微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能

1、關(guān)于微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能第1頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三第一節(jié) 原核微生物原核微生物：是指一大類細(xì)胞微小、細(xì)胞核無核膜包裹（只有稱作核區(qū)的裸露DNA）的原始單細(xì)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(xì)胞器； 核糖體為70S型。原核微生物分兩個(gè)域： 細(xì)菌域：細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌、 枝原體、立克次氏體和 衣原體等。 古生菌域第2頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三細(xì)菌細(xì)胞的構(gòu)造：一般構(gòu)造 細(xì)胞壁，細(xì)胞膜， 細(xì)胞質(zhì)和核質(zhì)特殊構(gòu)造 鞭毛，菌毛， 性菌毛和糖被 （莢膜或粘液層）第3頁，共46頁

2、，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三一、 細(xì)胞壁（1）細(xì)胞壁（cell wall）：是位于細(xì)胞最外的一層厚實(shí)、堅(jiān)韌的外被，主要成分為肽聚糖，具有固定細(xì)胞外形和保護(hù)細(xì)胞不受損傷等多種生理功能。第4頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三細(xì)胞壁的主要功能 維持細(xì)胞外形； 細(xì)胞生長、分裂和鞭毛運(yùn)動(dòng)所必須； 阻攔大分子有害物質(zhì)； 與細(xì)菌的抗原性、對(duì)抗生素和噬菌體的 敏感性有關(guān)。第5頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三1. 革蘭氏陽性菌的細(xì)胞壁特點(diǎn)： 厚度大 （2080nm）組成： 肽聚糖 （占90） 磷壁酸 （占10）第6頁，共46頁，2022年，5月

3、20日，18點(diǎn)27分，星期三肽聚糖 肽聚糖（peptidoglycan）， 又稱粘肽（mucopeptide）， 胞壁質(zhì)（murein） 或粘質(zhì)復(fù)合物mucocomplex） 真細(xì)菌細(xì)胞壁中的特有成分第7頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三肽聚糖的結(jié)構(gòu) 雙糖單位：M、G，溶菌酶作用點(diǎn) 四肽側(cè)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(diǎn)G+細(xì)菌肽聚糖的立體結(jié)構(gòu)第8頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三G+菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)第

4、9頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三磷壁酸（teichoic acid）： 結(jié)合在G菌胞壁上的一種酸性多糖，主要成分為甘油磷酸或核糖醇磷酸。 磷壁酸的結(jié)構(gòu) （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(jié)構(gòu)模式（左）及其單體（虛線范圍內(nèi)）的分子結(jié)構(gòu)（右）第10頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三磷壁酸的種類： 壁磷壁酸 膜磷壁酸第11頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三磷壁酸的生理功能 結(jié)合鎂離子（Mg2），提高胞膜合成酶活力； 儲(chǔ)藏磷元素； 增強(qiáng)細(xì)菌與宿主細(xì)胞粘連、抗吞噬和抗補(bǔ)體； 表面抗原； 噬菌體受體；

5、 調(diào)節(jié)胞內(nèi)自溶酶（autolysin）活力，防自溶。第12頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三2. G菌細(xì)胞壁特點(diǎn)：較薄，層次多，成分較復(fù)雜；組成：肽聚糖（23nm）； 外膜第13頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三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(cè)鏈的第三位為二氨基庚二酸（mDAP） 沒有肽橋第14頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三 外膜（outer membrane） 是G菌細(xì)胞壁的特有結(jié)構(gòu)， 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(jié)構(gòu)： 脂多糖（lypopolysaccharide，L

6、PS）：G菌細(xì)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（porin）：結(jié)構(gòu)三聚體跨膜蛋白孔道； 功能控制某些物質(zhì)進(jìn)入胞內(nèi)。 第15頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三外膜的主要功能 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(guān)； 噬菌體吸附受體； 物質(zhì)交換、屏障功能。第16頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三外膜蛋白：嵌合在LPS和磷脂層外膜上的2

