食品微生物原核-課件

食品微生物原核觀察方法:質(zhì)壁分離后結(jié)合鑒別性染色在光學(xué)顯微鏡下觀察;原生質(zhì)體破裂;超薄切片電鏡觀察;二、細菌細胞的構(gòu)造與功能(二)細胞膜(cellmembrane)細胞膜是如何被發(fā)現(xiàn)的?電鏡觀察到的細胞質(zhì)膜,是在上下兩暗色層之間夾著一淺色中間層的雙層膜結(jié)構(gòu),這與細胞膜的化學(xué)組成有關(guān)。

1、化學(xué)組成:磷脂(20%-30%)和蛋白質(zhì)R基:磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰膽堿、磷脂酰肌醇等。(1)磷脂在生理溫度下,脂肪酸末端排列成有序的晶態(tài)。不飽和脂肪酸雙鍵可導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)變形(流動)。

膜的流動性特別大程度上取決于不飽和脂肪酸的結(jié)構(gòu)和相對含量。細胞膜上長鏈脂肪酸的鏈長和飽和度因細菌種類和生長溫度而異,通常生長溫度要求越高的種,其飽和度也越高,反之則低。(2)甾醇類物質(zhì)真核生物細胞膜中一般有甾醇,含量占膜中脂質(zhì)的5%-25%。原核生物細胞膜中一般不含甾醇(支原體例外)。而某些細菌的細胞膜中,含有與固醇類似的五環(huán)分子稱為類何帕烷(藿烷類化合物,hopanoid),起穩(wěn)定細胞膜的作用。由磷脂分子形成的雙分子膜中加入甾醇類物質(zhì)能夠提高膜的穩(wěn)定性(3)膜蛋白

約占細菌細胞膜的75%,比任何一種生物膜都高,而且種類多。--------細胞膜是重要的代謝活動中心。依照作用

功能蛋白:擔(dān)負生理機能(轉(zhuǎn)運蛋白、電子傳遞蛋白、ATP合成酶合成細胞壁及糖被的酶)

結(jié)構(gòu)蛋白:維持膜結(jié)構(gòu)

依照分布整合蛋白(integralprotein)或內(nèi)嵌蛋白(intrinsic)

周邊蛋白(peripheralprotein)或膜外蛋白(extrinsic)

2、膜的結(jié)構(gòu)模型液態(tài)鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)①膜的主體是磷脂雙分子層;②磷脂雙分子層具有流動性;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,故可通過靜電引力與磷脂雙分子層表面的極性頭相連;⑤磷脂分子間或磷脂與蛋白質(zhì)分子間無共價結(jié)合;⑥磷脂雙分子層猶如一“海洋”,周邊蛋白可在其上作“漂浮”運動,而整合蛋白則似“冰山”狀沉醉在其中作橫向移動。1972年,辛格(J、S、Singer)和尼科爾森(G、L、Nicolson)提出

３、細胞膜的生理功能①物質(zhì)運輸,選擇性地控制營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的運送;②滲透屏障,維持細胞內(nèi)正常的滲透壓;③合成細胞壁和糖被的各種組分(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,是細胞的產(chǎn)能場所;⑤鞭毛基體的著生部位和鞭毛旋轉(zhuǎn)的供能部位4、古生菌的細胞膜A、親水頭與疏水尾是通過醚鍵連接的;B、組成疏水尾的長鏈烴是異戊二烯的重復(fù)單位;C、獨特的單分子層膜或單、雙分子層混合膜;D、在甘油的3C分子上,可連接多種不同于細菌與真核生物膜的基團;E、細胞質(zhì)膜上含有多種獨特的脂類。(二)細胞的結(jié)構(gòu)

細胞質(zhì)膜內(nèi)褶而形成的泡囊狀、管狀或?qū)訝畹臉?gòu)造。多見于革蘭氏陽性細菌。(三)內(nèi)膜系統(tǒng)1、間體(mesosome):2、載色體和類囊體綠硫菌科光合細菌的細胞質(zhì)中,充滿以分散狀態(tài)存在的一系列單層膜組成的囊泡;紅硫菌科光合細菌的細胞膜內(nèi)陷延伸或折疊形成發(fā)達的片層狀、管狀或囊狀系統(tǒng);都是光合細菌進行光合作用的場所藍細菌細胞中的類囊體,也是一種內(nèi)膜系統(tǒng),含有葉綠素等光合色素和電子傳遞組分,也是光合作用的場所。３、羧酶體(carboxysome)一些自養(yǎng)細菌(藍細菌、硝化細菌和硫桿菌)細胞內(nèi)由單層膜圍成的多角形或六角形內(nèi)含物內(nèi)含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(卡爾文循環(huán)的關(guān)鍵酶)作用:自養(yǎng)細菌固定CO2場所(四)細胞質(zhì)及其內(nèi)含物

