细菌的形态与结构

1、绪论微生物与微生物学微生物非细胞型微生物（acellular microbe）无细胞结构，无产生能量的酶系统，由单一的核酸和蛋白质衣壳组成，必须在活细胞内增殖。病毒原核细胞型微生物(prokaryotic microbe)细胞核的分化程度低，只有DNA盘绕而成的拟核（nucleoid），无核仁和核膜；除核糖体外，无其他细胞器。细菌、衣原体、支原体、立克次体、螺旋体和放线菌真核细胞型微生物(eukaryotic microbe)细胞核的分化程度高，有核膜、核仁和染色体；包浆内有多种细胞器，行有丝分裂。真菌、藻类细菌学细菌的基本性状细菌（bacterium）：原核细胞型微生物。广义细菌、放线菌、支

2、原体、衣原体、立克次体、螺旋体狭义专指数量最大，种类最多，具有典型代表性的细菌细菌的形态及理化性质细菌的大小与形态球菌直径：1um外观呈球形或近似球形双球菌、链球菌、葡萄球菌、四联球菌、八叠球菌杆菌大：310um（炭疽胞杆菌）中：23um（大肠埃希菌）小：0.61.5um（布鲁菌）螺旋菌长：23um细菌的结构细菌的基本结构细胞壁格兰阳性菌肽聚糖聚糖骨架N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸交替间隔排列-1，4糖苷键联合而成四肽侧链组成和连接方式跟随菌不同而异磷壁酸（大部分）由核糖醇或甘油残基经磷酸二酯键相互连接而成磷壁醛酸(少部分)格兰阴性菌肽聚糖聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥脂蛋白蛋白质部分与肽聚糖

3、侧链的二氨基庚二酸相连脂质成分与外膜非共价结合外膜双层结构，内小叶与生物膜相似，外小叶含有脂多糖，形成不对称结构外膜蛋白（outer membrane protein, OMP）：外膜内镶嵌的多种蛋白质孔蛋白由三种亚基形成的穿膜蛋白，联合起来形成直径约为1nm的膜孔诱导性或去阻遏蛋白参与特殊物质的扩散过程噬菌体、性菌毛或细胞素的受体脂多糖（格兰阴性菌的内毒素）向外膜伸出脂质A一种磷脂糖，无种属特异性核心多糖位于脂质A的外层有中属特异性特异性多糖脂多糖的最外层特异多糖的消失使细菌由光滑型转为粗糙型功能维持细菌固有形态，并保护细菌抵抗低渗环境格兰阳性菌的磷壁酸重要的表面抗原，与血清型分类有关；稳定

4、和加强细胞壁格兰阴性菌外膜屏障功能内毒素（LPS）格兰阴性菌的重要致病物质，使机体发热，白细胞增多，直至休克死亡；增强机体非特异性免疫，有抗肿瘤等有益作用细胞壁的缺陷性（L型）细菌的细胞壁的肽聚糖受到理化或生物因素的直接破坏或合成被抑制在普通环境中一般不能耐受菌体内高渗透压而涨裂死亡，但在高渗环境中，仍然可以存活。格兰阴性菌细胞壁缺失后，原生质仅被一层细胞膜包裹，称为原生质体格兰阳性菌有外膜保护，称为原生质球诱发因素溶菌酶、葡萄球菌素、青霉素、胆汁、抗体、补体等某些L型具有一定的致病能力，通常引起慢性感染，如尿路感染、骨髓炎、心内膜炎等细胞膜（cell membrane）功能1. 物质选择性渗

5、透和转运及废物的排出2. 电子传递和氧化磷酸化、参与需氧菌的呼吸和能量代谢3. 细菌合成的蛋白质和胞外水解酶的分泌4. 含有多种酶的载体，参与DNA、肽聚糖、鞭毛、荚膜等生物合成5. 含有多种受体和某些蛋白质，参与细菌的趋化作用和感应传导系统蛋白质青霉素结合蛋白（penicillin-blinding protein）参与细胞壁肽聚糖合成的酶类（转肽酶或转糖基酶），也是青霉素作用的主要靶位。青霉素能与细菌竞争合成肽聚糖合成过程中所需要的转肽酶，抑制四肽侧链与五肽交联桥或DAP之间的连接，细菌形成脆弱的肽聚糖，在一般渗透压环境中可导致细菌死亡。蛋白质分泌系统（secretion system）细

