第1章细菌的形态与结构

1、morphology and structure of bacteria第1 章 细菌的形态与结构第一节第一节 细细 菌的大小与形态菌的大小与形态细菌细菌(bacterium)的定义的定义: 细菌是一种形体微小、结构简单、无成形细胞核、亦无核仁和核膜细菌是一种形体微小、结构简单、无成形细胞核、亦无核仁和核膜,仅有核仅有核蛋白体的原核单细胞微生物蛋白体的原核单细胞微生物(prokaryote single-cell microorganism)。 细菌的基本特点细菌的基本特点(bacterias basic character)：具有细胞壁具有细胞壁(cell wall)、原始的核质原始的核质(

2、original karyoplasm)，以二分裂方式繁殖和对抗生素等，以二分裂方式繁殖和对抗生素等药物敏感药物敏感(sensitive to antibiotic) 。.细菌的大小细菌的大小(size of bacteria) 光学显微镜光学显微镜(light microscope); 测量单位测量单位:微米微米(m) 细菌的观察细菌的观察(optical methods)：细菌本身为无色半透明，：细菌本身为无色半透明，需经过染色需经过染色(staining)才能观察到细菌的形态才能观察到细菌的形态(morphology)（轮廓（轮廓figure）和其结构）和其结构(structure)si

3、ze of bacteria unit for measurement : micron or micrometer,m: 1m=10-3mm size: varies with kinds of bacteria, and also related to their age and external environment.lcocci: sphere, 1m lbacilli: rods , 0.5-1 m in width -3 m in length lspiral bacteria: 13 m in length and 0.3-0.6 m in width. 细菌的形态细菌的形态(

4、morphology) :三大类形态三大类形态球菌球菌(coccus)、 杆菌杆菌(bacillus)和螺形菌和螺形菌(spirala bacterium)三大类三大类1、球菌、球菌(coccus):0.81.2m,外观呈圆球性或近似球性外观呈圆球性或近似球性(肾形、肾形、豆形等豆形等)(often occur in characteristic aggregates (pairs, often occur in characteristic aggregates (pairs, chains, tetrads, clusters, etc.).chains, tetrads, cluster

5、s, etc.). 双球菌双球菌(diplococcus):一个平面上分裂一个平面上分裂,如脑膜炎球菌、肺炎球菌。如脑膜炎球菌、肺炎球菌。.链球菌链球菌(streptococcus):一个平面上分裂一个平面上分裂,分裂后多个菌体粘连分裂后多个菌体粘连成链状。如溶血性链球菌成链状。如溶血性链球菌(hemolytic streptococcus) 。四联球菌四联球菌八叠球菌八叠球菌. 四联球菌四联球菌(retrad)、 八叠球菌八叠球菌(sarcina).葡萄球菌葡萄球菌(staphylococcus):多个不规则的平面上分裂多个不规则的平面上分裂,粘连粘连成葡萄串状。如金黄色葡萄球菌成葡萄串状。

6、如金黄色葡萄球菌(staphyloccus aurea)。杆菌杆菌(bacillus) (bacilli, or cylindrical or rod-shapes bacilli, or cylindrical or rod-shapes cell)scell)s 外形呈杆形，其大小、长短及粗细不一致，（最大的如炭疽杆菌）外形呈杆形，其大小、长短及粗细不一致，（最大的如炭疽杆菌）球杆菌、链杆菌、梭杆菌、棒状杆菌（如白喉杆菌）及分支杆菌球杆菌、链杆菌、梭杆菌、棒状杆菌（如白喉杆菌）及分支杆菌（如结核分支杆菌）。（如结核分支杆菌）。 球杆菌球杆菌棒状杆菌（如白喉杆菌棒状杆菌（如白喉杆菌 diph

7、theria bacillus）分支杆菌（如结核分支杆菌分支杆菌（如结核分支杆菌tubercle bacillus）螺形菌螺形菌(spirala bacterium)(spiral or curved formsspiral or curved forms )弧菌弧菌(vibrio)：只有一个弯曲（菌体长：只有一个弯曲（菌体长23m），呈弧），呈弧状或逗点状状或逗点状（图（图1）螺菌螺菌(spirillum)：有数个弯曲（菌体较长：有数个弯曲（菌体较长36m）（图（图2）（图（图1）（图（图2）.总结总结(summarize) 细菌的形态受温度细菌的形态受温度(temperature)、ph、

