细菌细胞结构课件

1、细菌细胞结构六、细菌细胞结构六、细菌细胞结构一般构造一般构造：如细胞壁、细胞膜、细胞质、核质：如细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、核糖体等，是所有细菌都有的构造体、核糖体等，是所有细菌都有的构造特殊构造特殊构造：主要有鞭毛、菌毛、性菌毛、荚膜：主要有鞭毛、菌毛、性菌毛、荚膜和芽孢等，并非所有细菌都有的构造和芽孢等，并非所有细菌都有的构造细菌细胞结构Schematic diagram of a typical procaryotic cell. Minimally, a procaryote is composed of a cell wall and plasma membrane that s

2、urrounds its cytoplasm containing a chromosome, ribosomes, enzymes, several classes of RNA, and small molecules (precursors). 细菌细胞结构（一）细胞壁（一）细胞壁cell wall:cell wall:细胞壁的观察方法：细胞壁的观察方法： 质壁分离染色质壁分离染色 电镜观察电镜观察G G与与G G- -细菌细菌cwcw的模式结构的模式结构共有组分共有组分肽聚糖肽聚糖特有组分特有组分GG磷壁酸磷壁酸 GG脂多糖脂多糖细胞壁是位于菌体的外层，细胞壁是位于菌体的外层，内侧紧贴

3、细胞膜的一层无色内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构。透明，坚韧而有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的细胞壁约占细胞干重的10%-10%-25%25%。细菌细胞结构Electron micrograph of a G+ cell wall. Electron micrograph of a G- cell wall. 细菌细胞结构细胞壁细胞壁cell wall: :细菌细胞结构Gram Positive细菌细胞结构Gram Negative细菌细胞结构概念：肽聚糖是由概念：肽聚糖是由N-N-乙酰胞乙酰胞壁酸（壁酸（NAMNAM）和）和N-N-乙酰葡糖乙酰葡糖胺（胺（NAGNAG）以及

4、短肽链（主）以及短肽链（主要是四肽）组成的亚单位聚要是四肽）组成的亚单位聚合而成的大分子聚合物。合而成的大分子聚合物。(1)CW(1)CW的基本骨架的基本骨架肽聚糖肽聚糖( (共有成分共有成分) )G+菌肽聚糖单体细菌细胞结构细菌细胞结构A comparison of L and D amino acids. Note that while the structure is identical, it is impossible to superimpose them.细菌细胞结构肽聚糖网格状结构肽聚糖网格状结构细菌细胞结构 NAGNAG与与NAMNAM残基以残基以-1,4-1,4糖苷键交替连

5、接，形成聚糖苷键交替连接，形成聚糖的骨架糖的骨架( (主链主链) )；一组相同的短肽侧链接于；一组相同的短肽侧链接于NAMNAM上；上；相连主链上的短肽侧链通过一条肽桥、或直接相连，相连主链上的短肽侧链通过一条肽桥、或直接相连，从而形成网状分子结构。从而形成网状分子结构。G+菌肽聚糖单体G菌肽聚糖单体细菌细胞结构Schematic diagram of the peptidoglycan sheet of Staphylococcus aureus. G = N-acetyl-glucosamine; M = N-acetyl-muramic acid; L-ala = L-alanine;

6、D-ala = D-alanine; D-glu = D-glutamic acid; L-lys = L-lysine. This is one type of murein found in Gram-positive bacteria. Compared to the E. coli peptidoglycan there is L-lys in place of DAP (diaminopimelic acid) in the tetrapeptide. The free amino group of L-lys is substituted with a glycine pentap

7、eptide (gly-gly-gly-gly-gly-) which then becomes an interpeptide bridge forming a link with a carboxy group from D-ala in an adjacent tetrapeptide side chain. Gram-positive peptidoglycans differ from species to species, mainly in regards to the amino acids in the third position of the tetrapeptide s

8、ide chain and in the amino acid composition of the interpeptide bridge. 细菌细胞结构肽聚糖的特点肽聚糖的特点: :1)1)为原核生物所特有为原核生物所特有( (古细菌例外古细菌例外) ) 2)D-2)D-型氨基酸和型氨基酸和DAPDAP在真核细胞中未发现在真核细胞中未发现 3)3)个别菌中个别菌中DAPDAP（二氨基庚二酸）可为（二氨基庚二酸）可为Lys Lys 代替代替 细菌细胞结构革兰氏阳性细菌与阴性细菌肽桥的类型革兰氏阳性细菌与阴性细菌肽桥的类型注：第四型肽桥为Corynebacterium poinsettiae（

9、猩猩木棒杆菌）所特有细菌细胞结构(2)G(2)G+ +菌的细胞壁菌的细胞壁细胞壁厚度细胞壁厚度 较厚，较厚，20-30nm20-30nm细胞壁分层细胞壁分层 不分层不分层肽聚糖含量肽聚糖含量 含量高含量高(30-70)(30-70)肽聚糖层数肽聚糖层数 层数多层数多交联度交联度 交联度高交联度高磷壁酸磷壁酸 有有脂多糖脂多糖 无无DAP DAP 无无肽聚糖肽聚糖( (peptidoglycan) )磷壁酸磷壁酸( (teichoic acid) )细菌细胞结构 磷壁酸磷壁酸teichoic acid( (垣酸垣酸) ) 占壁干重占壁干重40-50%40-50%。是以。是以磷酸多元醇磷酸多元醇分

