微生物学-第二章12笔记.ppt

1、第一节 原核生物和真核生物,原核生物真细菌、古生菌 有细胞结构类 微生物 真核生物真菌、原生动物、显微藻类 无细胞结构类 病毒、亚病毒 一、细胞 # 细胞：是生命活动的基本单位，构成生物体最基本的结构和功能单位，由膜包围的能进行独立繁殖的最小原生质团。一切有机体都是由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位。细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位。没有细胞就没有完整的生命。 #原生质：是指细胞的全部活物质，包括细胞膜、细胞核、细胞质。 #细胞质：是指除核以外，质膜以内的原生质。,二、原核生物和真核生物的区别（见P62 表35） 1、原核生物和真核生物 原核生物和真核生物细胞

2、之间有许多差别。真核生物的主 要特征是有细胞核和如线粒体、叶绿体的细胞器及复杂的内 膜系统。病毒属于非细胞类，细菌属于原核生物，所有其他 微生物属于真核生物。 2、原核细胞和真核细胞的区别 （1） 核、核膜、染色体 原核生物细胞没有核膜，有一个明显的核区，这个核区上 集中了它的主要遗传物质，由一条与类组蛋白相联系的双链 DNA构成的染色体组成。真核生物细胞则是由一条或一条以 上的双链DNA与组蛋白等结合成的染色体，并由核膜包围。,（2）代谢场所 原核细胞没有独立的内膜系统，与代谢有关的酶如呼吸酶合成酶等位于细胞膜上，因此它的能量代谢在质膜上进行。 真核细胞不仅有独立的内膜系统，还有细胞骨架，呼

3、吸酶在线粒体中，有专用的细胞器来完成各项生理功能，如线粒体、叶绿体。 （3）核糖体的大小和分布 原核细胞的核糖体大小为70S，常以游离状态或多聚体状态分布于细胞质中。 真核细胞的核糖体大小为80S，可以游离状态存在于细胞结合于内质网上。线粒体和叶绿体内有各自在结构上特殊的核糖体。,第二节 原核微生物的形态、构造和功能,原核微生物（prokaryotic microorganism）是指一大类细胞核无核膜包裹，只有称作核区（nuclear region）的裸露DNA的原始单细胞生物，包括真细菌和古生菌两大群。 真细菌（eubacteria）包括细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体等，

4、其细胞膜含由酯键连接的脂类，细胞壁中含特有的肽聚糖（无壁的支原体除外），DNA中一般没有内含子（但近年来也有例外的发现）。 古生菌（archaea）是一个在进化途径上很早就与真细菌和真核生物相互独立的生物类群，主要包括一些独特生态类型的原核生物，如产甲烷菌及大多数嗜极菌，包括极端嗜盐菌、极端嗜热菌和Thermoplasma（热原体属）等。,（一）细菌的形状和大小 1、细菌的基本形态 （1）基本外形 球状球菌 杆状杆菌 螺旋状螺旋菌 （2）性状简介 A.球菌 细胞呈球状或椭圆形。根据这些细胞分裂产生的新细胞所保持的一定 空间排列方式有以下几种情形：见图2-1 B.杆菌 杆菌细胞呈杆状或圆柱形。

5、C.螺旋菌 细胞呈螺旋状状的细菌统称为螺旋菌,2、细菌的大小 细菌大小的度量单位：以m为单位。 细菌大小的表示： 球菌 一般以直径来表示。 杆菌和螺旋菌则以长和宽来表示。如 12.5m 细菌大小的测定：在显微镜下使用显微测微尺测定。,（二）细菌的细胞构造,1、细胞壁 （1）概念 细胞壁（cell wall）是细胞质膜外面具有一定硬度和韧性的壁套，主要由肽聚糖构成，能使细胞保持一定形状，保障其在不同渗透压条件下生长，即使在不良环境中也能防止胞溶作用。 真细菌的细胞壁由肽聚糖构成，而古细菌细胞壁组成物质极为多样，从类似肽聚糖的物质、假肽聚糖，到多糖、蛋白质和糖蛋白。,（2）功能 细菌细胞壁的主要功