8、离子、离子和培养时间等因素的影响。（选择生长繁殖的和培养时间等因素的影响。（选择生长繁殖的对对数期数期观察其大小及形态为宜）观察其大小及形态为宜）bacterial structure第二节第二节 细菌的结构细菌的结构structure of bacteriaparticular structures capsule 荚膜荚膜flagella 鞭毛鞭毛pili 菌毛菌毛spore 芽胞芽胞细细 菌菌 的的 结结 构构(bacterias structure) 细菌的基本结构细菌的基本结构( structure)（细细胞壁、细胞膜、细胞质、核质、核蛋白体和质粒）胞壁、细胞膜、细胞质、核质、核蛋白

9、体和质粒） 细菌的特殊结构细菌的特殊结构(particular structure)（荚（荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢）膜、鞭毛、菌毛、芽孢） 一、细菌的基本结构一、细菌的基本结构(basic structure) 细菌的结构分基本结构（细胞壁、细胞膜、细胞质、核质、核蛋细菌的结构分基本结构（细胞壁、细胞膜、细胞质、核质、核蛋白体和质粒）和特殊结构（荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢）。白体和质粒）和特殊结构（荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢）。(cell wall、cell membranecell membrane、cytoplasm cytoplasm 、nucleicsnucleics acids acids、p

10、lasmid)plasmid) (一一)细胞壁细胞壁(cell wall):一种膜状结构一种膜状结构;主要组分是主要组分是肽聚糖肽聚糖(peptidoglycan)(又称粘肽又称粘肽mucopeptide、糖肽或、糖肽或胞壁质胞壁质),为细菌细胞壁（原核生物细胞）所特有的物质。为细菌细胞壁（原核生物细胞）所特有的物质。细胞壁的观察方法：细胞壁的观察方法：膜壁分离法、特殊染色法以及电子显微镜观膜壁分离法、特殊染色法以及电子显微镜观察等方法察等方法1.g+菌菌( g r a m - p o s i t i v e c e l l w a l l )g r a m - p o s i t i v e

11、 c e l l w a l l )的肽聚糖的肽聚糖(peptidoglycan):三部分组成三部分组成(1) 聚糖骨架：聚糖骨架：由由n-乙酰葡糖胺和乙酰葡糖胺和n-乙酰胞壁两种氨基糖乙酰胞壁两种氨基糖交替间隔排列组成（经交替间隔排列组成（经-1,4糖苷键糖苷键联结而成）联结而成）(2) 四肽侧链四肽侧链:由由l-丙氨酸、丙氨酸、d-谷氨酸、谷氨酸、l-赖氨酸、赖氨酸、d-丙氨丙氨酸组成。酸组成。(3) 五肽交链桥：五肽交链桥：五个苷氨酸组成五个苷氨酸组成五肽交链桥将相临的两条聚糖骨架连接起来成三维立体结构。五肽交链桥将相临的两条聚糖骨架连接起来成三维立体结构。 gram-positive

12、cell wall most gram-positive bacteria have a relatively thick (about 20 to 80 nm), continuous cell wall, which is composed largely of peptidoglycan (also known as mucopeptide or murein). in thick cell walls, other cell wall polymers (such as the teichoic acids, polysaccharides, and peptidoglycolipid

13、s) are covalently attached to the peptidoglycan.mmmmmmmmmmmmggggggggggggabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdg+ 菌的肽聚糖结构： g：n-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺 m：n-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸2.g的肽聚糖的肽聚糖(peptidoglycan):二部分组成二部分组成(1) 聚糖骨架聚糖骨架:同同g+菌菌(2)四肽侧链四肽侧链:第三位氨基酸第三位氨基酸(l-赖氨酸赖氨酸)被二氨基庚被二氨基庚二酸二酸(dap)取代取代g菌没有五肽交链桥菌没有五肽交链桥,故只形成二维

