2022年醫(yī)學(xué)專題-第3節(jié)-細(xì)菌結(jié)構(gòu)

本課重點(diǎn)(zhòngdiǎn)細(xì)菌細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)(jiégòu)：革蘭氏染色陽性菌和陰性菌的差別；細(xì)菌細(xì)胞壁的功能；革蘭氏染色過程和原理。名詞概念：肽聚糖、革蘭氏染色、磷壁酸、壁膜間隙(jiànxì)（周質(zhì)空間）、原生質(zhì)體、原生質(zhì)球、L型細(xì)菌第三節(jié)細(xì)菌結(jié)構(gòu)第一頁，共五十七頁。特殊(tèshū)構(gòu)造：部分細(xì)菌具有的或一般細(xì)菌在特殊環(huán)境下才有的構(gòu)造一般構(gòu)造(gòuzào)：一般細(xì)菌都有的構(gòu)造第二頁，共五十七頁。1、細(xì)胞壁1）革蘭氏染色(rǎnsè)與細(xì)胞壁：

簡(jiǎn)單染色法

正染色

革蘭氏染色法

鑒別染色法

抗酸性染色法

芽孢染色法

死菌

姬姆薩染色法

負(fù)染色莢膜染色法等細(xì)菌染色法

活菌：用美藍(lán)或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色

（1）革蘭氏染色(rǎnsè)第三頁，共五十七頁。1）革蘭氏染色(rǎnsè)與細(xì)胞壁：

（1）革蘭氏染色(rǎnsè)丹麥醫(yī)生C.Gram（革蘭）于1884年發(fā)明的一種(yīzhǒnɡ)鑒別不同類型細(xì)菌的染色方法。第四頁，共五十七頁。1）革蘭氏染色(rǎnsè)與細(xì)胞壁：

（1）革蘭氏染色(rǎnsè)1、涂片(túpiàn)，固定、結(jié)晶紫初染2、碘溶液媒染，其作用是提高染料和細(xì)胞間的相互作用從而使二者結(jié)合得更牢固。3、用乙醇或丙酮沖洗進(jìn)行脫色。4、沙黃或番紅復(fù)染結(jié)果：菌體呈紫色者為G+

菌體呈紅色者為G-第五頁，共五十七頁。1）革蘭氏染色(rǎnsè)與細(xì)胞壁：

（1）革蘭氏染色(rǎnsè)第六頁，共五十七頁。細(xì)胞壁（cellwall）是細(xì)胞膜外面(wàimiàn)具有一定硬度和韌性的壁套。1）細(xì)胞壁：第七頁，共五十七頁。4）革蘭氏陽性(yángxìng)細(xì)菌的細(xì)胞壁特點(diǎn)(tèdiǎn)：厚度大（30~40nm）,層數(shù)多，