6、能有： 固定细胞外形和提高机械强度，从而使其免受渗透压等外力的损伤； 为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需，失去了细胞壁的原生质体，也就丧失了这些重要功能； 阻挡酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（相对分子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤； 赋予了细菌具有特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。,（3）革兰氏染色 革兰氏染色根据1884年革兰(Christian Gram)发明的染色反应，真细菌常常分成两类。 表2.2 革兰氏染色程序和结果,甲菌,乙菌,初染,结晶紫,媒染,碘液,脱色,乙醇,复染,沙黄,紫色（G）,红色（G-）,革兰氏染色步骤示意图

7、,细胞壁与革兰氏染色,肽聚 糖,质 膜,外壁层,周质空间,革兰氏阳性,革兰氏阴性,细胞壁抛面结构,（4）细胞壁化学组成与超微结构 A.革兰氏阳性细菌 # 革兰氏阳性细菌细胞壁具有较厚（30-40nm）而致密的肽聚糖层，多达20层，占细胞壁的成分60-90%，它同细胞膜的外层紧密相连(见图2.4)。 肽聚糖：又称粘肽，是真细菌细胞壁中特有成分。其分子是由肽与聚糖两部分组成，其中的肽又四肽尾和肽桥两种，聚糖则由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸相互间隔连接而成，呈长链骨架状。 #有的革兰氏阳性细菌细胞壁中含有磷壁酸（teichoic acid）,也即胞壁质（murein）。,磷壁酸的主要生理功能（P4

8、1） a.其磷酸分子上较多的负电荷可提高细胞周围Mg2+的浓度，进入细胞后就可保证细胞膜上一些需Mg2+的合成酶提高活性； b.贮藏磷元素； c.增强某些致病菌如A族链球菌（Streptococcus）对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用； d.赋予革兰氏阳性细菌以特异性的表面抗原； e.可作为噬菌体的特异性吸附受体； f.能调节细胞内自溶素的活力，借以防止细胞因自溶而死亡。,B.革兰氏阴性细菌外膜 革兰氏阴性细菌特殊的是外膜上含有许多独特的结构（见图示2.5），如把外膜与肽聚糖层连接起来的布朗(Brauns)脂蛋白，使营养物被动运输通过膜的外膜孔蛋白和起保护细胞作用的脂多糖(L

9、PS)。脂多糖也称为内毒素，对哺乳动物有高度毒性。,脂多糖功能,是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础,与磷酸相似，也有吸附Mg+、Ca2+等阳离子以提高这些离子在细胞表面的浓度的用；,由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细胞表 面抗原决定簇的多样性；,是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。,具有近控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能。,G G肽聚糖的组成不同,肽尾第三氨基酸不同,G 赖氨酸,G 二氨基庚二酸,G，M都是1，4糖苷键连接,肽桥,G：5个甘氨酸,G：肽键,周质空间 周质空间（periplasmic space，即壁膜间隙）是革兰氏阴性细菌细胞膜与外膜两膜之间的一个透明的区域（

10、见图2.3）。它含有与营养物运输和营养物进入有关的蛋白质，有：营养物进入细胞的蛋白；营养物运输的酶，如蛋白水解酶；细胞防御有毒化合物，如破坏青霉素的-内酰胺酶。革兰氏阳性细菌以上这些酶常分泌到胞外周围，革兰氏阴性细菌则依靠它的外膜，保持这些酶与菌的紧密结合。,C. G+与G菌的细胞壁的特征比较 表2.3 两类细胞壁的特征比较,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、 细胞膜与间体 （1）概念 细胞质膜（cytoplasmic membrane），简称质膜（plasma membrane），是围绕细胞

