第1章 原核生物

思考题：微生物包括的类群？原核生物真核生物非细胞生物第一章原核生物（Procaryotes）定义：指一大类细胞核无核膜包裹,只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。种类:古生菌、细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体。第一节细菌（P13）什么是细菌？指细胞细短、结构简单、细胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。细菌与人类的关系？有益有害一、细胞的形态构造及其功能（一）形态和染色1.形态球形杆形螺旋形其它形状球菌(Sphericalcoccus)杆菌(bacillus)螺旋菌（spirilla）：弧菌、螺菌、螺旋体

是一类细长、柔软、弯曲呈螺旋状、运动活泼的单细胞型微生物。在生物学上的位置介于细菌与原生动物之间。螺旋体幽门螺杆菌（Hp）他们发现了Hp

，并证明该细菌可感染胃部导致胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡。这一发现标志着抗生素能够根治胃溃疡等疾病。左：罗宾·沃伦右：巴里·马歇尔；2005年诺贝尔奖获得者(澳大利亚)1979.4，澳大利亚42岁的沃伦在一份胃黏膜活体标本中，意外地发现一条奇怪的蓝线；他用高倍显微镜观察，发现是无数细菌粘在胃的上皮；这种细菌总是出现在慢性胃炎标本中，他推测该菌和慢性胃炎等疾病有密切关系。他的这项发现在当时不被人们认可，因为医学专家认为胃是无菌的，因为胃酸会将胃内的细菌杀灭；1981年，马歇尔（珀斯皇家医院消化科医生），除了为沃伦提供胃黏膜活体样本，马歇尔和他的一位同事和自愿进行人体试验；当他们服食了该菌后，均得了胃炎。Hp如何在胃内繁殖？1984年Langenberg发现了Hp的一个重要特征，它能够产生大量的尿素酶；其产生的尿素酶活性极高，是目前已知细菌产尿素酶最强的；尿素酶可水解尿素产生氨和二氧化碳，氨能在Hp菌体周围形成一层保护性“氨云”，中和胃酸，使局部的pH升高，便于细菌的定植并致病。2.大小、重量典型的大肠杆菌长2um；宽0.5um；重10-12克；1500个细胞的长径相连，相当于一个芝麻大120个向相连，有一根人发的粗细；109个细胞才有1mg重；最大的细菌纳米比亚嗜硫珠菌（Thiomargaritanamibiensis）肉眼可见ProkaryotesEukaryotesViruses微生物大小比较颤蓝菌属巨大芽孢杆菌大肠杆菌肺炎球菌嗜血流感菌纳米细菌3.染色3.染色抗酸性染色步骤：制备细菌涂片→石炭酸复红加温染色→3%盐酸乙醇脱色→吕氏美蓝复染→呈红色的细菌为抗酸性细菌→呈蓝色的细菌为非抗酸性细菌；

原理：分枝杆菌细胞壁含脂质较多，其中主要成分为分枝菌酸，分枝菌酸与石炭酸复红结合后，能抵抗酸性乙醇的脱色作用，故名抗酸性染色；美兰活菌染色美兰是一种兰色染料，其氧化型呈蓝色，还原型为无色；活菌因有较高的还原性，故染色后可将美兰还原成无色，而死菌则为蓝色。TTC活菌染色TTC溶于水中为无色，但是经还原后能生成不溶于水而呈红色的三苯甲簪(TPF)。活菌因有较高的还原性，故染色后呈红色，而死菌则为无色。原核微生物的细胞构造一般构造特殊构造（二）构造1.一般构造位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固定外形和保护细胞等多种功能。功能（P12）

(1)细胞壁细菌细胞壁的结构G+G-1)G+细菌细胞壁结构（以Staphylococcusaureus为例）

细胞壁厚；化学成分简单；肽聚糖(Peptidoglycan)：真细菌细胞壁中的特有成分；由大量小分子单体聚合而成；肽聚糖单体由双糖单位（N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸通过-1，4糖苷键相连接）、四肽尾和肽桥（甘氨酸五肽）组成磷壁酸