化學(xué)組分簡(jiǎn)單，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。第八頁，共五十七頁。4）革蘭氏染色(rǎnsè)與細(xì)胞壁：（2）革蘭氏陽性(yángxìng)細(xì)菌的細(xì)胞壁肽聚糖(peptidoglycan)磷壁酸（teichoicacid）第九頁，共五十七頁。A、肽聚糖第十頁，共五十七頁。（2）革蘭氏陽性(yángxìng)細(xì)菌的細(xì)胞壁厚約30~40nm，由20-30層左右的網(wǎng)格狀分子交織成的網(wǎng)套覆蓋(fùgài)在整個(gè)細(xì)胞上。第十一頁，共五十七頁。B、磷壁酸革蘭氏陽性細(xì)菌(xìjūn)細(xì)胞壁上特有的化學(xué)成分，多元醇和磷酸的聚合物。壁磷壁酸：它與肽聚糖分子間進(jìn)行(jìnxíng)共價(jià)結(jié)合。膜磷壁酸：跨越(kuàyuè)肽聚糖層并與細(xì)胞膜相交聯(lián)的（又稱脂磷壁酸）第十二頁，共五十七頁。第十三頁，共五十七頁。磷壁酸主要(zhǔyào)生理功能：使細(xì)胞壁形成負(fù)電荷環(huán)境，增強(qiáng)(zēngqiáng)細(xì)胞膜對(duì)二價(jià)陽離子的吸收；貯藏(zhùcáng)磷元素；增強(qiáng)某些致病菌對(duì)宿主細(xì)胞的粘連；能調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)自溶素(autolysin)的活力，防止細(xì)胞因自溶而死亡。第十四頁，共五十七頁。（3）革蘭氏陰性(yīnxìng)細(xì)菌的細(xì)胞壁肽聚糖外膜周質(zhì)空間(kōngjiān)第十五頁，共五十七頁。A、肽聚糖埋藏(máicáng)在外膜層之內(nèi)，是僅由1~2層肽聚糖網(wǎng)狀分子組成的薄層(2~3nm)。內(nèi)消旋二氨基庚二酸(m-DAP)（只在原核(yuánhé)微生物細(xì)胞壁上發(fā)現(xiàn)）沒有特殊的肽橋，只形成較為疏稀、機(jī)械(jīxiè)強(qiáng)度較差的肽聚糖網(wǎng)套第十六頁，共五十七頁。B、外膜(outermembrane)位于革蘭氏陰性細(xì)菌(xìjūn)細(xì)胞壁外層，由脂多糖、類脂和脂蛋白等若干種蛋白質(zhì)組成的膜。第十七頁，共五十七頁。脂多糖(duōtánɡ)（lipopolysaccharide,LPS）位于革蘭氏陰性細(xì)菌(xìjūn)細(xì)胞壁最外層，由類脂A、核心多糖(corepolysaccharide)和O-特異側(cè)鏈（O-specificsidechain，或稱O-多糖或O-抗原）三部分組成。第十八頁，共五十七頁。脂多糖(duōtánɡ)的主要功能LPS負(fù)電荷較強(qiáng)，與磷壁酸相似，也有吸附(xīfù)Mg2+、Ca2+等陽離子以提高其在細(xì)胞表面濃度的作用，對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用。保護(hù)(bǎohù)作用—阻止某些物質(zhì)的進(jìn)入。致病物質(zhì)—內(nèi)毒素。許多噬菌體在細(xì)胞表面的吸附受體。第十九頁，共五十七頁。C、外膜蛋白(outermembraneprotein)嵌合(qiànhé)在LPS和磷脂層外膜上的蛋白。有20余種，但多數(shù)功能尚不清楚。第二十頁，共五十七頁。C、外膜蛋白(outermembraneprotein)脂蛋白(lipoprotein)是一種(yīzhǒnɡ)通過共價(jià)鍵使外膜層牢固地連接在肽聚糖內(nèi)壁層上的蛋白，分子量約為7200。第二十一頁，共五十七頁。C、外膜蛋白(outermembraneprotein)孔蛋白（porins）是由三個(gè)相同分子量（36000）蛋白亞基組成(zǔchénɡ)的一種三聚體跨膜蛋白，中間有一直徑約1nm的孔道。非特異性孔蛋白(dànbái)特異性孔蛋白(dànbái)可通過分子量小于800~900的任何親水性分子只容許一種或少數(shù)幾種相關(guān)物質(zhì)通過，如維生素B12和核苷酸等。第二十二頁，共五十七頁。D、周質(zhì)空間(kōngjiān)(periplasmicspace,periplasm)又稱壁膜間隙。在革蘭氏陰性細(xì)菌(xìjūn)中，一般指其外膜與細(xì)胞膜之間的狹窄空間（寬約12~15nm），呈膠狀。周質(zhì)空間是進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)的重要(zhòngyào)中轉(zhuǎn)站和反應(yīng)場(chǎng)所第二十三頁，共五十七頁。在周質(zhì)空間中，存在(cúnzài)著多種周質(zhì)蛋白（periplasmicproteins）水解酶類；合成酶類；結(jié)合(jiéhé)蛋白；受體蛋白(dànbái)；第二十四頁，共五十七頁。（4）革蘭氏陽性和陰性(yīnxìng)細(xì)菌的比較第二十五頁，共五十七頁。（4）革蘭氏陽性(yángxìng)和陰性細(xì)菌的比較革蘭氏染色(rǎnsè)的原理第二十六頁，共五十七頁。5）細(xì)胞壁的功能(gōngnéng)：（1）固定細(xì)胞外形和提高(tígāo)機(jī)械強(qiáng)度；（2）為細(xì)胞(xìbāo)的生長(zhǎng)、分裂和鞭毛運(yùn)動(dòng)所必需；（3）滲透屏障，阻攔酶蛋白和某些抗生素等大分子物質(zhì)（分子量大于800Da）進(jìn)入細(xì)胞，保護(hù)細(xì)胞免受溶菌酶、消化酶等有害物質(zhì)的損傷；（4）細(xì)菌特定的抗原性、致病性的物質(zhì)基礎(chǔ)。第二十七頁，共五十七頁。6）細(xì)胞壁缺陷(quēxiàn)細(xì)菌：

