第三章微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)及功能(沈萍版)

1、教師：李懿教師：李懿微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能 微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和動(dòng)植物的細(xì)胞結(jié)微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和動(dòng)植物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)有一些共同特征，同時(shí)也存在許多不同的地構(gòu)有一些共同特征，同時(shí)也存在許多不同的地方。方。 具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的微生物中，按細(xì)胞核具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的微生物中，按細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和進(jìn)化水平的差別可以分為原核微生物的結(jié)構(gòu)和進(jìn)化水平的差別可以分為原核微生物和真核微生物和真核微生物2大類。大類。前言：前言：原核微生物 原核微生物指一大類細(xì)胞核無(wú)核膜包原核微生物指一大類細(xì)胞核無(wú)核膜包裹的原始單細(xì)胞生物。裹的原始單細(xì)胞生物。 它與真核微生物的主要區(qū)別有：它與真核微生物的主要區(qū)別有：基因組由無(wú)核

2、膜包裹的雙鏈環(huán)狀基因組由無(wú)核膜包裹的雙鏈環(huán)狀DNA組成。組成。缺乏由單位膜分割，包圍的細(xì)胞器。缺乏由單位膜分割，包圍的細(xì)胞器。1. 核糖體為核糖體為70S型。型。原核生物細(xì)胞構(gòu)造原核生物細(xì)胞構(gòu)造細(xì)胞壁細(xì)胞壁 細(xì)胞壁概念：細(xì)胞壁概念：是細(xì)胞最外的一層厚實(shí)、堅(jiān)韌的外是細(xì)胞最外的一層厚實(shí)、堅(jiān)韌的外被，主要成分為肽聚糖，具有固定外形和保護(hù)細(xì)被，主要成分為肽聚糖，具有固定外形和保護(hù)細(xì)胞等多種功能。胞等多種功能。 細(xì)胞壁功能：細(xì)胞壁功能：固定細(xì)胞外形和提高機(jī)械強(qiáng)度，固定細(xì)胞外形和提高機(jī)械強(qiáng)度，保護(hù)細(xì)胞免受外力的損傷；為細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂保護(hù)細(xì)胞免受外力的損傷；為細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂和鞭毛運(yùn)動(dòng)所必需；阻攔酶蛋白或抗生

3、素等有和鞭毛運(yùn)動(dòng)所必需；阻攔酶蛋白或抗生素等有害物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞；賦予細(xì)菌特有的抗原性和致害物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞；賦予細(xì)菌特有的抗原性和致病性病性( (如內(nèi)毒素如內(nèi)毒素) )，并與細(xì)菌對(duì)抗生素和噬菌體的，并與細(xì)菌對(duì)抗生素和噬菌體的敏感性密切相關(guān)。敏感性密切相關(guān)。1、革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：細(xì)胞壁厚度大，2080 nm；化學(xué)組分簡(jiǎn)單，一般含90%肽聚糖和10%磷壁酸。由一層壁構(gòu)成。(1)肽聚糖：肽聚糖是由多糖鏈經(jīng)短肽相交聯(lián)而形成的網(wǎng)絡(luò)狀分子，是真細(xì)菌細(xì)胞壁特有的成分，構(gòu)成細(xì)菌細(xì)胞壁堅(jiān)硬的骨架部分。多糖鏈 短肽交聯(lián) 革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖的單體圖解革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖的單體圖解左：簡(jiǎn)化的單體

4、分子間的連接；右：?jiǎn)误w的分子構(gòu)造。箭頭示溶菌酶的水解位點(diǎn)左：簡(jiǎn)化的單體分子間的連接；右：?jiǎn)误w的分子構(gòu)造。箭頭示溶菌酶的水解位點(diǎn)表表 肽聚糖分子中的四種主要肽橋類型肽聚糖分子中的四種主要肽橋類型類型類型 甲肽尾上連接點(diǎn)甲肽尾上連接點(diǎn) 肽橋肽橋 乙肽連接點(diǎn)乙肽連接點(diǎn) 例例 I 第四氨基酸第四氨基酸 -CO.NH-直接相連直接相連 第三氨基酸第三氨基酸 E. coli (G-)II 第四氨基酸第四氨基酸 -(Gly)5 第三氨基酸第三氨基酸 S. aureus (G+)III 第四氨基酸第四氨基酸 -(肽尾肽尾)12- 第三氨基酸第三氨基酸 M. luteus (G+) IV 第四氨基酸第四氨基酸

