微生物細胞的結構和功能

1、關于微生物細胞的結構與功能第一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 原核微生物原核微生物：是指一大類細胞微小、細胞核無核膜包裹（只有稱作核區(qū)的裸露DNA）的原始單細胞生物。與真核微生物的主要區(qū)別： 基因組由無核膜包裹的雙鏈DNA組成； 缺乏由單位膜分隔、包圍的細胞器； 核糖體為70S型。原核微生物分兩個域： 細菌域：細菌、放線菌、藍細菌、 枝原體、立克次氏體和 衣原體等。 古生菌域第二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月細菌細胞的構造：一般構造 細胞壁，細胞膜， 細胞質(zhì)和核質(zhì)特殊構造 鞭毛，菌毛， 性菌毛和糖被 （莢膜或粘液層）第三張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月一

2、、 細胞壁（1）細胞壁（cell wall）：是位于細胞最外的一層厚實、堅韌的外被，主要成分為肽聚糖，具有固定細胞外形和保護細胞不受損傷等多種生理功能。第四張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月細胞壁的主要功能 維持細胞外形； 細胞生長、分裂和鞭毛運動所必須； 阻攔大分子有害物質(zhì)； 與細菌的抗原性、對抗生素和噬菌體的 敏感性有關。第五張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 革蘭氏陽性菌的細胞壁特點： 厚度大 （2080nm）組成： 肽聚糖 （占90） 磷壁酸 （占10）第六張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月肽聚糖 肽聚糖（peptidoglycan）， 又稱粘肽（mucop

3、eptide）， 胞壁質(zhì)（murein） 或粘質(zhì)復合物mucocomplex） 真細菌細胞壁中的特有成分第七張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月肽聚糖的結構 雙糖單位：M、G，溶菌酶作用點 四肽側鏈（tetrapeptide side chain）：Lala，DGlu，Llys, D-Ala； 肽橋（肽間橋，peptide interbridge）： 甘氨酸五肽，青霉素作用點G+細菌肽聚糖的立體結構第八張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月G+菌細胞壁結構第九張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月磷壁酸（teichoic acid）： 結合在G菌胞壁上的一種酸性多糖，主要成分為甘

4、油磷酸或核糖醇磷酸。 磷壁酸的結構 （五種類型）- 主要為甘油磷壁酸 和核糖醇磷壁酸兩類甘油磷壁酸的結構模式（左）及其單體（虛線范圍內(nèi)）的分子結構（右）第十張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月磷壁酸的種類： 壁磷壁酸 膜磷壁酸第十一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月磷壁酸的生理功能 結合鎂離子（Mg2），提高胞膜合成酶活力； 儲藏磷元素； 增強細菌與宿主細胞粘連、抗吞噬和抗補體； 表面抗原； 噬菌體受體； 調(diào)節(jié)胞內(nèi)自溶酶（autolysin）活力，防自溶。第十二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2. G菌細胞壁特點：較薄，層次多，成分較復雜；組成：肽聚糖（23nm）； 外

5、膜第十三張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月G菌的肽聚糖G菌的肽聚糖與G菌肽聚糖的區(qū)別： 四肽側鏈的第三位為二氨基庚二酸（mDAP） 沒有肽橋第十四張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 外膜（outer membrane） 是G菌細胞壁的特有結構， 位于壁的最外層，為脂多糖、 磷脂和若干膜蛋白。外膜的組成結構： 脂多糖（lypopolysaccharide，LPS）：G菌細胞壁最外層， 較厚（810nm）由類脂A，核心多糖和o特異性多糖組成； 磷脂：脂多糖和脂蛋白之間； 脂蛋白：磷脂層與肽聚糖之間。 外膜蛋白：嵌合在LPS和磷脂層外膜上的20多種蛋白，如孔蛋白（porin） 孔蛋白

6、（porin）：結構三聚體跨膜蛋白孔道； 功能控制某些物質(zhì)進入胞內(nèi)。 第十五張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月外膜的主要功能 類脂A是G菌的致病物質(zhì)內(nèi)毒素； 與磷壁酸相似，吸附陽離子的功能； 與抗原性有關； 噬菌體吸附受體； 物質(zhì)交換、屏障功能。第十六張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月外膜蛋白：嵌合在LPS和磷脂層外膜上的20多種蛋白， 如孔蛋白（porin）孔蛋白（porin）：結構三聚體跨膜蛋白孔道； 功能控制某些物質(zhì)進入胞內(nèi)。第十七張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月周質(zhì)空間 (periplasmic space, periplasm) 又稱壁膜間隙。在G細菌中，一

