第三章微生物細胞結(jié)構(gòu)及功能

第三章

微生物細胞的結(jié)構(gòu)與功能2024/11/22原核細胞真核細胞細胞核有明顯核區(qū)，無核膜、核仁有核膜，核仁細胞器無線粒體，能量代謝和許多物質(zhì)代謝在質(zhì)膜上進行有線粒體，能量代謝和許多合成代謝在線粒體中進行核糖體分布在細胞質(zhì)中，沉降系數(shù)為70S分布在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，沉降系數(shù)為80S

原核細胞和真核細胞的區(qū)別真核細胞原核細胞第一節(jié)原核微生物定義：指一大類細胞核無核膜包裹，只有核區(qū)的裸露DNA的原始單細胞生物。包括真細菌和古生菌兩大群。結(jié)構(gòu)：分為一般結(jié)構(gòu)和特殊結(jié)構(gòu)見圖細胞的結(jié)構(gòu)特殊構(gòu)造：部分細菌具有的或一般細菌在特殊環(huán)境下才有的構(gòu)造（見P39）一般構(gòu)造：一般細菌都有的構(gòu)造一、細胞壁：

占細胞干重的10~25％

位置：位于細胞最外的一層厚實，堅韌的外被成分：主要為肽聚糖細胞壁的功能固定細胞外形，提高機械強度，使其免受滲透壓等外力的影響為細胞的生長、分裂和鞭毛運動所必需阻攔酶蛋白和某些抗生素等大分子物質(zhì)進入細胞賦予細菌具有特定的抗原性，致病性及對抗生素和噬菌體的敏感性A群鏈球菌膜磷壁酸抗吞噬作用金黃色葡萄球菌A蛋白抗吞噬等作用革蘭陰性菌脂多糖多種生物學效應抗原革蘭陽性菌主要為磷壁酸，革蘭陰性菌主要為外膜細胞壁的觀察方法：①染色②質(zhì)壁分離③電鏡觀察

簡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染色：莢膜染色法等細菌染色法

活菌：用美藍或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色（參見P26）（1）細菌的革蘭氏染色：將細菌分成G+和G–的一種方法革蘭氏染色與細胞壁C.Gram（革蘭）于1884年發(fā)明的一種鑒別不同類型細菌的染色方法。第一步：結(jié)晶紫初染。結(jié)晶紫使菌體著上紫色第二步：碘液酶染。碘和結(jié)晶紫形成大分子復合物，分子大，能被細胞壁阻留在細胞內(nèi)。第三步：酒精脫色。細胞壁成分和構(gòu)造不同，出現(xiàn)不同的反應。第四步：沙黃復染，增加脫色菌與背景的反差并區(qū)別于未脫色菌。

革蘭氏染色步驟G+

菌：呈紫色Gˉ菌：呈紅色

（2）細胞壁的構(gòu)造與化學組成

G+構(gòu)造簡單：肽聚糖；磷壁酸

G–構(gòu)造復雜：肽聚糖；脂蛋白；磷脂；脂多糖（參見P39，圖3-2）1、細胞壁革蘭氏染色與細胞壁：

革蘭氏陽性和陰性細菌的比較革蘭氏陽性菌：肽聚糖層次多、厚機械抗性強對溶菌酶、青霉素敏感不含類脂和脂蛋白不形成內(nèi)毒素革蘭氏染色陽性1、細胞壁革蘭氏染色與細胞壁：

革蘭氏陽性和陰性細菌的比較革蘭氏陰性菌：肽聚糖層次少、薄機械抗性差對溶菌酶、青霉素不敏感類脂、脂蛋白組成外膜內(nèi)毒素革蘭氏染色陰性G＋`G－細胞壁成分的區(qū)別成分肽聚糖磷壁酸類脂質(zhì)蛋白質(zhì)占細胞壁干重的%含量很高（30-95）含量較高（<50）一般無（<2）0含量很低（5-20）0含量較高（-20）含量較高G＋

G－薄，10-15nm，較疏松細胞壁厚度厚，20－80nm，較堅韌肽聚糖層數(shù)40層左右肽聚糖交聯(lián)度交聯(lián)度高低，一般1-2層較低1）G+細胞壁的結(jié)構(gòu)（以金黃色葡萄球菌為例）

肽聚糖又稱粘肽、胞壁質(zhì)或粘質(zhì)復合物，是由肽聚糖單體組成的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為真細菌細胞壁中的特有成分。肽聚糖單體結(jié)構(gòu)組成③肽橋為甘氨酸的五肽，起著連接前后兩個四肽尾分子的‘橋梁’作用.目前所知的肽聚糖超過100

種，主要的變化在肽橋上。②四肽尾四個氨基酸分子按L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala交替方式連接而成①雙糖單位NAG（N－乙酰葡萄糖胺）與

NAM（N－乙酰胞壁酸）以β－1、4糖苷鍵相連溶菌酶：A.Fleming，1922年發(fā)現(xiàn)，存在于卵清、人的淚液和鼻涕、部分細菌和噬菌體內(nèi)，能有效地水解細菌肽聚糖，作用于肽聚糖骨架上的N-乙酰胞壁酸的C1與N-乙酰葡糖胺C4之間的B-1，4-糖苷鍵。1)肽聚糖2）磷壁酸的結(jié)構(gòu)：占細胞重10-50％，與培養(yǎng)基的成份有關(guān)