缺壁突變——L型細(xì)菌

實(shí)驗(yàn)室或宿主體內(nèi)形成

基本去盡——原生質(zhì)體（G+）缺壁細(xì)菌

人工去壁

部分去除——原生質(zhì)球（G-）

在自然界長(zhǎng)期進(jìn)化中形成——枝原體第二十八頁，共五十七頁。（1）L型細(xì)菌(xìjūn)（L-formofbacteria）因英國(guó)(yīnɡɡuó)李斯德（Lister）預(yù)防研究所首先發(fā)現(xiàn)而得名（1935年，念珠菌Streptobacillusmoniliformis）大腸桿菌、變形桿菌、葡萄球菌、鏈球菌、分枝桿菌和霍亂弧菌等20多種細(xì)菌中均有發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為可能與針對(duì)細(xì)胞壁的抗菌治療(zhìliáo)有關(guān)。特點(diǎn)：1.沒有完整而堅(jiān)韌的細(xì)胞壁，細(xì)胞呈多形態(tài)；2.有些能通過細(xì)菌濾器，故又稱“濾過型細(xì)菌”；3.對(duì)滲透敏感，在固體培養(yǎng)基上形成“油煎蛋”似的小菌落（直徑在0.1mm左右）；4.遺傳性穩(wěn)定第二十九頁，共五十七頁。（2）原生質(zhì)體（protoplast）在人為條件下，用溶菌酶處理或在含青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)而抑制新生細(xì)胞壁合成(héchéng)而形成的僅由一層細(xì)胞膜包裹的，圓球形、對(duì)滲透壓變化敏感的細(xì)胞，一般由革蘭氏陽性細(xì)菌形成。特點(diǎn)(tèdiǎn)：對(duì)環(huán)境條件(tiáojiàn)變化敏感，低滲透壓、振蕩、離心甚至通氣等都易引起其破裂；有的原生質(zhì)體具有鞭毛，但不能運(yùn)動(dòng)，也不被相應(yīng)噬菌體所感染；在適宜條件（如高滲培養(yǎng)基）可生長(zhǎng)繁殖、形成菌落，形成芽孢。及恢復(fù)成有細(xì)胞壁的正常結(jié)構(gòu)。比正常有細(xì)胞壁的細(xì)菌更易導(dǎo)入外源遺傳物質(zhì)，是研究遺傳規(guī)律和進(jìn)行原生質(zhì)體育種的良好實(shí)驗(yàn)材料。第三十頁，共五十七頁。（3）球狀體(sphaeroplast)，又稱原生質(zhì)球采用上述同樣方法，針對(duì)革蘭氏陰性細(xì)菌處理后而獲得的殘留部分細(xì)胞壁（外壁層）的球形體。與原生質(zhì)體相比，它對(duì)外界(wàijiè)環(huán)境具有一定的抗性。第三十一頁，共五十七頁。本課重點(diǎn)(zhòngdiǎn)細(xì)菌細(xì)胞膜的功能；鞭毛(biānmáo)的結(jié)構(gòu)與功能。S層、莢膜、間體、擬核、芽孢(yábāo)、趨化性名詞解釋：第三十二頁，共五十七頁。2、細(xì)胞膜1）概念(gàiniàn)：細(xì)胞質(zhì)膜（cytoplasmicmembrane），又稱質(zhì)膜（plasmamembrane）、細(xì)胞膜（cellmembrane）或內(nèi)膜（innermembrane），是緊貼在細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)、包圍著細(xì)胞質(zhì)的一層柔軟、脆弱、富有彈性(tánxìng)的半透性薄膜，厚約7～8nm，由磷脂（占20%～30%）和蛋白質(zhì)（占50%～70%）組成。第三十三頁，共五十七頁。2、細(xì)胞膜2）細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)(jiégòu)模型：（1）磷脂(línzhī)親水的極性端疏水的非極性端第三十四頁，共五十七頁。3）細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)(jiégòu)模型：（1）磷脂(línzhī)第三十五頁，共五十七頁。3）細(xì)胞膜的化學(xué)組成(zǔchénɡ)與結(jié)構(gòu)模型：（1）磷脂(línzhī)膜的流動(dòng)性很大程度上取決于不飽和脂肪酸的結(jié)構(gòu)和相對(duì)含量。細(xì)胞膜上長(zhǎng)鏈脂肪酸的鏈長(zhǎng)和飽和度因細(xì)菌種類(zhǒnglèi)和生長(zhǎng)溫度而異。通常生長(zhǎng)溫度要求越高的種，其飽和度也越高，反之則低。第三十六頁，共五十七頁。古細(xì)菌的細(xì)胞膜，耐高溫、高鹽真細(xì)菌(xìjūn)的細(xì)胞膜第三十七頁，共五十七頁。3）細(xì)胞膜的化學(xué)(huàxué)組成與結(jié)構(gòu)模型：（2）膜蛋白具運(yùn)輸功能(gōngnéng)的整合蛋白（integralprotein）或內(nèi)嵌蛋白（intrinsicprotein）具有酶促作用的周邊(zhōubiān)蛋白（peripheralprotein）或膜外蛋白(extrinsicprotein)膜蛋白約占細(xì)菌細(xì)胞膜的50%～70%，比任何一種生物膜都高，而且種類也多。--------細(xì)胞膜是一個(gè)重要的代謝活動(dòng)中心。（2）蛋白第三十八頁，共五十七頁。3）細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)(jiégòu)模型：（3）液態(tài)(yètài)鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)①膜的主體(zhǔtǐ)是脂質(zhì)雙分子層；②脂質(zhì)雙分子層具有流動(dòng)性；③整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂質(zhì)雙分子層的疏水性內(nèi)層中；④周邊蛋白表面含有親水基團(tuán)，故可通過靜電引力與脂質(zhì)雙分子層表面的極性頭相連；⑤脂質(zhì)分子間或脂質(zhì)與蛋白質(zhì)分子間無共價(jià)結(jié)合；⑥脂質(zhì)雙分子層猶如一“海洋”，周邊蛋白可在其上作“漂浮”運(yùn)動(dòng)，而整合蛋白則似“冰山”狀沉浸在其中作橫向移動(dòng)。1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科爾森（G.L.Nicolson）第三十九頁，共五十七頁。3）細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)(jiégòu)模型：（3）液態(tài)(yètài)鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)第四十頁，共五十七頁。2、細(xì)胞膜4）細(xì)胞膜的生理功能：①選擇性地控制細(xì)胞內(nèi)、外的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物(chǎnwù)的運(yùn)送；②是維持細(xì)胞(xìbāo)內(nèi)正常滲透壓的屏障；③合成細(xì)胞壁和糖被的各種(ɡèzhǒnɡ)組分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、

