6)溶酶体(lysosome),（五）鞭毛,基体：中心粒的衍生物，位于细胞质内毛杆：由9个2联微管围成一个长圆柱体，中央有2根根单微管，称中央微管，整个截面呈9+2图式，毛杆外被细胞膜。,三、原核细胞与真核细胞的比较结构原核细胞真核细胞细胞壁有肽聚糖没有肽聚糖细胞膜一般没有固醇常有固醇内膜系统中间体复杂有内质网细胞器无有线粒体、叶绿体核糖体70S（50S30S）80S（60S40S)细胞核原核、无核膜、核仁、真核、有核膜、核单个染色体，DNA不与仁、多条染色体、组蛋白结合，没有有丝DNA与组蛋白结合分裂有丝分裂运动器官鞭毛，中空管状蛋白质丝鞭毛，结构92型呼吸链位置细胞膜线粒体,第四节微生物细胞形态的多样性,一、原核生物的细胞形态细菌的细胞形状球状、杆状、螺旋状,球状,杆状,螺