11、质外的双层膜结构，使细胞具有选择吸收性能，控制物质的吸收与排放，也是许多生化反应的重要部位。 原生质膜是一个磷脂双分子层，其中埋藏着与物质运输、能量代谢和信号接收有关的整合蛋白。另外，有通过电荷相互作用，疏松附着于膜的外周蛋白。膜中的脂类和蛋白质互相相对运动。,细菌染色体DNA的复制模式,（2） 成分与结构(液态镶嵌模型P48) 原生质膜(细胞膜)埋藏在磷脂双分子层中的是有各种功能的蛋白，包括转运蛋白、能量代谢中的蛋白和能够对化学刺激检测和反应的受体蛋白。整合蛋白(integral)是完全地与膜连接而且贯穿全膜的蛋白，所以这些蛋白在此区域中有疏水性氨基酸埋藏在脂中。外周蛋白(periphera

12、l proreins)是由于磷脂带正电荷极性头，只是通过电荷作用与膜松散连接的一类，用盐溶液洗涤可以从纯化的膜上除去。脂类和蛋白质均在运动，而且是彼此之间相对运动。这就是被广泛接受的称作液态镶嵌模式的细胞膜结构模型。 脂双分子层 细胞膜由含有亲水区域的和疏水区域的两亲性分子磷脂组成。在膜中磷脂以双分子层排列，极性头部亲水区指向膜的外表面，而其疏水区脂肪酸的尾部指向膜的内层。结果，膜对于大分子或电荷高的分子成为一个选择渗透屏障，它们不易通过磷脂双分子的疏水性内层。,细胞膜的功能,控制细胞内、外的物质的运送、交换,维持细胞内正常渗透压以保证屏障作用；,合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所；,进行

13、氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；,许多酶和电子传递链组分的所在部位；,鞭毛着生点和提供其运动所需的能量等。,间体（Mesosome)是一种由细胞质膜内褶而形成的囊状结构，其中充满着层状或管状泡囊，其功能是：,相当于真核细胞的线粒体,相当于真核细胞的内质网,与细胞壁合成有关,可能与核分裂有关,有学者认为间体是一种赝象,3、 细胞质及其内含物 （1）概念 细胞质：是指除核以外，质膜以内的原生质。 （2）细胞质的主要成分 细菌细胞质是含水的、含有细胞功能所需的各种分子、RNA和蛋白质的混合物。对所有的细菌都是一样的，细胞质中的主要成分是核糖体（由50S大亚基和30S的小亚基组成）、贮藏物、多种酶类

14、和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。,表2.4 细菌细胞质中的内含物,细菌芽孢在光学显微镜下的形态及其在胞内的位置,某些细菌在其生长发育后期 ， 在细胞内形成一个圆 形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体,由于一个营养细胞内仅生成一个芽孢，无繁殖功能,芽孢是生物界中抗性最强的生命体。,芽孢在普通条件下可保持几年至几十年的生活力。,5、芽孢(endospore/spore),细菌芽孢构造的 模式图,孢,孢外壁,芽孢衣,皮 层,芽孢质,芽孢核区,芽孢膜,芽孢壁,核心,表2.5细菌芽孢形成的阶段,成熟芽孢的电镜照片,含有吡啶2，6二

15、羧酸（DPA-Ca）,含有芽孢特有的芽孢肽聚糖,芽孢平均含水40，皮层含水70,芽孢耐热机制,芽孢中酶的分子量较营养细胞小,芽孢萌发过程中的形态,细胞芽孢的表面结构,研究芽孢的意义,细菌分类、鉴 定中的重要形 态学指标,指导菌种保藏,制定灭菌参数,孢 囊,细胞内浓缩并外包 多（410余层） 蛋白质、肽聚糖（近G菌） 抗热、辐射及药物等 无特殊贮藏物 芽孢杆菌属、梭菌属,芽孢与孢囊的比较,荚膜功能,保护作用,贮藏养料,堆积代谢 废物,附着作用,保护细菌免受干旱损坏,防止噬菌体的吸附和裂解,使致病菌免受突破主白细胞吞噬,作为透性屏障或离子交换系介质,细菌间的信息识别作用,鉴定菌种,提取葡聚糖“代血