細胞質(zhì)(cytoplasm)是細胞質(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%。核糖體(ribosome):細菌合成蛋白質(zhì)的場所,由60%的核糖核酸和40%的蛋白質(zhì)組成。

1、核糖體(ribosome)2、氣泡(gasvocuoles)

氣泡的膜只含蛋白質(zhì)而無磷脂。二種蛋白質(zhì)相互交連,形成一個堅硬的結(jié)構(gòu),可耐受一定的壓力。膜的外表面親水,而內(nèi)側(cè)絕對疏水,故氣泡只能透氣而不能透過水和溶質(zhì)。功能:調(diào)節(jié)細胞比重以使細胞漂浮在最適水層中獲取光能、O2和營養(yǎng)物質(zhì)3、內(nèi)含物

各種有機或無機物質(zhì)的顆粒,主要功能是貯存(碳化合物、無機物和能源),也可將分子連接為特定形式降低滲透壓。

糖原:大腸桿菌、克雷伯氏菌、芽孢桿菌和藍細菌等

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:紫硫細菌、絲硫細菌、貝氏硫桿菌等貯藏物氮源類藻青素:藍細菌

藻青蛋白:藍細菌

磷源(異染粒):迂回螺菌、白喉棒桿菌、結(jié)核分枝桿菌(1)聚-β-羥丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)

細菌特有的一種類脂性質(zhì)的A、碳源和能源類貯藏物;B、維持胞內(nèi)中性環(huán)境;C、降低胞內(nèi)滲透壓。巨大芽孢桿菌(Bacillusmegaterium)在含乙酸或丁酸的培養(yǎng)基中生長時,細胞內(nèi)貯藏的PHB可達其干重的60%。

它無毒、可塑、易降解,被認為是生產(chǎn)醫(yī)用塑料、生物降解塑料的良好原料。(2)多糖類貯藏物在真細菌中以糖原為多肝糖粒較小,不染色需用電鏡觀察,用碘液染成紅棕色,可在光學(xué)顯微鏡下看到。有的細菌積累淀粉粒,用碘液染成深蘭色。(3)異染粒(metachromaticgranules),又稱迂回體或捩轉(zhuǎn)菌素用蘭色染料染色后呈紅紫色組成:無機偏磷酸的聚合物(一般在含磷豐富的環(huán)境下形成。)功能:磷源和能量可降低胞內(nèi)滲透壓(4)硫粒(sulfurglobules)

特別多光合細菌(紫硫細菌、紫色細菌、綠色細菌和藍細菌),在進行產(chǎn)能代謝或生物合成時,常涉及對還原性的硫化物(H2S,硫代硫酸鹽等)的氧化,所產(chǎn)生的折光性特別強的硫粒,可在周質(zhì)空間或細胞質(zhì)中積累。功能:

硫元素儲藏物

參與產(chǎn)能代謝和生物合成(5)藻青素(cyanophycin)

氮源貯藏物,同時還兼有貯存能源的作用。通常存在于藍細菌中。由含精氨酸和天冬氨酸殘基(1:1)的分枝多肽所構(gòu)成,相對分子質(zhì)量在25000～125000。(5)磁小體(megnetosome)

趨磁細菌細胞中含有的大小均勻、數(shù)目不等的Fe3O4顆粒,外有一層膜包裹。存在:少數(shù)水生螺菌屬等功能:導(dǎo)向作用。即借鞭毛游向?qū)υ摼钣欣哪?、水界面微氧環(huán)境處生活。實用前景:生產(chǎn)磁性定向藥物或抗體,制造生物傳感器等。微生物內(nèi)含物(儲藏物)的特點及生理功能:不同微生物其儲藏性內(nèi)含物不同微生物合理利用營養(yǎng)物質(zhì)的一種調(diào)節(jié)方式儲藏物以多聚體的形式存在,有利于維持細胞內(nèi)環(huán)境的平衡,幸免不適合的pH,滲透壓等的危害。儲藏物在細菌細胞中大量積累,還能夠被人們利用。例如厭氣性梭狀芽孢桿菌只含PHB,大腸桿菌只儲藏糖原,但有些光合細菌二者兼有。當(dāng)環(huán)境中缺乏能源而碳源豐富時,細胞內(nèi)就儲藏較多的碳源類內(nèi)含物,甚至達到細胞干重的50%,假如把如此的細胞移入有氮的培養(yǎng)基時,這些儲藏物將被作為碳源和能源而用于合成反應(yīng)。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,如此便能維持細胞內(nèi)中性環(huán)境,幸免菌體內(nèi)酸性增高。(五)核區(qū)(nuclearregionorarea)

