普通微生物

第一章细胞的结构和功能•第一节原核微生物的细胞结构和功能-细菌•第二节真核微生物的细胞及其与原核细胞结构的异同第一节原核微生物的细胞结构和功能-细菌概念：指一大类细胞核无核膜包裹，只有称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。包括真细菌和古生菌。真核微生物：凡指细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质中存在线粒体等细胞器的生物。一、细菌细胞的基本结构1，细胞壁：•细胞壁：是位于细胞最外层的一层厚实、坚韧的外被。真细菌细胞壁主要由肽聚糖组成。（支原体无细胞壁，肽聚糖是真细菌细胞壁中的特有成分）。细胞壁的功能：•（1）固定细胞外形和提高机械强度，从而使细胞免受渗透压等外力的损伤。•（2）为细胞生长、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的功能。•（3）阻拦酶和抗生素等大分子物质进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤。•（4）赋予细胞具有特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。Gram+Gram-SchematicdiagramofbacterialcellwallsBacteriacanbedividedintotwomajorgroups,calledgram-positiveandgram-negative.Theoriginaldistinctionbetweengram-positiveandgram-negativewasbasedonaspecialstainingprocedure,theGramstain1.1，革兰氏阳性菌的细胞壁•革兰氏阳性菌的细胞壁的特点：厚度大（20—80nm），化学组成简单，一般只含有90%的肽聚糖和10%的磷壁酸。Teichoicacidsandlipoteichoicacidsarearrangedintheoverallwallstructureofgram-positiveBacteria.TeichoicacidLipoteichoicacid（1）肽聚糖（又称粘肽、胞壁质、粘质复合物）：•肽聚糖由肽和聚糖两部分组成，其中的肽有四肽尾和肽间桥两种。聚糖由N—乙酰葡萄糖胺与N—乙酰胞壁酸通过β-1.4-糖苷键互相间隔连接而成，成长链骨架状。短肽借肽键连接在聚糖骨架链的N—乙酰胞壁酸的乳酰基上，相邻的短肽互相交联形成高强度的网状结构。肽聚糖•肽聚糖分子基本组成单位为肽聚糖单体。肽聚糖单体由双糖单位（N—乙酰葡萄糖胺、N—乙酰胞壁酸）、四肽尾或四肽侧链、肽桥或肽间桥组成。革兰氏阴性菌G-革兰氏阳性菌G+（内消旋二氨基庚二酸）（丙氨酸）（谷氨酸）革兰氏阴性菌G-（2）磷壁酸又称垣酸、菌壁酸•是结合在革兰氏阳性菌细胞壁上的一种酸性多糖，一般由多个(8-50)甘油或核糖醇以磷酸二脂键连接而成，为大多数革兰氏阳性菌细胞壁所特有。根据化学成分，磷壁酸有五种类型，其中主要有甘油磷壁酸及核糖醇磷壁酸。根据结合部位的不同，磷壁酸又可分为两类：壁磷壁酸，膜磷壁酸（也称脂磷壁酸）。甘油磷壁酸磷壁酸的主要生理机能：（1）磷壁酸分子上有较多的负电荷可提高细胞周围镁离子的浓度，镁离子进入细胞后可提高需镁离子的合成酶的酶活性。（2）储藏磷元素。（3）增强某些致病菌对宿主细胞的粘连，避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用。（4）赋予革兰氏阳性菌特异的表面抗原。（5）可作为噬菌体的特异性的吸附受体。（6）能调节细胞内自溶素的活力，借以防止细胞自溶死亡。1.2，革兰氏阴性菌的细胞壁•革兰氏阴性菌的细胞壁的特点：细胞壁薄（15—20nm），有多层结构（外膜和肽聚糖层，在细胞壁和细胞质膜之间还有一个明显的空间，称为壁膜间隙。外膜位于肽聚糖层之外，由内向外依次又可分为脂蛋白层、磷脂层和脂多糖层。），一般肽聚糖为单层，不含有磷壁酸。（1）肽聚糖•m—DAP（内销旋二氨基庚二酸）取代了革兰氏阳性菌细胞壁中四肽尾上的第三个氨基酸（L-lys）。（2）外膜：•脂多糖LPS（类脂A、核心多糖、O抗原），磷脂，脂蛋白。