6、菌的合成蛋白，G+菌直接将其分泌到细胞外，G-菌则由蛋白质分泌系统将其分泌到细胞外。G-菌有5型（）分泌系统，完成合成蛋白质的分泌过程，由多种细胞膜蛋白、外膜蛋白和辅助蛋白组成。双组份信号传导系统感应外界信号细胞质（cytoplasm）核糖体（ribosome）合成蛋白质的场所沉降系数为70s(50s+30s)有些抗生素如链霉素可以与细菌核糖体的30s亚基结合，红霉素与细菌核糖体的50s亚基结合，均能干扰其蛋白质的合成，从而杀死细菌，但这些药物对人类的核糖体则无作用。质粒（plasmid）染色体外的遗传物质闭合环状的双链DNA编码的形状有鞭毛、细菌素、毒素和耐药性的产生，赋予细菌致病性和耐药性

7、的特点中介体格兰阳性菌有效地扩大了细胞的面积，相应的增加了酶的含量和能量的产生，其功能类似于真核生物的线粒体胞质颗粒细菌细胞质中含有多种颗粒，大多为储存的营养物质。胞质颗粒中有一种主要成分是RNA和多偏磷酸盐（polymetaphosphate），其嗜碱性强，用亚甲蓝染色是着色较深，呈紫色，称为异染颗粒或迂回体。异染颗粒见于白喉棒状杆菌，位于菌体两端，故又称为极体。核质（nuclear material）单一密闭环状DNA分子反复回旋卷曲盘绕组成松散网状结构DNA、RNA、蛋白质球形、棒形、哑铃型细菌的特殊结构荚膜化学组成大多数细菌的荚膜是多糖炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶尔森菌等少数菌荚膜为多肽有荚膜

8、的细菌在固体培养基上形成粘液性（M）或光滑型（S）菌落，失去荚膜后变粗糙型（R）荚膜对一般碱性染料亲和力低，不一着色，用墨汁作负染色，则荚膜显现更为清楚功能1. 抗吞噬作用荚膜具有抵抗宿主吞噬细胞的吞噬和消化作用，因而荚膜是病原菌的重要毒力因子。2. 粘附作用荚膜多糖可是细菌与特异的宿主组织结合，也参与细菌生物膜的形成，是引起感染的重要因素。龋齿；医院内感染3. 抗有害物质的损害作用荚膜处于菌细胞的最外层，有保护菌体避免和减少受溶酶菌、补体、抗菌抗体、抗菌药物等有害物质的损伤作用。鞭毛细菌的运动器官结构基础小体、钩状体、丝状体功能1. 在液体中自由游动细菌的运动有化学趋向性，常向营养物质处前进

9、，逃离有害物质。2. 与致病性有关3. 根据鞭毛的动力与鞭毛的抗原性，可用以鉴定细菌和进行细菌分类菌毛菌毛蛋白菌毛蛋白具有抗原性菌毛在普通光学显微镜下不易看到，必须用电子显微镜观察分类普通菌毛细菌的粘附结构，和细菌的致病性有关性菌毛仅见于少数格兰阴性菌由F质粒编码，参与F质粒的接合传递，是某些噬菌体吸附于菌细胞的受体。胞芽产生芽孢的细菌都是格兰阳性菌形成和发芽细菌在不利条件下脱水浓缩而成，受遗传因素的控制和环境因素的影响：一般只在动物体外才能形成；营养缺乏，尤其是C、N、P元素不足时。胞芽带有完整的核质、酶系统和合成菌体组分的结构，能保证细菌的全部生命必需物质一个细菌只形成一个胞芽，一个胞芽发

10、芽也只生成一个细菌功能细菌的胞芽对热力、干燥、辐射、化学消毒剂等理化因素有强大的抵抗力。当进行消毒灭菌时，应以胞芽是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。杀灭胞芽灭菌最可靠的方法是高压蒸汽灭菌，一般方法不易将其杀死。细菌的理化性状化学组成成分水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质、核酸元素C、H、O、N、P、S特有化学组成肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸、吡啶二羧酸等物理性状光学性质半透明体表面积细菌体积微小，相对表面积大，有利于同外界进行物质交换带电现象细菌固有成分的5080%都是蛋白质，在生理条件下，溶液的PH比细菌的等电点高，氨基电离收到抑制，羧基电离，所以细菌带负电荷。细菌的带电现象

