《原核生物结构》课件2

原核生物结构探索微观世界中的简单却高效的生命形式目录原核生物基本特征定义、分类、大小与形态细胞结构组成细胞壁、细胞膜、细胞质遗传与功能结构核区、核糖体、质粒附属与特殊结构鞭毛、菌毛、荚膜、芽胞1.原核生物简介地球最古老生命形式存在超过35亿年分布广泛几乎所有生态系统中都能发现结构简单无核膜包被的DNA进化重要性为真核生物提供进化基础1.1原核生物的定义结构特点无包膜核结构遗传物质直接暴露于细胞质中分类细菌和古菌两大类群区别于真核生物进化地位最早出现的生命形式构成生物多样性基础1.2原核生物的分类1域水平分类细菌域与古菌域2细菌主要类群变形菌门、放线菌门等3古菌主要类群广古菌门、泉古菌门等4系统发育基础16SrRNA序列比对1.3原核生物的大小0.2μm最小细菌超微型细菌0.5μm平均直径大多数细菌5μm常见长度杆菌典型长度750μm巨型硫细菌最大已知细菌1.4原核生物的形态球菌球形，如葡萄球菌杆菌圆柱状，如大肠杆菌螺菌弯曲或螺旋形，如螺旋体弧菌弯曲状，如霍乱弧菌2.细胞壁1外层保护屏障细胞最外层的坚固结构2抵抗渗透压防止细胞在低渗环境中破裂3维持细胞形态决定原核生物特定形状2.1细胞壁的功能防御功能抵抗外界物理化学因素结构支持维持细胞形态稳定选择性通透控制物质进出细胞抗生素靶点多种抗生素作用位点2.2细胞壁的组成肽聚糖磷脂蛋白质脂多糖脂蛋白其他成分2.3革兰氏阳性菌的细胞壁结构特点肽聚糖层厚无外膜结构含有磷壁酸染色特性革兰染色呈紫色能保留碘复合物乙醇不能脱色代表菌种葡萄球菌链球菌芽孢杆菌2.4革兰氏阴性菌的细胞壁肽聚糖层薄只有2-3nm厚度外膜结构额外的脂质双分子层脂多糖存在外膜外层主要成分周质间隙外膜与细胞膜之间的空间2.5细胞壁的特殊结构分枝杆菌细胞壁含有独特的分枝菌酸形成致密疏水性外层无细胞壁细菌支原体缺乏细胞壁只有细胞膜维持结构S-层某些细菌和古菌表面的蛋白质层高度规则的晶格排列3.细胞膜3.1细胞膜的组成磷脂形成双分子层的主要成分膜蛋白占膜质量50-70%2糖类主要存在于糖蛋白中类固醇如古菌中的类胡萝卜素3.2细胞膜的功能1选择性屏障控制物质进出细胞2能量转换呼吸链和ATP合成酶所在位置3信号传导感知环境变化4物质运输主动和被动运输系统3.3质膜内陷中胚层细胞膜向内折叠形成呼吸功能增加膜表面积光合作用蓝细菌中含有光合色素DNA附着点参与DNA复制与分离3.4细胞膜上的酶系统1ATP合成酶能量产生的关键酶2电子传递链呼吸过程的重要组成3转运蛋白物质转运的载体4分解酶参与底物的分解代谢4.细胞质基本特征半流动性胶体内含多种生物大分子代谢活动主要场所细胞质基质含水量约80%含有多种酶类代谢反应的溶剂环境细胞质结构无内膜系统含核糖体和包涵体存在细胞骨架蛋白4.1细胞质的组成水蛋白质RNADNA代谢物无机盐4.2细胞质中的颗粒核糖体70S型，由30S和50S亚基组成多核苷酸颗粒RNA和磷酸的聚合物碳水化合物颗粒如糖原和多聚β-羟基丁酸酯4.3细胞质中的包涵体硫颗粒硫细菌中的元素硫储存磁小体磁铁矿颗粒用于定向气囊蓝细菌中调节浮力多聚磷酸盐磷元素储存形式5.核区5.1核区的定义无核膜结构DNA直接位于细胞质中不存在核膜隔离核质体含DNA的区域电镜下可见较浅区域与真核生物区别无染色质结构缺乏组蛋白包装5.2核区的结构环状DNA主要遗传物质核样蛋白辅助DNA折叠质粒额外的遗传因子RNA转录产物5.3核区的功能1遗传信息存储保存生物体全部基因组2基因表达DNA转录为RNA3DNA复制细胞分裂前的遗传物质复制4基因重组产生遗传变异5.4原核生物DNA的特点环状结构闭合的双链DNA高度折叠形成核样体结构基因组小通常小于10Mb无内含子基因结构紧凑6.