10、子的重复结构单位为分子的重复结构单位为主链（骨架）的阴离子多聚物。在多数情况下，磷壁酸分子中主链（骨架）的阴离子多聚物。在多数情况下，磷壁酸分子中的磷酸多元醇是磷酸甘油，或磷酸核糖醇，因此，的磷酸多元醇是磷酸甘油，或磷酸核糖醇，因此，根据主链组根据主链组成不同成不同可以将磷壁酸分为两大类：可以将磷壁酸分为两大类：磷酸甘油型磷壁酸磷酸甘油型磷壁酸核糖醇型磷壁酸核糖醇型磷壁酸细菌细胞结构磷酸甘油型磷壁酸磷酸甘油型磷壁酸细菌细胞结构根据结合部位的不同分为：根据结合部位的不同分为： 壁磷壁酸壁磷壁酸: :含量多，通过共价键与肽聚糖分子结含量多，通过共价键与肽聚糖分子结合合, ,并延伸到肽聚糖分子表面并

11、延伸到肽聚糖分子表面, , 带有负电荷。带有负电荷。 膜磷壁酸膜磷壁酸: :与菌细胞原生质膜的脂类结合。与菌细胞原生质膜的脂类结合。细菌细胞结构磷壁酸的功能协助肽聚糖加固细胞壁；协助肽聚糖加固细胞壁；增强细胞膜的稳定性；增强细胞膜的稳定性；提高膜结合酶的能力提高膜结合酶的能力( (使细胞壁形成负电荷环使细胞壁形成负电荷环 境境, ,以利于吸附镁离子以利于吸附镁离子, ,维持酶活维持酶活) )构成噬菌体的吸附位点构成噬菌体的吸附位点; ;形成表面形成表面抗原决定簇抗原决定簇的主要成分。的主要成分。 保证某些革兰氏阳性致病菌与其保证某些革兰氏阳性致病菌与其宿宿主间的粘主间的粘连连, ,如双歧杆菌可

12、通过如双歧杆菌可通过磷壁酸磷壁酸与肠上皮细胞表面与肠上皮细胞表面受体结合等。受体结合等。 细菌细胞结构(3)G的细胞壁细胞壁厚度细胞壁厚度 较薄较薄10-15nm10-15nm细胞壁分层细胞壁分层 分层：分层： 外壁层外壁层 6-10nm6-10nm 内壁层内壁层2-3nm2-3nm肽聚糖含量肽聚糖含量 只占组分的只占组分的5-10%5-10%肽聚糖层数肽聚糖层数 低，一般低，一般1-21-2层层肽聚糖交联度肽聚糖交联度 较低较低磷壁酸磷壁酸 少少( (在外膜层在外膜层, ,5) )脂多糖脂多糖 无无 抗原决定因子抗原决定因子 O-O-抗原抗原 蛋白质蛋白质细菌细胞结构Muramic acid

13、 subunit of the peptidoglycan of Escherichia. coli. This is the type of peptidoglycan found in most Gram-negative bacteria. The glycan backbone is a repeat polymer of two amino sugars, N-acetylglucosamine (GlNAc) and N-acetylmuramic acid (MurNAc). Attached to the MurNAc is a tetrapeptide consisting

14、of L-ala-D-glu-DAP-D-ala. In the polymeric form of the molecule, nearby tetrapeptide side chains may be linked to one another by an interpeptide bond between DAP on one chain and D-ala on the other. 细菌细胞结构Schematic illustration of the outer membrane, cell wall and plasma membrane of a Gram-negative

15、bacterium. Note the structure and arrangement of molecules that constitute the outer membrane. 细菌细胞结构脂多糖( (LPS, lipopolysaccharide) )：LPSLPS分子一般都是由三部分（区段）组成分子一般都是由三部分（区段）组成G G- -菌的脂多糖具毒性，且与细菌表面紧密结合，仅在菌菌的脂多糖具毒性，且与细菌表面紧密结合，仅在菌体裂解时才被释放出来，故称为体裂解时才被释放出来，故称为内毒素（内毒素（endotoxin) )。脂质脂质A A：为一为一种糖磷脂，由种糖磷脂，由N-N

16、-乙酰匍糖胺乙酰匍糖胺双糖、磷酸与双糖、磷酸与多种长链脂肪多种长链脂肪酸组成，它是酸组成，它是细菌细菌内毒素的内毒素的主要成分主要成分。核心多糖：核心多糖：由由2-2-酮酮-3-3-脱氧辛糖酸（脱氧辛糖酸（KDO)KDO)、L-L-甘油甘油-D-D-甘露庚糖、半甘露庚糖、半乳糖及匍糖胺这样一组乳糖及匍糖胺这样一组糖类组成。它一边通过糖类组成。它一边通过KDOKDO残基连接在脂类残基连接在脂类A A上，上，另一边通过葡萄糖残基另一边通过葡萄糖残基与与O-O-侧链相连。侧链相连。O-O-侧链：侧链：是由多糖组成是由多糖组成的重复单位，位于菌体的重复单位，位于菌体的外表面，又称菌体抗的外表面，又称菌

