2022年医学专题-第3节-细菌结构

本课重点(zhòngdiǎn)细菌细胞壁的结构(jiégòu)：革兰氏染色阳性菌和阴性菌的差别；细菌细胞壁的功能；革兰氏染色过程和原理。名词概念：肽聚糖、革兰氏染色、磷壁酸、壁膜间隙(jiànxì)（周质空间）、原生质体、原生质球、L型细菌第三节细菌结构第一页，共五十七页。特殊(tèshū)构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造一般构造(gòuzào)：一般细菌都有的构造第二页，共五十七页。1、细胞壁1）革兰氏染色(rǎnsè)与细胞壁：

简单染色法

正染色

革兰氏染色法

鉴别染色法

抗酸性染色法

芽孢染色法

死菌

姬姆萨染色法

负染色荚膜染色法等细菌染色法

活菌：用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色

（1）革兰氏染色(rǎnsè)第三页，共五十七页。1）革兰氏染色(rǎnsè)与细胞壁：

（1）革兰氏染色(rǎnsè)丹麦医生C.Gram（革兰）于1884年发明的一种(yīzhǒnɡ)鉴别不同类型细菌的染色方法。第四页，共五十七页。1）革兰氏染色(rǎnsè)与细胞壁：

（1）革兰氏染色(rǎnsè)1、涂片(túpiàn)，固定、结晶紫初染2、碘溶液媒染，其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固。3、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。4、沙黄或番红复染结果：菌体呈紫色者为G+

菌体呈红色者为G-第五页，共五十七页。1）革兰氏染色(rǎnsè)与细胞壁：

（1）革兰氏染色(rǎnsè)第六页，共五十七页。细胞壁（cellwall）是细胞膜外面(wàimiàn)具有一定硬度和韧性的壁套。1）细胞壁：第七页，共五十七页。4）革兰氏阳性(yángxìng)细菌的细胞壁特点(tèdiǎn)：厚度大（30~40nm）,层数多，

化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。第八页，共五十七页。4）革兰氏染色(rǎnsè)与细胞壁：（2）革兰氏阳性(yángxìng)细菌的细胞壁肽聚糖(peptidoglycan)磷壁酸（teichoicacid）第九页，共五十七页。A、肽聚糖第十页，共五十七页。（2）革兰氏阳性(yángxìng)细菌的细胞壁厚约30~40nm，由20-30层左右的网格状分子交织成的网套覆盖(fùgài)在整个细胞上。第十一页，共五十七页。B、磷壁酸革兰氏阳性细菌(xìjūn)细胞壁上特有的化学成分，多元醇和磷酸的聚合物。壁磷壁酸：它与肽聚糖分子间进行(jìnxíng)共价结合。膜磷壁酸：跨越(kuàyuè)肽聚糖层并与细胞膜相交联的（又称脂磷壁酸）第十二页，共五十七页。第十三页，共五十七页。磷壁酸主要(zhǔyào)生理功能：使细胞壁形成负电荷环境，增强(zēngqiáng)细胞膜对二价阳离子的吸收；贮藏(zhùcáng)磷元素；增强某些致病菌对宿主细胞的粘连；能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，防止细胞因自溶而死亡。第十四页，共五十七页。（3）革兰氏阴性(yīnxìng)细菌的细胞壁肽聚糖外膜周质空间(kōngjiān)第十五页，共五十七页。A、肽聚糖埋藏(máicáng)在外膜层之内，是仅由1~2层肽聚糖网状分子组成的薄层(2~3nm)。内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)（只在原核(yuánhé)微生物细胞壁上发现）没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械(jīxiè)强度较差的肽聚糖网套第十六页，共五十七页。B、外膜(outermembrane)位于革兰氏阴性细菌(xìjūn)细胞壁外层，由脂多糖、类脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜。第十七页，共五十七页。脂多糖(duōtánɡ)（lipopolysaccharide,LPS）位于革兰氏阴性细菌(xìjūn)细胞壁最外层，由类脂A、核心多糖(corepolysaccharide)和O-特异侧链（O-specificsidechain，或称O-多糖或O-抗原）三部分组成。第十八页，共五十七页。脂多糖(duōtánɡ)的主要功能LPS负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附(xīfù)Mg2+、Ca2+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。保护(bǎohù)作用—阻止某些物质的进入。致病物质—内毒素。许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。第十九页，共五十七页。C、外膜蛋白(outermembraneprotein)嵌合(qiànhé)在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。有20余种，但多数功能尚不清楚。第二十页，共五十七页。C、外膜蛋白(outermembraneprotein)脂蛋白(lipoprotein)是一种(yīzhǒnɡ)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7200。第二十一页，共五十七页。C、外膜蛋白(outermembraneprotein)孔蛋白（porins）是由三个相同分子量（36000）蛋白亚基组成(zǔchénɡ)的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm的孔道。非特异性孔蛋白(dànbái)特异性孔蛋白(dànbái)可通过分子量小于800~900的任何亲水性分子只容许一种或少数几种相关物质通过，如维生素B12和核苷酸等。第二十二页，共五十七页。D、周质空间(kōngjiān)(periplasmicspace,periplasm)又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌(xìjūn)中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约12~15nm），呈胶状。周质空间是进出细胞的物质的重要(zhòngyào)中转站和反应场所第二十三页，共五十七页。在周质空间中，存在(cúnzài)着多种周质蛋白（periplasmicproteins）水解酶类；合成酶类；结合(jiéhé)蛋白；受体蛋白(dànbái)；第二十四页，共五十七页。（4）革兰氏阳性和阴性(yīnxìng)细菌的比较第二十五页，共五十七页。（4）革兰氏阳性(yángxìng)和阴性细菌的比较革兰氏染色(rǎnsè)的原理第二十六页，共五十七页。5）细胞壁的功能(gōngnéng)：（1）固定细胞外形和提高(tígāo)机械强度；（2）为细胞(xìbāo)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（分子量大于800Da）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶等有害物质的损伤；（4）细菌特定的抗原性、致病性的物质基础。第二十七页，共五十七页。6）细胞壁缺陷(quēxiàn)细菌：