14、结构故只形成二维结构gram-negative cell wall in contrast, the peptidoglycan layer in gram-negative bacteria is thin (about 5 to 10 nm thick); in e coli, the peptidoglycan is probably only a monolayer thick. outside the peptidoglycan layer in the gram-negative envelope is an outer membrane structure (about 7.5

15、to 10 nm thick). in most gram-negative bacteria, this membrane structure is anchored noncovalently to lipoprotein molecules (brauns lipoprotein), which, in turn, are covalently linked to the peptidoglycan. the lipopolysaccharides of the gram-negative cell envelope form part of the outer leaflet of t

16、he outer membrane structure.丙mgggdapmg丙丙丙谷谷dapg-菌的肽聚糖结构dap：二氨基庚二酸：二氨基庚二酸3.g+菌细胞壁的特殊组分菌细胞壁的特殊组分():磷壁酸磷壁酸(teichoic acid)及表面特殊蛋白组分及表面特殊蛋白组分(1)壁磷壁酸壁磷壁酸:通过磷脂与肽聚糖的通过磷脂与肽聚糖的m共价连结共价连结膜磷壁酸膜磷壁酸(又称脂磷壁酸又称脂磷壁酸lta):末端糖脂与细胞膜外层的糖脂共末端糖脂与细胞膜外层的糖脂共价连结。另外，与细胞壁其他成分协同，能粘附在人体细胞表面，价连结。另外，与细胞壁其他成分协同，能粘附在人体细胞表面，与细菌的致病性有关。与细菌

17、的致病性有关。 磷壁酸的作用：磷壁酸的作用：(1)g+的重要表面抗原，参与血清学分型；(2)调节离子通过粘肽层，有保存和输送镁离子的作用并维持菌体离子平衡；(3)可能与某些酶的活性有关；(4)为噬菌体的特异性受体；(5)介导粘附，与细菌的致病性有关g+ 菌的特殊组分:磷壁酸及一些表面蛋白膜磷壁酸壁磷壁酸肽聚糖细胞膜磷脂蛋白质细胞壁脂质双层细胞膜肽聚糖微孔蛋白 脂多糖脂蛋白营养结合蛋白外膜周浆间隙4.g菌细胞壁的特殊组分（菌细胞壁的特殊组分（ ）:外膜外膜(outer membrane)，是，是g-菌菌细胞壁的主要结构。由三部分组成细胞壁的主要结构。由三部分组成脂质双层：脂质双层：中间嵌有蛋白质

18、，称为外膜蛋白中间嵌有蛋白质，称为外膜蛋白（lipoproteinlipoprotein） ，其，其中包括孔蛋白，具有物质交换作用，并具有通透性屏障作用，能阻中包括孔蛋白，具有物质交换作用，并具有通透性屏障作用，能阻止多种大分子物质和青霉素、溶菌酶等进入细胞。所以，止多种大分子物质和青霉素、溶菌酶等进入细胞。所以， g菌对菌对青霉素、溶菌酶以及去污剂和碱性染料等比青霉素、溶菌酶以及去污剂和碱性染料等比g+菌有较大的抵抗力。菌有较大的抵抗力。有的外膜蛋白还是噬菌体、细菌素和性菌毛的受体有的外膜蛋白还是噬菌体、细菌素和性菌毛的受体 脂质双层脂多糖（脂多糖（lipopolysacchridelipo

19、polysacchride，lpslps） : :由脂质由脂质a,a,核心多糖和特异核心多糖和特异性多糖组成性多糖组成脂质a:内毒素生物活性主要组分,无种属 特异性核心多糖:有属特异性特异多糖: g-菌的菌体抗原(o抗原), 有种特异性外膜的功能：外膜的功能：(1)菌的主要致病物质；(2)所带的负电荷可吸附钙、镁离子以提高其浓度；(3)具有抗原性；(4)是噬菌体和性菌毛吸附的受体；(5)具有选择性屏障功能。 gram negative bacterialmajor permeability barrier(通透性屏障）通透性屏障） lspace between inner and outer