莢膜多糖等）的重要基地；④膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代謝的酶系，是細(xì)胞的產(chǎn)能場(chǎng)所；⑤是鞭毛基體的著生部位和鞭毛旋轉(zhuǎn)的供能部位；第四十一頁，共五十七頁。（二）細(xì)胞(xìbāo)的結(jié)構(gòu)2、細(xì)菌(xìjūn)細(xì)胞膜的特殊結(jié)構(gòu)5）間體和內(nèi)膜：細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)褶形成(xíngchéng)的囊狀構(gòu)造。DNA復(fù)制、分配以及細(xì)胞分裂有關(guān)第四十二頁，共五十七頁。細(xì)胞質(zhì)的主要成分為核糖體、貯藏物、多種酶類和中間(zhōngjiān)代謝物、質(zhì)粒、各種營(yíng)養(yǎng)物和大分子的單體等，少數(shù)細(xì)菌還有類囊體、羧酶體、氣泡或伴孢晶體等。3、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含(nèihán)物1）概念(gàiniàn)：

細(xì)胞質(zhì)（cytoplasm）是細(xì)胞質(zhì)膜包圍的除核區(qū)外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱。含水量約80%。第四十三頁，共五十七頁。3、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含(nèihán)物2）顆粒狀貯藏(zhùcáng)物(reservematerials)：貯藏物是一類由不同化學(xué)成分累積(lěijī)而成的不溶性沉淀顆粒，主要功能是貯存營(yíng)養(yǎng)物。