1、核染色體Micrographofabacteriumshowingthenucleoidregion(green)withinthecytoplasmwherethebacterialchromosomeoccurs

核質(zhì)特點核區(qū)絲狀物是由雙鏈、環(huán)狀的DNA分子折疊纏繞而成。拉直后,其長度比細胞長度大若干倍。絲的長度卻是1100～1400微米!可見,細胞內(nèi)的DNA必定是一種高度折疊纏繞、錯綜復(fù)雜的“超線圈”結(jié)構(gòu)。這關(guān)于遺傳性狀的傳遞起著重要作用。正常情況下,一個菌體內(nèi)具體一個核;而細菌處于活躍生長時,由于DNA的復(fù)制先于細胞分裂,一個菌體內(nèi)往往有2-4個核。二、細菌細胞的構(gòu)造與功能(五)核區(qū)(nuclearregionorarea)

2、質(zhì)粒細菌細胞的特別結(jié)構(gòu)糖被(glycoclyx)鞭毛(flagellum)細胞壁外部特別結(jié)構(gòu)菌毛(fimbria)芽孢(spore)細胞內(nèi)特別結(jié)構(gòu)(六)芽孢(spore)----細菌的特別結(jié)構(gòu)之一1、概念

某些細菌在其生長發(fā)育后期,在細胞內(nèi)形成一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強的休眠體,稱為芽孢(偶譯“內(nèi)生孢子”,endospore)。2、芽孢的特點A、抗逆性強(熱、干燥、輻射等)生物界抗逆性最強的生命體。能否消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標(biāo)。C、芽孢是休眠體,不是繁殖體。在適宜的條件下能夠重新轉(zhuǎn)變成為營養(yǎng)態(tài)細胞B、折光性強,不易著色(芽孢染色法)。3、形成條件A、菌種的遺傳特性;B、所需條件因種而異,即不同細菌形成芽孢有其最適條件(pH、溶氧、溫度、營養(yǎng)、離子濃度和種類等)。4、形成芽孢的菌種產(chǎn)芽孢的細菌多為G+桿菌,也有一些球菌主要產(chǎn)芽孢菌:(好氣性)芽孢桿菌屬(Bacillus)(厭氣性)梭菌屬(Clostridium)其它少數(shù):芽孢八疊球菌屬(球菌)芽孢乳桿菌屬脫硫腸狀菌屬多孢子菌屬5、構(gòu)造與耐熱機制(參見P33圖2-27)滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說芽孢衣結(jié)構(gòu)致密對多價陽離子和水分的透性特別差皮層的離子強度特別高,產(chǎn)生極高的滲透壓奪取芽孢核心的水分,結(jié)果造成皮層的充分膨脹。核心部分的細胞質(zhì)卻變得高度失水,具極強的耐熱性。芽孢抗熱性的其它估計原因皮層含高濃度的吡啶二羧酸鈣(DPA-Ca),形成耐熱凝膠樣的物質(zhì);存在特別的小分子酸溶性DNA結(jié)合蛋白,對芽孢DNA有穩(wěn)定作用;含DNA修復(fù)酶,可對核心復(fù)活后的出芽和生長過程中的DNA進行修復(fù)。含一些酶,本身并不抗熱,在芽孢中與一些物質(zhì)結(jié)合后才有抗熱性。(蠟狀芽孢桿菌中的丙氨酸消旋酶,附著在芽孢衣上時抗熱,與芽孢衣分離后不抗熱。)6、芽孢的形成過程7、芽孢萌發(fā)

活化:可由熱刺激引起,開始發(fā)芽,芽孢休眠期破壞,芽孢膨脹、芽孢衣破裂和溶解,芽孢內(nèi)容物釋放出來,代謝活動增強,芽孢的耐熱和其他抗性消失,折光缺失。出芽:許多營養(yǎng)物(如氨基酸和糖類)在芽孢活化后引發(fā)萌芽。生長:在營養(yǎng)環(huán)境里,萌發(fā)后的核心開始生長,芽孢原生質(zhì)體形成新的物質(zhì),最終發(fā)育成一個不含芽孢的營養(yǎng)體