20、membraneperiplasmic space（周浆间隙）（周浆间隙）vstore degradative enzymes（降解酶）（降解酶）lgram positive bacteria lno periplasmic spaceouter membrane5 5、细胞壁主要功能、细胞壁主要功能 维持细菌固有形态维持细菌固有形态 保护细菌抵抗低渗环境保护细菌抵抗低渗环境 屏障作用：防止药物渗入，对抗菌药物产生抗性屏障作用：防止药物渗入，对抗菌药物产生抗性 完成菌体内外物质交换完成菌体内外物质交换 决定菌体的抗原性决定菌体的抗原性 某些成分与致病性有关某些成分与致病性有关 参与细菌细胞分裂

21、参与细菌细胞分裂 functions of cell wall maintaining the cells characteristic shape- the rigid wall compensates for the flexibility of the phospholipid membrane and keeps the cell from assuming a spherical shape countering the effects of osmotic pressure providing attachment sites for bacteriophages providin

22、g a rigid platform for surface appendages- flagella, fimbriae, and pili all emanate from the wall and extend beyond it play an essential role in cell division be the sites of major antigenic determinants of the cell surface。 resistance of antibiotics 6细胞壁缺陷型细菌（细胞壁缺陷型细菌（l型细菌型细菌l-formed bacteria） ：(1)

23、形成原因形成原因:肽聚糖结构受理化或生物因素肽聚糖结构受理化或生物因素(例青霉素例青霉素(penicillin)和和溶菌酶溶菌酶(lysozyme) )的破坏及合成被抑制的破坏及合成被抑制wall-less forms of bacteria. when bacteria are treated with 1) enzymes that are lytic for the cell wall e.g. lysozyme or 2) antibiotics that interfere with biosynthesis of peptidoglycan, wall-less bacteria

24、are often produced. usually these treatments generate non-viable organisms. wall-less bacteria that can not replicate are referred to as spheroplasts (when an outer membrane is present) or protoplasts (if an outer membrane is not present). occasionally wall-less bacteria that can replicate are gener

25、ated by these treatments (l forms).(2) 形态形态:多型性多型性;均为均为g阴性；去除诱导因素后，阴性；去除诱导因素后，l型可型可回复为原菌回复为原菌l型葡萄球菌葡萄球菌(3)培养特性培养特性(properties of culturing):需提高培养基的渗透压需提高培养基的渗透压(补充补充3-5%nacl,10-20%的蔗糖的蔗糖;另加另加10-20%的人或马血清的人或马血清);菌落特点菌落特点:荷包蛋样菌落（也可见颗粒型和丝状形）或在液体荷包蛋样菌落（也可见颗粒型和丝状形）或在液体培养基中呈疏松的絮状颗粒、沉于管底而培养基澄清。培养基中呈疏松的絮状颗粒

26、、沉于管底而培养基澄清。原菌菌落原菌菌落荷包蛋样荷包蛋样l型菌落型菌落(4)致病性致病性(pathogenesis): 1）致病特点：多组织的间质性炎症）致病特点：多组织的间质性炎症2）常见疾病：通常引起）常见疾病：通常引起慢性感染慢性感染，如尿路感染，如尿路感染（多见）（多见）、骨髓、骨髓炎、心内膜炎炎、心内膜炎(一般培养往往阴性一般培养往往阴性) ；常在；常在使用了作用于细胞壁的使用了作用于细胞壁的抗菌药物后发生抗菌药物后发生（二）细胞膜（二）细胞膜(cell envelope) 参与物质转运、生物合成和分泌、呼吸并与细胞参与物质转运、生物合成和分泌、呼吸并与细胞分裂有关等作用分裂有关等作

27、用（三）细胞质（三）细胞质 (cytoplasm)1.核糖体核糖体/核蛋白体核蛋白体(ribosome):细菌合成蛋白质的场所细菌合成蛋白质的场所;70%rna+30%蛋白质蛋白质;70s(50s+30s): ribosomal are 70s with subunits 30s (16s ribosomal are 70s with subunits 30s (16s rrna) and 50s (5s & 23s rrnarrna) and 50s (5s & 23s rrna) )链霉素和红霉素作用于链霉素和红霉素作用于50s及及30s亚基亚基,干扰蛋白质的合成干扰蛋白质的合成部分抗菌药

