第1章细菌的形态和结构

1、第一篇 细菌学2022-3-151第一章 细菌的形态和结构细菌的基本结构2022-3-152细 菌(bacterium)S广义：包括：细菌、支原体、衣原体、立克次体等。特点：有细胞壁、原始核质、二分裂方式繁殖和对抗生素敏感等。S狭义：专指广义中的细菌。第一篇 细菌学2022-3-153第一节 细菌的大小和形态细菌的基本结构2022-3-154一、细菌的大小和形态S一般以微米(1m=10-3mm)为测量其大小的单位，通常使用光学显微镜的油镜(1000)观察细菌。S基本形态：球形（球形菌）、杆形（杆形菌）和螺形（螺形菌）。S不同种类的细菌大小形态不一，同一种细菌的大小和形态也可因菌龄和环境因素的影

2、响而改变。细菌的基本结构2022-3-155球菌(coccus)S呈球形或近似球形，直径0.81.2 m。S据细菌分裂平面和排列方式分： 双球菌(diplococcus) 链球菌(streptococcus) 四联(tetrad)及八叠球菌(sarcina)1.葡萄球菌(staphylococcus)细菌的基本结构2022-3-156双球菌(diplococcus)cocci in pairs (arrows)细菌的基本结构2022-3-157双球菌(diplococcus)Electron Micrograph (SEM) of Neisseria gonorrhoeae Streptoco

3、ccus pneumoniae (SEM) 细菌的基本结构2022-3-158链球菌(streptococcus)Streptococcus pyogenesgram-positive (purple) cocci in chains (arrows) 细菌的基本结构2022-3-159链球菌(streptococcus)Streptococcus pyogenes (SEM, x8,750) 细菌的基本结构2022-3-1510四联(tetrad)细菌的基本结构2022-3-1511八叠球菌(sarcina)Methanosarcina mazei SEM 20,000 细菌的基本结构202

4、2-3-1512八叠球菌(sarcina)细菌的基本结构2022-3-1513葡萄球菌(staphylococcus)Gram Stain of Staphylococcus aureusgram-positive (purple) cocci in clusters 细菌的基本结构2022-3-1514葡萄球菌(staphylococcus)Staphylococcus aureus (SEM, x3,025) 细菌的基本结构2022-3-1515杆菌(bacillus)S杆形S大小、长短与粗细差异较大。S菌体两端多呈钝圆形，少数平齐(如炭疽芽胞杆菌，呈竹节样)。有的菌体较短(如球杆菌)。有

5、的末端膨大呈棒状(白喉棒状杆菌)。分枝生长的分枝杆菌。分叉状的双歧杆菌。S多数呈分散排列(炭疽芽胞杆菌呈链状)。细菌的基本结构2022-3-1516不同大小的杆菌炭疽芽胞杆菌 3-10m大中大肠埃希菌 2-3m小布鲁菌 0.6-1.5m细菌的基本结构2022-3-1517Bacillus anthracis细菌的基本结构2022-3-1518Pseudomonas aeruginosa (SEM) 细菌的基本结构2022-3-1519Corynebacterium diphtheriae 细菌的基本结构2022-3-1520Mycobacterium细菌的基本结构2022-3-1521Bifi

6、dobacterium细菌的基本结构2022-3-1522螺形菌(spiral bactrium)S据菌体的弯曲分为两类：弧菌(vibrio)：菌体只有一个弯曲，“curved or comma-shaped rod”。如霍乱弧菌。1. 螺菌 (spirillum)：菌体有数个弯曲较僵硬，如鼠咬热螺菌；也有菌体弯曲呈弧形或螺旋形的螺杆菌，如幽门螺杆菌。细菌的基本结构2022-3-1523Spiral Forms 细菌的基本结构2022-3-1524弧菌(Vibrio) Vibrio cholerae , SEM，2050细菌的基本结构2022-3-1525弧菌(Vibrio) A vibrio

7、 appears as a curved bacillus (arrows). 细菌的基本结构2022-3-1526螺菌(spirillum) Helicobacter pylori SEM Spirilla细菌的基本结构2022-3-1527The three common types of bacterial morphology S coccusS bacillusS spiral bactrium第一篇 细菌学2022-3-1528第二节 细菌的结构细菌的基本结构2022-3-1529目 录细菌的基本结构一细菌的特殊结构二细菌的基本结构2022-3-1530一、细菌的基本结构S 细菌的