7、0多種蛋白， 如孔蛋白（porin）孔蛋白（porin）：結(jié)構(gòu)三聚體跨膜蛋白孔道； 功能控制某些物質(zhì)進(jìn)入胞內(nèi)。第17頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三周質(zhì)空間 (periplasmic space, periplasm) 又稱壁膜間隙。在G細(xì)菌中，一般指其外膜與細(xì)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(jié)合蛋白（運(yùn)送營養(yǎng)物質(zhì)）受體蛋白（與細(xì)胞的趨化性相關(guān)）外膜與內(nèi)膜間的黏合位點(diǎn)： 外膜與內(nèi)膜間的直接接觸第18頁，共46頁，2022年，5月20

8、日，18點(diǎn)27分，星期三G菌和G菌生物學(xué)特性比較 項(xiàng) 目 革蘭氏陽性菌 革蘭氏陰性菌 細(xì)胞壁 厚度 厚（2080nm） ?。?11nm） 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 溶質(zhì)通透性 強(qiáng) 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(xì)胞 細(xì)胞硬度 硬實(shí) 柔軟 產(chǎn)芽孢 有的產(chǎn) 不產(chǎn) 鞭毛基體 有2個(gè)環(huán) 有4個(gè)環(huán)對(duì)理化因子抗性 對(duì)機(jī)械力 抗性強(qiáng) 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

9、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19頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三3. 抗酸細(xì)菌的細(xì)胞壁抗酸細(xì)菌（acidfast bacteria）：一類細(xì)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(xì)菌。因它們被酸性復(fù)紅染上色后，就不能再被鹽酸乙醇脫色，故稱抗酸細(xì)菌。 如：分枝桿菌屬的結(jié)核分枝桿菌、麻風(fēng)分枝桿菌等。化學(xué)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(jié)構(gòu)：外壁層類脂、孔蛋白 內(nèi)壁層肽聚糖第20頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三抗酸細(xì)菌

10、細(xì)胞壁的構(gòu)造第21頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三4. 古生菌古生菌（Archaea，又稱古細(xì)菌Archaebacteria，古菌）： 是一個(gè)在進(jìn)化途徑上很早就與真細(xì)菌和真核生物相互獨(dú)立的生物類群，主要為一些獨(dú)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(xì)胞壁： 無細(xì)胞壁古生菌：只有熱原體屬(Thermoplasma） 細(xì)胞壁的組成：多糖（假肽聚糖），假肽聚糖， 糖蛋白或蛋白質(zhì)第22頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三假肽聚糖(甲烷桿菌屬為例)的結(jié)構(gòu) 二糖單位肽尾（3肽）肽橋(L-Glu) 均與真細(xì)菌的不同

11、第23頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三5. 缺壁細(xì)胞 缺壁細(xì)胞（cell wall deficiet bacteria） 缺壁細(xì)胞的形成：第24頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三 缺壁細(xì)胞的種類：A L型細(xì)菌（Lform of bacteria） 基本概念：實(shí)驗(yàn)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(xì)胞壁缺損菌株； L型細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)：1935年，英國Lister研究所學(xué)者發(fā)現(xiàn)，念珠狀鏈桿菌； L型細(xì)菌的特點(diǎn)： 多形性，對(duì)滲透敏感， 油煎蛋樣小菌落。 第25頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三B原生質(zhì)體（protopla

12、st）基本概念：人為條件下，用溶菌酶除盡原有細(xì)胞壁或用青霉素抑制新生細(xì)胞壁合成后，所得到的僅有一層細(xì)胞膜包裹的圓球狀滲透敏感細(xì)菌。 特點(diǎn)：G菌易形成，對(duì)相應(yīng)噬菌體不敏感，鞭毛不能運(yùn)動(dòng)，細(xì)胞不分裂，其他細(xì)胞功能正常；意義：細(xì)胞融合雜交育種；遺傳學(xué)基本原理研究。第26頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三Protoplast fusionhybrid protoplast(“progeny”) 第27頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三C 球狀體（spheroplast）： 又稱原生質(zhì)球，指還殘留了部分細(xì)胞壁（G菌外膜層）的原生質(zhì)體 D 支原體（Mycop