Mβ-1，4糖苷键可被溶菌酶水解L-AlaD-GluL-LysD-AlaN-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸单体间的连接（平面图）COOHMNHMN-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸肽桥四肽尾L-LysD-AlaD-AlaL-Lys单体连接的立体图化学结构图磷壁酸结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多糖;分为两类：壁磷壁酸和膜磷壁酸功能（P14）细胞壁薄；层次多、成分复杂；外膜脂多糖外膜蛋白（20多种）脂蛋白孔蛋白磷脂内膜肽聚糖

2）G-细菌的细胞壁结构（以E.coli为例）

脂多糖O-特异侧链：可用灵敏的血清学方法鉴定，在传染病诊断中有重要意义。类脂A：类脂A是G-病原菌内毒素的物质基础

2-酮-3-脱氧辛糖酸（KDO)L-甘油-D-甘露庚糖(Hep)3，6-二脱氧D-半乳糖（阿比可糖）(Abq)核心多糖G-细菌单体间的连接(平面结构)G+细菌肽聚糖单体D-AlaL-Lys(Gly)5MGL-AlaD-Glu肽桥G-细菌肽聚糖单体m-DAPMGL-AlaD-GluD-AlaD-Alam-DAPD-GluL-AlaMG肽桥G+细菌和G-细菌肽聚糖单体结构的比较G+细菌和G-细菌细胞壁模式图革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌的细胞壁结构和成分间的差别导致：染色反应不同（G+和G-

）；形态、构造、化学成分、生理生化和致病性等的不同；革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌一系列生物学特性的比较：特征革兰氏阳性细菌革兰氏阴性细菌单体交联度紧密疏松细胞壁厚，20～80nm薄，5～10nm肽聚糖网层多，可达50层少，1～3层肽聚糖含量类脂物质多（占胞壁干重50～80%）一般无少（占胞壁干重10～20%）有且含量多磷壁酸+—外膜—+结构三维空间（立体结构）二维空间（平面结构）3）革兰氏染色的方法和机制革兰氏染色的机制（P18）基于细菌细胞壁特殊化学组分基础上的一种物理原因。革兰氏染色方法4）古生菌的细胞壁古生菌又称古细菌(Archaebacteria)，或古菌(Archaea)，是一个在进化途径上很早就与真细菌和真核生物相互并行的生物类群，包括产甲烷菌(Methanobacterium)和大多数嗜极菌(Extremophile)。古生菌中除Thermoplasma（热原体属)无细胞壁外，其他都具有与真细菌功能相似的细胞壁；细胞壁的成分与真细菌差别甚大；细胞壁中没有真正的肽聚糖，而是由多糖、糖蛋白或蛋白质构成；古生菌的细胞壁结构假肽聚糖细胞壁

甲烷杆菌属（Methanobacterium)

独特多糖细胞壁甲烷八叠球菌（Methanosarcina）：不含磷酸和硫酸；盐球菌属（Halococcus）:由硫酸化多糖组成糖蛋白细胞壁盐杆菌属（Halobaterium）蛋白质细胞壁甲烷球菌属、甲烷微菌等古生菌细胞壁成分肽桥L-LysL-GluAGL-GluL-Ala

L-LysAGL-GluL-Ala

β-1，3-糖苷键假肽聚糖细胞壁N-乙酰葡糖胺N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸（不被溶菌酶水解）肽尾由3个L型氨基酸组成5）缺壁细菌(Cellwalldeficientbacteria)缺壁细菌实验室中形成自然界长期进化中形成：支原体自发缺壁突变：L型细菌人工方法去壁彻底除尽：原生质体部分去除：球状体(2)细胞膜（cellmembrane）定义紧贴在细胞壁内侧的一层由磷脂和蛋白质组成的柔软、富有弹性的半透性薄膜；不含甾醇；细胞膜的结构1972年Singer和Nicolson提出的液态镶嵌模型主要内容：整合蛋白周边蛋白周边蛋白极性头非极性尾磷脂双分子层膜的主体是脂质双分子层，具流动性；整合蛋白嵌于脂质双分子层中；周边蛋白通过静电引力与脂质双分子层的极性头相连；脂质分子之间或脂质与蛋白间无共价结合；3)细胞膜的生理功能（P19）2003年美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农获得了诺贝尔化学奖——表彰他们在细胞膜通道方面做出的贡献。阿格雷得奖是由于发现了细胞膜水通道。目前，科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物、植物和微生物中，人体内的水通道有11种。阿格雷如在人的肾脏中，通常一个成年人每天要产生170升的原尿，这些原尿经肾脏肾小球中的水通道蛋白的过滤，其中大部分水分被人体循环利用，最终只有约1升的尿液排出人体。麦金农的贡献主要是在细胞膜离子通道的结构和机理研究方面。

