第一章-微生物细胞的结构与功能.ppt

1、第一章 微生物细胞的结构与功能,目的要求： 通过本章的学习，要求学生掌握：原核细胞的结构与功能；真核细胞的结构与功能；原核细胞与真核细胞的主要区别。 重点： 本章的重点讲授原核细胞的结构与功能。 难点： 1、细菌细胞壁肽聚糖亚单位的组成。 2、细菌鞭毛与真核生物鞭毛亚显微结构的比较。 3、细菌芽胞的形成过程。,细菌细胞的构造,基本构造: 细胞壁；细胞膜；细胞核；核糖体；颗粒状内含物 特殊构造: 质粒；间体；荚膜；芽胞；鞭毛与菌毛,第一节 原核细胞的构造,（一）细胞壁,G细菌与G-细菌细胞壁结构如下图,G菌：,G-菌：,G细菌与G-细菌细胞壁的化学组成,肽聚糖 G+ 磷壁酸 多糖,壁磷壁酸 膜磷

2、壁酸,肽聚糖-内壁层 脂多糖 G- 脂蛋白 类脂 蛋白质,孔蛋白 外壁蛋白,外壁层,肽聚糖的结构,肽聚糖是由组成肽聚糖的单体聚合而成的大分子网状化合物。 肽聚糖的单体 结构如图：,1、N-乙酰葡萄糖胺(G)和N-乙酰胞壁酸(M)通过-1.4键连接的双糖。 2、胞壁酸上的四肽(L - Ala - D - Glu - L - Lys - D - Ala) 3、两四肽间的肽间桥。,肽聚糖的单体由三部分组成：,聚肽糖的单体分子结构:,聚肽糖的单体构成了大分子网状化合物:,G+菌的肽聚糖的分子结构交联度高，肽聚糖层厚,如枯草杆菌网状分子有40层。而G-菌的交联度低,肽聚糖层薄，如大肠杆菌仅由12层分子组

3、成。,G+菌与G-菌肽聚糖单体的异同：,其区别为: 1、四肽上的第三个氨基酸不同,G+菌为赖氨酸；G-菌为内消旋二氨基庚二酸。 2、肽间桥不同：G+菌为甘氨酸五肽；G-菌为肽键。,古细菌假肽聚糖的单体结构,磷壁酸的结构与功能,磷壁酸是G+菌细胞壁中的特有成份。磷壁酸主要有两种：一种是甘油磷壁酸；一种是核糖醇磷壁酸。,甘油磷壁酸,核糖醇磷壁酸,磷壁酸的主要功能：,1、因带负电荷，故可与环境中Mg2等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要；,3、赋于革兰氏阳性菌以特异的表面抗原；,4、提供某些噬菌体以特异的吸附受体。,2、保证革兰氏阳性致病菌（如A族链球菌）与其宿

4、主间的粘连（主要为膜磷壁酸）；,脂多糖分子结构由三部分组成：,类脂A：2个N乙酰葡糖胺及5个长链脂肪酸 3个2酮3脱氧辛糖酸（KDO） 内核心区 LPS 核心多糖区 3个 L甘油D甘露（Hep） 外核心区: 5个己糖（Hex）,包括葡糖胺、半乳糖、 葡萄糖 O侧链: 多个4Hex单位, 内含半乳糖、鼠李糖、甘露糖、阿比可糖(Abq),LPS结构如下图：类脂A是G-细菌的毒性中心,脂多糖的功能,1、是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础；,2、与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+和Ca2+等阳离子以提高这些离子在胞表面浓度的作用；,3、由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多

5、样性，据统计（1983），国际上已报道过的根据LPS的结构特性而鉴定过的Salmonella（沙门氏菌属）的表面抗原类型多达2107个；,4、是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。脂多糖要维持其结构的稳定性需要足量Ca2+的存在。如果用螯合剂去除Ca2+，LPS就解体。这时，G-细菌的内壁层肽聚糖就暴露出来，因而就可被溶菌酶所水解。,细菌细胞壁的功能,1、固定细胞外形； 2、为鞭毛运动提供支点； 3、保护细胞免受外力的损伤（G+菌可抵御1525个大气压的渗透压，G-菌可抵御510个大气压的渗透压）；,4、为正常细胞的分裂所必需； 5、阻挡有害物质进入； 6、与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性