8、基本结构：细菌都具有的结构。S 包括：细胞壁、细胞膜、细胞质及核质。S 通过革兰染色法(Gram stain)，可将细菌分为：G+菌(purple)和G-菌(pink)。细菌的基本结构2022-3-1531革兰阳性细菌的细胞结构示意图Morphology of a Gram-Positive Bacterium.细菌的基本结构2022-3-1532G+菌(appear purple)Gram Stain of Staphylococcus aureusgram-positive (purple) cocci in clusters 细菌的基本结构2022-3-1533G-菌(appear pi

9、nk)Gram Stain of Escherichia coli细菌的基本结构2022-3-1534细胞壁(cell wall)S细菌细胞的最外层结构。S坚韧有弹性，厚度随菌种而异。S主要功能：维持细菌固有形态，保护细菌抵抗低渗环境，起到屏障作用。参与细胞内外物质交换。1. 带有多种表位，决定细菌的抗原性。细菌的基本结构2022-3-1535细胞壁的组分SG+菌和G-菌的共同组分：肽聚糖(peptidoglycan)SG+菌细胞壁的特殊组分：磷壁酸，某些特殊的表面蛋白（M蛋白、A蛋白等）SG-菌细胞壁的特殊组分：外膜细菌的基本结构2022-3-1536肽聚糖(peptidoglycan)S

10、又称黏肽(mucopeptide)，是细菌细胞壁的主要化学成分。为原核细胞所特有的物质。G+菌菌聚糖骨架聚糖骨架四肽侧链四肽侧链五肽交联桥五肽交联桥G-菌菌聚糖骨架聚糖骨架四肽侧链四肽侧链细菌的基本结构2022-3-1537S 由N-乙酰葡萄糖胺(N-acetylglucosamine, NAG)与N-乙酰胞壁酸(N-acetylmuramic acid, NAM)经-1,4糖苷键(-1,4 linkage)连接，交替排列而成。各种细菌细胞壁中的聚糖骨架均相同。4 1聚糖骨架(polysaccharide chain )细菌的基本结构2022-3-1538四肽侧链 (tetrapeptide

11、chain)S 在N-乙酰胞壁酸分子上连接四肽侧链。S 各四肽侧链相互平行。与聚糖骨架所组成的平面垂直。S 其组成排列随菌种而异(此为E. coli) 。细菌的基本结构2022-3-1539五肽交联桥(Pentaglycine interbridge)S五肽交联桥为五个甘氨酸组成。S一条四肽侧链中3rt aa与相邻四肽侧链中4th aa以五肽交联桥相连。S后图为金黄色葡萄球菌(G+菌)肽聚糖各结构连接示意图。细菌的基本结构2022-3-1540G+菌肽聚糖各结构连接示意图细菌的基本结构2022-3-1541G-菌肽聚糖各结构连接示意图S E. coli peptidoglycan with d

12、irect cross-linking, typical of many gram-negative bacteria.细菌的基本结构2022-3-1542Peptidoglycan Structure (S. aureus, G+)三维立体网状结构(G+)细菌的基本结构2022-3-1543Peptidoglycan Structure (S. aureus, G+)三维立体网状结构(G+)细菌的基本结构2022-3-1544二维平面网状结构G-Peptidoglycan Structure (E. coli, G-)细菌的基本结构2022-3-1545Peptidoglycan Struc

13、ture (E. coli, G-)二维平面网状结构G-细菌的基本结构2022-3-1546溶菌酶及青霉素杀菌机制S肽聚糖是保证细菌细胞壁坚韧的化学成分，凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质，均能损伤细胞壁而使细菌变形或裂解。S溶菌酶 (lysozyme)能切断NAM和NAG之间的-1,4糖苷键。S青霉素能干扰甘氨酸交联桥与四肽侧链上D-丙氨酸之间的连接，干扰细胞壁合成。细菌的基本结构2022-3-1547溶菌酶及青霉素杀菌机制41细菌的基本结构2022-3-1548溶菌酶及青霉素杀菌机制细菌的基本结构2022-3-1549A comparison of the envelopes of gr