脂多糖(LPS)：•位于革兰氏阴性菌细胞壁最外面的一层较厚的类脂多糖类物质（8—10纳米）。脂多糖LPS（O抗原）（类脂A）（核心多糖）类脂A：•是D-葡萄糖胺的衍生物，由N—乙酰葡萄糖胺双糖分别与磷酸和长链脂肪酸相连，无种属特异性。核心多糖：•由5—10种糖，主要是由己糖和己糖胺组成。含有2-酮-3-脱氧-辛糖酸（KDO）和L-甘油-D-甘露庚糖两种特殊的单糖。有属特异性。O抗原（O-特异侧链）：•由重复的寡糖（3—5）单位如（甘露糖-鼠李糖-半乳糖）n及阿可比糖（3.6-二脱氧-D-半乳糖）或其他糖组成，糖的种类、顺序和空间结构有菌株特异性，是形成O抗原特异性的物质基础。脂多糖的主要功能：（1）类脂A是构成革兰氏阴性菌致病物质--内毒素的物质基础。（2）吸附钙、镁等离子，提高细胞壁的稳定性。（3）决定了表面抗原决定簇的多样性。（4）是许多噬菌体吸附的受体。（5）保护作用，是控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障。磷脂：•磷脂双分子层与细胞质膜的脂双层非常相似，只是其中插有跨膜的孔蛋白。•脂蛋白：•位于外壁层内侧，连接着磷脂双分子层与肽聚糖层。（3）壁膜间隙（周质空间）：•细胞质膜之间存在的明显的壁膜间隙，一层薄的肽聚糖处于其间。壁膜间隙内有许多周质蛋白，包括：1）水解酶类，2）合成酶类，3）结合蛋白，4）受体蛋白。（4）G+与G-细胞壁的比较？•⑴革兰氏阳性菌的细胞壁的特点：厚度大（20—80nm）；单层结构；肽聚糖层次多，交联度大；相邻的肽侧链通过肽桥连接；化学组成简单，一般只含有90%的肽聚糖和10%的磷壁酸，不含蛋白质。（4）G+与G-细胞壁的比较？•⑵革兰氏阴性菌的细胞壁的特点：细胞壁薄（15—20nm）；多层结构，分为外膜和肽聚糖层两层；肽聚糖层一般为单层，不含有磷壁酸，肽聚糖单体的四肽侧链的第3个氨基酸不是L-lys，而是内销旋二氨基庚二酸（m—DAP），肽聚糖单体间直接相连，没有特殊的肽桥；外膜含脂多糖、磷脂、脂蛋白，不含肽聚糖；含有蛋白质。1.3，缺壁细菌•进化形成——支原体（细胞膜中含有甾醇。）•实验室或宿主体内形成：•（1）：缺壁突变——L细菌：L细菌：实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。固体培养基上形成“油煎蛋”形菌落。能分裂、繁殖。（2）：人工去壁•A：原生质体•B：球状体•原生质体、球状体的共同特点：无完整的细胞壁，细胞呈球状，对渗透压极其敏感，G—，即使有鞭毛也不能运动，对相应的噬菌体不敏感，细胞不能分裂。•原生质体再生：原生质体在适应的条件下可重建细胞壁，恢复完整形态，并生长、分裂。1.4，古生菌的细胞壁•除热原体外，古生菌都具有与真细菌功能类似的细胞壁，然而化学成分差异很大。古生菌的细胞壁中没有真正的肽聚糖，由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成。古生菌的细胞壁类型：（1）假肽聚糖细胞壁，如甲烷杆菌属。（2）独特多糖细胞壁，如甲烷八叠球菌。（3）硫酸化多糖细胞壁，如盐球菌属。（4）糖蛋白细胞壁，如盐杆菌属。（5）蛋白质细胞壁，如甲烷球菌、甲烷螺菌属。1.5，革兰氏染色机制•细胞壁化学成分的差异引起了物理特性（脱色能力）的不同决定了染色反应的不同。细节为：细节为：•通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞膜内形成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物。G+细胞由于其细胞壁较厚，肽聚糖网层次多和交联致密，故遇乙醇或丙酮脱色处理时，因失水反而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇处理不会溶出缝隙，因此能把结晶紫与碘复合物牢牢留在壁内，使其仍呈紫色。细节为：•反之，G-细胞因其细胞壁较薄，外膜层的类脂含量高，肽聚糖层薄和交联度低，在遇脱色剂后以类脂为主的外膜迅速溶解，薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，因此通过乙醇脱色后细胞褪成无色。这时再经沙黄等红色染料进行复染，就使革兰氏阴性菌呈现红色，而革兰氏阳性菌仍保留紫色（实为紫加红色）。