细菌的形态、排列、大小及一般结构

1、第二章 原核微生物,原核(prokaryon)：指细胞核外没有核膜包围，DNA以闭环分子形式存在，不含组蛋白的细胞核,原核微生物：指具有原核的微生物,主 要 内 容,第一节 细 菌 第二节 放线菌 第三节 其它代表性原核微生物,第一节 细 菌,一、细菌的形态、大小及排列方式 二、细菌细胞的一般构造及特殊构造 三、细菌的繁殖方式 四、常见的细菌类群,什么是细菌（bacteria）,从大的方面来讲：细菌指的就是原核微生物，即所有原核微生物均可以称之为细菌,从小的方面来讲：细菌主要是指那些形态为杆状、球状或螺旋状的单细胞原核微生物,一、细菌的形态、大小及排列方式,一）细菌的形态与排列,细菌的基本形态

2、,1、球菌（coccus,细胞呈球状或椭圆状的细菌。 由于细胞分裂的方向不同，球菌共有六种排列方式,一）形态、大小及排列方式,1,2,3,4,5,6,种类最多： 短杆状 棒杆状 月亮状 梭状 梭杆状 分枝状 竹节状,2、杆菌（bacillus,杆状或圆柱状,一）形态、大小及排列方式,杆菌的特点,杆菌的长度与其直径的比值差异较大,杆菌只沿一个与长轴垂直的分裂面,一）形态、大小及排列方式,球杆菌、丝状 直杆菌、弯杆菌,链状、栅状、“八”字形,3、螺旋菌（spirilla,弧菌（vibrio）：弯曲程度不满一圈的螺旋菌，常呈“C”状，如霍乱弧菌（Vibro cholerea,螺旋菌：指细胞呈螺旋状或

3、弧状的细菌,一）形态、大小及排列方式,螺菌（spirillium）：螺旋在26圈的螺旋状细菌，如减小螺菌（Spirillum minus,螺旋体（spirochaeta）：螺旋6圈以上的螺旋状细菌，如梅毒密螺旋体,4、形态特殊的细菌,柄细菌（Caulobacterium）：菌体细胞呈杆状或梭状，具有特征性的细柄，可用于将细胞附着于基物上,柄杆菌 Caulobacter sp,鞘衣菌 Sphaerotilus natans,鞘细菌（sheathed bacterium）：杆菌细胞呈链状排列，不分枝，且在细菌细胞外形成了一个共同的衣鞘,细菌形态：三角形、方形、星形、圆盘形,影响细菌形态的因素,外界

4、环境因子：培养温度、培养时间、 培养基成分与浓度,幼龄细菌： 老细菌,菌体形态正常、整齐、稳定,形态不正常：梨形、有分枝、细丝状,二）细菌的大小,1、球菌 d：0.51.0m 较大的球菌：旋动泡硫磺细菌 （Thiophysa volutaus），d=78m,3、螺旋菌 宽长，长度实际长度 0.31.01.050m,2、杆菌 宽长，长度可为d 的一至数倍 小型杆菌：0.20.4 0.71.5m 中型杆菌：0.51 23m 大型杆菌：11.25 38m,影响因子：菌种、培养条件、菌龄、染色方法,测量细菌大小：记录平均值/代表性数值 使用活菌 不要染色，必需注明染色方法,幼龄细菌 成熟/老龄细菌 固

5、定染色菌体 原菌体 媒染法的菌体 原菌体,影响菌体大小的因素,最小的细菌,能引起尿结实的纳米细菌（nanobacteria） d=50 nm，比最大的病毒还小，分裂缓慢，代时为72h，是目前所知最小的细菌,讨论：独立生命个体到底能有多小？ 生物大分子140nm，250nm？ 病毒能够小,以一种特殊的生活规律维持生命活动的,最大的细菌,菌体：d=80 m、 长：200600m 体积：巨大 细胞：富含原核和核糖体 具有高度旋绕的细胞膜 运动：有鞭毛，V = 2.4 cm/min,1985年，在红海的棕色刺尾鱼肠道内发现一种雪茄型细菌，1993年，命名为Epulopiscium fishelsoni