5、-D-Lys- 第二氨基酸第二氨基酸 C. poinsettiae(G+) （2）磷壁酸（teichoic acid） 磷壁酸是結(jié)合在革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌細(xì)胞壁上的一種酸性多糖，是革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌所特有的成分之一。 磷壁酸類型： 根據(jù)糖成分：甘油磷壁酸 核糖醇磷壁酸 根據(jù)與壁中結(jié)合分子類型及分布： 壁磷壁酸 膜磷壁酸 磷壁酸的主要生理作用： 因帶負(fù)電荷，故可與環(huán)境中的Mg2+等陽(yáng)離子結(jié)合，提高這些離子的濃度，以保證細(xì)胞膜上一些合成酶維持高活性的需要；對(duì)一些革蘭氏陽(yáng)性致病菌(如A族鏈球菌)而言，可借此(主要為膜磷壁酸)與其宿主粘連；賦予革蘭氏陽(yáng)性菌以特異的表面抗原；是某些噬菌體特異性吸附受體； 儲(chǔ)藏磷元

6、素；調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)自溶素的活力，防止細(xì)胞因自溶而死亡。2、革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)：肽聚糖層很?。▋H23nm），在肽聚 糖層外還有一個(gè)外膜，成分較復(fù)雜， 整個(gè)壁厚度較G+菌薄，機(jī)械強(qiáng)度較G+ 菌弱。由2層壁組成。格蘭氏陰性菌肽聚糖層的特點(diǎn)（以大腸桿菌為例）：格蘭氏陰性菌肽聚糖層的特點(diǎn)（以大腸桿菌為例）： 肽聚糖層?。?3nm）； 四肽尾的第三個(gè)不是L-Lys，而是內(nèi)消旋二 氨基庚二酸（MDAP）； 沒(méi)有特殊的肽橋，其前后兩個(gè)單體間的聯(lián)系僅由前一肽尾的第4個(gè)氨基酸即D丙氨酸的羧基與后一肽尾第3個(gè)氨基酸即M DAP的氨基直接連接。（因而只能形成較疏密、機(jī)械強(qiáng)度較差的肽聚糖網(wǎng)絡(luò)）。外膜外膜特點(diǎn)：a

7、.是G-細(xì)菌細(xì)胞壁特有的結(jié)構(gòu)，位于壁的最外層；b. 化學(xué)成分是脂多糖、磷脂和若干種外膜蛋白。功能：a. 控制細(xì)胞透性; b. 提高M(jìn)g2+濃度; c. 決定細(xì)胞壁抗原性; d. 類脂A是類毒素的主要成分外壁層可分為外壁層可分為3層，分別是：層，分別是：內(nèi)層：脂蛋白層，以脂類部分與肽聚糖相連；內(nèi)層：脂蛋白層，以脂類部分與肽聚糖相連；中層：磷脂層。中層：磷脂層。外層：脂多糖層，外壁重要成分，外層：脂多糖層，外壁重要成分，8-10 nm。脂多糖脂多糖 lipopolysaccharide（ LPS）G-特有成分特有成分。結(jié)構(gòu)：類脂結(jié)構(gòu)：類脂A + 核心多糖核心多糖 + O-側(cè)鏈。側(cè)鏈。功能：功能：1

8、）內(nèi)毒素物質(zhì)基礎(chǔ)；）內(nèi)毒素物質(zhì)基礎(chǔ)；2）吸附鎂、鈣離子；）吸附鎂、鈣離子；3）決定）決定G-表面抗原；表面抗原；4）噬菌體受體位點(diǎn)。）噬菌體受體位點(diǎn)。 5）有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的屏障功能。有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的屏障功能。鈣離子是維持鈣離子是維持LPS穩(wěn)定性所必需的。穩(wěn)定性所必需的。脂多糖(lipopolysaccharide，LPS) 沙門氏菌屬脂多糖中的類脂A結(jié)構(gòu) 外膜蛋白 鑲嵌在脂多糖和磷脂層外膜上的蛋白。有鑲嵌在脂多糖和磷脂層外膜上的蛋白。有20余種，大多數(shù)功能還不清楚。余種，大多數(shù)功能還不清楚。脂蛋白脂蛋白孔蛋白孔蛋白周質(zhì)空間周質(zhì)空間 周質(zhì)空間：在革蘭氏陰性菌中指外膜和細(xì)周質(zhì)空間：在革蘭氏