14、am-positive and gram-negative cells.细菌的基本结构2022-3-1550G+菌细胞壁的特殊组分磷壁酸表面蛋白膜磷壁酸(脂磷壁酸)壁磷壁酸SA族链球菌的M蛋白，金葡菌的A蛋白等。S与致病性和抗原性有关S 参与调节离子通过黏肽层。S 可能与某些酶活性有关。S 参与黏附，与致病性有关。S Ag性强，与血清型分型有关。细菌的基本结构2022-3-1551The Gram-Positive Envelope.细菌的基本结构2022-3-1552The Gram-Positive Envelope.细菌的基本结构2022-3-1553G-菌细胞壁的特殊组分S肽聚糖结构少

15、（12层）。其外为外膜(outer membrane)（ G-菌细胞壁主要成分，占细胞壁干重的80%），由内到外依次为：脂蛋白(lipoprotein)：脂质双层：其中外膜蛋白(OMP)功能包括：物质交换、通透性屏障作用、有的为噬菌体、细菌素和性菌毛的受体。1. 脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)：细菌的基本结构2022-3-1554脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)SG-菌的内毒素。由三部分组成：脂类A (lipid A)：糖磷脂，是内毒素的毒性部分和主要成分。无种属特异性。核心多糖(core polysaccharide)：属特异性。 特异多糖(

16、specific polysaccharide)寡糖重复单位(oligosaccharide repeat unit)：即G-菌的菌体Ag (O Ag)，位于LPS的最外层，种或型特异性。细菌的基本结构2022-3-1555LPS Structure细菌的基本结构2022-3-1556LPS Structure细菌的基本结构2022-3-1557The Gram-Negative Envelope.细菌的基本结构2022-3-1558G+菌和G-菌的细胞壁结构区别细菌的基本结构2022-3-1559Comparison of Gram-positive and Gram-negative Ce

17、ll Wall细菌的基本结构2022-3-1560细胞壁的功能S维持细菌固有形态，保护细菌抵抗低渗环境；参与菌体内外的物质交换；菌体表面的多种表位，可诱发机体的免疫应答。SG+菌的磷壁酸是重要表面抗原，与血清型分型有关；有助于维持菌体内离子的平衡；稳定和加强细胞壁；LTA介导菌体和宿主细胞的粘附。SG-菌外膜的屏障作用；LPS的致病作用；LPS可增强机体非特异免疫力。细菌的基本结构2022-3-1561细菌细胞壁缺陷型(cell wall deficient forms, L-forms)S细菌细胞壁的肽聚糖结构受到理化或生物因素的直接破坏或合成被抑制，这种细胞壁受损的细菌在高渗环境下仍可存活

18、者称为细菌细胞壁缺陷型。细菌的基本结构2022-3-1562细菌细胞壁缺陷型的特点S多形性，无论G+或G-成为L-form后大部分为G-，大小不一，可在高渗环境中存活；在高渗、低琼脂含血清的培养基中培养27d能形成“油煎蛋”样细小菌落。S某些仍可致病（可引起尿路感染、骨髓炎等慢性感染）。标本常规培养为阴性。S若考虑L-forms感染可能性，作L-forms的专性培养。细菌的基本结构2022-3-1563蜡样芽胞杆菌L型的镜下形态（多形性）细菌的基本结构2022-3-1564细菌L型形成的菌落形态 丝状菌落 颗粒型菌落 油煎蛋样菌落（典型菌落）细菌的基本结构2022-3-1565细胞膜(cell

19、 membrane)S又称胞质膜(cytoplasmic membrane)。紧密包绕在细胞质外的一层半透膜。S主要化学成分：脂类、蛋白质及少量多糖，不含胆固醇。S主要功能：渗透和运输，细胞呼吸，生物合成，参与细胞分裂。S青霉素结合蛋白（penicillin-binding protein, PBP）：是参与肽聚糖合成的酶类（转肽酶），也是青霉素作用的主要靶位。细菌的基本结构2022-3-1566Plasma Membrane Structure细菌的基本结构2022-3-1567细胞质核糖体(Ribosome)SSites of Protein SynthesisS沉降系数为70S，由50S