核糖体蛋白质合成工厂翻译RNA信息为蛋白质170S型核糖体与真核生物80S型不同2RNA-蛋白质复合物由rRNA和蛋白质组成抗生素靶点许多抗生素作用位点6.1核糖体的结构70S完整核糖体沉降系数为70S30S小亚基含16SrRNA和21种蛋白50S大亚基含23S和5SrRNA及31种蛋白3功能位点A、P、E位点参与翻译6.2核糖体的功能起始核糖体小亚基识别mRNA起始密码子延伸按密码子顺序添加氨基酸肽键形成催化氨基酸间肽键形成终止遇终止密码子释放多肽链6.3原核生物核糖体的特点结构特点70S型核糖体小于真核生物80S型rRNA序列独特分布自由分布于细胞质中无膜结合核糖体可形成多聚核糖体药物靶点多种抗生素作用位点如链霉素作用于30S氯霉素作用于50S7.质粒7.1质粒的定义额外遗传元件染色体外的DNA分子通常为环状双链DNA自主复制独立于染色体复制含有自身复制起点非必需性通常不携带必需基因在特定条件下有选择优势7.2质粒的类型R质粒携带抗生素抗性基因Col质粒产生杀菌素F质粒促进细菌接合致病质粒携带毒力因子7.3质粒的功能抗生素抗性提供药物抗性毒素产生编码细菌毒素代谢功能降解特殊碳源基因转移水平基因转移载体8.鞭毛单极鞭毛一端单根鞭毛周鞭毛全周分布多根鞭毛丛生鞭毛一端多根鞭毛8.1鞭毛的结构1鞭毛丝由鞭毛蛋白组成长丝钩部连接鞭毛丝与基体基体嵌入细胞壁和膜的马达结构8.2鞭毛的功能运动能力使细菌能在液体中游动趋化性朝有利环境移动附着辅助细菌附着到表面生物膜形成参与初始定植阶段8.3鞭毛的运动机制9.菌毛9.1菌毛的结构形态特征细长管状蛋白结构直径2-8nm长度0.5-2μm组成成分由蛋白亚基组成主要成分为菌毛蛋白亚基螺旋排列类型普通菌毛性菌毛纤维状菌毛9.2菌毛的功能附着帮助细菌附着到宿主细胞基因交换性菌毛介导DNA转移生物膜形成促进细菌间相互作用致病性是重要的毒力因子9.3菌毛与细菌附着1特异性识别菌毛尖端识别特定受体2初始黏附形成可逆性附着3稳定结合发展为不可逆结合4定植扩增促进细菌群体形成10.荚膜和黏液层荚膜特点致密结构与细胞紧密结合能被特异性抗体染色黏液层特点松散无定形易被水流冲散不能被特异性染色共同功能保护细胞储存营养物质抵抗免疫系统10.1荚膜的组成多糖大多数菌种的主要成分1蛋白质如炭疽杆菌荚膜2糖蛋白糖与蛋白质复合物3透明质酸如A组链球菌荚膜410.2荚膜的功能抗吞噬作用阻止白细胞吞噬防止脱水保持细胞水分介导附着促进与表面结合抗原性诱导特异性抗体10.3黏液层的特点结构特点无固定形态松散水化层边界不明确化学组成主要为多糖和水含少量蛋白质粘性较强功能作用保护细胞免受环境伤害有助于形成生物膜储存营养物质11.内膜系统1质膜内陷细胞膜向内折叠2类囊体膜光合细菌特有结构3色素体含光合色素的膜囊膜泡特殊功能的封闭膜结构11.1光合膜1类囊体膜蓝细菌中的光合结构2膜上光系统含光合色素和电子传递体3基质区含碳固定酶系4藻胆体特有的光捕获复合物11.2细胞色素体1结构组成膜包被的扁平囊泡2色素种类细菌叶绿素和类胡萝卜素3分布特点紫色和绿色光合细菌4功能作用进行光驱动的ATP合成11.3气泡结构特点蛋白质包被的气体囊泡功能调节细胞浮力分布主要存在于水生蓝细菌生态意义帮助细胞找到适宜光照12.特殊结构内膜系统某些细菌特有的膜结构芽胞高度抗性的休眠结构固氮颗粒固氮酶复合物聚集体12.1内含体特点胞内寄生菌依赖宿主细胞细胞结构简化代表菌种衣原体立克次体支原体生存方式寄生于宿主细胞内利用宿主代谢产物逃避宿主免疫系统12.2芽胞前芽胞染色质凝聚，细胞分隔皮层形成芽胞母细胞包裹前芽胞芽胞壁合成形成多层保护结构成熟释放母细胞溶解，释放成熟芽胞12.3固氮颗粒组成固氮酶复合物1定位异形胞内特化结构功能固定大气中的氮气3保护机制隔离氧气防止酶失活13.原核生物的代谢特点14.原核生物的遗传特点DNA结构环状双链无染色质结构基因密度高基因表达无内含子操纵子结构转录翻译耦联基因转移转化作用接合作用转导作用15.原核生物的生态作用物质循环分解有机物，参与生物地球化学循环固氮作用将大气氮转