1原核微生物的形态和构造

第一章原核微生物的结构与功能原核细胞第一节细菌本节提要：细菌的形态和染色细菌细胞的一般结构细菌细胞的特殊结构细菌的繁殖和培养一、细菌的形态和染色(一)细菌的正常形态:细菌的形态和染色球菌杆菌螺旋菌细菌的形态和染色1.球菌(coccus)单球菌双球菌八叠球菌四联球菌链球菌葡萄球菌2.杆菌(bacillus)细菌的形态和染色梭状芽孢杆菌短杆菌长杆菌3.螺旋菌（spirilla):螺旋状的细菌。螺旋不满一圈称为弧菌(vibrio)，满2~6环称为螺旋菌(spirllum)，旋转周数在6环以上的称为螺旋体(spirochaeta)。细菌的形态和染色螺旋菌弧菌螺旋体4.细菌的特殊形态：细菌的形态和染色柄细菌、肾形菌、臂微菌、网格硫细菌、贝日阿托氏菌(丝状)、具有子实体的粘细菌等是特殊形态的细菌。(二)细菌的异常形态：１.畸形：理化刺激细菌的形态和染色结核杆菌的异常形态:结核杆菌的正常形态:２.衰退型：菌细胞衰老、养分缺乏细菌的形态和染色(三)细菌的大小：细菌的形态和染色(1)测量：测微尺(2)长度单位：微米(μm)(3)表示：球菌：直径杆菌：宽×长螺菌：宽、长、螺距真核微生物原核微生物肉眼光学显微镜电子显微镜病毒(四)染色细菌的形态和染色细菌染色法死菌活菌:用美蓝或TTC(氯化三苯基四氮唑)等正染色负染色:荚膜染色法等简单染色法鉴别染色法革兰氏染色法抗酸染色法芽孢染色法姬姆萨(Giemsa)染色法最常用染色法单染法复染法负染法革兰氏染色细菌的形态和染色用一种染料进行染色，较未染色的样本易于观察。单染色：细菌的形态和染色背景着色，菌体不着色，多用于荚膜的观察。二种以上染料进行染色，有鉴定价值。如革兰氏染色、抗酸染色等。复染法：负染法：细菌的鉴别染色法——革兰氏染色法C.Gram丹麦医生步骤：涂片固定；结晶紫初染1min；碘液媒染1min；95%乙醇脱色0.5min；番红复染1min。结果:阳性菌——紫色；阴性菌——红色。细菌的形态和染色一紫二碘三脱色四复染紫为阳,红为阴抗酸染色法步骤：涂片固定；酸性复红初染；3%醋酸酒精脱色美蓝复染。结果:抗酸菌———红色；非抗酸菌——蓝色。细菌的形态和染色二、细菌细胞的基本结构细菌细胞的基本结构细菌细胞的结构：细菌细胞的基本结构包括：细胞壁、细胞质膜、间体、细胞质、核糖体、气泡、细胞核、质粒和储藏物。特殊结构包括：荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢和伴孢晶体。鞭毛菌毛性菌毛芽孢微荚膜荚膜粘液层糖被特殊构造细胞壁细胞膜间体核区内含物一般构造核糖体①②③④⑤⑥细菌细胞的基本结构1.概念：细胞壁是位于胞外紧贴胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构。(一)细胞壁（cellwall)：细菌细胞的基本结构分离：超声波、机械破碎、溶菌消化、差速离心观察：染色、质壁分离、原生质体、电子显微镜。2.细胞壁的分离与观察细菌细胞的基本结构重点提示：细胞壁的基本骨架——肽聚糖革兰氏阳性菌的细胞壁革兰氏阴性菌的细胞壁革兰氏染色的机理溶菌酶与青霉素的作用3.细胞壁的化学组成与结构细菌细胞的基本结构概念：肽聚糖是由N—乙酰胞壁酸(NAM)和N—乙酰葡糖胺(NAG)以及少数氨基酸短肽链组成的亚单位聚合而成的大分子复合体（1）细胞壁的基本骨架——肽聚糖G和M以b-1,4-糖苷键连接真细菌细胞壁中的特有成分肽聚糖单体细菌细胞的基本结构由NAG、NAM、肽尾、肽桥构成肽聚糖网格状结构:细菌细胞的基本结构肽聚糖的特点:1)为原核生物所特有(古细菌例外)2)D-Glu,D-Ala,M-DAP在自然界蛋白质中不存在3)肽桥的变化甚多，由此形成了肽聚糖的多样性4)个别菌中两肽尾可直接由肽键连接细菌细胞的基本结构肽聚糖分子中的四种主要肽桥类型藤黄微球菌(溶壁微球菌)星星木棒杆菌E.coliC.poinsettiae第I种和第IV种肽桥的比较细菌细胞的基本结构（2）革兰氏阳性菌的细胞壁:占30~70%,不同菌种中肽聚糖(肽链)组分不同,具重要分类意义。肽聚糖:由肽聚糖和磷壁酸组成磷壁酸(teichoicacid):细菌细胞的基本结构占40%。