第一章 微生物的形态和细胞结构

第一章微生物的形态和细胞结构第一节细菌细胞的一般性质第二节原核生物细胞的结构与功能第三节真核细胞与原核细胞的异同除病毒外，微生物都具有细胞的结构，每个微生物细胞都具有生命活动的全部功能，细菌的一个细胞就是一个独立的个体。①营养功能②生长功能③分化④信号传导⑤进化微生物细胞营养物质能量合成转化废物①营养功能②生长功能5细菌：是一大类结构简单、种类繁多、主要以二分裂繁殖(一个细菌细胞壁横向分裂，形成两个子代细胞)和水生性较强的单细胞原核微生物。第一节细菌细胞的一般性质有臭味、酸败味，水珠状、鼻涕状突起，粘、滑感觉，浑浊液体。基本形态球状（球菌）杆状（杆菌）螺旋状（螺菌、弧菌）其中以杆状最为常见，球状次之，螺旋状较为少见。一、细菌形态及大小（一）个体形态和排列1、球菌（coccus）细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。由于细胞分裂的方向不同，球菌共有六种排列方式。1.球菌单球菌双球菌链球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌(尿素小球菌)（肺炎双球菌)(乳链球菌)(四联微球菌)(乳酪八叠球菌)(金黄色葡萄球菌)1.球菌10

长杆菌（1）杆菌的长短不同短杆菌球杆菌

棒状杆菌（2）菌体某个部位是否膨大梭状杆菌无芽孢杆菌（3）芽孢有无芽孢杆菌

2、杆菌（bacillus）11细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。杆菌细胞两端的形态特征2.杆菌3、螺旋菌（spirilla）细胞呈螺旋状或弧状的细菌。①弧菌（vibrio）：弯曲程度不满一圈的螺旋菌，常呈“C”状，如霍乱弧菌；②螺菌（spirillium）：螺旋在2～6圈的螺旋状细菌，如减小螺菌；③螺旋体（spirochaeta）：螺旋＞6圈以上的螺旋状细菌，如梅毒密螺旋体弧菌和螺菌除弯曲程度不同以外,弧菌往往偏端生或丛生鞭毛,而螺菌往往两端有鞭毛。

4、形态特殊的细菌①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Caulobactersp.鞘衣菌Sphaerotilusnatans②鞘细菌（sheathedbacterium）：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。影响细菌形态的因素外界环境因子：培养温度、培养时间、

培养基成分、pH与浓度新鲜培养基异常形态

正常状态幼龄细菌：老细菌：菌体形态正常、整齐、稳定；表现其特定的形态。形态不正常：梨形、有分枝、细丝状有药物、抗菌素存在时，细菌细胞常出现不正常形态。1、范围最小：与无细胞结构的病毒相仿（50nm）芬兰科学家EOKajander发现了一种能引起尿结石的纳米细菌（nanobacteria），其细胞直径最小仅为50nm，甚至比最大的病毒更小一些。这种细菌分裂缓慢，三天才分裂一次，是目前所知最小的具有细胞壁的细菌。（二）细菌的大小迄今为止所知的个体最大的细菌，则是德国科学家H.N.Schulz等最近在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfurbacterium），其大小一般在0.1~0.3mm，有些甚至可达到0.75mm，能够清楚地用肉眼看到。最大：肉眼可见（0.75mm）1、范围（nanobacteria）（50nm）最大和最小细菌的个体大小悬殊：（Thiomargaritanamibiensis）（0.75mm）10亿-100亿倍1、范围一般细菌的大小范围：（1）测量球菌：只测量其直径，d:0.5-2um。（2）测量杆菌:只测量其长度和宽度。1-5umX0.5-lum。（3）测量螺旋菌：表示方法与杆菌相同，长度只测量其两端的空间距离。0.3-1umX1-50um通常用微米（um）作为测量单位。（4）细菌大小的记载常是平均值或代表性数值。22显微镜测微尺显微照相后根据放大倍数进行测算（二）大小1、测量方法（5）细菌细胞的重量每个细胞约为lx10-9~lx10-10mg，即每g细菌约含1~10万亿个细菌个体。（二）大小2、细菌大小测量结果的影响因素个体差异；干燥、固定后的菌体会一般由于脱水而比活菌体缩短1/3-1/4；染色方法的影响，一般用负染色法观察的菌体较大；幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大；环境条件，如培养基中渗透压的改变也会导致细胞大小的变化。糖类脂肪酸核苷酸氨基酸多糖脂类核酸蛋白质单体多聚体三、细胞中的有机单体和多聚体（一）碳水化合物和多糖（二）脂肪酸和类脂（三）核苷酸和核酸（四）氨基酸和蛋白质特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造一般构造：一般细菌都有的构造细菌细胞的模式构造第二节原核生物细胞的结构与功能1、细胞壁（cellwall）（1）细胞壁的功能（2）G＋菌和G－菌的区别（3）革兰氏染色反应（4）细胞壁缺陷细菌√√细胞壁