16、浆”,胞外多糖：黄原胶用于石油开采,菌胶团用于处理污水,鞭毛（Flagellum),生长在某些细菌体表的长丝状蛋白质附属物，称为鞭毛，其数目为一至数条，具有运动功能。,鞭毛一般长度为1520um直径为 0.01 0.02um,观察鞭毛的方法:染料沉积使之加粗后用显微镜观察:常用电镜观察,判断鞭毛有无的方法:半固体培养基 平板培养菌落边缘,细菌鞭毛显微镜照片,鞭毛的类型,鞭毛的结构,鞭毛丝结构图解,：鞭毛蛋白亚基,每周为8-10个亚基,鞭毛蛋白亚基是一种球状蛋白，分子量3-6万,鞭毛丝由直径 4.5nm 的鞭毛蛋白亚基沿央孔 道（直径为20nm）螺旋状缭绕而成。,鞭毛丝,S-M环,L环,P环,鞭

17、毛杆,钩形鞘,外壁层,肽聚 糖层,周质空间,G细菌鞭毛基体 和 钩 形 鞘 结 构,细胞膜,Fli蛋白,Mot蛋白,菌 毛,菌毛蛋白 0.0070.0090.520um 由菌毛蛋白亚基卷成中1数百根 空螺旋 附着，接合 细胞质 许多G杆菌和球菌,细菌的鞭毛和菌毛的比较,性毛（pili,单数pilus）,构造和成分与菌毛相同， 但比菌毛长。,数量仅一至少数几根。,性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌珠中。,其功能是向雌性菌珠（受体菌）传递遗传物质。,鞭毛,菌毛,性毛,糖被,（三） 细菌的繁殖和菌落的形成 1、 细菌的繁殖方式 当细菌从周围环境中吸收了营养物质后，发生一系列的系列化合成反应，把进入的

18、营养物质转变成为新的营养物质DNA、RNA、蛋白质、酶及其他大分子，之后菌体开始了繁殖过程形成两个新的细胞。 （1）裂殖 裂殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式，通常表现为横分裂。 （2）细菌的分裂过程 首先是核的分裂和隔膜的形成 第二步横隔壁的形成 最后子细胞的分离,2、 细菌的菌落特征 （1）菌落 菌落（colony）单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体，称为菌落。当固体培养基表面众多菌落连成一片时，便成为菌苔(1awn) （2）菌落特征 各种细菌在一定条件下形成的菌落特征具有一定的稳定性和专一性，这是衡量菌种纯度，辨认和

19、鉴定菌种的重要依据。 （3）如何描述菌落特征 菌落特征包括大小，形状，隆起形状，边缘情况，表面状态，表面光泽，质地，颜色，透明度等。 （4）影响菌落特征的因素 组成菌落和细胞结构和生长行为。 邻近菌落影响菌落的大小。 培养条件。,放线菌是一类具有丝状与枝细胞的细菌,有原核,菌丝直径与细菌相仿,细胞壁的主要成分是肽聚糖,放线菌噬菌体的形状与细菌的相似,最适生长pH相近，一般呈微碱性, DNA重组的方式与细菌的相同,核糖体同为70S,对溶菌酶敏感,凡细菌所敏感的抗生素，放线菌也同样敏感,有的放线菌产生有鞭毛的孢子,其鞭毛类型与细菌相同,放线菌的形态结构（模式图）,气生菌丝,孢子丝,分生孢子,基内菌

20、丝,固体基质,基内菌丝（Substrate mycelium) 又称营养菌丝，功能是吸收营养，直径 0.2-1.2um长度100600um，色素可有可无。,基内 菌丝,气生菌丝（Aerial mycelium) 基内菌丝长到一定时期，长出培养基外，伸向空间的菌丝，直径11.4um, 长短不一，形状不一，颜色较深。,气生菌丝,孢子丝(Reproductive mycelium) 当气生菌丝生长发育到一定阶段，气生菌丝上分化出的可形成孢子的菌丝。 孢子的形状及在气生菌丝上排列的方式随种而异。,放线菌的菌落形态,菌落质地硬而且致密，菌落小而不广泛延伸,菌落表面呈紧密的绒状或坚实、干燥多皱。,接种针难以挑取，有时可挑碎，有时可将整 个菌落挑起。,老龄菌：幼龄菌菌落与细菌难以区分。 菌落周围具