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第一章原核生物（Procaryotes）指一大类细胞核无核膜包裹,只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。包括真细菌和古生菌两大类。根据外表特征把原核生物分为六种类型•细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体。第一节细菌细菌的定义细菌与人类的关系一、细胞的形态构造及其功能（一）形态和染色•1.形态•球形•杆形•螺旋形•其它形状–丝状–三角形–方形等球菌(Sphericalcoccus)杆菌(bacillus)肠道杆菌棒状杆菌螺旋菌（spirilla）：弧菌、螺菌、螺旋体螺旋体是一类细长、柔软、弯曲呈螺旋状、运动活泼的单细胞型微生物。在生物学上的位置介于细菌与原生动物之间。在分类学上由于更接近于细菌而归属在细菌的范畴。幽门螺杆菌2.大小、重量典型的大肠杆菌•长2um；宽0.5um；重10-12克；•1500个细胞的长径相连，相当于一个芝麻大•120个向相连，有一根人发的粗细；•109个细胞才有1mg重；最大的细菌•纳米比亚嗜硫珠菌（Thiomargaritanamibiensis）最小的细菌•纳米细菌（nanobacteria）颤蓝菌属巨大芽孢杆菌大肠杆菌肺炎球菌嗜血流感菌纳米细菌3.染色3.染色抗酸性染色检查抗酸细菌(如结核分支杆菌、麻风杆菌等)的一种特殊染色法。先以浓石炭酸复红加温初染，随即以盐酸、酒精或硫酸脱色，最后用美蓝液复染。如属于抗酸性细菌呈红色，如属于一般细菌呈蓝色。其机理是分支杆菌等抗酸性细菌的细胞壁富含脂质，能抵抗盐酸酒精的脱色，而染上红色的外观。一般构造特殊构造（二）构造1.一般构造(1)细胞壁•定义•是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固定外形和保护细胞等多种功能。•功能（P12）细胞壁结构G+和G-的细胞壁的构造不同1)G+细菌的细胞壁结构（Staphylococcusaureus）细胞壁厚；化学成分简单（由肽聚糖和磷壁酸组成）；•肽聚糖(Peptidoglycan)的结构•真细菌细胞壁中的特有成分；•由大量小分子单体聚合而成；•单体组成–双糖单位•N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸通过-1，4糖苷键相连接；–四肽尾–肽桥•甘氨酸五肽GMβ-1，4糖苷键可被溶菌酶水解L-AlaD-GluL-LysD-Ala单体间的连接COOHNHGMGMN-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸肽桥四肽尾G+肽聚糖的立体结构L-LysD-AlaD-AlaL-Lys磷壁酸是结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多糖;可分为两类：壁磷壁酸和膜磷壁酸功能（P14）细胞壁薄；层次多、成分复杂；•外膜•脂多糖•外膜蛋白（20多种）–脂蛋白–孔蛋白•磷脂•内膜•肽聚糖2）G-细菌的细胞壁结构2）G-细菌的细胞壁结构脂多糖O-特异侧链：可用灵敏的血清学方法鉴定，在传染病的诊断中有重要意义。类脂A：类脂A是G-病原菌内毒素的物质基础2-酮-3-脱氧辛糖酸（KDO)L-甘油-D-甘露庚糖(Hep)3，6-二脱氧D-半乳糖（阿比可糖）(Abq)核心多糖G-细菌单体间的连接G+细菌肽聚糖单体D-AlaL-Lys(Gly)5MGL-AlaD-Glu肽桥G-细菌肽聚糖单体m-DAPMGL-AlaD-GluD-AlaD-Alam-DAPD-GluL-AlaMG肽桥G+细菌和G-细菌肽聚糖单体结构的比较G+细菌和G-细菌细胞壁的比较特征革兰氏阳性细菌革兰氏阴性细菌单体交联度紧密疏松细胞壁厚，20～80nm薄，5～10nm肽聚糖网层多，可达50层少，1～3层肽聚糖含量类脂物质多（占胞壁干重50～80%）有少（占胞壁干重10～20%）有且含量多磷壁酸+—外膜—+结构三维空间（立体结构）二维空间（平面结构）革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌的细胞壁结构和成分间的差别导致：染色反应不同；形态、构造、化学成分、生理生化和致病性等的不同；革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌一系列生物学特性的比较（P16）3）革兰氏染色的方法和机制革兰氏染色的机制（P18）基于细菌细胞壁特殊化学组分基础上的一种物理原因。