17、体抗原。原。由于各种由于各种G G- - 菌多糖菌多糖链的种类、排列顺序和链的种类、排列顺序和空间构型都不同空间构型都不同，造成，造成G G- - 菌的菌的O-O-抗原有不同的抗原有不同的特异性。特异性。细菌细胞结构注：注：Gal: galactose, 半乳糖; Gln: N-acetylglucosamine; Rha: Rhamnose,鼠李糖; Abe: abequosea阿比可糖; Man: mannoheptose 甘露庚糖 细菌细胞结构LPSLPS层的主要功能层的主要功能构成某些革兰氏阴性细菌致病物质构成某些革兰氏阴性细菌致病物质内内毒素的物质基础；毒素的物质基础；起细菌自我保护

18、作用，它可以阻止溶菌起细菌自我保护作用，它可以阻止溶菌酶、抗生素和染料等侵入菌体，也可以阻酶、抗生素和染料等侵入菌体，也可以阻止周质空间中的酶外漏；止周质空间中的酶外漏；作为重要的抗原因子决定了革兰氏阴性作为重要的抗原因子决定了革兰氏阴性菌抗原的多样性；菌抗原的多样性；是许多噬菌体吸附的受体。是许多噬菌体吸附的受体。细菌细胞结构 成分成分 占细胞壁干重的占细胞壁干重的% %革兰氏阳性细菌革兰氏阳性细菌革兰氏阴性细菌革兰氏阴性细菌肽聚糖肽聚糖磷壁酸磷壁酸类脂质类脂质蛋白质蛋白质含量很高含量很高(30(3095)95)含量较高含量较高(50)(50)一般无一般无(2)(2) 无无含量很低含量很低(

19、5(520)20)少少( (在外膜层在外膜层, ,5 5) )含量较高含量较高( (20)20)含量较高含量较高(4)(4)革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁细胞壁成分比较成分比较细菌细胞结构Correlation of Grams stain with other properties of Bacteria细菌细胞结构 功能与真细菌相似功能与真细菌相似 ，但不含真正的肽聚糖，而，但不含真正的肽聚糖，而含假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质。含假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质。 假肽聚糖：假肽聚糖： 由由N-N-乙酰葡萄糖胺和乙酰葡萄糖胺和N-N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸通过乙酰塔罗糖

20、胺糖醛酸通过-1-1，3 3糖苷键交替连接而成。糖苷键交替连接而成。 肽尾：肽尾： 由由L-GluL-Glu、L-AlaL-Ala和和L-Lys3L-Lys3个个L L型氨基酸组成。型氨基酸组成。 肽桥：肽桥：由由L-Glu 1L-Glu 1个氨基酸组成。个氨基酸组成。古生菌细胞壁古生菌细胞壁细菌细胞结构(5)(5)细胞壁的功能细胞壁的功能: :1 1、决定了、决定了革兰氏染色革兰氏染色的性质；的性质；2 2、决定细菌的基本形态；、决定细菌的基本形态；3 3、决定细胞的抗膨压（保护细胞免受渗透、决定细胞的抗膨压（保护细胞免受渗透压变化的破坏）压变化的破坏）4 4、决定对、决定对溶菌酶溶菌酶的敏

21、感性；的敏感性；5 5、决定了对、决定了对青霉素青霉素的抗性；的抗性；6 6、为鞭毛运动提供支点；、为鞭毛运动提供支点；7 7、决定细胞的抗原性；、决定细胞的抗原性；8 8、决定细菌的毒性（致病性）、决定细菌的毒性（致病性）细菌细胞结构革兰氏染色步骤及原理：革兰氏染色步骤及原理：第一步：第一步：结晶紫使菌体着上紫色结晶紫使菌体着上紫色第二步：第二步：碘和结晶紫形成脂溶性大分子复合碘和结晶紫形成脂溶性大分子复合物，分子大，能被细胞壁阻留在细胞内。物，分子大，能被细胞壁阻留在细胞内。第三步：第三步：酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，出现不同的反应。出现不同的反应。第四

22、步：第四步：沙黄复染，增加脱色菌与背景的反沙黄复染，增加脱色菌与背景的反差并区别于未脱色菌。差并区别于未脱色菌。细菌细胞结构G G菌菌：细胞壁厚，肽聚糖网细胞壁厚，肽聚糖网状分子形成一种透性屏障，状分子形成一种透性屏障，当乙醇脱色时，肽聚糖脱水当乙醇脱色时，肽聚糖脱水而孔障缩小，故保留结晶紫而孔障缩小，故保留结晶紫- -碘复合物在细胞膜上。呈紫碘复合物在细胞膜上。呈紫色。色。 G G- - 菌：菌：肽聚糖层薄，交联松肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构散，乙醇脱色不能使其结构收缩，其脂含量高收缩，其脂含量高, ,乙醇将脂乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫溶解，缝隙加大，结晶紫- -碘碘复合物

23、溶出细胞壁，沙黄复复合物溶出细胞壁，沙黄复染后呈红色。染后呈红色。细菌细胞结构溶菌酶对细胞壁的作用溶菌酶对细胞壁的作用可切断可切断NAMNAM和和NAGNAG之间的之间的 -1-1，4 4糖苷糖苷键，引起细菌裂解键，引起细菌裂解 对对GG菌，在菌，在EDTAEDTA存在下，受溶菌酶存在下，受溶菌酶作用。作用。 溶菌酶处理后的溶菌酶处理后的菌细胞应保存在弱菌细胞应保存在弱高渗（高渗（0.1-0.2M0.1-0.2M）蔗糖液中。蔗糖液中。细菌细胞结构在在EDTAEDTA存在下，对存在下，对GG菌受溶菌酶作用的菌受溶菌酶作用的原因：原因： GG菌含有较多的菌含有较多的LPSLPS，LPSLPS具有阻