6、关。,（二）细胞膜,细胞膜是外侧紧贴细胞壁而内侧包围原生质的一层柔软而富有弹性的半透性膜。,脂类： 占2030% 细胞膜的化学组成主要是 蛋白质：占6070%,细胞膜的结构,细菌的细胞膜由两层磷脂分子组成，磷脂疏水端两两相对，亲水的头部向外，蛋白质嵌入磷脂双分子层中或分布在磷脂双分子层的内外表面。,真细菌细胞膜的磷脂分子结构如下图：,古细菌细胞膜的结构,古细菌细胞膜植烷基甘油醚的结构,古生菌甘油醚,醚键,细菌细胞膜的功能,1、控制内外物质的运送、交换； 2、维持细胞内正常渗透压的屏障； 3、合成细胞壁各种组分（LPS，肽聚糖，磷壁酸）和荚膜大分子的场所； 4、进行氧化磷酸化和光合磷酸化的产能基

7、地； 5、许多酶和电子传递链的所在部位； 6、鞭毛着生点并为其运动提供能量。,（三）壁膜间隙,G+ 、G-壁膜间隙：,壁膜间隙的功能：含有水解酶，结合蛋白，化学受体。,（四）细胞核,细菌细胞核又称原核、拟核或细菌染色体。它位于细胞质内，没有核膜、核仁。核没有固定的形态，细菌细胞核的化学成分为双链DNA，没有组蛋白。,如：E.coli 细胞长约2um，DNA拉直后其长为11001400um。,通过同位素放射显影技术和电子显微镜的超薄切片观察，细菌的细胞核含有丝状物资，没有膜包围。丝状物质由双链 DNA分子折叠缠绕而成。丝状物质拉直后，其长度为细胞的若干倍。,细胞核：,细菌细胞核的功能：它是细菌生

8、长、新陈代谢、遗传变异的控制中心。,（五）间 体,间体是细菌细胞膜内陷而成的一种层状、管状或囊状物。一般位于细胞分裂部位或其邻近部位。常见于G+菌, 在有些G-细菌中不明显。 间体主要功能：促进细胞间隔的形成并参与遗传物质的复制。,间体参与DNA的复制：,（六）细胞质及内含物,包围在细胞膜内的物质称为细胞质，由于细胞核是细菌细胞的重要结构成分，因此细胞质通常是指细胞膜包围的除细胞核以外的物质。,细胞质中有如下重要的内含物: 1、质粒；2、核糖体；3、藏颗粒(碳素储藏颗粒、氮素储藏颗粒、磷素储藏颗粒)。,质 粒,质粒是独立存在于细菌染色体外或附加在染色体上的遗传物质。它由一共价闭合环DNA分子组

9、成。,目前在细菌中发现的质粒有如下种类：,1、接合质粒（F因子） 2、抗性质粒（R因子） 3、降解质粒 4、细菌素质粒（col因子） 5、致瘤质粒 6、共生固氮质粒,质粒具有如下特点：,1、可以自发或用人工诱变的方法消除； 2、能自我复制，稳定的遗传； 3、没有质粒的细菌不能自发的产生质粒,但可以通过转化、转导或接合作用的转移获得质粒； 4、质粒可以携带供体细胞的DNA转移。,质粒的功能：,2、可作为基因转移的载体,1、质粒控制细菌的某一遗传状,核糖体,由RNA和蛋白质组成,存在于细菌细胞质中的颗粒状亚显微结构。它的沉降系数为70S。核糖体的结构如下图：,核糖体的功能： 它是细胞中合成蛋白质的

10、场所。,RNA（占65%） 1、化学组成 蛋白质（占35%） 2、70S由50S和30S两个亚基组成 3、50S亚基由5SrRNA、23SrRNA和34种蛋白质组成 4、30S亚基由16SrRNA和21种蛋白质组成。,储藏颗粒,1、碳素储藏颗粒 a、淀粉粒，遇碘液变蓝色 b、肝糖粒，遇稀碘液变红褐色 c、聚羟基丁酸（原核生物特有的碳原储藏形式）能被脂溶性染料苏丹黑着色。,细菌中有许多颗粒状储藏物，这些储藏颗粒主要是：,2、氮素储藏颗粒 藻青素（藻青蛋白）：蓝细菌中的内源性氮素储藏颗粒。 3、磷素储藏颗粒 异染粒：细菌细胞中的多聚偏磷酸盐的颗粒,遇蓝色染料染成紫红色,故称为异染粒。,（七）糖被：

11、细菌细胞外的一种胶状物,糖被包括荚膜和粘液层。 某些细菌在生长过程中向细胞外分泌一种粘液性物质,当这种粘液很浓时,用特殊的染色方法染色后在显微镜下可见其结构, 这种结构称为荚膜, 当粘液很稀时, 用荚膜染色无法看到其构造, 故称为粘液层。,巨大芽孢杆菌的荚膜如右图所示：,荚膜的化学组成：多糖；多肽；多糖多肽。,荚膜的功能： 1、可作碳源储藏物质； 2、可以抗干燥； 3、抗吞噬细胞的吞噬。,（八）鞭毛（flagellum）和菌毛（pilus）,有的细菌在细胞表面长有鞭毛和菌毛。,鞭 毛,鞭毛是细菌的运动器官，它是一根中空的管状蛋白质丝。由三条线状的蛋白质亚基围绕着一个中空的核心组装成螺旋链。,鞭