根據(jù)結(jié)合部位的不同為：膜磷壁酸:跨越肽聚糖層，由甘油磷酸鏈分子同磷脂共價結(jié)合而與細胞膜相交聯(lián)?？捎脽岱铀崛。蛴脽崴畯拿撝膬龈杉毦刑崛?。

壁磷壁酸:含量多，通過共價鍵與肽聚糖分子結(jié)合,并延伸到肽聚糖分子表面,帶有負電荷，用稀酸或稀堿可以提取。磷壁酸的功能因帶負電荷，故可與環(huán)境中的Mg＋等陽離子結(jié)合，提高這些離子的濃度，以保證細胞膜上一些合成酶維持高活性的需要。增強某些致病菌對宿主細胞的粘連、避免被白細胞吞噬以及抗補體的作用賦于革蘭氏陽性細菌以特異的表面抗原提供某些噬菌體以特異的吸附受體貯藏磷原素調(diào)節(jié)細胞內(nèi)自溶素（autolysin）的活力,防止細胞死亡2、革蘭氏陰性菌的細胞壁(以大腸桿菌為例)（1）結(jié)構(gòu)組成見圖肽聚糖上與革蘭氏陽性菌差別：

a、四肽尾的第三個氨基酸不是L-LyS而是M－DAP（內(nèi)消旋二氨基庚二酸）；

b、沒有肽橋，前后連接僅通過四肽尾的第四個D－Ala羥基與乙的M－DAP氨基直接相連（2）外膜：脂多糖，磷脂，膜蛋白等若干蛋白質(zhì)組成的膜LPS類脂A：為一種糖磷脂，由N-乙酰匍糖胺雙糖磷酸與多種長鏈脂肪酸組成，它是細菌內(nèi)毒素的主要成分。核心多糖：由2-酮-3-脫氧辛糖酸（KDO)、L-甘油-D-甘露庚糖、半乳糖及匍糖胺這樣一組糖類組成。它一邊通過KDO殘基連接在類脂A上，另一邊通過葡萄糖殘基與O-側(cè)鏈相連。O-側(cè)鏈（特異性多糖）：是由多糖組成的重復單位，結(jié)構(gòu)復雜，位于菌體的外表面，又稱菌體抗原。由于各種革蘭氏陰性菌多糖鏈的種類、排列順序和空間構(gòu)型都不同，造成革蘭氏陰性菌的O-抗原有不同的特異性，這在傳染病的診斷中有重要意義。脂多糖↓→脂多糖MolecularmodelofE.colilipopolysaccharideChemicalstructureofLipopolysaccharide脂多糖的功能類脂A是革蘭氏陰性細菌致病物質(zhì)內(nèi)毒素的物質(zhì)基礎(chǔ)因其負電荷較強，故與磷壁酸相似，也有吸附鎂離子鈣離子以提高其在細胞表面濃度的作用由于LPS結(jié)構(gòu)的多變，決定了革蘭氏陰性細菌細胞表面抗原決定簇的多樣性是許多噬菌體在細胞表面的吸附受體具有控制某些物質(zhì)進出細胞的部分選擇性屏障功能要維持LPS結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，就必須有足夠的鈣離子存在?；|(zhì)蛋白－孔蛋白（通過孔的開閉可阻止抗生素進入）

外壁蛋白－外側(cè)（與噬菌體的吸附或細菌素的作用有關(guān)）

脂蛋白－內(nèi)側(cè)（使外膜層牢固嵌進肽聚糖層）外膜蛋白(outermembrraneprotein)指嵌合在LPS合磷脂層上的蛋白，有20余種?？煞譃椋?）周質(zhì)空間又稱壁膜間隙。指外膜與細胞膜之間的狹窄空間，呈膠狀。其中存在多種周質(zhì)蛋白。3、古生菌的細胞壁

除了熱原體屬無細胞壁外其余均與真細菌類似有壁：具有與真細菌類似功能的細胞壁。從化學成份看,已經(jīng)研究過的，它們沒有真正的肽聚糖，而是由多糖（假肽聚糖），糖蛋白或蛋白質(zhì)構(gòu)成。

假肽聚糖細胞壁見圖P45

由N－乙酰葡萄糖胺，N－乙酰塔羅糖胺糖醛酸以β－1、3糖苷鍵(不被溶菌酶水解)交替連接而成肽尾：為L-Glu,L-Ala,L-Lys

肽橋：L-Glu4、缺壁細菌自然界進化及實驗室菌種的自發(fā)突變，導致缺壁細菌的產(chǎn)生。種類：缺壁細菌缺壁細菌-——L型細菌試驗室或宿主體內(nèi)形成人工去壁基本去盡——原生質(zhì)體部分去掉——球狀體在自然界長期進化中形成——支原體臨床分離葡萄球菌L型葡萄球菌L型回復后細菌L型菌落類型電鏡照片大腸桿菌的原生質(zhì)體桿狀的大腸桿菌4、革蘭氏染色機制步驟：結(jié)晶紫初染，碘液酶染，乙醇或丙酮脫色（關(guān)鍵步驟），沙黃（紅色染料）復染－－－革蘭氏陽性紫紅色；革蘭氏陰性紅色。原理：與肽聚糖和脂類的含量有關(guān)G+菌：細胞壁厚，肽聚糖含量高，交聯(lián)度大，當乙醇脫色時，肽聚糖因脫水而孔徑縮小，故結(jié)晶紫-碘復合物被阻留在細胞內(nèi)，細胞不能被酒精脫色，呈紫色。Gˉ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，因其含脂量高,乙醇將脂溶解，縫隙加大，結(jié)晶紫-碘復合物溶出細胞壁，酒精將細胞脫色，細胞無色，沙黃復染后