24、拦溶菌酶、具有阻拦溶菌酶、抗生素、去污剂合某些染料等较大分子进入细抗生素、去污剂合某些染料等较大分子进入细胞。要维持胞。要维持LPSLPS结构的稳定性，必须有足够的结构的稳定性，必须有足够的CaCa2 2存在。如果用存在。如果用EDTAEDTA等螯合剂驱除等螯合剂驱除CaCa2 2合降合降低离子键强度，可使低离子键强度，可使LPSLPS解体，这时，内层的肽解体，这时，内层的肽聚糖分子就会暴露出来，因而容易被溶菌酶水聚糖分子就会暴露出来，因而容易被溶菌酶水解。解。细菌细胞结构青霉素对细菌细胞壁的作用青霉素对细菌细胞壁的作用 Penicillium与转肽酶结合，而使该酶失活，抑制了侧与转肽酶结合，

25、而使该酶失活，抑制了侧链末端的丙氨酸与五肽桥的连接，破坏了细菌细胞壁的链末端的丙氨酸与五肽桥的连接，破坏了细菌细胞壁的完整性，因此，完整性，因此，Penicillium仅对正在生长着的细菌仅对正在生长着的细菌, ,且主且主要是对要是对G G+ +菌菌有效有效。细菌细胞结构(6)(6)周质空间周质空间( (periplasmic space) )又称壁膜空间。指位于细胞壁与细胞膜之间的又称壁膜空间。指位于细胞壁与细胞膜之间的狭窄间隙，革兰氏阳性细菌与阴性细菌均有。狭窄间隙，革兰氏阳性细菌与阴性细菌均有。内中含有多种蛋白质，例如蛋白酶、核酸酶等内中含有多种蛋白质，例如蛋白酶、核酸酶等各种解聚酶，运

26、送某些物质进入细胞的结合蛋各种解聚酶，运送某些物质进入细胞的结合蛋白，以及受体蛋白等。白，以及受体蛋白等。细菌细胞结构 Representative periplasmic proteins in E. coli. Binding proteins For amino acids (e.g. histadine, arginine) For sugars (e.g. glucose, maltose) For vitamins (e.g. thiamine, vitamin B12) For ions (e.g. phosphate, sulfate) Biosynthetic enzymes

27、 For murein assembly (e.g. transglycosylases, carboxypeptidases, transpeptidases) Degradative enzymes phosphatases proteases Detoxifying enzymes Beta-lactamases (e.g. penicillinase) Aminoglycoside-phosphorylating enzymes细菌细胞结构 可通过渗透休克法（osmotic shock）或称“冷休克”的方法释放。此法是根据突然改变渗透压并使细胞发生物理性裂解的原理。 其主要步骤：将细菌

28、放在用Tris缓冲液配制、含EDTA的20%蔗糖溶液中保温，使其发生质壁分离，接着快速地用4的0.005mol/L的MgCl2溶液稀释并降温，使细胞外膜突然破裂并释放周质蛋白。经离心即可从上清液中提取周质蛋白。周质蛋白的获得周质蛋白的获得细菌细胞结构(7)(7)细胞壁缺损型细菌细胞壁缺损型细菌lL L型细菌型细菌( (L-form of bacteria) )：细胞壁受损后仍：细胞壁受损后仍能生长和分裂的细菌。专指那些实验室或宿主能生长和分裂的细菌。专指那些实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺损菌株。壁缺损菌株。l革兰氏阳性菌细胞壁缺

29、失后，原生质仅被一层革兰氏阳性菌细胞壁缺失后，原生质仅被一层细胞膜包住细胞膜包住原生质体原生质体(protoplast)(protoplast)。l革兰氏阴性菌肽聚糖层受损后尚有外膜保护革兰氏阴性菌肽聚糖层受损后尚有外膜保护原生质球原生质球(spheroplast)(spheroplast)。l长期进化过程中形成、适应自然环境的无长期进化过程中形成、适应自然环境的无CWCW的的原核生物原核生物支原体支原体，因含有独特的甾醇而具有，因含有独特的甾醇而具有一定的机械强度。一定的机械强度。细菌细胞结构支原体细菌细胞结构 细菌细菌L L型呈高度多形性，大小不一。着色不匀，无型呈高度多形性，大小不一。着

30、色不匀，无论其原为革兰阳性或阴性菌，形成论其原为革兰阳性或阴性菌，形成L L型大多染成革兰型大多染成革兰阴性。阴性。 细菌细菌L L型的形态和染色性型的形态和染色性蜡样芽胞杆菌蜡样芽胞杆菌L L型的镜下形态（多形性）型的镜下形态（多形性）细菌细胞结构l细菌细菌L L型生长缓慢，营养要求高，对渗透压敏感，普通型生长缓慢，营养要求高，对渗透压敏感，普通营养基上不能生长，培养时必须用高渗的含血清的培营养基上不能生长，培养时必须用高渗的含血清的培养基。养基。l细菌细菌L L型在高渗的含血清的培养基上生长后形成三种类型在高渗的含血清的培养基上生长后形成三种类型的菌落。型的菌落。 细菌细菌L L型的培养特