（cellwall）厚度：10-80nm占细胞干重的10-25%1、细胞壁位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。细胞壁成分细菌细胞壁主要成分是__低等真菌的细胞壁主要成分以__为主高等真菌的细胞壁的主要成分以__为主

肽聚糖纤维素几丁质植物的细胞壁的主要成分以__为主纤维素（1）细胞壁的主要功能a、维持细胞外形和提高机械强度；b、鞭毛生长和运动的支点；c、阻止大分子有害物质（抗生素和酶）进入细胞；D、与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关。

不同细菌细胞壁的化学组成和结构不同，通过革兰氏染色法可将所有的细菌分为革兰氏阳性细菌（G+）和革兰氏阴性细菌（G-）。外膜壁膜间隙肽聚糖质膜肽聚糖壁膜间隙质膜脂多糖(2)G+菌与G-菌的主要区别比较内容革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌结构层次单层内壁层外膜层厚度（nm）20～801～38～10肽聚糖含量40～90%5～10%－层数多，15～50少，1～3磷壁酸+－－脂多糖－－+脂蛋白孔蛋白O-特异侧链结合蛋白磷脂脂磷壁酸①在结构上的区别壁磷壁酸按结合部位划分磷壁酸b膜磷壁酸a壁磷壁酸与肽聚糖分子间共价结合，并延伸到肽聚糖分子表面,带有负电荷。含量随培养基成分而改变，用稀酸或稀碱可以提取。又称脂磷壁酸，跨越肽聚糖层，与细胞膜上的磷酯共价结合，含量与培养条件关系不大，45%热酚水提取。

脂多糖=O-特异侧链＋核心多糖＋类脂A脂多糖的化学组成脂多糖a．带负电荷，增强细胞对金属离子的吸引；b．贮藏磷元素；c．增加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．G+菌重要的特异表面抗原和噬菌体的特异性吸附受体；（作为细菌分类、鉴定的依据）f．调节细胞内自溶素（autolysin）的活力，防止细胞因自溶而死亡。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。

磷壁酸的功能脂多糖的功能聚糖：N-乙酰葡糖胺（G），N-乙酰胞壁酸（M）②在成分上的区别在成分上的区别：G+菌细胞壁肽聚糖含量高，特含磷壁酸；G-菌细胞壁肽聚糖含量低，特含脂多糖。短肽成分不同：G+菌含L-赖氨酸；G-菌特含二氨基庚二酸。③在肽聚糖上的区别交联方式不同：G+菌通过甘氨酸五肽使相邻单体的短肽相连，交联密度大，网状结构紧密，壁较坚固。G-菌则是两个单体的短肽直接相连，交联密度小，网状结构较疏松。青霉素作用点溶菌酶作用点肽链肽桥G+