G+菌所特有,其主链由数十个磷酸甘油或磷酸核糖醇组成,有的还有由D—Ala和还原糖组成的侧链。磷壁酸的分类:细菌细胞的基本结构(1)按与壁的连接方式分:壁磷壁酸:与肽聚糖分子共价结合,并延伸到肽聚糖分子表面,带有负电荷。膜磷壁酸:与原生质膜的脂类共价结合。磷壁酸的功能：细菌细胞的基本结构⑴使细胞壁形成负电荷环境,以利于吸附镁离子,维持酶活。⑵贮藏磷元素⑶增强致病菌对宿主的的粘连、避免被白细胞吞噬及抗补体作用⑷赋予革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原⑸可作为噬菌体的特异性吸附受体⑹能调节细胞内自溶素的活力，借以防止细胞因自溶死亡（3）革兰氏阴性菌的细胞壁细菌细胞的基本结构革兰氏阴性菌的细胞壁结构较复杂,分内壁层和外壁层。内壁层:细菌细胞的基本结构紧贴胞膜,仅由1~2层肽聚糖分子构成,占细胞壁干重5~10%,无磷壁酸。细菌细胞的基本结构脂多糖蛋白质层:脂蛋白、基质蛋白、外壁蛋白;磷脂外壁层:位于肽聚糖层的外部。包括:细菌细胞的基本结构埋嵌在外壁层中,如孔蛋白,三聚体构成的疏水孔道贯穿外壁层,使小于800-900D的分子可通过,起分子筛作用。基质蛋白：细菌细胞的基本结构为特异性载体,可将VitB12这类较大分子送入细胞内外壁蛋白：细菌细胞的基本结构与肽聚糖层共价结合,并埋置在外壁层,使外壁层牢固的与内壁层连接。脂蛋白：细菌细胞的基本结构类脂A:两个葡糖胺连接多个脂肪酸,为内毒素的中心。核心多糖:与脂质A相连,由糖及其衍生物组成。O-侧链:短多糖链,其顺序有菌种特异性,具有诊断细菌学意义。脂多糖(LPS,lipopolysaccharide)：G+细菌与G﹣细菌细胞壁构造的比较G+G﹣肽聚糖层肽聚糖层壁膜间隙外膜细胞质膜细胞质膜细胞壁的结构（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﹣）肽聚糖肽聚糖外膜细菌细胞的基本结构（4）革兰氏染色的原理G﹢菌：细胞壁厚，肽聚糖网状分子形成一种透性屏障，当乙醇脱色时，肽聚糖脱水而孔障缩小，故保留结晶紫-碘复合物在细胞膜上。呈紫色。Gˉ菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，其脂含量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，沙黄复染后呈红色。细菌细胞的基本结构G+和G-细胞壁的对比4.溶菌酶与青霉素的作用细菌细胞的基本结构溶菌酶(lysozyme):作用于NAM的G1和NAG的C1-C4之间的糖苷键，所以又称乙酰胞壁质酶。对G-菌，在EDTA存在下，受溶菌酶作用。细菌细胞的基本结构溶菌酶处理后的菌细胞应保存在弱高渗(0.1-0.2M)蔗糖液中。青霉素(penicillium):细菌细胞的基本结构作用于肽聚糖肽桥的联结，即抑制肽聚糖的合成，故仅对生长着的菌有效，主要是G+菌。青霉素作用位点在溶菌酶或青霉素作用下产生细胞壁缺陷或无细胞壁的细菌。细菌细胞的基本结构缺壁细菌实验室或宿主体内形成在自然界长期进化中形成—支原体缺壁突变—L型细菌人工去壁基本去尽-原生质体G+部分去尽-球状体G-人为条件下，细菌除去细胞壁剩下由细胞膜包裹的部分。多为G+菌。细菌细胞的基本结构a.原生质体(protoplast)：原生质体的特点：细菌细胞的基本结构1)为圆球形2)对环境敏感：渗透压，震荡，离心，易溶菌3)有鞭毛，而不能运动4)不被噬菌体感染（因为没有吸附位点）5)生物学特性依旧原生质体的应用：基础研究，作为新的子实体,培育新种,可用于杂交育种。细菌细胞的基本结构b.球状体(spheroplast)：还保留有部分细胞壁的菌体细胞,多见于Gˉ菌。细菌细胞的基本结构特点：除具原生质体特点外a)可有一定抗性，可培养b)可重新合成细胞壁c.L型细菌(L-formofbacteria)：自发突变形成的细胞壁缺陷(部分或全部),具多形性。可以生长繁殖,在培养基上形成油煎蛋菌落。有些可重新合成细胞壁。严格地说,L型细菌专指那些在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细菌细胞的基本结构d.