（1）初染（结晶紫30s）（2）媒染剂（碘液30s）（3）脱色（95%乙醇10~20s）（4）复染（蕃红30~60s）G+紫色G-红色革兰氏染色程序和结果GrampositiveorGramnegative?ProceduresofGramStaining2，细胞质膜（又称细胞膜、质膜、内膜）：•细胞质膜：是紧贴在细胞壁内侧包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透膜，厚约7-8纳米，由磷脂和蛋白质组成。•细胞膜的生理功能：•2.1选择性的控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送（即物质运输）。•2.2是维持细胞内正常渗透压的屏障（即渗透屏障、维持细胞内正常渗透压）。细胞膜的生理功能：•2.3合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、夹膜多糖等）的重要基地。（即参与细胞壁和荚膜的成）。•2.4膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所。•2.5鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位（即提供鞭毛的着生位点）。A.Thetypicalcytoplasmicmembraneofprokaryoticandeukaryoticcellsisalipidbilayer,asillustratedhereshowingtheorientationsofthehydrophilic(tanspheres)andhydrophobic(black)endsofphospholipidsthatmakeupthisstructure.B.Colorizedelectronmicrographof'thecytoplasmicmembrane(CM)ofthebacteriumBacillussubtilisrevealsthecharacteristicrailroadtrackappearanceofthislipidbilayer.StructureofcytoplasmicmembraneItisatypicalUNITMEMBRANE!Thecytoplasmicmembrane,ahighlyselectivebarrier,isconstructedprincipallyoflipid,withinwhichcertainproteinsareembedded.Membranescontainbothlipidsandproteins,althoughtheexactproportionsoflipidandproteinvarywidely.植烷醇甘油二乙醚二联植烷醇二甘油二乙醚双五环C40二植烷醇四乙醚醚键酯键硬脂酸植烷醇古生菌与真细菌（真核）质膜的区别•亲水头与疏水尾间是通过醚键而不是酯键连接的•组成疏水尾的长链烃是异戊二烯的重复单位，与甘油形成甘油二醚或二甘油四醚，而不是脂肪酸•质膜中存在着独特的单分子层膜或单、双分子层混合膜，而真细菌为双分子层•在甘油的3C分子上，可连接多种与真细菌质膜不同的基团，如磷酸酯基、硫酸酯基以及多种糖基•质膜上含有多种独特脂类；如嗜盐菌膜中：细菌红素、胡萝卜素、番茄红素、视黄醛注：•原核微生物（除支原体外）的细胞质膜上一般不含胆固醇等甾醇，这一点与真核生物明显不同。多烯类抗生素可破坏含甾醇的细胞质膜，故可抑制支原体和真核生物，但对其它原核生物则无抑制作用（即除支原体外，原核微生物对多烯类抗生素不敏感）。3、拟核•拟核：又称核质体、原核、核区、染色质体、细菌染色体或核基因组，是指原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核。用富尔根（Fenlgen）染色后，呈紫色。它是一个大型环状双链DNA分子，只有少量蛋白质与之结合。每个细胞所含的核区数与该细胞的生长速度有关，一般1-4个，核区是细菌负载遗传信息的主要物质基础。细菌细胞的核没有核膜、核仁、没有固定形态。细菌无典型的染色体结构，但通常称核区中DNA为染色体DNA。Micrographofabacteriumshowingthenucleoidregion(green)withinthecytoplasmwherethebacterialchromoso