12、毛的亚显微构造由鞭毛丝、鞭毛钩和基体三部分组成。,由上图可知： G-细菌鞭毛的基体由L、P、S、M四个环组成，L环嵌在外壁层中,P环在内壁层中,S环位于壁膜间隙，M环嵌入在细胞膜中。 G+细菌鞭毛的基体只有两个环，S环位于壁膜间隙，M环嵌入在细胞膜中。,鞭毛有五种类型：,鞭毛的功能：鞭毛是细菌的运动官。,菌 毛,菌毛由一条丝状的蛋白质亚基绕成中空的旋。,性菌毛起接合作用：,细菌表面的菌毛有两种： 1、普通菌毛：它细而多(250300根)，其功能是起附着作用； 2、性菌毛(Sexpilus, F-pilus)：它比普通菌毛粗、比鞭毛细而短，每个性细胞只有 14 根。其功能是在不同性别的细菌间传递

13、遗传物质。,（九）芽 胞,某些细菌生长发育到一定时候,在细胞内形成的一种内生胞子,它对不良环境条件有抗性。芽胞的超薄切片：,芽胞具有耐热性，其原因是： 1、壁厚； 2、芽胞含水少； 3、含有吡啶二羧酸钙的复合物 4、含硫氨基酸高； 5、含有耐热性的酶。,芽孢的亚显微结构由内膜，皮层，孢子衣，外孢子衣四层组成。,芽胞与营养细胞的比较,1.细胞结构 典型G阳性细胞 芽孢由核心、内膜（核心壁）、皮 层、孢子衣、外胞壁组成 2.显微镜观察 不折光 折光 3.Ca+含量 低 高 4.吡啶二羧酸(DPA) 无 有 5.聚羟基丁酸(PHB) 有 无 6.多糖含量 高 低 7.蛋白质含量 低 高 8.某些种的

14、伴胞晶体蛋白 无 有 9.含硫氨基酸 低 高 10.酶活性 高 低 11.新陈代谢（氧吸收） 高 低 12.大分子合成 有 无 13.mRNA 有 含量低或无 14.抗热性 低 高 15.抗辐射能力 低 高 16.抗化学药剂和抗酸能力 低 高 17.染色性 易染 难染需用特殊方法 18.对溶菌酶作用 敏感 不敏感,比较项目 营养细胞 芽 胞,第二节 真核细胞的构造,真核细胞模式图,真核细胞的细胞壁：,真核细胞的细胞壁具有如下特点：,纤维素： 由1-4键连接而成的聚合物。单个纤维素聚合物 可能多达8000个葡萄糖单位，约有4m长，这些大 分子交织成直径为5-30nm的微纤维，然后再聚合， 折叠成

15、为细胞壁的结构 二氧化硅：只存在于硅藻和金藻中 多糖类 蛋白质,藻类的壁,已糖多糖链 真菌的壁 存在于高等真菌壁中 几丁质 氨基已糖多糖链 蛋白质 类脂,纤维素：存在于低等真菌的壁中,1.3糖苷键连接的葡聚糖,真核细胞的细胞膜,真核细胞的细胞膜含有固醇,胆固醇分子结构,真核细胞的细胞核,真核细胞的细胞核由核膜、核仁、核基质、染色质组成，DNA 与组蛋白结合,真核细胞细胞核的核小体,真核细胞有复杂的内膜系统,内质网：内质网有光滑内质网和粗糙内质网,真核细胞由单位膜组成的细胞器,线粒体,叶绿体,高尔基体,溶酶体,真核细胞的细胞骨架,真核细胞的运动靠鞭毛或纤毛,鞭毛构造是9+2型,真核细胞的细胞周期,G1期（复制前期）：细胞分裂完成DNA开始复制以前。 S期（复制期）：DNA复制开始到复制完成。 G2期（复制后期）：DNA复制完成到细胞分裂的一段间隙 时间。 D期（分裂期）：细胞分裂的时期，包括核的有丝分裂和胞质分裂。,原核细胞的细胞周期没有G2期,真核细胞与原核细胞的比较 细胞壁 有肽聚糖（古细菌除外） 没有肽聚糖 细胞膜 一般没有固醇 常有固醇 内膜系