7、般指其外膜與細胞膜之間的狹窄空間（寬約1215nm），呈膠狀。存在著多種周質(zhì)蛋白（periplasmic proteins）： 水解酶類，例如蛋白酶、核酸酶等合成酶類，例如肽聚糖合成酶結合蛋白（運送營養(yǎng)物質(zhì)）受體蛋白（與細胞的趨化性相關）外膜與內(nèi)膜間的黏合位點： 外膜與內(nèi)膜間的直接接觸第十八張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月G菌和G菌生物學特性比較 項 目 革蘭氏陽性菌 革蘭氏陰性菌 細胞壁 厚度 厚（2080nm） 薄（811nm） 層次 1 2 肽聚糖厚度 厚，層次多 薄，一般單層 磷壁酸 多數(shù)含有 無 外膜（LPS） 無 有 孔蛋白 無 有 脂蛋白 無 有 周質(zhì)空間 無或窄 有

8、溶質(zhì)通透性 強 弱 肽聚糖 四肽未中Lys 有 無 四肽尾中mDAP 無 有 Gly五肽等肽橋 有 無 細胞 細胞硬度 硬實 柔軟 產(chǎn)芽孢 有的產(chǎn) 不產(chǎn) 鞭毛基體 有2個環(huán) 有4個環(huán)對理化因子抗性 對機械力 抗性強 抗性弱 青霉素、磺胺 敏感 較抗 鏈、氯、四 較抗 敏感 陰離子去污劑 敏感 較抗 堿性染料 敏感 較抗 溶菌酶處理后 形成原生質(zhì)體 形成圓球體其他 產(chǎn)毒素 以外毒素為主 以內(nèi)毒素為主第十九張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 抗酸細菌的細胞壁抗酸細菌（acidfast bacteria）：一類細胞壁中含 有大量分枝菌酸（mycolic acid）等蠟質(zhì)的特殊革蘭氏陽性細

9、菌。因它們被酸性復紅染上色后，就不能再被鹽酸乙醇脫色，故稱抗酸細菌。 如：分枝桿菌屬的結核分枝桿菌、麻風分枝桿菌等?；瘜W組成： 類脂（分枝菌酸和索狀因子）60 蛋白質(zhì)（孔蛋白） 肽聚糖結構：外壁層類脂、孔蛋白 內(nèi)壁層肽聚糖第二十張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月抗酸細菌細胞壁的構造第二十一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 古生菌古生菌（Archaea，又稱古細菌Archaebacteria，古菌）： 是一個在進化途徑上很早就與真細菌和真核生物相互獨立的生物類群，主要為一些獨特生態(tài)類型的原核生物。如產(chǎn)甲烷菌和大多數(shù)嗜極菌（extremophile）。古生菌的細胞壁： 無細胞

10、壁古生菌：只有熱原體屬(Thermoplasma） 細胞壁的組成：多糖（假肽聚糖），假肽聚糖， 糖蛋白或蛋白質(zhì)第二十二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月假肽聚糖(甲烷桿菌屬為例)的結構 二糖單位肽尾（3肽）肽橋(L-Glu) 均與真細菌的不同第二十三張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 缺壁細胞 缺壁細胞（cell wall deficiet bacteria） 缺壁細胞的形成：第二十四張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 缺壁細胞的種類：A L型細菌（Lform of bacteria） 基本概念：實驗室或宿主體內(nèi)通過自發(fā)突變而形成的遺傳性穩(wěn)定的細胞壁缺損菌株； L型

11、細菌的發(fā)現(xiàn)：1935年，英國Lister研究所學者發(fā)現(xiàn)，念珠狀鏈桿菌； L型細菌的特點： 多形性，對滲透敏感， 油煎蛋樣小菌落。 第二十五張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月B原生質(zhì)體（protoplast）基本概念：人為條件下，用溶菌酶除盡原有細胞壁或用青霉素抑制新生細胞壁合成后，所得到的僅有一層細胞膜包裹的圓球狀滲透敏感細菌。 特點：G菌易形成，對相應噬菌體不敏感，鞭毛不能運動，細胞不分裂，其他細胞功能正常；意義：細胞融合雜交育種；遺傳學基本原理研究。第二十六張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月Protoplast fusionhybrid protoplast(“progen

12、y”) 第二十七張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月C 球狀體（spheroplast）： 又稱原生質(zhì)球，指還殘留了部分細胞壁（G菌外膜層）的原生質(zhì)體 D 支原體（Mycoplasma）： 是一類無細胞壁、介于獨立生活和細胞內(nèi)寄生生活間的最小型原核生物細胞大?。汉苄。睆?50nm （一般150300nm），光鏡勉強可見胞膜：含甾醇，較堅韌胞壁結構和形態(tài)： 無胞壁，多形性， 對滲透壓較敏感第二十八張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6. 革蘭氏染色的機制革蘭氏染色法：1884年丹麥學者革蘭（C. Gram）發(fā)明的 鑒別染 色法(結晶紫碘酒精復紅)革蘭氏染色的機制：結晶紫和碘形成不溶