20、和30S两个亚基组成。S化学成分：70%RNA，30%蛋白质。S链霉素作用30S小亚基，红霉素作用50S大亚基，干扰蛋白质合成，杀死细菌。细菌的基本结构2022-3-1568bacteriumBacterial chromosomeplasmid1m质粒(plasmid)细菌的基本结构2022-3-1569目 录细菌的大小和形态一细菌的基本结构二细菌的特殊结构三细菌的基本结构2022-3-1570细菌的结构S 细菌的基本结构 细胞壁 细胞膜 细胞质 核质S 细菌的特殊结构 荚膜 鞭毛 菌毛 芽胞细菌的基本结构2022-3-1571二 细菌的特殊结构细菌的基本结构2022-3-1572荚膜(ca

21、psule)S 名词：荚膜、微荚膜(microcapsule)、黏液层(slime layers)S 形成条件：体内或营养丰富培养基，菌落的M型/S型R型。S 化学组成： 多糖（多数），多肽或糖蛋白复合物（少数）。S 可通过光镜观察。 厚薄厚薄荚膜荚膜微荚膜微荚膜约约200nm200nm洗脱难易洗脱难易荚膜荚膜黏液层黏液层不易不易易易细菌的基本结构2022-3-1573Capsule and Slime layer The slime layer is a loose structure that is easily washed off. The capsule is a thick, st

22、ructured layer that is not readily removed.细菌的基本结构2022-3-1574Bacterial CapsulesStaining revealsthe microscopic appearance of a large, well-developed capsule.细菌的基本结构2022-3-1575荚膜(capsule)功能抗吞噬作用抗有害物质的损伤作用黏附作用细菌的基本结构2022-3-1576荚膜-抗吞噬作用Phagocytosis by Enhanced Attachment (Opsonization)Capsules Resistin

23、g Unenhanced Attachment of Pathogen-Associated Molecular Patterns by Endocytic Pattern-Recognition Receptors on Phagocytes细菌的基本结构2022-3-1577荚膜-抗吞噬作用细菌的基本结构2022-3-1578荚膜(capsule)功能抗吞噬作用抗有害物质的损伤作用黏附作用抗有害物质的损伤作用细菌的基本结构2022-3-1579Biofilms-The Glue of Life细菌的基本结构2022-3-1580Biofilms-The Glue of Life细菌的基本结

24、构2022-3-1581细菌的特殊结构细菌的基本结构2022-3-1582鞭毛(flagellum)S 定义：许多菌体表面附着的细长呈波状弯曲的丝物。S 电镜或光镜观察。S 化学组成：蛋白质。有特殊抗原性，通称H抗原。S 分类：周毛菌、丛毛菌、双毛菌、单毛菌四种。细菌的基本结构2022-3-1583Flagellar DistributionMonotrichous polar(EM)Monotrichous polar(Pseudomonas) (LM)细菌的基本结构2022-3-1584Flagellar DistributionAmphitrichousEMsingle flagellu

25、m at each pole (arrows), LM细菌的基本结构2022-3-1585Flagellar DistributionLophotrichousLMLophotrichousEM细菌的基本结构2022-3-1586Flagellar DistributionLophotrichousLMLophotrichousEM细菌的基本结构2022-3-1587Flagellar Distributionperitrichous flagellaEMperitrichous flagellaLM细菌的基本结构2022-3-1588 为细菌的运动器官。 可用于细菌鉴定和分类。 某些细菌的鞭

26、毛与细菌致病性有关。鞭毛(flagellum)功能细菌的基本结构2022-3-1589细菌的特殊结构细菌的基本结构2022-3-1590菌毛(pilus or fimbria)S定义：许多G-菌和少数G+菌的菌体表面有比鞭毛更细、更短而直的丝状物。S只能通过电镜观察。S化学组成：蛋白质，菌毛蛋白有抗原性。The long flagella and the numerous shorter fimbriae are very evident in this electron micrograph of Proteus vulgaris (39,000).细菌的基本结构2022-3-1591S 分

27、类： 普通菌毛(ordinary pilus) 1. 性菌毛(sex pilus)数量及位置形 态作 用普通菌毛多，数百根遍布菌体直、细、短 黏附作用性菌毛少，14根 长、粗中空管状通过接合传递质粒 普通菌毛和性菌毛的比较普通菌毛和性菌毛的比较菌毛(pilus or fimbria)细菌的基本结构2022-3-1592Adhesion Between Fimbriae and Epithelial CellsA row of E. coli cells tightly adheres bytheir fimbriae to the surface of intestinal cells (12,000).细菌的