31、性和菌落形态型的培养特性和菌落形态 丝状菌落丝状菌落 颗粒型菌落颗粒型菌落 油煎蛋样菌落油煎蛋样菌落 典型的典型的L L型菌落型菌落细菌细胞结构 原生质体的特性与应用原生质体的特性与应用 革兰氏阳性菌最容易形成原生质体，这种原革兰氏阳性菌最容易形成原生质体，这种原生质体除了对相应的噬菌体缺乏敏感性、不能生质体除了对相应的噬菌体缺乏敏感性、不能进行正常的鞭毛运动和细胞不能分裂外，仍保进行正常的鞭毛运动和细胞不能分裂外，仍保留正常细胞所具有的其它正常功能。留正常细胞所具有的其它正常功能。 不同菌种或菌株的原生质体易发生细胞融合，不同菌种或菌株的原生质体易发生细胞融合，因而可用于杂交育种；另外，原生

32、质体比因而可用于杂交育种；另外，原生质体比正常细胞更易导入外源性遗传物质，因而有利正常细胞更易导入外源性遗传物质，因而有利于遗传学基本原理的研究。于遗传学基本原理的研究。细菌细胞结构1.1.概念：细胞膜是紧贴概念：细胞膜是紧贴细胞壁内侧包围细胞质细胞壁内侧包围细胞质的一层柔软，富有弹性的一层柔软，富有弹性的半透明薄膜。的半透明薄膜。（1)1)质壁分离质壁分离 (2)(2)选择性染色选择性染色 (3)(3)电镜技术电镜技术 (4)(4)溶菌酶处理溶菌酶处理细菌细胞结构3.3.特点特点细菌细胞膜的结构与真核细胞者基本相同，细菌细胞膜的结构与真核细胞者基本相同，由磷脂和多种蛋白质组成，但不含由磷脂和

33、多种蛋白质组成，但不含胆固醇胆固醇。细菌细胞膜的功能与真核细胞者类似，主细菌细胞膜的功能与真核细胞者类似，主要有物质转运、生物合成、分泌和呼吸等作要有物质转运、生物合成、分泌和呼吸等作用。用。细菌细胞膜可形成一种特有的结构，称为细菌细胞膜可形成一种特有的结构，称为中介体。中介体。细菌细胞结构19721972年年Singer和和Nicolson提出的细胞膜液态镶提出的细胞膜液态镶嵌模型嵌模型细胞膜液态镶嵌模型细胞膜液态镶嵌模型认为：膜是由球形蛋白认为：膜是由球形蛋白与磷脂按照二维排列方与磷脂按照二维排列方式构成的流体镶嵌式，式构成的流体镶嵌式，流动的脂类双分子层构流动的脂类双分子层构成了膜的连续

34、体，而蛋成了膜的连续体，而蛋白质象孤岛一样无规则白质象孤岛一样无规则地漂流在磷脂类的海洋地漂流在磷脂类的海洋当中。当中。细菌细胞结构Fluid mosaic model of a biological membrane. In aqueous environments membrane phospholipids arrange themselves in such a way that they spontaneously form a fluid bilayer. Membrane proteins, which may be structural or functional, may b

35、e permanently or transiently associated with one side or the other of the membrane, or even be permanently built into the bilayer, while other proteins span the bilayer and may form transport channels through the membrane. 细菌细胞结构细菌细胞结构细胞膜的功能：细胞膜的功能：a)a) 控制细胞内外物质控制细胞内外物质( (营养物质和代谢废营养物质和代谢废 物物) )的运送、交

36、换；的运送、交换；b)b) 维持细胞内正常渗透压的渗透屏障作用；维持细胞内正常渗透压的渗透屏障作用；c)c) 合成细胞壁各种组分（合成细胞壁各种组分（LPSLPS、肽聚糖、磷壁、肽聚糖、磷壁 酸）和荚膜物质等大分子的场所；酸）和荚膜物质等大分子的场所；d)d) 参与能量代谢，在细菌中，电子传递链和参与能量代谢，在细菌中，电子传递链和ATPATP 合成酶均位于细胞膜；合成酶均位于细胞膜； e)e) 提供鞭毛的着生点并提供鞭毛运动所需能量。提供鞭毛的着生点并提供鞭毛运动所需能量。 细菌细胞结构 Functions of the procaryotic plasma membrane1. Osmot

37、ic or permeability barrier 2. Location of transport systems for specific solutes (nutrients and ions) 3. Energy generating functions, involving respiratory and photosynthetic electron transport systems, establishment of proton motive force, and transmembranous, ATP-synthesizing ATPase 4. Synthesis o

38、f membrane lipids (including lipopolysaccharide in Gram-negative cells) 5. Synthesis of murein (cell wall peptidoglycan) 6. Assembly and secretion of extracytoplasmic proteins 7. Coordination of DNA replication and segregation with septum formation and cell division 8. Chemotaxis (both motility per