细菌和G-一系列生物学特性的比较

周质空间(periplasmicspace,periplasm)又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约12-15nm），呈胶状。周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所水解酶类：RNA酶Ⅰ、DNA内切酶Ⅰ、青霉素酶、磷酸化酶；合成酶类：肽聚糖合成酶；其他蛋白：结合蛋白和受体蛋白。质外酶周质空间(4)革兰氏染色的机制

革兰氏染色的过程

革兰氏染色的机制革兰氏染色过程结晶紫碘液95%乙醇番红初染媒染脱色复染1min1min10~20S1min丹麦医生Gram（革兰）1884年创立的一种鉴别不同类型细菌的一套染色方法。革兰氏染色法(Gramstaining)1、碱性染料结晶紫使菌体染成紫色。2、用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固。3、G+菌细胞壁厚，肽聚糖含量高，网状结构层次多和交联度大。当乙醇脱色时，肽聚糖因脱水而孔径缩小，故结晶紫-碘复合物被阻留在细胞内，细胞不能被酒精脱色，仍呈紫色。（实际是紫色加红色)4、G-菌肽聚糖层薄，交联松散。当乙醇脱色不能使其结构收缩，因其含脂量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，酒精将细胞脱色，细胞无色，沙黄复染后呈红色。革兰氏染色的机制1、G＋细菌细胞壁的结构为一层，含有的特有成分是(c)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(d)A.肽聚糖B.磷壁酸C.脂蛋白D.脂多糖3、大肠杆菌（E.coli）肽聚糖双糖亚单位交联间的肽间桥为(b)A.氢键B.肽键C.甘氨酸五肽

4、金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）

肽聚糖双糖亚单位交联间的肽间桥为(b)A.肽键B.甘氨酸五肽C.氢键小结肽聚糖肽聚糖磷壁酸脂磷壁酸细胞质膜细胞质膜NAM：N-乙酰胞壁酸NAG：N-乙酰葡萄糖胺肽脂多糖类脂AO-特异性外链脂蛋白外膜细胞壁的结构（G+细菌与G﹣细菌细胞壁构造的比较）革兰氏阳性细菌（G+）革兰氏阴性细菌（G﹣）为什么通过革兰氏染色G+呈紫色，G-呈红色？①G-菌细胞壁中脂类物质含量较高，肽聚糖含量较低，因而乙醇处理后，溶解了脂类，增加了通透性，结晶紫和碘复合物易被乙醇提出，于是革兰氏阴性细菌细胞被脱色。当再用番红复染时，显现红色。②G+菌由于细胞壁肽聚糖含量高，脂类含量低，乙醇处理中被脱水引起细胞壁肽聚糖层中孔径变小，通透性降低，结晶紫和碘复合物被保留在细胞内，保持紫色。查阅间体

缺壁突变—L型细菌

实验室或宿主体内形成基本去尽—原生质体（G+）人工去壁部分去除—球状体（G-）在自然界长期进化中形成—支原体缺壁细菌（6）细胞壁缺陷细菌(1)

概念(2)

成分与结构(3)

功能

(4)

内膜结构2、细胞质膜（cytoplasmicmembrane）是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜。

厚约7-8nm，由磷脂（占20%-30%）和蛋白质（占50%-70%）组成。(1)概念

又称质膜、细胞膜或内膜。细胞膜液态镶嵌模型

(2)成分与结构

1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）提出的细胞膜液态镶嵌模型。①膜的主体是脂质双分子层；②脂质双分子层具有流动性；③整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层的疏水性内层中；④周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连；⑤脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；⑥脂质双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。细胞膜的化学组成与结构模型：膜蛋白具运输功能的整合蛋白（integralprotein）或内嵌蛋白（intrinsicprotein）具有酶促作用的蛋白（peripheralprotein）或膜外蛋白(extrinsicprotein)边缘膜蛋白约占细菌细胞膜的50%-70%，比任何一种生物膜都高，而且种类也多。----细胞膜是一个重要的代谢活动中心。糖脂寡聚糖五环类固醇疏水α螺旋磷脂a．选择性控制细胞内外的物质运送与交换；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。（3)功能(4)内膜结构间体类囊体载色体羧酶体气泡