28、物的作用机制部分抗菌药物的作用机制2.质粒质粒(plasmid): 染色体外的遗传物质；染色体外的遗传物质； 闭合环状双股闭合环状双股dna,控制细菌的某些特定遗传性状控制细菌的某些特定遗传性状; 能独立进行复制而分配到子代细胞中去能独立进行复制而分配到子代细胞中去; 控制的形状非细菌生命活动所必须控制的形状非细菌生命活动所必须; 分子生物学研究中重要的载体工具。分子生物学研究中重要的载体工具。质粒控制的形状有：性菌毛生成、耐药性、细菌素产生、毒素质粒控制的形状有：性菌毛生成、耐药性、细菌素产生、毒素形成等。形成等。plasmidplasmids are small，circular/line

29、，extrachromosomal，double-stranded dna molecules。they are capable of self-replication and contain genes that confer some properties，such as antibiotic resistance，virulence factors。plasmids are not essential for cellular survival. linclusions are aggregates of various compounds that are normally invol

30、ved in storing energy reserves or building blocks for the cell. inclusions accumilate when a cell is grown in the presence of excess nutrients and they are often observed under laboratory conditions.granulosegranulose extrachromosomal dna multiple copy number coding pathogenesis and antibiotic resis

31、tance factors bacterial replication3.胞质颗粒胞质颗粒(cytoplasmic granules,又称内含物又称内含物) (1)异染颗粒：大多为储藏的营养物质异染颗粒：大多为储藏的营养物质;主要成分主要成分:rna和多偏磷酸和多偏磷酸(嗜碱性嗜碱性强强,甲基兰染色成异染颗粒甲基兰染色成异染颗粒,亦称纡回体。亦称纡回体。在白喉杆菌中称极体在白喉杆菌中称极体)（2）脂质颗粒、多糖颗粒）脂质颗粒、多糖颗粒(五五) 核核 质质(nuclear material)*喹诺酮类药物作用于dna旋转酶，抑制dna的复制第二节第二节 细菌的特殊结构细菌的特殊结构（specia

32、l structures of bacterial special structures of bacterial ）（荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢）（荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢） (一一)荚膜（荚膜（ capsulescapsules ）: 是一层包围在细菌细胞壁外厚度是一层包围在细菌细胞壁外厚度0.2um、边界清楚、化学性质主要为多糖、边界清楚、化学性质主要为多糖的粘液性物质。的粘液性物质。*微荚膜（微荚膜（m蛋白、蛋白、vi抗原、抗原、k抗原）、粘液层抗原）、粘液层1化学成分化学成分:多糖（多糖（ polysaccharidepolysaccharide ）(可用于分型可用于分型)、少数为多肽、少

33、数为多肽;2形成条件形成条件: 在动物体内或大量血清或糖的培养基中容易形成荚膜在动物体内或大量血清或糖的培养基中容易形成荚膜;普通培养基上则易消普通培养基上则易消失。失。荚膜：边界清楚，荚膜：边界清楚，厚度大于厚度大于0.2m many bacteria synthesize large amounts of extracellular polymer （聚合物）when growing in their natural environments. when the polymer forms a condensed, well-defined layer closely surroundin

34、g the cell, it is called the capsule. with one known exception (the polypeptide capsule), the polymer is polysaccharide（多糖）. the capsules are hard to stain directly, and usually capsules are demonstrated by the negative staining (负染) procedure.the capsule is a major virulence factor (毒力因子).-protect

35、the encapsulated cells from phagocytosis (吞噬).-act as a barrier to antimicrobial substances in the blood, body fluids.-promote adherence to other bacteria or to host tissue surfaces or to the surfaces of certain medical equipments (医疗器械).3.功能功能:抗吞噬作用抗吞噬作用;抗有害物质的损伤作用抗有害物质的损伤作用;抗干燥抗干燥作用。作用。 粘附作用粘附作用:荚

36、膜多糖可使细菌彼此相连，粘附于荚膜多糖可使细菌彼此相连，粘附于组织细胞或无生命物质表面，在粘膜细胞表面形成生物膜组织细胞或无生命物质表面，在粘膜细胞表面形成生物膜（ biomembrane),是引起感染的重要因素。是引起感染的重要因素。肺炎球菌肺炎球菌产气荚膜梭菌产气荚膜梭菌(二二)鞭毛（鞭毛（flagellum） :细菌菌体上附有的细长并呈波状弯曲具有细菌菌体上附有的细长并呈波状弯曲具有运动功能的丝状物。运动功能的丝状物。（包括所有的弧菌和螺菌，半数的杆菌和个别球菌）（包括所有的弧菌和螺菌，半数的杆菌和个别球菌）1、细菌的、细菌的运动器官运动器官,与致病性有关与致病性有关 ；2、需用电子显微

