第一章微生物的形态与结构-1-20_[1]...

1、第第 一章一章 微生物的形态与结构微生物的形态与结构-细菌的形态与结构细菌的形态与结构第一节第一节 细菌的形态与结构细菌的形态与结构一、细菌的形态一、细菌的形态二、细菌的基本结构二、细菌的基本结构三、细菌的特殊结构三、细菌的特殊结构细菌：具有细胞壁的单细胞微生物，原核微生物细菌：具有细胞壁的单细胞微生物，原核微生物（一）细菌的大小（一）细菌的大小1、范围、范围最小：最小： 与无细胞结构的病毒相仿（与无细胞结构的病毒相仿（50 nm；）；）最大：最大：肉眼可见（肉眼可见（0.75 mm）；）；一、细菌的形态一、细菌的形态19991999年，芬兰科学家年，芬兰科学家 E O Kajander E

2、O Kajander等发现了一种等发现了一种能引起尿结石的纳米细菌（能引起尿结石的纳米细菌（nanobacteriananobacteria），其细），其细胞直径最小仅为胞直径最小仅为50 nm50 nm（1 mm=1000 1 mm=1000 m =1000000 m =1000000 n nm m ），甚至比最大的病毒更小一些。），甚至比最大的病毒更小一些。这种细菌分裂缓慢，三天才分裂一次，是目前所知这种细菌分裂缓慢，三天才分裂一次，是目前所知最小的具有细胞壁的细菌。最小的具有细胞壁的细菌。（nanobacteria）（50 nm）最大和最小细菌的个体大小悬殊：最大和最小细菌的个体大小悬殊

3、：（Thiomargarita namibiensis）（0.75mm）1 1 10 106 6 倍倍一般细菌的大小范围：一般细菌的大小范围：0.5 2.0 m （直径）（直径）0.5 1 m （直径）（直径） 1 5 m（长度）（长度）0.4 2 m （直径）（直径） 2 20 m（长度）（长度）(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度)2、测量方法、测量方法显微镜测微尺显微镜测微尺显微照相后根据放大倍数进行测算显微照相后根据放大倍数进行测算3、细菌大小测量结果的影响因素、细菌大小测量结果的影响因素个体差异；个体差异；干燥、固定后的菌体一般会由于脱水

4、而比活菌体缩短干燥、固定后的菌体一般会由于脱水而比活菌体缩短1/3-1/4；染色方法的影响，一般用负染色法观察的菌体较大；染色方法的影响，一般用负染色法观察的菌体较大；幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大；幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大；环境条件，如培养基中渗透压的改变也会导致细胞大小的变化。环境条件，如培养基中渗透压的改变也会导致细胞大小的变化。（二）细菌的基本形态和排列（二）细菌的基本形态和排列球状球状杆状杆状螺旋状螺旋状基本形态基本形态1、球状、球状 细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为裂时会形成

5、不同的空间排列方式，常被作为分类依据分类依据。金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌肺炎链球菌肺炎链球菌2、杆状、杆状 细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。 杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般变化，一般不作为分类依据不作为分类依据。铜绿假单胞菌铜绿假单胞菌（绿脓杆菌）（绿脓杆菌）破伤风梭菌破伤风梭菌3 3、螺旋状、螺旋状弧菌弧菌螺旋菌螺旋菌螺旋体菌螺旋体菌4 4、其它形状、其它形状1

6、 1）特殊形态）特殊形态柄杆菌（柄杆菌（prosthecate bacteriaprosthecate bacteria）细胞上有柄（细胞上有柄（stalkstalk）、菌丝）、菌丝（hyphaehyphae）、附器）、附器（appendagesappendages）等细胞质伸）等细胞质伸出物，细胞呈杆状或梭状，出物，细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄。并有特征性的细柄。 一般生活在淡水中固形物的一般生活在淡水中固形物的表面，其异常形态使得菌体表面，其异常形态使得菌体的表面积与体积之比增加，的表面积与体积之比增加，能有效地吸收有限的营养物；能有效地吸收有限的营养物；2）异常形态）异常形态环境条