支原体(Mycoplasma)：自然进化长期进化而成,无细胞壁，细胞膜有甾醇,耐机械压力5.细胞壁的功能:1)保护细胞,维持菌形2)具有抗原性．致病性．对噬菌体的敏感性3)与胞膜一起完成细胞内外物质交换4)为正常细胞分裂所必需5)鞭毛运动的支点细菌细胞的基本结构6.周质空间(periplasmicspace;periplasm)(1)概念:位于细胞壁与细胞膜之间的狭窄空隙细菌细胞的基本结构(2)周质空间的特点:a.充满松散的网状肽聚糖b.含水解酶类c.含与营养吸收有关的蛋白质细菌细胞的基本结构7.古生菌的细胞壁⑸蛋白质细胞壁少数甲烷菌⑴假肽聚糖细胞壁甲烷杆菌菌⑵独特多糖细胞壁甲烷八叠球菌属⑶硫酸化多糖细胞壁盐球菌属⑷糖蛋白细胞壁盐杆菌属N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗胺糖醛酸以1,3糖苷键形成；肽尾由L-Glu、L-Ala和L-Lys组成，肽桥由L-Glu组成G+，多含半乳糖胺、葡糖醛酸、葡萄糖和乙酸，无磷酸和硫酸含葡萄糖、甘露糖、半乳糖和它们的氨基糖及糖醛酸和乙酸CV糖蛋白组成，包括葡萄糖、葡糖胺、甘露糖、核糖和阿拉伯糖；蛋白部分由酸性氨基酸组成如Asp，可平衡Na+不同蛋白质或同种蛋白的许多亚基组成（二）细胞膜(cellmembrane)细菌细胞的基本结构1.概念:细胞膜是紧贴细胞壁内侧包围细胞质的一层柔软，富有弹性的半透薄膜。2.观察分离方法细菌细胞的基本结构(1)质壁分离(2)选择性染色(3)电镜技术(4)溶菌酶处理3.细胞膜的化学组成4.细胞膜的结构细菌细胞的基本结构1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜液态镶嵌模型。5.细胞膜的功能：(1)细胞内外物质交换和运送(2)维持细胞内正常渗透压的屏障(3)在原核微生物中,参与生物氧化和能量产生(3)与细胞壁及荚膜的合成有关(4)是鞭毛着生的位点细菌细胞的基本结构6.内膜系统：膜内陷并延伸到细胞质内，在繁殖和代谢多种过程中起作用细菌细胞的基本结构间体(mesosome)：细胞膜内褶形成的一种管状、层状或串状物，一般位于细胞分裂的部位或附近。多见于G+菌间体的功能：（1）参与隔膜形成（2）与核分裂有关（3）类线粒体功能细菌细胞的基本结构表层:与酶如青霉素的分泌有关深层:与DNA的复制、分配以及细胞分裂有关载色体：光合细菌光合作用部位，单层与细胞膜相连的内膜环绕，含色素、光合磷酸化所需酶系和电子递体。细菌细胞的基本结构（三）核质体(nuclearbody;nucleoid)1.概念：由大型环状双DNA纤丝构成的无核膜核仁的区域，故又称类核或拟核。细菌细胞的基本结构2.核质体的观察：(1)光镜下特殊染色(福尔根染色法),相差显微镜，电镜均可见。(2)在细胞分裂时可见多个。细菌细胞的基本结构3.核质体的功能：控制遗传变异细菌DNA：细菌细胞的基本结构放射自显影下，2~4µm长的E.coli其DNA长1~1.4µm。无组蛋白，与精胺、亚精胺结合，故有稳定性和柔软性。4.质粒(plasmids)细菌细胞的基本结构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２~100×106D.携带1~100个基因,一个菌细胞可有一至数个质粒。质粒的特点：(1)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。(2)不同质粒携带不同遗传信息。(3)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。细菌细胞的基本结构质粒的应用：细菌细胞的基本结构基因工程，体外重组。（四）核糖体细菌细胞的基本结构细菌的核糖体其沉降系数为70s，由50s大亚基和30s小亚基构成，是细胞合成蛋白质的机构。(五)细胞质及其内含物细菌细胞的基本结构1.成分：细菌的细胞质是由水，蛋白质，核酸，脂类和少量糖，无机盐组成的无色透明粘稠状透明物质。2.颗粒状内含物细菌细胞的基本结构颗粒状内含物为细胞储藏物质，因种而异，随菌龄及培养条件不同而改变。主要有糖元、异染粒、聚β－羟丁酸、藻