呈紅色二、細胞壁以內(nèi)的構(gòu)造1、細胞質(zhì)膜是緊貼在細胞壁內(nèi)側(cè)，包圍著細胞質(zhì)的一層屬柔軟，脆弱，富有彈性半透性薄膜，厚7~8nmA、組成：磷脂（占20~30％）蛋白質(zhì)（占50~70％）B、鑒別：質(zhì)壁分離，鑒別性染色或原生質(zhì)體破裂方法細胞質(zhì)膜C、結(jié)構(gòu)：1972年由辛格和尼科爾森所提出的液態(tài)鑲嵌模型即膜的主體是脂質(zhì)雙分子層其具有流動性。脂質(zhì)雙分子的疏水尾向內(nèi)親水頭向外原核和真核細胞典型的細胞膜是由脂質(zhì)雙分子層構(gòu)成，該圖顯示了磷脂分子親水端（褐色球）和疏水端（黑色）的指向。B.該圖為Bacillussubtilis細菌的細胞膜在電子顯微鏡下的彩色照片，可以看出磷脂雙分子層的鐵軌樣特征。細胞膜結(jié)構(gòu)這是一個典型的單位膜!細胞膜：對所有有生命的細胞來說是必需的，對細菌亦然！維持細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定且高度有序狀態(tài)的物理屏障；細胞重要的代謝活動中心之一；磷脂膜蛋白甾醇類物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點符合經(jīng)典的“液態(tài)鑲嵌模型”理論不飽和脂肪酸的結(jié)構(gòu)和相對含量變化大（微生物生理及生態(tài)分布的多樣性）。約占細菌細胞膜的50%～70%，比任何一種生物膜都高，而且種類也多。細菌：hopanoid（藿烷類化合物）真核生物：膽固醇提高膜的穩(wěn)定性細胞膜的化學組成與結(jié)構(gòu)模型：甾醇類物質(zhì)由磷脂分子形成的雙分子膜中加入甾醇類物質(zhì)可以提高膜的穩(wěn)定性真核生物細胞膜中一般含有膽固醇等甾醇，含量為5%-25%。原核生物與真核生物的最大區(qū)別就是其細胞膜中一般不含膽固醇，而是含有hopanoid（藿烷類化合物）。注意與書上P48第三段在概念上有差別！甾醇的一般結(jié)構(gòu)3）細胞膜的化學組成與結(jié)構(gòu)模型：（4）甾醇類物質(zhì)hopanoid類甾醇，其作用被認為也是穩(wěn)定細胞膜的結(jié)構(gòu)90%的化石燃料的前體物質(zhì)是kerogen（油原，或稱油母巖質(zhì)）Kerogen中細菌特有的hopanoid類甾醇占有很高的比例Kerogen是由于細菌的活動而形成在地下沉積物中細菌特有的hopanoid類甾醇的含量高達1011-12噸，與目前地球上存在的活的生物（livingorganisms）體內(nèi)含有的有機碳的含量總和相當。hopanoid被認為是地球上含量最豐富的生物分子D、細胞膜的生理功能：選擇性；維持細胞內(nèi)正常滲透壓的屏障；合成細胞壁和糖被的各種組分的地方；細胞的產(chǎn)能場所；鞭毛旋轉(zhuǎn)的供能部位細胞質(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。一般位于細胞分裂的部位或附近。間體功能：與某些酶的分泌有關(guān)（如青霉素酶）；與DNA的復制，分配以及細胞分裂有關(guān)；類似真核細胞線粒體，為細菌提供大量能量。有學者認為間體是一種贗象

白喉桿菌細胞膜與間體古生菌的細胞質(zhì)膜：近年研究的熱點具有更明顯的多樣性：

a親水頭與疏水尾通過醚鍵而不是酯鍵連接的；

b組成疏水尾的長鏈是異戊二烯的重復單位，而真細菌或真核生物中則為脂肪酸；

c存在著獨特的單分子層膜或單雙分子層混合膜；

d含有多種獨特的脂類。從而形成獨特的單分子層膜或單、雙分子層混合膜2.細胞質(zhì)(cytoplasm)和內(nèi)含物(inclusionbody)