7、件的变化：环境条件的变化：物理、化学因子的刺激物理、化学因子的刺激培养时间过长培养时间过长阻碍细胞正常发育阻碍细胞正常发育细胞衰老细胞衰老营养缺乏营养缺乏自身代谢产物积累过多自身代谢产物积累过多异常形态异常形态正常形态正常形态环环境境条条件件恢恢复复正正常常二、细菌的结构二、细菌的结构特殊结构：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造特殊结构：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造基本结构：基本结构：一般细菌都有的构造一般细菌都有的构造（一）细菌的基本结构（一）细菌的基本结构 细胞壁（细胞壁（cell wall）位于细胞位于细胞基本结构基本结构最外的一层厚实、坚韧的外被最外的一层

8、厚实、坚韧的外被（位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结（位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。）构。）细胞壁细胞壁1. 细胞壁细胞壁细胞壁的功能：细胞壁的功能：（1）固定细胞外形和提高机械强度；）固定细胞外形和提高机械强度；（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；（3）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分 子量大于子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化 酶和青霉素等有害物质的损伤；酶和青霉素等有害

9、物质的损伤；（4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的 敏感性的物质基础；敏感性的物质基础；革兰氏染色与细胞壁：革兰氏染色与细胞壁： 简单染色法简单染色法 正染色正染色 革兰氏染色法革兰氏染色法 鉴别染色法鉴别染色法 抗酸性染色法抗酸性染色法 芽孢染色法芽孢染色法 死菌死菌 姬姆萨染色法姬姆萨染色法 负染色负染色： 荚膜染色法等荚膜染色法等细菌染色法细菌染色法 活菌：用美蓝或活菌：用美蓝或TTCTTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色1 1）革兰氏染色）革兰氏染色C.Gram（革兰）于（革兰）于1884年年

10、发明的一种鉴别不同类型发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。细菌的染色方法。革兰氏染色法的流程革兰氏染色法的流程1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染2、用碘溶液进行媒染、用碘溶液进行媒染3、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色4、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对 涂片进行复染，例如沙黄。涂片进行复染，例如沙黄。具体实验步骤请参考实验讲义具体实验步骤请参考实验讲义革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁的比较革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁的比较2 2）革兰氏阳性细菌的细胞壁）革兰氏阳性细菌的细胞壁特点：特点：厚度大（

11、厚度大（2080nm） 化学组分简单，一般只含化学组分简单，一般只含90%90%肽聚糖和肽聚糖和10%10%磷壁酸。磷壁酸。肽聚糖肽聚糖( (peptidoglycan) )磷壁酸（磷壁酸（teichoic acidteichoic acid）又称粘肽又称粘肽( (mucopeptide) )、胞壁质、胞壁质( (murein) )或粘质复合物或粘质复合物(mucocomplex)(mucocomplex)，是细菌细胞壁中的特有成分。，是细菌细胞壁中的特有成分。结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖（1）肽聚糖）肽聚糖厚约厚约2080nm，由，由2

12、540层左右的网格状分子交织成的网层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。套覆盖在整个细胞上。双糖单位双糖单位原核生物所特有的已糖原核生物所特有的已糖肽聚糖肽聚糖肽肽聚糖聚糖四肽尾四肽尾由四个氨基酸分子按由四个氨基酸分子按 L型与型与D型交替方式连接而成型交替方式连接而成双糖单位中的双糖单位中的-1,4-糖苷键糖苷键很容易被溶菌酶很容易被溶菌酶(lysozyme)所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的的“散架散架”而死亡。而死亡。肽桥肽桥起着连接前后两个四肽尾分子的起着连接前后两个四肽尾分子的“桥梁桥梁”作用。作用。青霉素青霉素目前所知的肽聚糖已超过目前