11、与细菌的染色反应、凝集反应、抑菌和杀菌作用都有密切的关系。半透性有利于吸收营养和排出代谢产物渗透压格兰阴性菌56个大气压格兰阳性菌2025个大气压细菌的生长繁殖与代谢营养类型自养菌（autotroph）以简单的无机物为原料或通过光合作用获得能量碳源CO2、CO32-氮源NH3、NO2-、NO3-异氧菌(heterotroph)以多种有机物为原料，如蛋白质、糖类等腐生菌以动植物尸体、腐败物作为营养物寄生菌从宿主的有机物获得营养营养物质水营养物质可溶营养吸收和代谢碳源糖类合成菌体成分，供给能量氮源氨基酸、蛋白胨合成菌体成分无机盐常用元素磷、硫、钾、钠、钙、镁、铁微量元素钴、锌、锰、铜、钼1. 构成

12、有机化合物，成为菌体的成分；2. 作为酶的组成部分，维持酶的活性；3. 参与能量的储存和转运；4. 调节菌体内外渗透压；5. 某些元素和细菌的生长繁殖和治病作用密切相关。生长因子维生素、某些氨基酸、嘌呤、嘧啶等补充细菌不能合成的某些有机营养成分、呼吸辅酶细菌摄取营养的机制主动扩散指营养物质由高浓度向低浓度扩散，其驱动力是浓度梯度，不需要提供能量。简单扩散不需要任何细菌组分帮助易化扩散(facilitated diffusion)由菌体的通道蛋白形成选择性通道，对特殊营养物（如甘油）进行转运主动转运细菌吸收营养物质的主要形式营养物质由低浓度向高浓度一侧转运，并需要提供能量ABC转运营养物质与特异

13、性结合蛋白形成复合物后，引起后者构型改变，继而将营养物转送给细胞膜上的ATP结合型载体，导致ATP水解，提供能量打开膜孔，使营养物质进入细胞内。格兰阴性菌特异性结合蛋白位于周浆间隙格兰阳性菌特异性结合蛋白位于细胞的外表面离子偶联转运能量利用膜内外两侧质子或离子浓度差产生的质子动力或钠动力载体电化学离子梯度透性酶氧化状态与营养物结合，还原状态其构想发生改变，使营养物释放进入胞质内在需氧菌极为常见集团转运不涉及营养物的浓度梯度，而是利用能量将物质转运与代谢物相结合能量供体磷酸烯醇丙酮酸特异性转运Fe细菌生长繁殖的条件营养物质充足的营养物质可为细菌的新陈代谢及生长繁殖提供必要的原料和充足的能量酸碱度

14、嗜酸性细菌pH可低至3.0嗜中性细菌6.08.0嗜碱性细菌PH可高达10.5温度嗜冷菌1020嗜温菌2040嗜热菌2595气体专性需氧菌结核分歧杆菌、霍乱弧菌微需氧菌空肠弯曲菌、幽门螺杆菌兼性厌氧菌大多数病原菌专性厌氧菌破伤风梭菌、脆弱类杆菌渗透压细菌的生长繁殖细菌个体的生长繁殖分裂方式无性二分裂代时多数细菌2030min结核杆菌1820h细菌群体的生长繁殖横坐标培养时间纵坐标培养物中活菌数的对数迟缓期(lag phase)对数期(logarithmic phase)稳定期(stationary phase)衰亡期(decline phase)细菌的新陈代谢代谢旺盛，代谢类型多样化营养物质胞外

15、酶水解主动转运、被动运输胞质内丙酮酸分解代谢：能量合成代谢：碳水化合物、氨基酸、脂类、核酸能量代谢生物体能量代谢的基本生化反应：生物氧化生物氧化的方式：加氧、脱氢、脱电子发酵以有机物为氢受体EMP途径（糖酵解）Embden-Meyerhof-Parnas1分子葡萄糖2分子丙酮酸2分子ATP、2分子NADH+H+主要功能产能HMP途径磷酸己糖途径为生物合成提供前体和还原能呼吸需氧呼吸（38ATP）受氢体氧厌氧呼吸（2ATP）外源的无机氧化物产物代谢分解代谢产物和细菌热原质Pyrogen概念细菌合成的一种注入人体或动物体内可以引起发热的一种物质，即脂多糖。大多由格兰阴性菌产生。特性耐高温，经高压蒸汽灭菌（121、20min）亦不被破坏，250高温干烤才能破坏热原质意义热原质在人类生活环境中普遍存在。在制备和试用制备药品中应严格遵守无菌操作，防止格兰阴性菌或热原质污染。毒素与侵袭性酶毒素外毒素(exotoxin)多数格兰阳性菌和少数格兰阴性菌在生长和繁殖的过程中释放到菌体外的活性蛋白质。内毒素(endotoxin)格兰阴性菌细胞壁的脂多糖，