細胞膜內(nèi)除核質(zhì)體外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)可總稱為細胞質(zhì)。其主要成分有：核糖體、貯藏物、各種酶類、中間代謝物及質(zhì)粒等,少數(shù)細菌還存在有類囊體、羧酶體、伴胞晶體或氣泡等。細胞質(zhì)內(nèi)形狀較大的顆粒狀構(gòu)造為內(nèi)含物，包括各種貯藏物和氣泡、羧酶體等。細胞質(zhì)中含有豐富的酶系，是營養(yǎng)物質(zhì)合成、轉(zhuǎn)化、代謝的場所。核糖體（ribosome)

是分散在細胞質(zhì)中的顆粒狀結(jié)構(gòu)，由核糖體核酸（占60%）和蛋白質(zhì)（占40%）組成。細菌的核糖體沉降系數(shù)為：70s，由50s大亞基和30s小亞基構(gòu)成。功能：是細胞合成蛋白質(zhì)的機構(gòu)。糖原：大腸桿菌、克雷伯氏菌、藍細菌芽孢桿菌等聚－?－羥丁酸：固氮菌、產(chǎn)堿菌、腸桿菌氮源類藻青素：藍細菌含有藻青蛋白：藍細菌含有磷源（異染粒）：迂回螺菌、白喉棒桿菌和分枝桿菌含有硫源：迂回螺菌菌、白喉棒桿菌、結(jié)核分枝桿菌

儲藏物(reservematerials)碳源及能源類①聚羥基鏈烷酸（polyhydroxyalkanoate，PHB）PHA是許多細菌細胞質(zhì)內(nèi)常含有的碳源類儲藏物.PHA不溶于水,易被脂溶性染料(如蘇丹黑)著色。功能:貯存碳源、能源和降低滲透壓。許多好氧菌和光合厭氧菌都含有PHA顆粒。概念：是普遍存在的貯藏物，大小為0.5—1μm

，主要成分是多聚偏磷酸鹽的聚合物，分子呈線狀，嗜堿性強，用美蘭染色時著色較深，呈紫紅色，與菌體其他部位不同，故稱異染粒。功能：貯存磷元素和能量，降低滲透壓。含異染粒的細菌種類:棒狀桿菌和某些芽孢桿菌等.②異染粒（metachromaticgranule）例如：PP顆粒（多聚磷酸鹽顆粒）是一類與脂類和蛋白質(zhì)相結(jié)合的多聚偏磷酸鹽，常在核酸合成受阻時產(chǎn)生并積累。通常存在于藍細菌中，是一種內(nèi)源性氮源儲藏物，同時還兼有儲存能源的作用。在富含H2S的環(huán)境下產(chǎn)生。③藻青素（cyanophycin）磁小體(megnetosome)1975年RPBlakemore在趨磁細菌中發(fā)現(xiàn)主要成分是Fe3O4

，外被一層磷脂、蛋白或糖蛋白膜,是單磁疇晶體,無毒,大小20—100nm,每個細胞有2—20顆形狀為平截八面體、平行六面體或六棱柱體等功能為導向作用，即借助鞭毛游向泥、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，以及制造生物傳感器

在20世紀70年代，一位美國博士生在研究細菌時偶然觀測到一種水生細菌總是朝北方和一定深度的水下游動。這種細菌后來被稱為磁性細菌或稱向磁性細菌。這種磁性細菌在北半球是沿著地球磁場方向朝北和水下游動，而在南半球卻是逆著地球磁場方向朝南和水下游動，但在赤道附近則既有朝北游動的，也有朝南游動的。在這種長條形細菌體中，沿長條軸線排列著大約20顆細黑粒，這些細黑粒是直徑約50納米的強磁性Fe3O4。觀察、實驗和研究表明，磁性細菌所表現(xiàn)的沿地球磁場游動的特性是同細菌體內(nèi)所含的強磁性Fe3O4（也可稱為鐵的鐵氧體）分不開的。為什么這些強磁性鐵氧體顆粒的直徑總是在50納米左右，而不是更粗或者更細的顆粒？為什么這些磁性細菌在地球北半球和南半球的游動方向會分別向北和向南？目前的研究是這樣說明的：這種強磁性鐵氧體（Fe3O4）顆粒在50納米附近正好形成單磁疇結(jié)構(gòu)，可得到最佳的強磁性。如果顆粒太粗，會形成多磁疇結(jié)構(gòu)，而如果顆粒太細，又會產(chǎn)生超順磁性，都會使其強磁性減弱。這種磁性細菌在地球北半球和南半球的游動方向分別向北和向南，是因為這種磁性細菌是一種厭氧性細菌，這樣沿地球磁場游動都正好離開海洋表面而游向少氧的海面下，而且在這樣海面下也正是養(yǎng)料較為豐富的區(qū)域。不過這些解釋是還需要進一步的觀察、實驗和研究的。羧酶體（carboxysome）存在于一些自養(yǎng)細菌內(nèi)的多角形或六角形內(nèi)含物大小約10nm（與噬菌體相仿）內(nèi)含1，5—二磷酸核酮糖羧化酶在自養(yǎng)細菌的CO2固定中起關(guān)鍵作用氣泡