13、所知的肽聚糖已超过100种，在这一种，在这一“肽聚糖的肽聚糖的多样性多样性”中，主要的变化发生在肽桥上。中，主要的变化发生在肽桥上。跨越肽聚糖层跨越肽聚糖层并与细胞膜相并与细胞膜相交联的交联的膜磷壁膜磷壁酸酸（又称又称脂磷脂磷壁酸壁酸），由甘，由甘油磷酸链分子油磷酸链分子与细胞膜上的与细胞膜上的磷脂进行共价磷脂进行共价结合后形成。其结合后形成。其含量与培养条件关系不大。可用含量与培养条件关系不大。可用45%45%热酚水提取，热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。（2 2）磷壁酸）磷壁酸结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要成分为甘结合在革兰氏

14、阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。油磷酸或核糖醇磷酸。壁磷壁酸壁磷壁酸，它与肽它与肽聚糖分子间进行共价结聚糖分子间进行共价结合，含量会随培养基成合，含量会随培养基成分而改变，一般占细胞分而改变，一般占细胞壁重量的壁重量的10%10%，有时可，有时可接近接近50%50%。用稀酸或稀碱。用稀酸或稀碱可以提取可以提取。磷壁酸主要生理功能：磷壁酸主要生理功能：细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收；细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收；贮藏磷元素；贮藏磷元素；增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、

15、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用；体的作用；革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；噬菌体的特异性吸附受体；噬菌体的特异性吸附受体；能调节细胞内自溶素能调节细胞内自溶素(autolysin)(autolysin)的活力，防止细胞因自溶而死亡。的活力，防止细胞因自溶而死亡。 3 3）革兰氏阴性细菌的细胞壁）革兰氏阴性细菌的细胞壁肽聚糖肽聚糖外膜外膜外膜蛋白外膜蛋白周质空间周质空间（1）肽聚糖）肽聚糖埋藏在外膜层之内，是仅由埋藏在外膜层之内，是仅由12层层肽聚糖网状分子组成的薄层肽聚糖网状分子组成的薄层(23nm)，含量约占细胞壁总重的，含量约占细胞壁总重的51

16、0%，故对机械强度的抵，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。抗力较革兰氏阳性菌弱。内消旋二氨基庚二酸内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)（只在原核微生物细胞壁上发现）（只在原核微生物细胞壁上发现）没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套、机械强度较差的肽聚糖网套（2）外膜）外膜(outer membrane)位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，由位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，由脂多糖脂多糖、磷脂磷脂和脂蛋白等若干种和脂蛋白等若干种蛋白质蛋白质组成的膜，组成的膜，有时也称为外壁。有时也称为外壁。 脂多糖（脂多糖（lipopolysaccharide, LPS

17、）位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚（810nm）的类脂多糖类物质，由）的类脂多糖类物质，由类脂类脂A、核心多糖核心多糖(corepolysaccharide)和和O-特异侧链特异侧链（O-specific side chain，或称，或称O-多糖或多糖或O-抗原）抗原）三部分组成。三部分组成。脂多糖的主要功能脂多糖的主要功能-1LPS结构的多变，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性结构的多变，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性；（1）躲避宿主免疫系统攻）躲避宿主免疫系统攻 击，击， 保持感染成功。保持感染成功。（2）用灵敏的

18、血清学方法）用灵敏的血清学方法 对病对病 原菌进行鉴定，原菌进行鉴定， 在传染病的在传染病的诊断中有其重要意义。诊断中有其重要意义。O-特异侧链种类的变化特异侧链种类的变化脂多糖的主要功能脂多糖的主要功能-2LPS负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用，对细胞膜结构起稳定作用。表面浓度的作用，对细胞膜结构起稳定作用。脂多糖的主要功能脂多糖的主要功能-3类脂类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础；内毒素的物质基础；脂多糖的主要功能脂多糖的主要功能-4具有控制某

19、些物质进出细胞的部分选择性屏障功能；具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能；许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；（3）外膜蛋白）外膜蛋白(outer membrane protein) 嵌合在嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。有和磷脂层外膜上的蛋白。有20余种，但多数功能尚不清楚。余种，但多数功能尚不清楚。脂蛋白脂蛋白( (lipoprotein) )是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白，分子量约为上的蛋白，分子量约为72007200。孔蛋白孔蛋白（porins）是由三个相同分子量（）是由三个