6、,纳米比亚硫磺珍珠”（Thiomargarita namibiensis,1997年，纳米比亚海岸，发现的一种硫细菌（sulfur bacterium），d = 0.10.75mm,富含：液泡（98%） 液泡内富含：硝酸盐，在产能和硫氧化过程中充作电子受体。 液泡外包被一层0.52.0m厚的细胞质，其中富含硫滴,二、细菌细胞的一般构造和特殊构造,一）细菌细胞一般构造,1、细胞壁 2、细胞膜 3、内膜结构 4、细胞质及其内含物 5、原核 6、质粒,第一节 细菌的模式结构,图 2-1 细菌细胞的模式结构（摘自Microbiology 6th,二）细菌细胞的特殊结构 荚膜 鞭毛、菌毛、性毛 芽孢、胞

7、囊,一）细菌细胞的一般结构 1、细胞壁 2、细胞膜 3、内膜结构 4、原核 5、质粒 6、细胞质及其内含物,1、细胞壁（cell wall,1）细胞壁的功能 （2）革兰氏染色反应 （3）革兰氏阳性菌的细胞壁结构 （4）革兰氏阴性菌的细胞壁结构 （5）G菌和G菌细胞壁结构的区别 （6）细胞壁缺陷细菌,细胞壁（cell wall,厚度：1080 nm 占细胞干重的1025,1、细胞壁,通常指包围原生质膜的一层较为紧韧且略带弹性的结构,1）细胞壁的主要功能,a、维持细胞外形； b、具有保护作用； c、协助运动； d、与物质运输有关； e、决定细菌的抗原性、致病力、对抗生素及对噬菌体的敏感性,1、细胞

8、壁,2）革兰氏染色反应,初 染,媒 染,脱色,复 染,1、细胞壁,3）G菌细胞壁的结构,金黄色葡萄球菌 （Staphylococcus aureus,厚度：2080nm,重量：50%80,肽聚糖,1、细胞壁,革兰氏阳性菌细胞壁化学结构模式图,肽聚糖,磷壁酸,肽聚糖,层次多：1550,G+菌细胞壁的模式结构,磷壁酸,磷壁酸（teichoic acid,指结合在G+菌细胞壁上的一种酸性多糖。 为G+菌所特有,3）G菌细胞壁的结构,主要化学组成：多元醇磷酸,磷壁酸,依多元醇划分,C1-C5磷酸二酯键 少：10；多：40-50,C1-C3磷酸二酯键,按结合部位划分,磷壁酸,b 膜磷壁酸,a 壁磷壁酸，

9、50,磷酸二酯键,共价键,磷壁酸的功能,a磷壁酸加强了细胞对金属离子的吸引； b磷壁酸是G+菌重要的表面抗原和某些噬菌体的吸附位点； c磷壁酸增加了细菌表面结构的稳定性； d膜磷壁酸具有粘附作用，与致病性有关； e贮存磷元素； f调节细胞内自溶素（autolysin）的活力,磷壁酸,4）G菌细胞壁的结构,大肠杆菌 （Escherichia coli,层 次,G菌与G菌细胞壁的结构差异,内壁层,外壁层,G菌肽聚糖结构的差异,化学结构,内壁层,G菌肽聚糖的结构差异,交联度低25,以肽键直接交联,G菌肽聚糖的结构差异,层次多：1550,层次少,13层,外壁层,4）G菌细胞壁的结构,厚约：810 nm

10、，呈波浪形,蛋白质、脂蛋白和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS,是外膜层的主要成分及特有成分 分子量 1万道尔顿 化学结构复杂且常因细菌类群甚至菌株而异,脂多糖 = 糖基O-侧链核心多聚糖类脂A,脂多糖的化学组成,脂多糖（LPS）的功能,a、类脂A是G菌的致病物质内毒素的物质基础； b、具有与磷壁酸相类似的功能； c、多变的化学结构决定了G菌表面抗原决定簇的多样性； d、噬菌体的吸附受体； e、具有部分选择屏障作用,革兰氏阴性菌细胞壁结构,5）革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌 细胞壁的主要区别,革兰氏染色法的原理,6）周质空间（periplasmic space,壁膜间隙：指位于细