9、陰性菌中指外膜和細(xì)胞膜間的空隙，呈膠狀，肽聚糖薄層夾在胞膜間的空隙，呈膠狀，肽聚糖薄層夾在其中。其中。 周質(zhì)空間中有許多周質(zhì)蛋白。周質(zhì)空間中有許多周質(zhì)蛋白。 一般認(rèn)為革蘭氏陽(yáng)性菌沒(méi)有周質(zhì)空間，一一般認(rèn)為革蘭氏陽(yáng)性菌沒(méi)有周質(zhì)空間，一些水解酶無(wú)法保留在周質(zhì)空間只能釋放到些水解酶無(wú)法保留在周質(zhì)空間只能釋放到外環(huán)境。外環(huán)境。 外膜與內(nèi)膜的粘合位點(diǎn) 革蘭氏陰性菌存在許多外膜和內(nèi)膜直接接觸的位點(diǎn)，每點(diǎn)直徑約20-100nm，其功能是促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)直接進(jìn)入細(xì)胞。成成 分分 革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌 革蘭氏陰性細(xì)菌革蘭氏陰性細(xì)菌革蘭氏染色反應(yīng)革蘭氏染色反應(yīng)肽聚糖含量肽聚糖含量肽聚糖結(jié)構(gòu)肽聚糖結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁厚度及

10、層細(xì)胞壁厚度及層次次磷壁酸磷壁酸脂多糖與類脂質(zhì)脂多糖與類脂質(zhì)脂蛋白質(zhì)脂蛋白質(zhì)對(duì)溶菌酶對(duì)溶菌酶對(duì)青霉素和磺胺對(duì)青霉素和磺胺與細(xì)胞膜的關(guān)系與細(xì)胞膜的關(guān)系菌體呈紫色菌體呈紫色含量高，占細(xì)胞壁干重的含量高，占細(xì)胞壁干重的3095%)多層多層,緊密緊密20-80nm,單層單層多數(shù)有多數(shù)有,含量較高含量較高(5um)5um)較小較小( (一般一般5um)5um)細(xì)胞壁的主要成分細(xì)胞壁的主要成分纖維素，幾丁質(zhì)纖維素，幾丁質(zhì)肽聚糖肽聚糖 細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)線粒體線粒體+ +間體間體+ +溶酶體溶酶體+ +高爾基體高爾基體+ +微管微管+ +儲(chǔ)藏物儲(chǔ)藏物淀粉等淀粉等聚聚b b羥丁酸羥丁酸核糖體核糖體80S80S 70

11、S70S 細(xì)胞核細(xì)胞核核膜核膜+ + 核仁核仁+ + 染色體染色體 11數(shù)條，與數(shù)條，與RNARNA和組蛋白結(jié)合和組蛋白結(jié)合1 1條，不與條，不與RNARNA和組蛋白結(jié)合和組蛋白結(jié)合 一一 原核微生物與真核微生物的比較原核微生物與真核微生物的比較二、真核微生物的細(xì)胞構(gòu)造1 1、細(xì)胞壁、細(xì)胞壁酵母菌酵母菌:甘露聚糖和葡聚糖甘露聚糖和葡聚糖低等真菌：主纖維素；高等真菌：幾丁質(zhì)低等真菌：主纖維素；高等真菌：幾丁質(zhì)2、鞭毛鞭毛3、細(xì)胞膜、細(xì)胞膜4、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核“9+2”型：中間型：中間1對(duì)微管，外圍對(duì)微管，外圍9個(gè)微管二聯(lián)體個(gè)微管二聯(lián)體有甾醇、無(wú)電子傳遞鏈有甾醇、無(wú)電子傳遞鏈 質(zhì)膜與

12、胞壁之間，可能與分泌水解酶或細(xì)胞壁質(zhì)膜與胞壁之間，可能與分泌水解酶或細(xì)胞壁 合成有關(guān)合成有關(guān)1）溶酶體（）溶酶體（lysosome）2）微體（）微體（microbody）3）膜邊體（）膜邊體（lomasome） 單膜包裹，內(nèi)含單膜包裹，內(nèi)含40多種酸性水解酶，多種酸性水解酶，氧化酶和過(guò)氧化氫酶，保護(hù)細(xì)胞免受氧化酶和過(guò)氧化氫酶，保護(hù)細(xì)胞免受H2O2毒害毒害厭氧性原生動(dòng)物和真菌中。厭氧性原生動(dòng)物和真菌中。氫化酶、鐵氧還蛋白、氧化還原酶等氫化酶、鐵氧還蛋白、氧化還原酶等鞭毛基體附近，鞭毛運(yùn)動(dòng)提供能量鞭毛基體附近，鞭毛運(yùn)動(dòng)提供能量5）液泡）液泡一般在老齡細(xì)胞中大而明顯一般在老齡細(xì)胞中大而明顯內(nèi)含各種內(nèi)含各種酶酶（蛋白酶、纖維素酶等）（蛋白酶、纖維素酶等） 儲(chǔ)藏物儲(chǔ)藏物（糖原、脂肪等）（糖原、脂肪等）液泡破碎，細(xì)胞自溶液泡破碎，細(xì)胞自溶4）氫化酶體（）氫化酶體（hydrogenosome）