1988年，他利用X射线晶体成像技术获得了世界第一张离子通道的高清晰度照片；它可以让科学家观测到离子在进入离子通道前、进入离子通道中和进入离子通道后的状态。麦金农阿格雷和麦金农研究水通道和离子通道的意义：很多疾病，如一些神经系统疾病和心血管疾病就是由于细胞膜通道功能紊乱造成的；对细胞膜通道的研究可以帮助科学家寻找具体的病因，并研制相应的药物；利用不同的细胞膜通道，可以调节细胞的功能，从而达到治疗疾病的目的。MorphologyofaG+cell由细胞膜内褶形成的一种囊状结构，其内充满着层状或管状的泡囊；多见于G+

，每个细胞含一至数个，G-不甚明显；着生部位可在表层或深层表层与某些酶的分泌有关;深层与DNA复制及细胞分裂有关。4）间体5）古生菌的细胞膜与细菌细胞膜的差异：组成疏水尾的长链烃是异戊二烯的重复单位而不是脂肪酸；亲水头(甘油)与疏水尾（烃链）通过醚键而不是酯键连接；膜的结构为单分子层或单双混合膜，不是双分子层；甘油分子的C3位上连接的基团（R）与细菌和真核生物不同；膜上含有多种独特的脂类（细菌红素、番茄红素、α、β胡萝卜素、视黄醛等）。OP3CH2

OHCCOORO2CHO1CH2

OO甘油-3-磷酸长链脂肪酸ROP3CH2

OHOO2CH1CH2

COCO古生菌磷脂的分子结构真细菌磷脂的分子结构(3)细胞质（cytoplasm）主要成分水（约为80%）核糖体细胞内含物细胞质内一些形状较大的颗粒状构造，如贮藏物、羧酶体、气泡等；与真核生物的差异细胞质不流动核糖体是70S内含物成分不同存在于少数水生螺菌属和嗜胆球菌属等趋磁细菌中，它有导向功能，即借鞭毛引导细菌游向最有利的泥、水界面微氧环境处生活。细胞内含物贮藏物聚-β-羟丁酸（PHB）碳源及能源类：氮源类磷源磁小体羧酶体气泡藻青素藻青蛋白（异染粒）又叫羧化体，多存在于自养细菌中，在二氧化碳的固定中起关键作用。其功能是调节细胞比重，以使其漂浮在最适水层获取光能、氧和营养物质。主要存在于蓝细菌中。贮藏物的作用它是微生物合理利用营养物质的一种调节方式；它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；它在细菌细胞中大量积累，是重要的自然资源。

PHBsulfurglobulesPolyphosphategranule居里夫人曾经说过：弱者坐待良机；强者制造时机；智者是在坐待良机和制造时机之前，先做好准备。培根说过：形体之美胜于容颜之美；气质之美是最高境界的美；人的气质跟一个人的修养是分不开的。如何提高修养？读好书结交益友1.多读好书读书是灵魂修炼的最简单有效的方式；读书是获取知识、增长才干的方法；书如茶，细细品位，可赏心悦目；书如药，不仅可以医治愚昧，也可医治创伤—心灵的创伤；任何有效的读书过程不仅是吸收和接受，同时也是投入和创造；从读书的过程中，你会学到很多考虑问题的思维方法和处世原则；你与你所读的书之间存在相互影响。俞敏洪语录：底蕴的厚度决定着事业的高度；底蕴就是你读了多少书走了多少路；不读书，