由蛋白質(zhì)膜構(gòu)成的充滿氣體的泡狀物。有些細菌細胞質(zhì)中含有幾個或多個氣泡。常見于光合細菌和水生細菌。氣泡的功能：■調(diào)節(jié)細胞比重，加大菌體的浮力,借氣泡漂浮能力，以使其漂浮在合適的水層中，使無鞭毛菌在合適的環(huán)境中生長?！鰵馀菸湛諝猓諝庵械难鯕饪晒┐x需要。例：許多光合細菌和水生細菌、鹽桿菌常含有氣泡。3核區(qū)（nuclearregionorarea）又稱核質(zhì)體、原核、擬核、核基因組。指原核生物所特有的無核膜結(jié)構(gòu)、無固定形態(tài)的原始細胞核。由大型環(huán)狀雙鏈DNA纖絲不規(guī)則地折疊或纏繞而構(gòu)成的無核膜、核仁的區(qū)域。細菌DNA：長度：一般為：0.25—3mm例：大腸桿菌的DNA長約1mm。

生長迅速的細菌在核分裂之后細胞往往來不及分裂,所以細胞中常有2—4個核，而生長緩慢的細菌細胞中一般只有1—2個核，不在染色體復制時期一般是單倍體。功能：負載遺傳信息。ExamplesofnucleoidstructureanddistributioninSulfolobuscells.

電鏡下觀察到的從E.coli.細胞內(nèi)釋放出的獨立擬核3、核區(qū)

研究熱點：核區(qū)是細菌負載遺傳信息的主要物質(zhì)基礎(chǔ)外，核區(qū)上是否有蛋白質(zhì)的存在？

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。芽胞成熟后可自行從芽孢囊中釋放出來。因芽孢的形成都是在細胞內(nèi)，故又稱內(nèi)生孢子。4特殊的休眠構(gòu)造－芽孢（endospore)芽孢芽孢囊芽孢的形狀、位置、大小芽孢的形狀、位置、大小是細菌分類的形態(tài)特征之一。它們一般呈現(xiàn)卵圓形、或圓柱形、多位于菌體中央。通常不大于菌體寬度。★1、對高溫、干燥、輻射、化學藥物有強大的抵抗力。★2、含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易著色，折光性強。★3、芽胞內(nèi)新陳代謝幾乎停止，處于休眠狀態(tài)，但保持潛在萌發(fā)力?！?、一個芽孢萌發(fā)只產(chǎn)生一個營養(yǎng)狀態(tài)的細胞，故芽孢無繁殖能力?！?、芽孢的本質(zhì)：即不是細菌生活周期的必經(jīng)階段，也不是細菌繁殖的一種形式，又不是對環(huán)境的消極反應，而是一種生命形式，一種獨立的休眠體。芽孢的特性產(chǎn)生芽孢的主要幾個屬：(Bacillus)芽孢桿菌屬(Clostridium)梭狀芽孢桿菌屬(Sporosarcina)芽孢八疊球菌屬產(chǎn)芽孢的細菌種類spores枯草芽孢桿菌在桿菌中能形成芽孢的種類較多，在球菌和螺旋菌中只有少數(shù)菌種可形成芽孢。細菌芽孢構(gòu)造的模式圖孢外壁芽孢衣

皮層芽孢質(zhì)芽孢核區(qū)芽孢膜芽孢壁核心芽孢的外壁層厚而致密，主要成分為脂蛋白，通透性差,不易著色。核心含有大量的DNA、RNA、蛋白質(zhì)酶等物質(zhì)，還含有2,6—吡啶二羧酸（DPA）,DPA是芽孢特有的成分。一般以DPA—Ca的形式存在。皮層主要含芽孢肽聚糖、DPA—Ca，皮層體積大，比較致密。芽孢平均含水量低,約40%.芽孢的組成和結(jié)構(gòu)芽孢有多層結(jié)構(gòu)，主要包括孢外壁、芽孢衣、皮層和核心。核心皮層芽孢衣孢外壁芽孢的顯微照片芽孢的形成過程質(zhì)膜內(nèi)陷前芽孢雙層膜形成合成DPA皮層合成芽孢裂解DNA濃縮形成束狀孢衣合成具有抗輻射能力吸收大量鈣離子，形成DPA－Ca的復合物，形成原皮層，折光率提高出現(xiàn)抗熱性活化方法：熱處理，低PH，強氧化劑使得芽孢的透性增加，促進與發(fā)芽有關(guān)的蛋白酶的活動，促使芽孢萌發(fā)。芽孢的萌發(fā)活化－出芽－生長芽孢耐熱機制