39、se and sensing functions) 9. Location of specialized enzyme system细菌细胞结构间体间体(mesosome)：细胞膜内褶形成的一细胞膜内褶形成的一种管状、层状或串状种管状、层状或串状物，一般位于细胞分物，一般位于细胞分裂的部位或附近。裂的部位或附近。 间体的功能：间体的功能：(1)(1)参与隔膜形成参与隔膜形成 (2)(2)与核分裂有关与核分裂有关 (3)(3)类似线粒体功能类似线粒体功能细菌细胞结构细菌细菌DNADNA：长度：一般为：长度：一般为：1-3mm1-3mm如 大 肠 杆 菌 的如 大 肠 杆 菌 的 D N AD N

40、 A 长 约长 约 1 1 m mm m 。生长迅速的细菌在核分裂之后细胞生长迅速的细菌在核分裂之后细胞往往来不及分裂往往来不及分裂, ,所以细胞中常有所以细胞中常有2 24 4个核，而生长缓慢的细菌细胞中个核，而生长缓慢的细菌细胞中一般只有一般只有1 12 2个核，不在染色体复个核，不在染色体复制时期一般是单倍体。制时期一般是单倍体。功能：功能：负载遗传信息。负载遗传信息。 由大型环状双链由大型环状双链DNADNA纤丝不规则地折叠纤丝不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域细菌细胞结构 (Bacillus megaterium) Prokaryotic C

41、ell 细菌细胞结构Examples of nucleoid structure and distribution in Sulfolobus cells. 细菌细胞结构细菌细胞结构细菌细胞结构( (五五) ) 质粒质粒(plasmids)(plasmids) 细菌染色体外的共价闭合环状双链细菌染色体外的共价闭合环状双链DNADNA分分子分子量约为子分子量约为2-1002-10010106 6D.D.携带携带1-1001-100个基个基因因, , 一个菌细胞可有一至数十个质粒。一个菌细胞可有一至数十个质粒。Structure of a bacterium highlighting the ba

42、cterial plasmid.细菌细胞结构质粒的特点：质粒的特点：1 1、可以在细胞质中独立于染色体之外（即以、可以在细胞质中独立于染色体之外（即以游离状态）存在，也可以插入到染色体上以游离状态）存在，也可以插入到染色体上以附加体的形式存在；附加体的形式存在；2 2、在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体、在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体而独立进行自我复制，也可以插入到细菌染而独立进行自我复制，也可以插入到细菌染色体中与染色体一道进行复制；色体中与染色体一道进行复制；3 3、质粒可以通过转化、转导、或接合作用而、质粒可以通过转化、转导、或接合作用而由一个细胞转移到另一个细胞，使两个细胞由一

43、个细胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；都成为带有质粒的细胞；4 4、质粒对于细胞生存并不是必要的。、质粒对于细胞生存并不是必要的。细菌细胞结构细菌细胞结构质粒的种类质粒的种类1、大肠杆菌的大肠杆菌的F F因子因子2 2、细菌抗药质粒（、细菌抗药质粒（R R因子）因子）3 3、大肠杆菌素大肠杆菌素质粒（质粒（ColCol因子）因子）4 4、降解质粒、降解质粒5 5、ViVi质粒质粒( (毒力质粒毒力质粒) )细菌细胞结构质粒应用：质粒应用：细菌细胞结构( (六六) )细胞质及其内含物细胞质及其内含物( (inclusin) )细胞质功能：细胞质功能：细胞质中含有丰富的酶系，是营

44、养物质合成、转细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所。化、代谢的场所。 细胞膜内除核质体外的一切半透明、胶状、颗细胞膜内除核质体外的一切半透明、胶状、颗粒状物质可总称为细胞质。主要成分：核糖体、贮粒状物质可总称为细胞质。主要成分：核糖体、贮藏物、各种酶类、中间代谢物及质粒等藏物、各种酶类、中间代谢物及质粒等, ,少数细菌少数细菌还存在有伴胞晶体或气泡等。还存在有伴胞晶体或气泡等。细胞质内形状较大的细胞质内形状较大的颗粒状构造为内含物颗粒状构造为内含物，包括各种贮藏物和气泡、羧，包括各种贮藏物和气泡、羧酶体等。酶体等。细菌细胞结构 是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体是分散在

45、细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占核酸（占60%60%）和蛋白质（占）和蛋白质（占40%40%）组成。）组成。细菌的核糖体细菌的核糖体沉降系数沉降系数为：为：70s70s，由，由50s50s大大亚基和亚基和 30s 30s 小亚基构成。小亚基构成。功能：功能：是细胞合成蛋白质的是细胞合成蛋白质的机构。机构。细菌细胞结构气 泡聚 - -羟 基 丁 酸硫 粒糖 原碳 源 及 能 源 类藻 青 素氮 源 类异 染 粒磷 源 类储 藏 物羧 酶 体颗颗 粒粒 状状 内内 含含 物物颗粒状内含物颗粒状内含物细菌细胞结构概念：概念：是普遍存在的贮藏物，主要成分是多聚偏是普遍存在的贮藏物，主要成分是多聚

46、偏磷酸盐的聚合物，由磷酸盐的聚合物，由ATPATP转化而来，可随菌龄的延转化而来，可随菌龄的延长而变大，分子呈线状，嗜碱性强。多聚磷酸盐长而变大，分子呈线状，嗜碱性强。多聚磷酸盐颗粒对某些染料有特殊反应，产生与所用染料不颗粒对某些染料有特殊反应，产生与所用染料不同的颜色，因而得名异染颗粒用美兰染色时着色同的颜色，因而得名异染颗粒用美兰染色时着色较深，呈紫红色。较深，呈紫红色。功能：功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。贮存磷元素和能量，降低渗透压。 含异染粒的细菌种类含异染粒的细菌种类: :棒状杆菌棒状杆菌和和某些芽孢杆菌某些芽孢杆菌等等. 异染粒异染粒( (metachromatic gran