革兰氏染色法4）古生菌的细胞壁古生菌又称古细菌(Archaebacteria)，或称古菌(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，如产甲烷菌(Methanobacterium)和大多数嗜极菌(Extremophile)。在古生菌中除Thermoplasma（热原体属)无细胞壁外，其他都具有与真细菌功能相似的细胞壁，然而细胞壁的成分与真细菌差别甚大，已知的一些古生菌细胞壁中没有真正的肽聚糖，而是由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成。古生菌的细胞壁结构由多糖组成，结构与细菌肽聚糖不同之处：双糖骨架是由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸以β-1，3-糖苷键（不被溶菌酶水解）交联而成；肽尾是由L-Glu、L-Ala和L-Lys3个L型氨基酸组成；肽桥由1个L-Glu组成。甲烷杆菌属（Methanobacterium）的细胞壁肽桥L-LysL-GluAGL-GluL-AlaL-LysAGL-GluL-Ala5）缺壁细菌(Cellwalldeficientbacteria)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（cellmembrane）1)定义•紧贴在细胞壁内侧的一层由磷脂和蛋白质组成的柔软、富有弹性的半透性薄膜；•不含甾醇；2)细胞膜的结构•1972年Singer和Nicolson提出的液态镶嵌模型•其主要内容——P18整合蛋白周边蛋白周边蛋白极性头非极性尾磷脂双分子层3)细胞膜的生理功能（P19）2003年美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农获得了诺贝尔化学奖——表彰他们在细胞膜通道方面做出的贡献。阿格雷得奖是由于发现了细胞膜水通道。目前，科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物、植物和微生物中，人体内的水通道有11种。阿格雷如在人的肾脏中，通常一个成年人每天要产生170升的原尿，这些原尿经肾脏肾小球中的水通道蛋白的过滤，其中大部分水分被人体循环利用，最终只有约1升的尿液排出人体。麦金农的贡献主要是在细胞膜离子通道的结构和机理研究方面。1988年，他利用X射线晶体成像技术获得了世界第一张离子通道的高清晰度照片；它可以让科学家观测到离子在进入离子通道前、进入离子通道中和进入离子通道后的状态。麦金农阿格雷和麦金农对水通道和离子通道的研究意义重大；很多疾病，如一些神经系统疾病和心血管疾病就是由于细胞膜通道功能紊乱造成的；对细胞膜通道的研究可以帮助科学家寻找具体的病因，并研制相应的药物；利用不同的细胞膜通道，可以调节细胞的功能，从而达到治疗疾病的目的。Morphologyofagram-positivebacterialcell由细胞膜内褶形成的一种囊状结构，其内充满着层状或管状的泡囊；多见于革兰氏阳性细菌，每个细胞含一个至数个，革兰氏阴性细菌中不甚明显；着生部位可在表层或深层表层与某些酶的分泌有关;深层与DNA复制及细胞分裂有关。4）间体5）古生菌的细胞膜与细菌细胞膜的不同•疏水尾由长链烃组成（异戊二烯的重复单位——四聚体植烷）；•亲水头与疏水尾通过醚键连接；•膜的结构有单分子层或单、双混合膜；•甘油分子的C3位上连接的基团（R）与细菌和真核生物不同；•含有多种独特的脂类（细菌红素、番茄红素、α、β胡萝卜素、视黄醛等）。OP3CH2OHCCOORO2CHO1CH2OO甘油-3-磷酸长链脂肪酸ROP3CH2OHOO2CH1CH2COCO古生菌磷脂的分子结构真细菌菌磷脂的分子结构(3)细胞质（cytoplasm）•被细胞膜包围着的除核区以外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。