（1）皮層膨脹滲透調(diào)節(jié)學說：芽孢衣對多價陽離子的滲透性很差和皮層的離子強度很高造成皮層滲透膨脹核心高度失水，所以耐熱。（2）與其高濃度的DPA，以及含水量有關(guān)；與其所含的一些酶有關(guān)，這些酶并不抗熱，只是在芽孢中與一些物質(zhì)結(jié)合后才有了抗熱性；Ca2+、Mg2+和Mn2+含量有關(guān)（增進了酶的抗熱性與穩(wěn)定性。伴胞晶體（parasporalcrystal）少數(shù)芽孢桿菌，如Bacillusthuringiensis（蘇云金芽孢桿菌）在形成芽孢的同時，會在芽孢旁形成一個菱形或雙錐形的堿溶性蛋白晶體（即δ內(nèi)毒素）稱為伴胞晶體。它的干重可達芽孢囊的約30%，由18種氨基酸組成，大小約0.6＊2.0μm。伴胞晶體對200多種昆蟲尤其是鱗翅目昆蟲的幼蟲有毒殺作用，因此可以用做生物農(nóng)藥。蘇云金芽孢桿菌和伴孢晶體Bt生物殺蟲劑的研究與應用：1、液體或固體發(fā)酵生產(chǎn)菌體在農(nóng)田直接施用；2、將毒蛋白克隆到植物中構(gòu)建基因工程抗蟲作物；3、研究如何提高Bt殺蟲劑的生產(chǎn)與應用水平楚天都市報（2001-9-14）Bt生物殺蟲劑的生產(chǎn)和應用中存在的相關(guān)問題：噬菌體感染嚴重影響發(fā)酵生產(chǎn)的正常進行；Bt殺蟲劑在野外大規(guī)模使用時，日光的紫外線破壞其殺蟲晶體蛋白，顯著影晌殺蟲效果。有資料表明，將Bt制劑在模擬陽光下暴露24小時便會導致大量失活，因此，如何延長Bt制劑的持效性已成為進一步提高該制劑實際應用效果的關(guān)鍵問題之一。黑色素具有防紫外線，抗噬菌感染的特性，將細菌產(chǎn)生的黑色素用于Bt殺蟲劑的生產(chǎn)和應用，或直接構(gòu)建能自身產(chǎn)生黑色素的Bt工程菌株，將嗜麥芽假單胞菌（Pseudomonasmaltophilia）的酪氨酸酶基因用重組DNA技術(shù)轉(zhuǎn)入E.coliHB101中，獲得產(chǎn)黑色素的基因工程WY8菌；對其產(chǎn)黑色素的發(fā)酵條件進行了研究，在添加酪氨酸的液體ＬＢ培養(yǎng)基中的黑色素產(chǎn)量達到1.66mg/mL，產(chǎn)率是基因來源菌的５倍；產(chǎn)黑色素高產(chǎn)工程菌株的構(gòu)建為黑色素的生產(chǎn)和應用，及進一步構(gòu)建高效表達黑色素的Bt工程菌株打下了良好的基礎(chǔ)。2024/11/290研究芽孢的意義1、分類鑒定2、保存菌種3、分離菌種4、生物殺蟲5、滅菌標準細菌的其他休眠構(gòu)造細菌的休眠構(gòu)造除上述芽孢外，還有孢囊、粘液孢子的、蛭孢囊和外生孢子等。孢囊也是在逆境中產(chǎn)生的休眠體。和芽孢一樣沒有繁殖功能。在適宜外界條件下，可發(fā)芽和重新進行營養(yǎng)生長。項目

芽孢

孢囊

形成方式外壁層次外壁成分抗性貯藏物代表菌

細胞內(nèi)濃縮并外包多（4～10余層）蛋白質(zhì)、肽聚糖（近G＋菌）抗熱、輻射及藥物等無特殊貯藏物芽孢桿菌屬、梭菌屬細胞壁外層加厚少（3層左右）磷脂、脂多糖（近G－菌）抗干旱為主，不抗熱聚―?―羥丁酸（PHB）固氮菌屬芽孢與孢囊的比較三.細胞壁以外的構(gòu)造糖被（glycocalyx）鞭毛

(flage,復flagella)菌毛（fimbria,復fimbriae）性毛（pili,單數(shù)pilus）鞭毛菌毛性毛糖被3.1糖被(glycocalyx)根據(jù)糖被的形狀和厚度的不同，可分為四類：(大）莢膜：粘液狀物質(zhì)具有一定外形，相對穩(wěn)定地附著在細胞壁外，厚度：＞0.2μm。微莢膜（microcopsule)：粘液狀物質(zhì)較薄，厚度：＜

0.2μm與細胞表面牢固結(jié)合。粘液層(slimelayer)：粘液物質(zhì)沒有明顯的邊緣，比莢膜松散,可向周圍環(huán)境中擴散,增大黏性。菌膠團(zoogloea):包裹在細胞群體上的膠狀物質(zhì)。

包被于某些細菌細胞壁外的一層厚度不定的粘液性膠狀物質(zhì)。莢膜成分多糖純多糖雜多糖多肽和多糖蛋白質(zhì)葡聚糖纖維素果聚糖……多肽海藻酸透明質(zhì)酸……聚-D-谷氨酸……糖被成份：多糖，多肽或蛋白質(zhì)，水。（三）細胞的結(jié)構(gòu)6、細菌細胞壁以外的構(gòu)造———

糖被（glycocalyx）2）特點（詳見P57-58）（1）主要成分是多糖、多肽或蛋白質(zhì)，尤以多糖居多。經(jīng)特殊的莢膜染色，特別是負染色（又稱背景染色）后可在光學顯微鏡清楚地觀察到它的存在。2024/11/298（三）細胞的結(jié)構(gòu)6、細菌細胞壁以外的構(gòu)造———