47、ule)：细菌细胞结构ppppppp+ ATP+ ADP( ) n+ATP( )+ ADPn+1多聚偏磷酸盐：多聚偏磷酸盐：细菌细胞结构 聚聚-羟基丁酸羟基丁酸 ( (poly-hydroxybutirate, PHB):):聚聚羟丁酸颗粒是许多细羟丁酸颗粒是许多细菌细胞质内常含有的碳源类菌细胞质内常含有的碳源类储藏物储藏物.PHB.PHB不溶于水不溶于水, ,易被脂易被脂溶性染料溶性染料( (如苏丹黑如苏丹黑) )着色。着色。功能功能: :贮存碳源、能源和降低贮存碳源、能源和降低渗透压。渗透压。许多好氧菌和光合厌氧菌都许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚含有聚羟丁酸颗粒。羟丁酸颗粒。细菌细胞结构P

48、HB:PHB:CH3CHOHCH2COOHH-OCCH2CO-OHCH3n(n6)细菌细胞结构硫粒硫粒: :是硫元素的贮藏体是硫元素的贮藏体功能：功能： a.a.好氧硫细菌的能源好氧硫细菌的能源 b.b.厌氧硫细菌的电子供体厌氧硫细菌的电子供体形成：形成：当环境中当环境中H H2 2S S含量高时，含量高时，在体内积累在体内积累S S；当；当H H2 2S S不足时不足时,S,S氧化成硫酸盐，以提供被菌细氧化成硫酸盐，以提供被菌细胞生命活动所需能量胞生命活动所需能量：H2SSSO4-2细菌细胞结构淀粉粒和肝糖淀粉粒和肝糖: :都是都是-1,4-1,4或或-1-1,6,6糖苷键的葡萄糖苷键的葡萄

49、糖聚合物。这些贮藏物通常较均匀地分布在细胞质糖聚合物。这些贮藏物通常较均匀地分布在细胞质内，颗粒较小。内，颗粒较小。若这类贮藏物大量存在时，若这类贮藏物大量存在时，用碘使对其染色，肝糖用碘使对其染色，肝糖粒能被碘液染成红色，淀粉粒被碘成蓝色粒能被碘液染成红色，淀粉粒被碘成蓝色。脂肪粒：脂肪粒：脂肪粒的折光性较强，它可被脂溶性染料脂肪粒的折光性较强，它可被脂溶性染料染色；细胞生长旺盛时，脂肪粒增多，细胞遭破坏染色；细胞生长旺盛时，脂肪粒增多，细胞遭破坏后，脂肪粒可游离出来。后，脂肪粒可游离出来。肝糖、淀粉粒、脂肪滴肝糖、淀粉粒、脂肪滴细菌细胞结构气泡气泡 由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。由蛋白

50、质膜构成的充满气体的泡状物。有有些细菌细胞质中含有几个或多个气泡。些细菌细胞质中含有几个或多个气泡。常见于常见于光合细菌和水生细菌光合细菌和水生细菌。气泡的功能：气泡的功能：A.A.调节细胞比重，调节细胞比重，加大菌体的浮加大菌体的浮力力, ,借气泡漂浮能力，借气泡漂浮能力，以使其漂以使其漂浮在合适的水层中，浮在合适的水层中，使无鞭毛菌使无鞭毛菌在合适的环境中生长。在合适的环境中生长。B.B.气泡吸收空气，空气中的氧气可气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。例：许多光合细菌和供代谢需要。例：许多光合细菌和水生细菌、盐杆菌常含有气泡。水生细菌、盐杆菌常含有气泡。细菌细胞结构磁小体磁小体 已报道

51、的磁小体的矿物相主要包含已报道的磁小体的矿物相主要包含铁氧铁氧和和铁硫铁硫两种类型，外被一层磷脂、蛋白质膜包裹，无毒，两种类型，外被一层磷脂、蛋白质膜包裹，无毒，具导向功能具导向功能。应用前景：应用前景：已开始应用于废水处理、环境微生物已开始应用于废水处理、环境微生物的探测以及新型材料的发现、的探测以及新型材料的发现、RNARNA的识别、的识别、DNADNA的的探测与提取、肿瘤的诊断、磁标记、药物的磁导探测与提取、肿瘤的诊断、磁标记、药物的磁导向和放射性核素的回收等高科技领域。此外，尤向和放射性核素的回收等高科技领域。此外，尤其值得注意的是，一种叫做其值得注意的是，一种叫做magnetofer

52、rtin的磁性的磁性铁蛋白在生物和医学技术领域显示出巨大的应用铁蛋白在生物和医学技术领域显示出巨大的应用前景。前景。细菌细胞结构细菌细胞结构 伴胞晶体（伴胞晶体（parasporal crystal）少数芽孢杆菌，如少数芽孢杆菌，如Bacillus thuringiensis（苏云金（苏云金芽孢杆菌）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成芽孢杆菌）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一个菱形或双锥形的一个菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体碱溶性蛋白晶体（即（即内毒内毒素）称为伴胞晶体。它的干重可达芽孢囊的约素）称为伴胞晶体。它的干重可达芽孢囊的约30%30%，由，由1818种氨基酸组成，大小约种氨基酸组成，大