37、镜观察或特殊染色后才能在光学显微镜下观察。需用电子显微镜观察或特殊染色后才能在光学显微镜下观察。 bacterial flagella are thread-like appendages (附属结构), and are constructed of a class of proteins called flagellins. the number and distribution of flagella on the bacterial surface are characteristic for a given species and hence are useful in identif

38、ying and classifying bacteria .there are four flagella types。 they are the organs of locomotion (运动) and provide motility (动力) for bacteria, allowing the cell to swim （chemotaxis 趋化性）toward food and away from poisons. they are highly antigenic （h antigens）.电子显微镜下的细菌鞭毛电子显微镜下的细菌鞭毛伤寒杆菌的周身鞭毛伤寒杆菌的周身鞭毛菌体菌

39、体鞭毛鞭毛根据鞭毛的数量和部位，鞭毛菌分四类：1、单毛菌（如霍乱弧菌 ） 3、丛毛菌（如铜绿假单胞菌）2、双毛菌（如空肠弯曲菌） 4、周毛菌（如伤寒沙门菌）双毛菌双毛菌 鞭毛的功鞭毛的功 能：能：细菌的运动器官；细菌的运动器官；化学趋向性；化学趋向性；与某些细菌的致病性相关；与某些细菌的致病性相关；数量、分布可用以鉴别细菌；数量、分布可用以鉴别细菌；鞭毛抗原有很强的免疫原性。鞭毛抗原有很强的免疫原性。(三三)菌毛（菌毛（pilus):1.定义定义: 是附着在菌体表面的一种比鞭毛更细、短、直与运动无关的是附着在菌体表面的一种比鞭毛更细、短、直与运动无关的,化学化学成分是蛋白质的结构称菌毛。成分是

40、蛋白质的结构称菌毛。2.普通菌毛普通菌毛(ordinary pilus)是一种是一种粘附结构粘附结构,与宿主细胞（与宿主细胞（包括人与动物的红细胞和消化道、呼包括人与动物的红细胞和消化道、呼吸道、泌尿道的粘膜上皮细胞）吸道、泌尿道的粘膜上皮细胞）表面的特异受体结合表面的特异受体结合;数量数量多多。3.性菌毛性菌毛(sex pilus)仅见于仅见于少数少数g菌菌,数量数量少少;质粒可通过性菌毛在质粒可通过性菌毛在f+菌与菌与f菌之间传递。菌之间传递。亦是某些噬菌体吸附于菌细胞的受体。亦是某些噬菌体吸附于菌细胞的受体。pili are hairlike structures on the outs

41、ide of bacteria. they are shorter and finer than flagella.there are two classes of pili, ordinary pili and sex pili.1. ordinary pili (普通菌毛)generally, several hundred pili are arranged over the entire surface of the bacterial cell. they promote adherence of pathogenic bacteria to host cells and are a

42、n important virulence factor.2. sex pili (性菌毛)they promote the transfer of the genetic material (遗传物质的转移) between bacteria in bacterial conjugation (接合).(四四)芽胞芽胞(spore)1.定义定义: 某些细菌在一定的环境条件下某些细菌在一定的环境条件下,能在菌体内部形成一个圆形或能在菌体内部形成一个圆形或卵圆形小体卵圆形小体,称为内芽胞（内生胞子）称为内芽胞（内生胞子）,简称芽胞。简称芽胞。spore forming inside a bact

43、erium under conditions of nutritional depletion, some gram-positive bacteria can convert from a vegetative (繁殖状态) state to a dormant state (休眠状态), and form a single internal spore, endospore (内芽胞). the spore looks bright, often ovoid（卵圆形） in the microscope. the spore contains a complete nucleus, all of the components of the protein-synthesizing apparatus and an energy-generatin