13、lasma）： 是一類無細(xì)胞壁、介于獨(dú)立生活和細(xì)胞內(nèi)寄生生活間的最小型原核生物細(xì)胞大?。汉苄?，直徑250nm （一般150300nm），光鏡勉強(qiáng)可見胞膜：含甾醇，較堅(jiān)韌胞壁結(jié)構(gòu)和形態(tài)： 無胞壁，多形性， 對(duì)滲透壓較敏感第28頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三6. 革蘭氏染色的機(jī)制革蘭氏染色法：1884年丹麥學(xué)者革蘭（C. Gram）發(fā)明的 鑒別染 色法(結(jié)晶紫碘酒精復(fù)紅)革蘭氏染色的機(jī)制：結(jié)晶紫和碘形成不溶于水的復(fù)合物（CVI dye complex） G菌和G菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)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(shí)網(wǎng)孔 縮小，更無脂類，不致復(fù)合物脫出。

14、G菌反之第29頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三二、細(xì)胞壁以內(nèi)的構(gòu)造原生質(zhì)體1. 細(xì)胞質(zhì)膜（cell membrane）： 是一層緊貼在細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)，包圍著細(xì)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(xì)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30頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三（1）細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)磷脂雙分子層： 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31頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三磷

15、脂的分子結(jié)構(gòu)（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(tuán)）第32頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三不同種類微生物具有不同的R基團(tuán) 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33頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)（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(yùn)輸功能的蛋白質(zhì)。 周邊蛋白（peripheral protein，或extrinsic protein）： 脂雙層表面具酶促作用的蛋白質(zhì)。

16、第34頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三細(xì)胞膜的生理功能：物質(zhì)運(yùn)輸；維持滲透壓；生物合成：合成細(xì)胞膜 及以外的細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分；產(chǎn)能基地：氧化磷酸化和 光合磷酸化酶系；鞭毛運(yùn)動(dòng)：鞭毛著生部位， 提供鞭毛運(yùn)動(dòng)所需能量；趨化性有關(guān)。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(xì)胞壁強(qiáng)度。間體（mesosome）：是一種由細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)褶而形成的囊狀構(gòu)造，其中充滿著層狀或管狀的泡囊。第35頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三（2）古細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)膜：古生菌的細(xì)胞質(zhì)膜：?jiǎn)畏肿訉幽せ?單、雙分子層混合膜 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

17、構(gòu)造及由其形成的雙層和單層膜第36頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三2. 細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物細(xì)胞質(zhì)（cytoplasm）：被細(xì)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(chǔ)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(xì)菌還含有類囊體、羧酶體、氣泡或伴孢晶體等特殊功能的細(xì)胞組分。細(xì)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(gòu)造。第37頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三 A 儲(chǔ)藏物儲(chǔ)藏物（reserve materials）： 由不同化學(xué)成分累

18、積而成的不容性顆粒，主要功能是儲(chǔ)存營養(yǎng)物。第38頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三 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(lán)或蘇丹黑染色。第39頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三 聚羥丁酸（PHB）和聚羥鏈烷酸（PHA）功能： 類脂性質(zhì)的碳原類儲(chǔ)藏物，具有儲(chǔ)藏能量、碳源和降低胞內(nèi)滲透壓的作用。意義： 聚羥丁酸（PHB

19、） 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(diǎn)，可取代塑 料，用于制造醫(yī)用塑料、快餐 盒等。第40頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三 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(jié)核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis）性質(zhì)：無機(jī)偏磷酸復(fù)合物，0.5-1um染色性：美藍(lán)或甲苯胺藍(lán)染成紅紫色功能：儲(chǔ)存磷元素和能量，降低細(xì)胞滲透壓。第41頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27分，星期三B 磁小體（magnetosome）分布：水生螺菌屬（Aquaspirillum） 和嗜膽球菌屬（Bilophococcus）等趨磁細(xì)菌中結(jié)構(gòu)：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(dǎo)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42頁，共46頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)27