20、相同分子量（36000）蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜）蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约蛋白，中间有一直径约1nm的孔道，通过孔的开、闭，可对进入外膜层的物质进行选的孔道，通过孔的开、闭，可对进入外膜层的物质进行选择。择。 4）革兰氏阳性和阴性细菌的比较）革兰氏阳性和阴性细菌的比较占占细细胞胞壁壁干干重重的的%成成分分革兰氏阳性细菌革兰氏阴性细菌肽聚糖含量很高（5090）含量很低（10）磷壁酸含量较高（50）无类脂质一般无（2）含量较高（20）蛋白质无含量较高革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的比较革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的比较（参见P45，表3-1）革兰氏阳性菌：革兰氏阳性菌

21、：肽聚糖层次多、厚肽聚糖层次多、厚机械抗性强机械抗性强对溶菌酶、青霉素敏感对溶菌酶、青霉素敏感不含类脂和脂蛋白不含类脂和脂蛋白不形成内毒素不形成内毒素革兰氏染色阳性革兰氏染色阳性革兰氏阴性菌：革兰氏阴性菌：肽聚糖层次少、薄肽聚糖层次少、薄机械抗性差机械抗性差对溶菌酶、青霉素不敏感对溶菌酶、青霉素不敏感类脂、脂蛋白组成外膜类脂、脂蛋白组成外膜内毒素内毒素革兰氏染色阴性革兰氏染色阴性细胞壁缺陷细菌：细胞壁缺陷细菌： 缺壁突变缺壁突变LL型细菌型细菌 实验室或宿主体内形成实验室或宿主体内形成 基本去尽基本去尽原生质体（原生质体（G G+ +） 缺壁细菌缺壁细菌 人工去壁人工去壁 部分去除部分去除球状

22、体（球状体（G G_ _） 在自然界长期进化中形成在自然界长期进化中形成支原体支原体周质空间周质空间(periplasmic space, periplasm) 又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约（宽约1215nm），呈胶状。），呈胶状。周质空间是进出细胞的周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反物质的重要中转站和反应场所应场所在周质空间中，存在着多种周质蛋白（在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins）水解酶类；水解酶类；合成酶类；合成酶类；结合蛋白；结

23、合蛋白；受体蛋白；受体蛋白；(二二) 细胞膜细胞膜 细胞质膜（细胞质膜（cytoplasmic membrane），又称质膜（），又称质膜（plasma membrane）、细胞膜（）、细胞膜（cell membrane），是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞），是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜半透性薄膜，厚约，厚约78nm，由，由磷脂磷脂（占（占20%30%）和）和蛋白质蛋白质（占（占50%70%）组成。）组成。原核生物与真核生物细原核生物与真核生物细胞膜的主要差别是前者的蛋白质含量特别高，胞膜的主要差别是前者的蛋白质含量特别高，

24、一般无甾醇（仅枝原体例外），一般无甾醇（仅枝原体例外），而后者则蛋白质含量低并普遍含有甾醇。而后者则蛋白质含量低并普遍含有甾醇。细胞膜细胞膜（2）膜蛋白）膜蛋白具运输功能的整合蛋白（具运输功能的整合蛋白（integral protein）或内嵌蛋白（）或内嵌蛋白（intrinsic protein）具有酶促作用的周边蛋白（具有酶促作用的周边蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白）或膜外蛋白(extrinsic protein)膜蛋白约占细菌细胞膜的膜蛋白约占细菌细胞膜的50%70%，比任何一种生物膜都高，比任何一种生物膜都高，而且种类也多。而且种类也多。-细胞膜是一个重要的代谢活动中心。细胞膜是一个重要的代谢活动中心。1、液态镶嵌模型液态镶嵌模型(fluid mosaic model) 膜的主体是脂质双分子层；膜的