13、于水的復合物（CVI dye complex） G菌和G菌細胞壁結構的不同： G菌胞壁厚，肽聚糖網(wǎng)層次多和交聯(lián)致密，乙醇脫水時網(wǎng)孔 縮小，更無脂類，不致復合物脫出。 G菌反之第二十九張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月二、細胞壁以內(nèi)的構造原生質(zhì)體1. 細胞質(zhì)膜（cell membrane）： 是一層緊貼在細胞壁內(nèi)側，包圍著細胞質(zhì)的柔軟、脆弱、富有彈性的半透性膜。 組成：磷脂（2030）和蛋白質(zhì)（5070組成，厚約78nm。 原核生物和真核生物細胞膜的主要差別： 前者的蛋白質(zhì)含量特別高，一般無甾醇（僅枝原體外）第三十張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）細菌的細胞質(zhì)膜結構磷脂雙分

14、子層： 兩極性頭分別朝向內(nèi)外兩表面， 兩非極性端的疏水尾埋入膜的內(nèi)層 第三十一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月磷脂的分子結構（在極性頭的甘油分子C3位上，不同種類微生物具有不同的R基團）第三十二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月不同種類微生物具有不同的R基團 G G磷脂酸 磷脂酰甘油 磷脂酰乙醇胺 常富含磷脂酰肌醇 見于若干分支桿菌磷脂酰膽堿 偶爾第三十三張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月細胞膜的結構（續(xù)） 整合蛋白（integral protein，或內(nèi)嵌蛋白 intrinsic protein）： 脂雙層中嵌埋著的具運輸功能的蛋白質(zhì)。 周邊蛋白（periphera

15、l protein，或extrinsic protein）： 脂雙層表面具酶促作用的蛋白質(zhì)。 第三十四張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月細胞膜的生理功能：物質(zhì)運輸；維持滲透壓；生物合成：合成細胞膜 及以外的細胞結構成分；產(chǎn)能基地：氧化磷酸化和 光合磷酸化酶系；鞭毛運動：鞭毛著生部位， 提供鞭毛運動所需能量；趨化性有關。原核生物除支原體外一般不含膽固醇等甾醇，甾醇可增加細胞壁強度。間體（mesosome）：是一種由細胞質(zhì)膜內(nèi)褶而形成的囊狀構造，其中充滿著層狀或管狀的泡囊。第三十五張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）古細菌的細胞質(zhì)膜：古生菌的細胞質(zhì)膜：單分子層膜或 單、雙分子層

16、混合膜 而單分子層膜多存在于嗜高溫古生菌 甘油二醚和甘油四醚的分子構造及由其形成的雙層和單層膜第三十六張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 細胞質(zhì)和內(nèi)含物細胞質(zhì)（cytoplasm）：被細胞膜包圍的除核質(zhì)以外的一切半透明、膠體狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱。含水量約80。主要成分：核糖體（50S30S）、儲藏物、酶類、中間代謝物、質(zhì)粒、營養(yǎng)物質(zhì)和大分子單體等；少數(shù)細菌還含有類囊體、羧酶體、氣泡或伴孢晶體等特殊功能的細胞組分。細胞內(nèi)含物（inclusion body）：胞質(zhì)內(nèi)一些形狀較大的顆粒狀或囊泡狀構造。第三十七張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 A 儲藏物儲藏物（reserve m

17、aterials）： 由不同化學成分累積而成的不容性顆粒，主要功能是儲存營養(yǎng)物。第三十八張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 聚羥丁酸（PHB）和聚羥鏈烷酸（PHA）分布： 1925年巨大芽孢桿菌（Bacillusmegaterium）中發(fā)現(xiàn)， 在產(chǎn)堿菌屬（Alcaligenes）、 假單胞菌屬（Pseudomonas） 和固氮菌屬（Azotobacter） 等60屬菌中存在。染色性： 可用尼羅藍或蘇丹黑染色。第三十九張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 聚羥丁酸（PHB）和聚羥鏈烷酸（PHA）功能： 類脂性質(zhì)的碳原類儲藏物，具有儲藏能量、碳源和降低胞內(nèi)滲透壓的作用。意義： 聚羥丁

18、酸（PHB） 和聚羥鏈烷酸（PHA）為生物 合成的高聚物，具有無毒、可 塑和易降解等優(yōu)點，可取代塑 料，用于制造醫(yī)用塑料、快餐 盒等。第四十張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 異染粒異染粒（metachromatic granules ）又稱迂回體或迂回螺菌素(volutin granules)分布： 迂回螺菌（Spirillum volutans，最早該菌中發(fā)現(xiàn)， 故命名之） 白喉棒桿菌（Corynebacterium diphtheriae） 結核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis）性質(zhì)：無機偏磷酸復合物，0.5-1um染色性：美藍或甲苯胺藍染成紅紫色功能：儲存磷元素和能量，降低細胞滲透壓。第四十一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月B 磁小體（magnetosome）分布：水生螺菌屬（Aquaspirillum） 和嗜膽球菌屬（Bilophococcus）等趨磁細菌中結構：內(nèi)Fe3O4，外包磷脂、蛋白質(zhì)或糖蛋白 的八面體、六面體等功能：導向功能，趨泥或趨水界面微氧環(huán)境, destroys H2O2 意義：用作磁性定向藥物和抗體，用以制造生物傳感器第四十二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月C