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。内膜结构①间体（mesosome）（作业）由细胞质膜内陷而形成的囊状结构，其中充满着层状或管状的泡囊,一般位于细胞分裂的部位或附近。Bsubtilis

的间体1至几个/cell；在G＋菌中常见；在G－菌中不明显。①间体间体的主要功能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。

①间体但近年来，有的学者提出不同观点，认为间体只是电镜制片时因脱水操作而引起的一种假象。②类囊体（thylakoid）由细胞质膜内陷形成的片层状结构，内含叶绿素、胡萝卜素和藻胆色素等光合色素和光合作用酶系。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！

②类囊体内③载色体（chromatophore）光合细菌进行光合作用的场所！

紫硫光合细菌的载色体（chromatophore）也称为色素体，是光合细菌进行光合作用的部位，由单层的与细胞膜相连的内膜所围绕，主要化学成分是蛋白质和脂类。它们含有菌绿素、胡萝卜素等色素以及光合磷酸化所需的酶系和电子传递体。在绿硫菌科和红硫菌科中的细菌存在。③载色体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③载色体那不勒斯硫杆菌（Thiobacillusneapoliyanus）的羧酶体④羧酶体④羧酶体（carboxysome）又称为多角体，是自养细菌的一种多面体结构，由一层厚约3.5nm的蛋白膜包围。细菌固定二氧化碳的场所！

⑤气泡（gasvesicles）功能：调节细胞比重，以使其漂浮在合适的水层中。气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。水生细菌：紫色、绿色光养细菌非光养细菌古细菌

许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小为0.2-1.0μm×75nm，内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包裹。⑤气泡水生弯杆菌

（Microcyclusaquaticus）微囊蓝细菌

（Microcystis）水花鱼腥蓝细菌

（Anabaenaflos-aquae）⑤气泡

（1）原核(nucleoid)（2）质粒(p1asmids)

3、核区

(neclearregion;nuclearbody;nucleoid)由大型环状双链DNA分子构成的无核膜核仁的区域，故又称原核、核质体、拟核或核基因组。如E.Coli的细胞长1-3微米，DNA长1100微米。

（1）原核②功能：①概念是细菌生长发育、新陈代谢和遗传变异的控制中心。1）位于细胞质中，由一个染色体构成，主要为DNA，还有少量RNA和蛋白质，但无组蛋白。2）为双螺旋的大分子链构成的环形结构。3）细菌细胞活跃生长时（复制先于细胞分裂），细胞内往往有2~4个核区，低速生长时可见有1~2个核区。4）古细菌的染色体和细菌的染色体类似，是一个单个环状的DNA分子，大小通常小于大肠杆菌的DNA。

③特征质粒的特点：可自我复制，稳定遗传。对生存不是必要的。复制与染色体分开，但同步进行。不同质粒携带不同遗传信息。无质粒细菌可通过接合、转化、转导等方式获得，不能自发产生。例：细菌抗药性因子、大肠杆菌F因子。质粒应用:基因工程，体外重组。（2）质粒