缺壁突变——L型细菌

实验室或宿主体内形成

基本去尽——原生质体（G+）缺壁细菌

人工去壁

部分去除——原生质球（G-）

在自然界长期进化中形成——枝原体第二十八页，共五十七页。（1）L型细菌(xìjūn)（L-formofbacteria）因英国(yīnɡɡuó)李斯德（Lister）预防研究所首先发现而得名（1935年，念珠菌Streptobacillusmoniliformis）大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌等20多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗(zhìliáo)有关。特点：1.没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；2.有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”；3.对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落（直径在0.1mm左右）；4.遗传性稳定第二十九页，共五十七页。（2）原生质体（protoplast）在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成(héchéng)而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。特点(tèdiǎn)：对环境条件(tiáojiàn)变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至通气等都易引起其破裂；有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应噬菌体所感染；在适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖、形成菌落，形成芽孢。及恢复成有细胞壁的正常结构。比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。第三十页，共五十七页。（3）球状体(sphaeroplast)，又称原生质球采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而获得的残留部分细胞壁（外壁层）的球形体。与原生质体相比，它对外界(wàijiè)环境具有一定的抗性。第三十一页，共五十七页。本课重点(zhòngdiǎn)细菌细胞膜的功能；鞭毛(biānmáo)的结构与功能。S层、荚膜、间体、拟核、芽孢(yábāo)、趋化性名词解释：第三十二页，共五十七页。2、细胞膜1）概念(gàiniàn)：细胞质膜（cytoplasmicmembrane），又称质膜（plasmamembrane）、细胞膜（cellmembrane）或内膜（innermembrane），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(tánxìng)的半透性薄膜，厚约7～8nm，由磷脂（占20%～30%）和蛋白质（占50%～70%）组成。第三十三页，共五十七页。2、细胞膜2）细胞膜的化学组成与结构(jiégòu)模型：（1）磷脂(línzhī)亲水的极性端疏水的非极性端第三十四页，共五十七页。3）细胞膜的化学组成与结构(jiégòu)模型：（1）磷脂(línzhī)第三十五页，共五十七页。3）细胞膜的化学组成(zǔchénɡ)与结构模型：（1）磷脂(línzhī)膜的流动性很大程度上取决于不饱和脂肪酸的结构和相对含量。细胞膜上长链脂肪酸的链长和饱和度因细菌种类(zhǒnglèi)和生长温度而异。通常生长温度要求越高的种，其饱和度也越高，反之则低。第三十六页，共五十七页。古细菌的细胞膜，耐高温、高盐真细菌(xìjūn)的细胞膜第三十七页，共五十七页。3）细胞膜的化学(huàxué)组成与结构模型：（2）膜蛋白具运输功能(gōngnéng)的整合蛋白（integralprotein）或内嵌蛋白（intrinsicprotein）具有酶促作用的周边(zhōubiān)蛋白（peripheralprotein）或膜外蛋白(extrinsicprotein)膜蛋白约占细菌细胞膜的50%～70%，比任何一种生物膜都高，而且种类也多。--------细胞膜是一个重要的代谢活动中心。（2）蛋白第三十八页，共五十七页。3）细胞膜的化学组成与结构(jiégòu)模型：（3）液态(yètài)镶嵌模型(fluidmosaicmodel)①膜的主体(zhǔtǐ)是脂质双分子层；②脂质双分子层具有流动性；③整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层的疏水性内层中；④周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连；⑤脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；⑥脂质双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）第三十九页，共五十七页。3）细胞膜的化学组成与结构(jiégòu)模型：（3）液态(yètài)镶嵌模型(fluidmosaicmodel)第四十页，共五十七页。2、细胞膜4）细胞膜的生理功能：①选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物(chǎnwù)的运送；②是维持细胞(xìbāo)内正常渗透压的屏障；③合成细胞壁和糖被的各种(ɡèzhǒnɡ)组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、

