微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能

1、微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能原核微生物的形態(tài)和構(gòu)造原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的區(qū)別：原核細(xì)胞：有明顯核區(qū)，無(wú)核膜、核仁 無(wú)線(xiàn)粒體，能量代謝和許多物質(zhì)代謝在質(zhì)膜上進(jìn)行 分布在細(xì)胞質(zhì)中，沉降系數(shù)為70S真核細(xì)胞：有核膜，核仁 有線(xiàn)粒體，能量代謝和許多合成代謝在線(xiàn)粒體中進(jìn)行 分布在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，沉降系數(shù)為80S細(xì)菌細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)包括： 細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)膜、間體、細(xì)胞質(zhì)、核糖體、氣泡、細(xì)胞核、質(zhì)粒和儲(chǔ)藏物。特殊結(jié)構(gòu)包括： 莢膜、鞭毛、菌毛、芽孢和伴孢晶體。(一)細(xì)胞壁（cell wall)：1. 概念：細(xì)胞壁是位于胞外緊貼胞膜的一層無(wú)色透明，堅(jiān)韌而有彈性的結(jié)構(gòu)。2. 細(xì)胞壁的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)重點(diǎn)提示：細(xì)胞壁的基本骨架肽聚

2、糖 革蘭氏陽(yáng)性菌的細(xì)胞壁 革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁革蘭氏染色的機(jī)理 （1）細(xì)胞壁的基本骨架肽聚糖概念：肽聚糖是由N乙酰胞壁酸（NAM）和N乙酰葡糖胺（NAG）以及少數(shù)氨基酸短肽鏈組成的亞單位聚合而成的大分子復(fù)合體肽聚糖單體：由NAG 、 NAM 、肽尾、肽橋構(gòu)成（2）革蘭氏陽(yáng)性菌的細(xì)胞壁:由肽聚糖和磷壁酸組成肽聚糖:占3070% ,不同菌種中肽聚糖(肽鏈)組分不同,具重要分類(lèi)意義。磷壁酸 (teichoic acid):占40%。G+菌所特有,其主鏈由數(shù)十個(gè)磷酸甘油或磷酸核糖醇組成,有的還有由DAla和還原糖組成的側(cè)鏈。磷壁酸的分類(lèi):(1)按與壁的連接方式分:壁磷壁酸:與肽聚糖分子共價(jià)結(jié)合,并延伸

3、到肽聚糖分子表面, 帶有負(fù)電荷。膜磷壁酸:與原生質(zhì)膜的脂類(lèi)共價(jià)結(jié)合。(2)根據(jù)主鏈組成不同:甘油型 核糖醇型 一般一種菌含一種磷壁酸。磷壁酸的功能：1)使細(xì)胞壁形成負(fù)電荷環(huán)境,以利于吸附鎂離子,維持酶活。2）貯藏磷元素3)構(gòu)成噬菌體的吸附位點(diǎn),同時(shí)是某種菌的抗原決定簇的主要成分。4）賦予G+特異的表面抗原5)可以和宿主粘連。（3）革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,分內(nèi)壁層和外壁層。內(nèi)壁層:緊貼胞膜,僅由12層肽聚糖分子構(gòu)成,占細(xì)胞壁干重5 10%,無(wú)磷壁酸。外壁層:位于肽聚糖層的外部。包括: 脂多糖; 蛋白質(zhì)層【:脂蛋白、基質(zhì)蛋白、外壁蛋白;】 磷脂.基質(zhì)蛋白：埋嵌在外壁層中

4、,如孔蛋白,三聚體構(gòu)成的疏水孔道貫穿外壁層,使小于800-900D的分子可通過(guò),起分子篩作用。外壁蛋白：為特異性載體,可將較大分子送入細(xì)胞內(nèi)。脂蛋白：與肽聚糖層共價(jià)結(jié)合,并埋置在外壁層,使外壁層牢固的與內(nèi)壁層連接。脂多糖(LPS,lipopolysaccharide)：脂質(zhì)A:兩個(gè)葡糖胺連接多 個(gè)脂肪酸,為內(nèi)毒素的中心。核心多糖:與脂質(zhì)A相連,由糖及其衍生物組成。O-側(cè)鏈:短多糖鏈,其順序有菌種特異性,具有診斷細(xì)菌學(xué)意義。脂多糖（LPS）的功能：1. G菌致病物質(zhì)內(nèi)毒素的物質(zhì)基礎(chǔ)。2. 與磷壁酸相似，吸附二價(jià)陽(yáng)離子以提高這些離子在細(xì)胞表面的濃度。3. 由于LPS的多樣性，決定G菌表面抗原決定簇

