微生物细胞的结构与功能

1、微生物细胞的结构与功能原核微生物的形态和构造原核细胞和真核细胞的区别：原核细胞：有明显核区，无核膜、核仁 无线粒体，能量代谢和许多物质代谢在质膜上进行 分布在细胞质中，沉降系数为70S真核细胞：有核膜，核仁 有线粒体，能量代谢和许多合成代谢在线粒体中进行 分布在内质网膜上，沉降系数为80S细菌细胞的基本结构包括： 细胞壁、细胞质膜、间体、细胞质、核糖体、气泡、细胞核、质粒和储藏物。特殊结构包括： 荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢和伴孢晶体。(一)细胞壁（cell wall)：1. 概念：细胞壁是位于胞外紧贴胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构。2. 细胞壁的化学组成与结构重点提示：细胞壁的基本骨架肽聚

2、糖 革兰氏阳性菌的细胞壁 革兰氏阴性菌的细胞壁革兰氏染色的机理 （1）细胞壁的基本骨架肽聚糖概念：肽聚糖是由N乙酰胞壁酸（NAM）和N乙酰葡糖胺（NAG）以及少数氨基酸短肽链组成的亚单位聚合而成的大分子复合体肽聚糖单体：由NAG 、 NAM 、肽尾、肽桥构成（2）革兰氏阳性菌的细胞壁:由肽聚糖和磷壁酸组成肽聚糖:占3070% ,不同菌种中肽聚糖(肽链)组分不同,具重要分类意义。磷壁酸 (teichoic acid):占40%。G+菌所特有,其主链由数十个磷酸甘油或磷酸核糖醇组成,有的还有由DAla和还原糖组成的侧链。磷壁酸的分类:(1)按与壁的连接方式分:壁磷壁酸:与肽聚糖分子共价结合,并延伸

3、到肽聚糖分子表面, 带有负电荷。膜磷壁酸:与原生质膜的脂类共价结合。(2)根据主链组成不同:甘油型 核糖醇型 一般一种菌含一种磷壁酸。磷壁酸的功能：1)使细胞壁形成负电荷环境,以利于吸附镁离子,维持酶活。2）贮藏磷元素3)构成噬菌体的吸附位点,同时是某种菌的抗原决定簇的主要成分。4）赋予G+特异的表面抗原5)可以和宿主粘连。（3）革兰氏阴性菌的细胞壁革兰氏阴性菌的细胞壁结构较复杂,分内壁层和外壁层。内壁层:紧贴胞膜,仅由12层肽聚糖分子构成,占细胞壁干重5 10%,无磷壁酸。外壁层:位于肽聚糖层的外部。包括: 脂多糖; 蛋白质层【:脂蛋白、基质蛋白、外壁蛋白;】 磷脂.基质蛋白：埋嵌在外壁层中

4、,如孔蛋白,三聚体构成的疏水孔道贯穿外壁层,使小于800-900D的分子可通过,起分子筛作用。外壁蛋白：为特异性载体,可将较大分子送入细胞内。脂蛋白：与肽聚糖层共价结合,并埋置在外壁层,使外壁层牢固的与内壁层连接。脂多糖(LPS,lipopolysaccharide)：脂质A:两个葡糖胺连接多 个脂肪酸,为内毒素的中心。核心多糖:与脂质A相连,由糖及其衍生物组成。O-侧链:短多糖链,其顺序有菌种特异性,具有诊断细菌学意义。脂多糖（LPS）的功能：1. G菌致病物质内毒素的物质基础。2. 与磷壁酸相似，吸附二价阳离子以提高这些离子在细胞表面的浓度。3. 由于LPS的多样性，决定G菌表面抗原决定簇

5、的多样性。4. 噬菌体吸附位点。细菌的鉴别染色法革兰氏染色法步骤：涂片固定；结晶紫初染1min；碘液媒染1min； 95%乙醇脱色0.5min； 番红复染1min。 结果:阳性菌紫色；阴性菌红色。 G菌：细胞壁厚，肽聚糖网状分子形成一种透性障，当乙醇脱色时，肽聚糖脱水而孔障缩小，故保留结晶紫-碘复合物在细胞膜上。呈紫色。G菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，其脂含量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，沙黄复染后呈红色。4 缺壁细胞原生质体L型细菌 球状体 支原体原生质体（protoplast）：细菌除去细胞壁剩下由细胞膜包裹的部分。多为G+菌。原生质体的特点

6、：1)无细胞壁，为圆球形2)对环境敏感：渗透压，震荡，离心，易溶菌3)有鞭毛，而不能运动4)不被噬菌体感染（因为没有吸附位点）5)生物学特性依旧b . 球状体（spheroplast)： 还保留有部分细胞壁的菌体细胞,多见于G菌。特点：除具原生质体特点外a)可有一定抗性，可培养b)可重新合成细胞壁c .型细菌(L-forms)： 自发突变形成的细胞壁缺陷(部分或全部),具多形性。可以生长繁殖,在培养基上形成油煎蛋菌落。有些可重新合成细胞壁。d 支原体：适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物，细胞膜中含有甾醇。5. 细胞壁的功能:1)保护细胞,维持菌形2)具有抗原性致病性对噬菌体的敏感性3)与胞膜