你怎么会有思想？你怎么能从多个视角来考虑问题？你怎么能有创新意识？古人云：与善人居，如入芝兰之室，久而不闻其香，则与之俱化矣；与不善人居，如入鲍鱼之肆，久而不闻其臭，亦与之俗化矣。2.结交益友结交益友的两个条件：1.你自己本身是一个好人；2.追随比你有能力的人；追随心胸比你博大，志向比你高远，胸怀比你开阔，在某个领域比你优秀的人，这样你就能学到很多东西。选对伴侣幸福一生；选对事业成就一生；选对环境快乐一生；选对朋友荣耀一生。从现在做起，让自己：由平凡走向伟大；由失望走向希望；由懦弱走向勇敢。以积极向上的心态走向未来，一辈子永远往前走！（4）核质体—核区、拟核、核基因组定义结构—大型环状的双链DNA分子，一般不含蛋白质。功能负载细菌遗传信息的物质基础。细菌、古生菌与真核生物若干特性比较比较项目细菌古生菌真核生物核膜无无有膜脂结构酯键连接醚键连接酯键连接核糖体70S70S80S起始子甲酰甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸操纵子有有无质粒有有罕见对氯、链霉素敏感不敏感不敏感对多烯类抗生素不敏感敏感敏感生物固氮能能不能叶绿素光合作用有无有作业：G+细菌和G-细菌在细胞壁结构上有何不同？试述革兰氏染色的机制。2.细菌的特殊构造glycocalyxendosporeflagellafimbriaeSex-pili（1）糖被(glycocalyx)定义包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。糖被的类型糖被包裹在单个细胞上包裹在细胞群上在壁上有固定层次松散，未固定在壁上：菌胶团层次厚：荚膜层次薄：微荚膜：粘液层糖被的成分一般为多糖，少数为蛋白质、多肽或多糖与多肽复合型；糖被功能保护作用；贮藏养料；作为透性屏障和离子交换系统；表面附着作用；堆积代谢废物；细菌间的信息识别作用糖被的应用用于菌种鉴定；用作药物和生化试剂用作工业原料用于污水的生物处理（2）鞭毛(flagellumorflagella)1）定义长在某些细菌体表的长丝状、波曲的蛋白质附属物。其数目为一至数十条，具有运动功能，成分为蛋白质。2）观察鞭毛的方法在暗视野中通过对细菌水浸片的观察显微镜观察肉眼观察电子显微镜下直接观察通过特殊的鞭毛染色在光镜下观察半固体培养基穿刺培养平板培养基菌落观察3）鞭毛的结构由基体、钩形鞘和鞭毛丝组成；

G-细菌的鞭毛结构—以E.coli为例4）鞭毛运动机制—“旋转论”or“挥鞭论”?美国学者MSilverman和MSimon设计了“拴菌”试验证明旋转论是正确的。5）鞭毛的着生方式1.偏端单生2.两端单生3.偏端丛生4.两端丛生5.周生6.侧生1.偏端单生2.两端单生3.偏端丛生4.两端丛生（3）菌毛(fimbria)定义粘连的功能；以G-致病菌居多；无基体构造，直接生于细胞膜上（4）性菌毛（pilus）多见于G-的雄性菌株

向雌性菌株传递DNA片段；(５)芽孢（endospore)定义：特点：抗逆性极强的休眠构造(抗热、抗辐射、抗压等)；芽孢的形态和着生位置；形成芽孢的细菌种类Bacillus—