5、的多樣性。4. 噬菌體吸附位點(diǎn)。細(xì)菌的鑒別染色法革蘭氏染色法步驟：涂片固定；結(jié)晶紫初染1min；碘液媒染1min； 95%乙醇脫色0.5min； 番紅復(fù)染1min。 結(jié)果:陽(yáng)性菌紫色；陰性菌紅色。 G菌：細(xì)胞壁厚，肽聚糖網(wǎng)狀分子形成一種透性障，當(dāng)乙醇脫色時(shí)，肽聚糖脫水而孔障縮小，故保留結(jié)晶紫-碘復(fù)合物在細(xì)胞膜上。呈紫色。G菌：肽聚糖層薄，交聯(lián)松散，乙醇脫色不能使其結(jié)構(gòu)收縮，其脂含量高,乙醇將脂溶解，縫隙加大，結(jié)晶紫-碘復(fù)合物溶出細(xì)胞壁，沙黃復(fù)染后呈紅色。4 缺壁細(xì)胞原生質(zhì)體L型細(xì)菌 球狀體 支原體原生質(zhì)體（protoplast）：細(xì)菌除去細(xì)胞壁剩下由細(xì)胞膜包裹的部分。多為G+菌。原生質(zhì)體的特點(diǎn)

6、：1)無(wú)細(xì)胞壁，為圓球形2)對(duì)環(huán)境敏感：滲透壓，震蕩，離心，易溶菌3)有鞭毛，而不能運(yùn)動(dòng)4)不被噬菌體感染（因?yàn)闆](méi)有吸附位點(diǎn)）5)生物學(xué)特性依舊b . 球狀體（spheroplast)： 還保留有部分細(xì)胞壁的菌體細(xì)胞,多見(jiàn)于G菌。特點(diǎn)：除具原生質(zhì)體特點(diǎn)外a)可有一定抗性，可培養(yǎng)b)可重新合成細(xì)胞壁c .型細(xì)菌(L-forms)： 自發(fā)突變形成的細(xì)胞壁缺陷(部分或全部),具多形性?？梢陨L(zhǎng)繁殖,在培養(yǎng)基上形成油煎蛋菌落。有些可重新合成細(xì)胞壁。d 支原體：適應(yīng)自然生活條件的無(wú)細(xì)胞壁的原核生物，細(xì)胞膜中含有甾醇。5. 細(xì)胞壁的功能:1)保護(hù)細(xì)胞,維持菌形2)具有抗原性致病性對(duì)噬菌體的敏感性3)與胞膜

7、一起完成細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換4)為正常細(xì)胞分裂所必需 5)鞭毛運(yùn)動(dòng)的支點(diǎn)6.周質(zhì)空間(periplasmic space ; periplasm)1)概念: 位于細(xì)胞壁與細(xì)胞膜之間的狹窄空隙(2)周質(zhì)空間的特點(diǎn):a. 充滿(mǎn)松散的網(wǎng)狀肽聚糖b. 含水解酶類(lèi)、合成酶類(lèi)c. 含與營(yíng)養(yǎng)吸收有關(guān)的蛋白質(zhì)（二）細(xì)胞膜(cell membrane)1.概念: 細(xì)胞膜是緊貼細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)包圍細(xì)胞質(zhì)的一層柔軟，富有彈性的半透明薄膜。3. 細(xì)胞膜的功能：(1)細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換和運(yùn)送。(2)在原核微生物中,參與生物氧化和能量產(chǎn)生。(3)與細(xì)胞壁及莢膜的合成有關(guān)。(4)是鞭毛著生的位點(diǎn)。4.內(nèi)膜系統(tǒng)：膜內(nèi)陷并延伸到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，

8、在繁殖和代謝多種過(guò)程中起作用間體(mesosome)：細(xì)胞膜內(nèi)褶形成的一種管狀、層狀或串狀物，一般位于細(xì)胞分裂的部位或附近。間體的功能：（1）參與隔膜形成（2）與核分裂有關(guān)(3）類(lèi)線(xiàn)粒體功能（三）核區(qū)概念： 由大型環(huán)狀雙DNA纖絲構(gòu)成的無(wú)核膜核仁的區(qū)域，故又稱(chēng)類(lèi)核或擬核。 細(xì)菌DNA： 放射自顯影下，24µm長(zhǎng)的E.coli 其DNA長(zhǎng)11.4µm。無(wú)組蛋白，與精胺、亞精胺結(jié)合，故有穩(wěn)定性和柔軟性。(四)細(xì)胞質(zhì)及其內(nèi)含物1. 成分： 細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)是由水，蛋白質(zhì)，核酸，脂類(lèi)和少量糖，無(wú)機(jī)鹽組成的無(wú)色透明粘稠狀透明物質(zhì)。2. 氣泡:由蛋白質(zhì)膜構(gòu)成的泡狀物，加大菌體的浮力，便于菌