主要成分•水（约为80%）•核糖体•细胞内含物•细胞质内一些形状较大的颗粒状构造，如贮藏物、羧酶体、气泡等；与真核生物不同•细胞质不流动•核糖体是70S•内含物成分不同存在于少数水生螺菌属和嗜胆球菌属等趋磁细菌中，它有导向功能，即借鞭毛引导细菌游向最有利的泥、水界面微氧环境处生活。细胞内含物贮藏物聚-β-羟丁酸（PHB）碳源及能源类：氮源类磷源磁小体羧酶体气泡藻青素藻青蛋白（异染粒）又叫羧化体，多存在于自养细菌中，在二氧化碳的固定中起关键作用。其功能是调节细胞比重，以使其漂浮在最适水层获取光能、氧和营养物质。主要存在于蓝细菌中。贮藏物的作用它是微生物合理利用营养物质的一种调节方式；它以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH，渗透压等的危害；它在细菌细胞中大量积累，是重要的自然资源。PHBsulfurglobulesPolyphosphategranule（4）核质体—核区、拟核、核基因组定义•原核生物特有的无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。结构—Feulgen或Giemsa染色大型环状的双链DNA分子，一般不含蛋白质功能负载细菌遗传信息的物质基础。第一个测定完成全基因组序列的独立生活的生物是Haemophilusinfluenzae；第一个测定完成全基因组序列的自养生活的生物是古生菌；第一个测定完成全基因组序列的真核生物是Saccharomycescerevisiae；细菌、古生菌与真核生物若干特性比较比较项目细菌古生菌真核生物核膜无无有膜脂结构酯键连接醚键连接酯键连接核糖体70S70S80S起始子甲酰甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸操纵子有有无质粒有有罕见对氯、链霉素敏感不敏感不敏感对多烯类抗生素不敏感敏感敏感生物固氮能能不能叶绿素光合作用有无有2.细菌的特殊构造glycocalyxendosporeflagellafimbriaeSex-pili（1）糖被(glycocalyx)定义•包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。糖被的类型糖被包裹在单个细胞上包裹在细胞群上在壁上有固定层次松散，未固定在壁上菌胶团层次厚(大)荚膜层次薄微荚膜粘液层成分（P23）一般为多糖，少数为蛋白质、多肽或多糖与多肽复合型；功能保护作用；贮藏养料；作为透性屏障和离子交换系统；表面附着作用；堆积代谢废物；细菌间的信息识别作用应用用于菌种鉴定；用作药物和生化试剂（Leuconostocmesenteroides）；用作工业原料(Xanthomonascampestris)；用于污水的生物处理(Zoogloea)（2）鞭毛(flagellumorflagella)•某些细菌长在体表的长丝状、波曲的蛋白质附属物。其数目为一至数十条，具有运动功能，成分为蛋白质。•观察鞭毛的方法显微镜观察肉眼观察电子显微镜下直接观察通过特殊的鞭毛染色使鞭毛加粗在光镜下观察半固体培养基上平板培养基上在暗视野中通过对细菌水浸片的观察鞭毛的结构•由基体、钩形鞘和鞭毛丝组成；G-细菌的鞭毛结构—以E.coli为例鞭毛运动的机制—“旋转论”or“挥鞭论”?“拴菌”试验（tethered-cellexperiment）—P25鞭毛的着生方式偏端单生两端单生偏端丛生两端丛生周生侧生（3）菌毛(fimbria)定义粘连的功能；以G-致病菌居多；无基体构造，直接生于细胞膜上（4）性菌毛（pilus）•多见于G-的雄性菌株•向雌性菌株传递DNA片段；(５)芽孢（endospore)抗逆性极强的休眠构造(抗热、抗辐射、抗压等)；枯草芽孢杆菌，在沸水中可存活1小时；肉毒梭状芽孢杆菌要经5-10h才被杀死；芽孢的形态和着生位置无繁殖功能；能形成芽孢的细菌种类Bacillus—AerobicClostridium—AnaerobicBacillussubtilis芽孢的结构孢外壁芽孢衣芽孢壁芽孢膜芽孢质芽孢核区核心皮层产芽孢细菌芽孢囊：是产芽孢菌的营养细胞外壳芽孢孢外壁：主要含脂蛋白，透性差(有的无)芽孢衣：主要含疏水性角蛋白，抗酶解、抗药物，多价阳离子难通过皮层：主要含芽孢肽聚糖及DPA-Ca，体积较大，渗透压高，含水量大核心芽孢壁：含肽聚糖，可发展成新的细胞壁芽孢质膜：含磷脂、蛋白质，可发展为新