11、胞壁与细胞膜之间的狭小的空间范围，约为1215nm,处理：溶菌酶或用冷渗振动,1、细胞壁,7）细胞壁缺陷细菌,7）细胞壁缺陷细菌,通过溶菌酶、青霉素、丝裂霉素C处理,G,G,原生质体,完全 去除,原生质球,原生质体和原生质球,L-型细菌（bacterial L-form）： 某些细菌在特定环境条件下，由于基因突变而产生的无壁类型,7）细胞壁缺陷细菌,L-型细菌的菌落,细胞壁缺陷细菌的特点,对环境条件敏感：低渗、振荡、离心、通气 有鞭毛而不运动； 不被噬菌体侵染； 能够再生： 在适宜条件下，生长繁殖形成菌落，并恢复产生新细胞壁转为正常细菌的过程,1、G细 菌 细 胞 壁 的 结 构 为 一 层

12、，含 有的 特 有 成 分 是 ( ) A. 脂多糖 B. 脂蛋白 C. 磷壁酸 D. 核蛋白 2、 G细 菌 细 胞 壁 中 的 特 有 成 分 是 ( ) A. 肽聚糖 B. 磷壁酸 C. 脂蛋白 D. 脂多糖 3、E.coli 肽 聚 糖 双 糖 亚 单 位 交 联 间 的 肽 间桥 为 ( ) A. 氢键 B. 肽键 C. 甘氨酸五肽 4、Staphylococcus aureus 肽 聚 糖 双 糖 亚 单 位 交 联 间 的 肽 间 桥 为( ) A. 肽键 B. 甘氨酸五肽 C. 氢 键,小 结,指紧贴在细胞壁内侧并包围原生质的一层柔软而富有弹性的膜,2、细胞膜（cell mem

13、brane,厚度：约78nm 主要成分：磷脂（占2030%） 蛋白质（占5070,一）细菌细胞的一般构造,细胞膜的模式结构,1）细胞膜的结构,1972年，SingerNicolson提出： 液态镶嵌模型（fluid mosaic model,2、细胞膜,细胞膜的液态镶嵌结构,液态镶嵌”理论,a、膜的主体是脂质双分子层，具有流动性； b、整合蛋白因其疏水性而溶于脂质双分子层的疏水性内层中； c、周边蛋白表面含有亲水基团，可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连； d、脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合； e、脂质双分子层象“海洋”一样，周边蛋白可在其上 “漂浮”运动，而整合蛋白则象“冰

14、山”一样沉浸在其中并可作横向移动,1）细胞膜的结构,2）细胞膜的功能,a选择性控制细胞内外的物质运与交换； b具有维持细胞内正常渗透压的屏障作用； c合成细胞壁各种组分（脂多糖、肽聚糖、 磷壁酸）和荚膜等大分子物质）的场所； d进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地； e许多酶和电子传递链组分的所在地； f鞭毛的着生位点，并为其提供运动所需的能量,2、细胞膜,3、内膜结构,间体 类囊体 载色体 羧酶体 气泡,内膜结构：许多原核生物类群演化出的一类由细胞膜内陷、折叠而形成的层状、管状或囊状的特殊结构,一）细菌细胞的一般构造,间体（mesosome,3、内膜结构,由细胞质膜内陷而形成的囊状结构，其中

15、充满着层状或管状的泡囊,B subtilis 的间体,1至几个/cell； 位于细胞分裂部位； 在G菌中常见； 在G菌中不明显,间体的主要功能,a深层的间体： 促进细胞间隔的形成，与DNA的复制、分配及细胞分裂有关； b表层的间体： 与某些酶有关，如细胞色素氧化酶 细菌氧化磷酸化的中心，相当于真核生物的线粒体,间体,类囊体（thylakoid,蓝细菌（cyanobacteria,由细胞质膜内陷形成的片层状结构，内含叶绿素和藻胆色素等光合色素及光合作用酶系,原绿菌属（Prochloron） 蓝细菌的类囊体（thylakoid,蓝细菌进行光合作用的场所,3、内膜结构,载色体（chromatophore,光合色素：细菌叶绿素、类胡萝卜素 光合磷酸化的酶类 电子传递体,色素体（chlorosome）：由光合细菌的细胞质膜内陷并折叠而形成的层状、囊状或管状结构,光合细菌进行光合作用的场所,紫硫光合细菌的载色体（chromatophore,3、内膜结构,A、红螺菌 B、红假单胞菌 C、红微菌 D、红囊菌 E、荚硫菌 F、绿硫菌,不同形式的载色体,载色体,羧酶体（carboxysome,细菌固定二氧化碳的场所,多角体（polyhe