糖被（glycocalyx）2）特點（詳見P57-58）（1）主要成分是多糖、多肽或蛋白質(zhì)，尤以多糖居多。經(jīng)特殊的莢膜染色，特別是負染色（又稱背景染色）后可在光學顯微鏡清楚地觀察到它的存在。（2）產(chǎn)生糖被是微生物的一種遺傳特性，其菌落特征及血清學反應是是細菌分類鑒定的指標之一。（3）莢膜等并非細胞生活的必要結(jié)構(gòu)，但它對細菌在環(huán)境中的生存有利。（詳見P57倒數(shù)第1-58第1段）（4）細菌糖被與人類的科學研究和生產(chǎn)實踐有密切的關(guān)系。

（詳見P58第二大段）莢膜的觀察熒光顯微鏡負染色特殊染色熒光顯微鏡下的莢膜莢膜功能保護作用貯藏養(yǎng)料堆積代謝廢物附著作用保護細菌免受干旱損壞防止噬菌體的吸附和裂解使致病菌免受突破宿主白細胞吞噬作為透性屏障或離子交換系介質(zhì)細菌間的信息識別作用為主要表面抗原（K抗原），是有些病原菌的毒力因子莢膜與菌落形態(tài)光滑（Smooth,S-)型菌落——產(chǎn)莢膜的細菌在固體培養(yǎng)基上形成的菌落表面濕潤、有光澤、呈粘液狀，稱S-型菌落。粗糙（Rough,R-)型菌落——不產(chǎn)莢膜的細菌形成的菌落表面干燥、粗糙、稱R-型菌落。莢膜的形成條件(1)莢膜的形成是微生物的遺傳特征之一，是“種”的特征。但不是細菌的必要結(jié)構(gòu)，失去莢膜的菌株照樣能夠生活。(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（與環(huán)境密切相關(guān)）。如腸膜明串珠菌(Leuconostomesenterondes)以蔗糖為碳源時合成葡聚糖成分的莢膜。莢膜與生產(chǎn)實踐的關(guān)系應用：莢膜也可以成為有價值的材料。如：Leucomostocmesenteroides的葡聚糖莢膜已用于生產(chǎn)代血漿的主要成分——右旋糖酐和葡聚糖凝膠制劑；從野菜黃單胞菌（Xanthomonascampestris）莢膜提取黃原膠，它是優(yōu)良的食品添加劑，又是石油開采中優(yōu)良的壓漿劑；用產(chǎn)菌膠團的菌進行污水處理等；通過莢膜的血清學反應進行細菌鑒定（莢膜膨脹試驗）。危害：食品變質(zhì)發(fā)粘；增強致病力；造成嚴重齲齒等。2、鞭毛定義：是一端連于細胞膜，一端游離的細長的波形纖絲狀物，具有運動的功能?；【菥?，假單胞菌和極少數(shù)球菌有。著生方式：一端單毛菌；一端叢毛菌；兩端鞭毛菌；周毛菌觀察方法：電子顯微鏡；染色；懸滴法觀察；培養(yǎng)基觀察3.2鞭毛（flagellum）概念：生長在某些細菌體表的長絲狀蛋白質(zhì)附屬物，稱為鞭毛，其數(shù)目為一至數(shù)條，具有運動功能。鞭毛的長度：一般為15—20μm，最長可達70μm鞭毛的直徑：為0.01—0.02μm電鏡特殊鞭毛染色，在光學顯微鏡下觀察暗視野顯微鏡半固體穿刺培養(yǎng)從固體培養(yǎng)基上的菌落形態(tài)判斷一般情況下：菌落形狀大，薄且不規(guī)則，邊緣極不平整，可能有鞭毛。菌落十分圓滑，邊緣平整且相對較厚，可能沒有鞭毛。鞭毛的觀察鞭毛的著生方式周生

鞭毛的有無和著生方式具有十分重要的分類學意義單端鞭毛端生叢毛兩端生鞭毛周生鞭毛鞭毛的結(jié)構(gòu)由鞭毛絲．鞭毛鉤．基體三部分組成：鞭毛絲：由直徑4.5nm的鞭毛蛋白亞基沿央孔道（直徑為20nm）螺旋狀纏繞而成。鞭毛鉤：又稱鉤形鞘，是連接鞭毛絲和基體的一個彎曲筒狀部分，由蛋白質(zhì)亞基組成。G–菌：L環(huán)、P環(huán)、S環(huán)、M環(huán)G+菌：S環(huán)，M環(huán)基體：由若干個盤狀物即環(huán)組成。鞭毛絲S-M環(huán)L環(huán)P環(huán)鞭毛桿鉤形鞘外壁層肽聚糖層周質(zhì)空間G－細菌鞭毛模式結(jié)構(gòu)細胞膜Fli蛋白Mot蛋白2024/11/2112（三）細胞的結(jié)構(gòu)7、細菌細胞壁以外的構(gòu)造———

鞭毛(flagellum,復flagella)3）鞭毛的結(jié)構(gòu)及其運動機制（參見P59）If,indeed,Yonekuraandcolleaguesarecorrect,then"actionatadistance”--theassemblyofastructureatalocationfarawayfromthebacterialcell--isamuchmoresophisticatedprocessthananyofuscouldeverhaveenvisaged.