9、體吸收水中的氧氣。常見(jiàn)于光合細(xì)菌和水生細(xì)菌，借氣泡漂浮能力，使無(wú)鞭毛菌在適合環(huán)境中生長(zhǎng)。3.顆粒狀內(nèi)含物 顆粒狀內(nèi)含物為細(xì)胞儲(chǔ)藏物質(zhì)，因種而異，隨菌齡及培養(yǎng)條件不同而改變。 主要有糖元、異染粒、聚羥丁酸、藻青素、藻青蛋白、多聚磷酸鹽和硫粒等。(1)異染粒：概 念：為多聚偏磷酸鹽。功 能：貯存磷元素和能，降低 滲透壓。鑒定意義：遇甲基胺藍(lán)變紫紅色，如白喉?xiàng)U菌，鼠疫桿菌。(2) 聚羥丁酸顆粒（PHB） 概念:為碳源貯存物功能：貯存能量，碳源，可降低滲透壓。(3) 藻青素：概念：存在于藍(lán)細(xì)菌中的藻青蛋白功能：貯氮，貯能。厭氧時(shí)可進(jìn)行 鳥(niǎo)氨酸循環(huán)。(4)硫粒:形成：取決于環(huán)境硫化物含量,缺S時(shí),氧化成

10、硫酸被菌利用?；?yàn)槟承┚慕舛井a(chǎn)物。功能： a.好氧硫細(xì)菌的能源 b.厭氧硫細(xì)菌的電子供體(5)多肽:如蘇蕓金桿菌芽孢旁的多肽稱(chēng)伴胞晶體，為蛋白質(zhì)毒素，可作為生物殺蟲(chóng)劑。三、細(xì)菌細(xì)胞的特殊結(jié)構(gòu)（一）莢膜(capsule)1. 概念：某些細(xì)菌細(xì)胞壁外的一層粘液性物質(zhì)。2. 種類(lèi)：微莢膜：0.2µm 與細(xì)胞表面牢固結(jié)合。莢膜：0.2µm 與菌表面結(jié)合松弛,震蕩離心可得。粘液層：與菌表面結(jié)合松散,可向菌的周?chē)鷶U(kuò)散,增大黏性。菌膠團(tuán)： 多個(gè)細(xì)菌共有一個(gè)莢膜。3. 莢膜的觀察：光鏡 負(fù)染色 特殊染色4. 莢膜的組成：因種而異，除水外，主要是多糖（包括同型多糖和異型多糖），此外還有多肽

11、，蛋白質(zhì)，糖蛋白等。5 . 莢膜的形成(1)莢膜的形成是由種的遺傳性所決定為種的特征。(2)莢膜的形成與組成明顯受培養(yǎng)基成分和培養(yǎng)條件的影響。如腸膜明串珠菌(Leuconosto mesenterondes)以蔗糖為碳源時(shí)合成葡聚糖成分的莢膜 。6. 莢膜的生理功能：（1）保護(hù)作用：抗干燥，抗吞噬（吞噬細(xì)胞、噬菌體、蛭弧菌等）（2）貯藏養(yǎng)料（3）具有致病性，抗原性（二）鞭毛1. 概念： 某些微生物表面由細(xì)胞內(nèi)生出的細(xì)長(zhǎng)、波曲的結(jié)構(gòu)。2. 鞭毛的觀察1)暗視野顯微鏡（活菌）2)相差顯微鏡3)光學(xué)顯微鏡（懸滴法）4)光學(xué)顯微鏡 特殊鞭毛染色5)電鏡6)半固體穿刺培養(yǎng)4. 鞭毛的化學(xué)組成: 鞭毛蛋白

12、，3萬(wàn)6萬(wàn)Dolton，不同種由不同球蛋白分子亞基構(gòu)成，有些含多糖、類(lèi)脂等，為極好抗原。5. 鞭毛的結(jié)構(gòu) 由鞭毛絲鞭毛鉤基體組成。 鞭毛絲:中空螺旋狀、絲狀結(jié)構(gòu)，球蛋白亞基螺旋排列。鞭毛鉤:又稱(chēng)鉤形鞘，是連接鞭毛絲和基體的一個(gè)彎曲筒狀部分，蛋白質(zhì)亞基組成?；w:由幾個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，環(huán)中央有一桿狀結(jié)構(gòu)（鞭毛桿），將鞭毛固定于細(xì)胞膜與細(xì)胞壁上。G菌：L環(huán)、P環(huán)、S環(huán)、M環(huán)G+菌：S環(huán)，M環(huán)6. 鞭毛的形成 （1）基因有2030個(gè)（2）再生是自動(dòng)裝配（self assembly)，不需酶和其他因子，只要鞭毛蛋白絲亞基7. 菌毛某些菌體表面存在的短而多的附屬物。與菌的致病性吸附有關(guān)。（三）芽孢1. 概念：某些菌生長(zhǎng)