概念：细菌染色体外的遗传物质，由共价闭合环状双链DNA分子组成。分子量约为106

～108Da，携带1~100个基因,一个菌细胞可有一至数个质粒。（1）概念（2）主要成分（3）功能（4）核糖体（5）内含物4、细胞质及其内含物细胞质功能：细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所。是在细胞膜内除核区以外的细胞物质。细胞质是无色、透明、粘稠状物质。（1）概念主要成分为水（约占80%）、蛋白质、核酸、脂类、少量糖和无机盐。（2）主要成分（3）功能①原核生物中含70S核糖体，由50S和30S两个亚单位组成。②原核生物中核糖体游离于细胞质中或以多聚核糖体存在。③真核生物中核糖体游离于细胞质中或结合于内质网上，核糖体大小为80S。④古细菌的核糖体与细菌的核糖体(70S)同样大小。（4）核糖体是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占60%）和蛋白质（占40%）组成。功能：是细胞合成蛋白质的机构。青霉素等抗生素通过作用于细菌核糖体的30S亚基而抑制细菌蛋白质的合成，而对人的80S核糖体不起作用，故可用青霉素治疗细菌引起的疾病，而对人体无害。气泡、羧基化体、绿色体、磁体、和各种储存物质。指细胞质内形状较大的颗粒状构造。可在光学显微镜下观察到，通称为内含体。贮藏颗粒的多少可随菌令及培养条件不同而改变。（5）内含物内含体存在于组成功能非单位膜被包裹的聚

-经基丁酸许多细菌主要是PHB贮备碳和能源硫滴H2S氧化细菌和紫硫光合细菌液状硫能源气泡许多水生细菌罗纹蛋白膜浮力羧基化体自养细菌CO2固定酶固定CO2的部位绿色体绿色光合细菌类脂、蛋白、菌绿素捕光中心碳氢内含物许多利用碳氢化合物的细菌包裹在蛋白质壳中内含物能源磁小体许多水生细菌磁铁颗粒趋磁性无膜包裹的多聚葡糖苷许多细菌高分子葡萄糖聚合物碳源和能源多聚磷酸盐许多细菌高分子磷酸盐聚合物磷酸盐贮藏物藻青素(cyanophycin)许多蓝细菌精氨酸和天冬氨酸的多肽氮源藻胆蛋白体许多蓝细菌捕光色素和蛋白质捕捉光能细菌细胞质中的内含体

胞外糖被荚膜（macrocapsule）微荚膜（microcapsule）粘液层（slimelayer）菌胶团（zoogloea）菌毛（fimbriae）——附着鞭毛（flagella）——运动器官性毛（pili）——接合胞内芽孢（endospora）——休眠体整个菌体胞囊（cyst）细胞质浓缩细菌细胞的特殊构造5糖被(glycocalyx)

糖被的成分一般为多糖，少数是蛋白质或多肽，也有多糖与多肽复合型。概念：指某些细菌在一定营养条件下，在胞外形成的一层疏松透明的粘液状物质。糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜（大荚膜，层次厚）、微荚膜（层次薄）、粘液层（松散，无固定层次）和菌胶团（包裹在细胞群上）。特殊结构糖被功能a保护作用保护菌体，抵抗干燥，免受杀菌物质伤害，防吞噬。b贮藏作用贮藏营养物质，作为营养吸收一些阳离子c与细菌的致病力，抗原性有关。肺炎球菌有荚膜能致病，无荚膜不能致病。d堆积细胞排出的废物。e信息识别作用。

肺炎链球菌鉴定菌种提取葡聚糖—“代血浆”胞外多糖：黄原胶用于石油开采菌胶团用于处理污水细菌糖被应用6鞭毛（Flagella）

1）定义由细胞内伸出的着生于细菌表面的蛋白质附属物，是一种细长而波曲的丝状结构。具有推动细菌运动功能，为细菌的“运动器官”。是分类上重要特征之一。特殊结构2）特征A、长度：为菌体的若干倍，最长可达70mm，直径为10~20nm。只有经特殊染色，使鞭毛加粗后，才能在光镜下观察到。B、成分：主要是蛋白质，另有少量的多糖或脂类。鞭毛蛋白占细胞蛋白的2%。偏端单生两端单生周生鞭毛如：荧光假单胞如：鼠咬热螺旋体偏端丛生如：丁香假单胞两端丛生如：红色螺菌如：大肠杆菌

根据鞭毛的数量和排列情况，细菌分为以下五种类型：3)鞭毛的着生方式螺旋丝：一般构造钩型鞘：基体：外膜外膜细胞质膜细胞质膜细胞质膜肽聚糖肽聚糖钩型鞘螺旋丝L