荚膜多糖等）的重要基地；④膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所；⑤是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；第四十一页，共五十七页。（二）细胞(xìbāo)的结构2、细菌(xìjūn)细胞膜的特殊结构5）间体和内膜：细胞质膜内褶形成(xíngchéng)的囊状构造。DNA复制、分配以及细胞分裂有关第四十二页，共五十七页。细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间(zhōngjiān)代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。3、细胞质和内含(nèihán)物1）概念(gàiniàn)：

细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。第四十三页，共五十七页。3、细胞质和内含(nèihán)物2）颗粒状贮藏(zhùcáng)物(reservematerials)：贮藏物是一类由不同化学成分累积(lěijī)而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。

糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等碳源及能源类聚β-羟丁酸（PHB）：固氮菌、产碱菌和肠杆菌等硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等贮藏物藻青素：蓝细菌藻青蛋白：蓝细菌磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌氮源类第四十四页，共五十七页。2）颗粒状贮藏(zhùcáng)物(reservematerials)：①聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)PHB于1929年被发现(fāxiàn)，至今已发现(fāxiàn)60属以上的细菌能合成并贮藏。它无毒、可塑、易降解，被认为是生产医用塑料、生物(shēngwù)降解塑料的良好原料。第四十五页，共五十七页。2）颗粒状贮藏(zhùcáng)物(reservematerials)：②多糖类贮藏(zhùcáng)物在真细菌中以糖原为多糖原粒较小，不染色需用电镜观察，用碘液染成褐色(hèsè)，可在光学显微镜下看到。糖原粒淀粉粒有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。第四十六页，共五十七页。2）颗粒状贮藏(zhùcáng)物(reservematerials)：③异染粒(metachromaticgranules)颗粒大小为0.5～1.0μm，是无机偏磷酸的聚合物，一般在含磷丰富的环境下形成(xíngchéng)。功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。第四十七页，共五十七页。2）贮藏(zhùcáng)物(reservematerials)：④藻青素（cyanophycin）一种内源性氮源贮藏(zhùcáng)物，同时还兼有贮存能源的作用。通常存在于蓝细菌中。由含精氨酸和天冬氨酸残基（1:1）的分枝多肽(duōtài)所构成，分子量在25000～125000。第四十八页，共五十七页。2）贮藏(zhùcáng)物(reservematerials)：⑤硫粒（sulfurglobules）很多真细菌(xìjūn)在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性的硫化物如H2S，硫代硫酸盐等的氧化。在环境中还原性硫素丰富时，常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。当环境中环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用。第四十九页，共五十七页。2）贮藏(zhùcáng)物(reservematerials)：微生物储藏(chǔcáng)物的特点及生理功能：不同微生物其储藏(chǔcáng)性内含物不同（例如厌气性梭状芽孢杆菌只含PHB，大肠杆菌只储藏糖原，但有些光和细菌二者兼有）微生物合理利用营养物质的一种调节方式当环境中缺乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内含物，甚至达到细胞干重的50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时，这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应。储藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH，渗透压等的危害。（例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-β-羟丁酸（

PHB）就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。）储藏物在细菌细胞中大量积累，还可以被人们利用。第五十页，共五十七页。3、细胞质和内含(nèihán)物3）磁小体(megnetosome)趋磁细菌(xìjūn)细胞中含有的大小均匀、数目不等的Fe3O4颗粒，外有一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹。第五十一页，共五十七页。3）磁小体(megnetosome)第五十二页，共五十七页。3、细胞质和内含(nèihán)物5）气泡(qìpào)（gasvocuoles）许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌(xìjūn)中存在的充满气体的泡囊状内含