AerobicClostridium—AnaerobicBacillussubtilis芽孢的结构孢外壁芽孢衣芽孢壁芽孢膜芽孢质芽孢核区核心皮层产芽孢细菌芽孢囊：是产芽孢菌的营养细胞外壳芽孢孢外壁：主要含脂蛋白，透性差(有的无)芽孢衣：主要含疏水性角蛋白，抗酶解、抗药物，多价阳离子难通过皮层：主要含芽孢肽聚糖及DPA-Ca，体积较大，渗透压高，含水量大核心芽孢壁：含肽聚糖，可发展成新的细胞壁芽孢质膜：含磷脂、蛋白质，可发展为新细胞的膜芽孢质：含DPA-Ca、核糖体、RNA和酶类核区：含DNA芽孢的形成过程束状染色质形成；细胞膜内陷，形成前芽孢；前芽孢双层隔壁形成，两层隔壁间填充内容物，形成皮层芽孢衣和皮层合成完成；芽孢成熟，芽孢囊裂解，芽孢游离；1.渗透调节皮层膨胀学说2.DPA(吡啶2，6-二羧酸)-Ca芽孢的耐热机制思考题：研究细菌的芽孢有何意义？研究芽孢的意义菌种鉴定；提高菌种的筛选效率，有利于菌种保藏；衡量消毒灭菌手段的重要指标；肉类：肉毒梭菌；外科器材：破伤风梭菌和产气荚膜梭菌；实验室和发酵工业：嗜热脂肪芽孢杆菌；伴胞晶体（δ内毒素）少数芽孢杆菌，如Bacillusthuringiensis在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形、方形或不规则型的碱溶性蛋白质晶体，为伴胞晶体。伴胞晶体的应用其他的休眠构造：孢囊、粘液孢子、蛭孢囊等孢囊是Azotobactervinelandii（棕色固氮菌）等一些固氮菌在外界缺乏营养的条件下，由整个营养细胞外壁加厚、细胞失水而形成的一种抗干旱但不耐热的圆形休眠体。裂殖：多数二分裂：绝大多数细菌三分裂：绿色硫细菌复分裂：蛭弧菌芽殖：少数硝化杆菌属、芽生杆菌属等10余属细菌（三）细菌的繁殖二、细菌的群体形态在固体培养基上（内）的群体形态菌落：P28菌苔：2.菌落特征的描述大小：形状：圆形、假根状、放射状、不规则；颜色：透明程度：透明、不透明、半透明；隆起状态：低凸、扁平、隆起、乳头状；边缘情况：整齐、波浪状、锯齿状；表面状态：光滑、皱褶、同心环；表面光泽：无光泽、金属光泽；质地：油脂状、膜状、粘、脆；圆、整不、波状不、叶状规、放状细菌菌落形态及边缘特征规、扇状规、齿状规、环状不、毛毯规、菌丝不、卷发不、丝状不、根状3.细菌菌落特征湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀、菌落正反面颜色一致等。人类的寿命长短从生长期看，哺乳动物的寿命相当于生长期的5～7倍，人的生长期为20～25年，按此计算人的寿命—100～175岁；从细胞分裂看，人体细胞的分裂周期为2.4年，细胞平均的分裂次数为50次，按此计算人的寿命约为120岁；从性机能维持看，人体在14岁左右性机能开始成熟，然后以8-10倍的时间内持续下去，大约能维持到112-140岁；日本的权重千代活了120岁6个月；法国的杰媚活了122岁5个月；但目前大多数人的寿命远没有达到这个标准；1997年美国商务部的统计结果显示：全球人口平均寿命为62.27岁；主要原因—不合理的生活方式；在经济日益发展的今天，不少国民在提前患病、提前衰老、提前死亡，文明人正在痛快地吞食文明病；

营养—饮食保养—运动修养—心理状态睡眠等方面健康的生活方式从男女平均寿命的统计数字来看：男性平均寿命比女性短；男性一般要比女性短5-10年；为什么？平均寿命的性别差异比较原因：生理方面：社会方面：生活方式方面；生理方面1.与女性分泌的雌激素有关；研究表明，雌激素有利于提高人体的免疫力；雌激素有利于胆固醇、脂蛋白代谢，所以女性的动脉硬化及心脑血管的发病率比男性要低；

生理方面2.女性器官机能衰老速度比男性慢;英国科学家的研究结果发现，女性心脏的衰老速度比男性慢；女性脑细胞衰老速度比男性慢，特别是负责语言、鉴别和快乐的脑细胞生理方面3.女性的基因优于男性；

美国病理学家研究发现，参与修补脱氧核糖核酸的基因位于X染色体上；生理方面4.女人的睡眠质量比男人要好，抗外界干扰的能力