53、小约0.60.62.0m2.0m。伴胞晶体对伴胞晶体对200200多种昆虫尤其是鳞翅目昆虫的幼多种昆虫尤其是鳞翅目昆虫的幼虫有毒杀作用，因此可以用做生物农药。虫有毒杀作用，因此可以用做生物农药。细菌细胞结构Bacillus thuringiensis viewed by phase contrast microscopy. The vegetative cells contain endospores (phase bright) and crystals of an insecticidal protein toxin (delta endotoxin). Most cells have l

54、ysed and released the spores and toxin crystals (the structures with a bipyramidal shape).细菌细胞结构( (七七) )糖被糖被( (glycocalyx) )及其类型：及其类型：某些细菌细胞壁外的一层粘液性胶状物质。某些细菌细胞壁外的一层粘液性胶状物质。根据糖被的形状和厚度的不同，将糖被分为根据糖被的形状和厚度的不同，将糖被分为四类：四类：荚膜荚膜( (Capsule) )：粘液状物质具有一定外形，相对稳粘液状物质具有一定外形，相对稳定地附着在细胞壁外，厚度定地附着在细胞壁外，厚度: :0.20.2m m

55、。微荚膜微荚膜( (microcopsule):):粘液状物质较薄，厚度粘液状物质较薄，厚度: :0.20.2m,m,与细胞表面牢固结合。与细胞表面牢固结合。粘液层粘液层( (slime layer):):粘液物质没有明显的边缘，比粘液物质没有明显的边缘，比荚膜松散荚膜松散, ,可向周围环境中扩散可向周围环境中扩散, ,增大黏性。增大黏性。菌胶团菌胶团( (zoogloea):):包裹在细胞群体上的胶状物质。包裹在细胞群体上的胶状物质。细菌细胞结构荚膜的观察：荚膜的观察：荧光显微镜下的荚膜荧光显微镜下的荚膜 荧光显微镜荧光显微镜 负染色负染色 特殊染色特殊染色细菌细胞结构BacteriumCa

56、psule compositionStructural subunitsGram-positive BacteriaBacillus anthracispolypeptide (polyglutamic acid)D-glutamic acidBacillus megateriumpolypeptide and polysaccharideD-glutamic acid, amino sugars, sugarsStreptococcus mutanspolysaccharide(dextran) glucoseStreptococcus pneumoniaepolysaccharidessu

57、gars, amino sugars, uronic acidsStreptococcus pyogenespolysaccharide (hyaluronic acid)N-acetyl-glucosamine and glucuronic acidGram-negative BacteriaAcetobacter xylinumpolysaccharide(cellulose) glucoseEscherichia colipolysaccharide (colonic acid)glucose, galactose, fucose glucuronic acidPseudomonas a

58、eruginosapolysaccharidemannuronic acidAzotobacter vinelandiipolysaccharideglucuronic acidAgrobacterium tumefacienspolysaccharide(glucan) glucoseChemical composition of some bacterial capsules细菌细胞结构荚膜的生理功能荚膜的生理功能1 1、荚膜富含水分，可保护细胞免于干燥；、荚膜富含水分，可保护细胞免于干燥；2 2、能抵御吞噬细胞的吞噬；、能抵御吞噬细胞的吞噬；3 3、为主要表面抗原（、为主要表面抗原（K

59、K抗原），是有些病原菌的抗原），是有些病原菌的毒力因子；毒力因子；4 4、能保护菌体免受噬菌体和其他物质（溶菌酶和、能保护菌体免受噬菌体和其他物质（溶菌酶和补体）的侵害；补体）的侵害；5 5、是某些病原菌必须的粘附因子；、是某些病原菌必须的粘附因子；6 6、贮藏养料，是细胞外碳源和能源的储备物质、贮藏养料，是细胞外碳源和能源的储备物质细菌细胞结构荚膜与生产实践的关系荚膜与生产实践的关系应用：应用：荚膜也可以成为有价值的材料。如：荚膜也可以成为有价值的材料。如：Leucomostoc mesenteroides 的葡聚糖荚膜已用于生产代血浆的主要的葡聚糖荚膜已用于生产代血浆的主要成分成分右旋糖酐

60、和葡聚糖凝胶制剂；右旋糖酐和葡聚糖凝胶制剂； 从野菜黄单胞菌从野菜黄单胞菌（Xanthomonas campestris）荚膜提取黄原胶，它是优）荚膜提取黄原胶，它是优良的食品添加剂，又是石油开采中优良的压浆剂；良的食品添加剂，又是石油开采中优良的压浆剂； 用产菌胶团的菌进行污水处理等；通过荚膜的血清学反用产菌胶团的菌进行污水处理等；通过荚膜的血清学反应进行细菌鉴定（荚膜膨胀试验）。应进行细菌鉴定（荚膜膨胀试验）。危害：危害：食品变质发粘；增强致病力；造成严重龋齿等。食品变质发粘；增强致病力；造成严重龋齿等。细菌细胞结构荚膜与菌落形态荚膜与菌落形态光滑（光滑（Smooth,S-)Smooth,