7、一起完成细胞内外物质交换4)为正常细胞分裂所必需 5)鞭毛运动的支点6.周质空间(periplasmic space ; periplasm)1)概念: 位于细胞壁与细胞膜之间的狭窄空隙(2)周质空间的特点:a. 充满松散的网状肽聚糖b. 含水解酶类、合成酶类c. 含与营养吸收有关的蛋白质（二）细胞膜(cell membrane)1.概念: 细胞膜是紧贴细胞壁内侧包围细胞质的一层柔软，富有弹性的半透明薄膜。3. 细胞膜的功能：(1)细胞内外物质交换和运送。(2)在原核微生物中,参与生物氧化和能量产生。(3)与细胞壁及荚膜的合成有关。(4)是鞭毛着生的位点。4.内膜系统：膜内陷并延伸到细胞质内，

8、在繁殖和代谢多种过程中起作用间体(mesosome)：细胞膜内褶形成的一种管状、层状或串状物，一般位于细胞分裂的部位或附近。间体的功能：（1）参与隔膜形成（2）与核分裂有关(3）类线粒体功能（三）核区概念： 由大型环状双DNA纤丝构成的无核膜核仁的区域，故又称类核或拟核。 细菌DNA： 放射自显影下，24µm长的E.coli 其DNA长11.4µm。无组蛋白，与精胺、亚精胺结合，故有稳定性和柔软性。(四)细胞质及其内含物1. 成分： 细菌的细胞质是由水，蛋白质，核酸，脂类和少量糖，无机盐组成的无色透明粘稠状透明物质。2. 气泡:由蛋白质膜构成的泡状物，加大菌体的浮力，便于菌

9、体吸收水中的氧气。常见于光合细菌和水生细菌，借气泡漂浮能力，使无鞭毛菌在适合环境中生长。3.颗粒状内含物 颗粒状内含物为细胞储藏物质，因种而异，随菌龄及培养条件不同而改变。 主要有糖元、异染粒、聚羟丁酸、藻青素、藻青蛋白、多聚磷酸盐和硫粒等。(1)异染粒：概 念：为多聚偏磷酸盐。功 能：贮存磷元素和能，降低 渗透压。鉴定意义：遇甲基胺蓝变紫红色，如白喉杆菌，鼠疫杆菌。(2) 聚羟丁酸颗粒（PHB） 概念:为碳源贮存物功能：贮存能量，碳源，可降低渗透压。(3) 藻青素：概念：存在于蓝细菌中的藻青蛋白功能：贮氮，贮能。厌氧时可进行 鸟氨酸循环。(4)硫粒:形成：取决于环境硫化物含量,缺S时,氧化成

10、硫酸被菌利用。或为某些菌的解毒产物。功能： a.好氧硫细菌的能源 b.厌氧硫细菌的电子供体(5)多肽:如苏芸金杆菌芽孢旁的多肽称伴胞晶体，为蛋白质毒素，可作为生物杀虫剂。三、细菌细胞的特殊结构（一）荚膜(capsule)1. 概念：某些细菌细胞壁外的一层粘液性物质。2. 种类：微荚膜：0.2µm 与细胞表面牢固结合。荚膜：0.2µm 与菌表面结合松弛,震荡离心可得。粘液层：与菌表面结合松散,可向菌的周围扩散,增大黏性。菌胶团： 多个细菌共有一个荚膜。3. 荚膜的观察：光镜 负染色 特殊染色4. 荚膜的组成：因种而异，除水外，主要是多糖（包括同型多糖和异型多糖），此外还有多肽

11、，蛋白质，糖蛋白等。5 . 荚膜的形成(1)荚膜的形成是由种的遗传性所决定为种的特征。(2)荚膜的形成与组成明显受培养基成分和培养条件的影响。如肠膜明串珠菌(Leuconosto mesenterondes)以蔗糖为碳源时合成葡聚糖成分的荚膜 。6. 荚膜的生理功能：（1）保护作用：抗干燥，抗吞噬（吞噬细胞、噬菌体、蛭弧菌等）（2）贮藏养料（3）具有致病性，抗原性（二）鞭毛1. 概念： 某些微生物表面由细胞内生出的细长、波曲的结构。2. 鞭毛的观察1)暗视野显微镜（活菌）2)相差显微镜3)光学显微镜（悬滴法）4)光学显微镜 特殊鞭毛染色5)电镜6)半固体穿刺培养4. 鞭毛的化学组成: 鞭毛蛋白

12、，3万6万Dolton，不同种由不同球蛋白分子亚基构成，有些含多糖、类脂等，为极好抗原。5. 鞭毛的结构 由鞭毛丝鞭毛钩基体组成。 鞭毛丝:中空螺旋状、丝状结构，球蛋白亚基螺旋排列。鞭毛钩:又称钩形鞘，是连接鞭毛丝和基体的一个弯曲筒状部分，蛋白质亚基组成。基体:由几个环状结构构成，环中央有一杆状结构（鞭毛杆），将鞭毛固定于细胞膜与细胞壁上。G菌：L环、P环、S环、M环G+菌：S环，M环6. 鞭毛的形成 （1）基因有2030个（2）再生是自动装配（self assembly)，不需酶和其他因子，只要鞭毛蛋白丝亚基7. 菌毛某些菌体表面存在的短而多的附属物。与菌的致病性吸附有关。（三）芽孢1. 概念：某些菌生长