糖原：大腸桿菌、克雷伯氏菌、芽孢桿菌和藍(lán)細(xì)菌等碳源及能源類聚β-羥丁酸（PHB）：固氮菌、產(chǎn)堿菌和腸桿菌等硫粒：紫硫細(xì)菌、絲硫細(xì)菌、貝氏硫桿菌等貯藏物藻青素：藍(lán)細(xì)菌藻青蛋白：藍(lán)細(xì)菌磷源（異染粒）：迂回螺菌、白喉棒桿菌、結(jié)核分枝桿菌氮源類第四十四頁，共五十七頁。2）顆粒狀貯藏(zhùcáng)物(reservematerials)：①聚-β-羥丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)PHB于1929年被發(fā)現(xiàn)(fāxiàn)，至今已發(fā)現(xiàn)(fāxiàn)60屬以上的細(xì)菌能合成并貯藏。它無毒、可塑、易降解，被認(rèn)為是生產(chǎn)醫(yī)用塑料、生物(shēngwù)降解塑料的良好原料。第四十五頁，共五十七頁。2）顆粒狀貯藏(zhùcáng)物(reservematerials)：②多糖類貯藏(zhùcáng)物在真細(xì)菌中以糖原為多糖原粒較小，不染色需用電鏡觀察，用碘液染成褐色(hèsè)，可在光學(xué)顯微鏡下看到。糖原粒淀粉粒有的細(xì)菌積累淀粉粒，用碘液染成深蘭色。第四十六頁，共五十七頁。2）顆粒狀貯藏(zhùcáng)物(reservematerials)：③異染粒(metachromaticgranules)顆粒大小為0.5～1.0μm，是無機(jī)偏磷酸的聚合物，一般在含磷豐富的環(huán)境下形成(xíngchéng)。功能是貯藏磷元素和能量，并可降低細(xì)胞的滲透壓。第四十七頁，共五十七頁。2）貯藏(zhùcáng)物(reservematerials)：④藻青素（cyanophycin）一種內(nèi)源性氮源貯藏(zhùcáng)物，同時(shí)還兼有貯存能源的作用。通常存在于藍(lán)細(xì)菌中。由含精氨酸和天冬氨酸殘基（1:1）的分枝多肽(duōtài)所構(gòu)成，分子量在25000～125000。第四十八頁，共五十七頁。2）貯藏(zhùcáng)物(reservematerials)：⑤硫粒（sulfurglobules）很多真細(xì)菌(xìjūn)在進(jìn)行產(chǎn)能代謝或生物合成時(shí)，常涉及對(duì)還原性的硫化物如H2S，硫代硫酸鹽等的氧化。在環(huán)境中還原性硫素豐富時(shí)，常在細(xì)胞內(nèi)以折光性很強(qiáng)的硫粒的形式積累硫元素。當(dāng)環(huán)境中環(huán)境中還原性硫缺乏時(shí)，可被細(xì)菌重新利用。第四十九頁，共五十七頁。2）貯藏(zhùcáng)物(reservematerials)：微生物儲(chǔ)藏(chǔcáng)物的特點(diǎn)及生理功能：不同微生物其儲(chǔ)藏(chǔcáng)性內(nèi)含物不同（例如厭氣性梭狀芽孢桿菌只含PHB，大腸桿菌只儲(chǔ)藏糖原，但有些光和細(xì)菌二者兼有）微生物合理利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的一種調(diào)節(jié)方式當(dāng)環(huán)境中缺乏能源而碳源豐富時(shí)，細(xì)胞內(nèi)就儲(chǔ)藏較多的碳源類內(nèi)含物，甚至達(dá)到細(xì)胞干重的50%，如果把這樣的細(xì)胞移入有氮的培養(yǎng)基時(shí)，這些儲(chǔ)藏物將被作為碳源和能源而用于合成反應(yīng)。儲(chǔ)藏物以多聚體的形式存在，有利于維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的平衡，避免不適合的pH，滲透壓等的危害。（例如羥基丁酸分子呈酸性，而當(dāng)其聚合成聚-β-羥丁酸（

PHB）就成為中性脂肪酸了，這樣便能維持細(xì)胞內(nèi)中性環(huán)境，避免菌體內(nèi)酸性增高。）儲(chǔ)藏物在細(xì)菌細(xì)胞中大量積累，還可以被人們利用。第五十頁，共五十七頁。3、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含(nèihán)物3）磁小體(megnetosome)趨磁細(xì)菌(xìjūn)細(xì)胞中含有的大小均勻、數(shù)目不等的Fe3O4顆粒，外有一層磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹。第五十一頁，共五十七頁。3）磁小體(megnetosome)第五十二頁，共五十七頁。3、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含(nèihán)物5）氣泡(qìpào)（gasvocuoles）許多光合營(yíng)養(yǎng)型、無鞭毛運(yùn)動(dòng)的水生細(xì)菌(xìjūn)中存在的充滿氣體的泡囊狀內(nèi)含