-----------RobertM.Macnab這個遠離細菌細胞的結(jié)構(gòu)的裝配過程“是一個比我們?nèi)魏稳艘郧八胂蟮亩家鼜碗s的過程”。（三）細胞的結(jié)構(gòu)鞭毛(flagellum,復flagella)觀察和判斷細菌鞭毛的方法（參見P59第二大段）電子顯微鏡直接觀察鞭毛長度：15～20μm；直徑：0.01～0.02μm光學顯微鏡下觀察：鞭毛染色顯微鏡下判斷：細菌的運動性培養(yǎng)特征判斷：半固體穿刺、菌落（菌苔）形態(tài)鞭毛起源于細胞質(zhì)膜內(nèi)側(cè)的基粒。細胞質(zhì)區(qū)內(nèi)有一個顆粒狀小體，此小體為基粒，鞭毛自基粒長出穿過細胞壁延伸到細胞外部。鞭毛的化學組成：主要由鞭毛蛋白構(gòu)成，還含有少量的多糖、脂類和核酸等。鞭毛蛋白，3萬－6萬Dolton，不同種由不同球蛋白分子亞基構(gòu)成。鞭毛運動與細菌的趨避性運動趨避性運動化學趨避性運動氧趨避性運動光趨避性運動（三）細胞的結(jié)構(gòu)鞭毛(flagellum,復flagella)問題1：鞭毛如何運動？鞭毛是如此的細小，根本無法對其運動情況進行直接觀察?。ㄈ┘毎慕Y(jié)構(gòu)鞭毛(flagellum,復flagella)3）鞭毛運動機制（參見P60）鞭毛運動機制：“旋轉(zhuǎn)論”（rotationtheory）

“揮鞭論”（bendingtheory）西佛曼（M.Silverman）和西蒙（M.Simon）的“拴菌”試驗(tethered-cellexperiment)（三）細胞的結(jié)構(gòu)鞭毛(flagellum,復flagella)3）鞭毛運動機制有關(guān)鞭毛運動的機制曾有過“旋轉(zhuǎn)論”（rotationtheory）和“揮鞭論”（bendingtheory）的爭議。1974年，美國學者西佛曼（M.Silverman）和西蒙（M.Simon）曾設(shè)計了一個“拴菌”試驗(tethered-cellexperiment)，設(shè)法把單毛菌鞭毛的游離端用相應抗體牢牢“拴”在載玻片上，然后在光學顯微鏡下觀察細胞的行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該菌是在載玻片上不斷打轉(zhuǎn)（而非伸縮揮動），從而肯定了“旋轉(zhuǎn)論”是正確的。（見P60第一段）鞭毛推動細菌運動的特點（3）細菌的趨避運動鞭毛的功能是運動，這是原核生物實現(xiàn)其趨性（taxis）即趨向性的最有效方式。（參見P60）化學趨避運動或趨化作用（chemotaxis）：細菌對某化學物質(zhì)敏感，通過運動聚集于該物質(zhì)的高濃度區(qū)域或低濃度區(qū)域。（3）細菌的趨避運動化學趨避運動或趨化作用（chemotaxis）：細菌對某化學物質(zhì)敏感，通過運動聚集于該物質(zhì)的高濃度區(qū)域或低濃度區(qū)域。2024/11/2121無化學梯度：進行隨機運動存在引誘劑濃度梯度中：朝著濃度升高的方向前進時翻滾的頻率降低（或運動的時間更長），而在朝著濃度低的方向移動時仍以正常頻率進行翻滾、轉(zhuǎn)向，其結(jié)果是使細菌沿著濃度高的方向運動?；瘜W物質(zhì)濃度的暫時變化也決定著細菌的行為：細菌可把其所處當前環(huán)境與瞬間前的進行對比，如果引誘劑濃度升高了，則翻滾減少、運動時間變長。對驅(qū)避劑的反應則相反，沿著濃度降低的方向離開驅(qū)避劑時，翻滾發(fā)生的頻率降低（運動時間延長）?；瘜W趨避運動或趨化作用（chemotaxis）：細菌對某化學物質(zhì)敏感，通過運動聚集于該物質(zhì)的高濃度區(qū)域或低濃度區(qū)域。4）鞭毛推動細菌運動的特點問題2：如何觀察鞭毛在運動中的旋轉(zhuǎn)方向？細菌以推進方式做直線運動（逆時針方向旋轉(zhuǎn)）以翻騰形式做短促轉(zhuǎn)向運動（順時針方向旋轉(zhuǎn)）實現(xiàn)趨向性把聚苯乙烯膠乳珠黏附在鞭毛上，觀察細菌運動時該膠乳珠繞著鞭毛軸進行的轉(zhuǎn)動。3.3菌毛（fimbria,復fimbriae）概念：又稱纖毛、傘毛、線毛或須毛等，是一種長在細菌體表的纖細、中空、短直、數(shù)量較多的蛋白質(zhì)類附屬物，具有使菌體附著在物體表面的功能。纖毛比鞭毛更短、更細，且又直又硬。數(shù)量很多，不具有運動功能，但與菌的致病性．吸附等有關(guān)。

項目

鞭毛

菌毛成分大小結(jié)構(gòu)數(shù)目功能著生處菌種鞭毛蛋白0.01～0.02×2～70um一般由3股鞭毛蛋白鏈緊密絞1