第二章 微生物细胞

第二章微生物细胞第一节细胞的化学性质第二节原核生物细胞的结构与功能第三节真核细胞与原核细胞结构的异同1、细胞的化学成分2、细胞中的有机单体和多聚体1、细胞壁细胞壁的功能、结构及化学组成；革兰氏染色反应；革兰氏阳性菌、阴性菌细胞壁组成、结构的比较2、原生质体质膜的结构和化学成分；质膜的功能；内膜系统；细胞质区；核区3、细胞的特殊结构荚膜及其功能；鞭毛及其功能；菌毛及其功能；芽孢类型、形成过程及生理特点；内含物1、真核细胞的基本结构细胞壁；细胞质膜；细胞核；细胞器；2、真核细胞的特殊结构鞭毛；纤毛3、原核细胞与真核细胞的比较大小；形状；结构；功能第一节细胞的化学性质有机物无机物大分子有机物：蛋白质、核酸、脂类、碳水化合物小分子有机物：氨基酸、核苷酸、辅酶等占细胞干物重的99%。小分子无机物和离子大量元素微量元素占细胞干物重的1%。一细胞的化学成分

糖类脂肪酸核苷酸氨基酸多糖脂类核酸蛋白质单体多聚体二细胞中的单体和多聚体

第一节细胞的化学性质二细胞中的单体和多聚体

1、糖类和多糖糖类：最常见的有C4~C7糖。其中，C5糖作为核酸的骨架、C6糖作为细胞壁的多聚物和能量储存物质的单体显得极为重要。多糖：是糖类物质通过糖苷键连接而成的多聚体，糖苷键有α和β两种定向。

α-1，4糖苷键连接的葡萄糖主要作为碳和能源的储存物质，如淀粉、糖原；

β-1，4糖苷键连接的葡萄糖单元存在于纤维素中，一般作为细胞的结构物质存在。第一节细胞的化学性质2、脂肪酸和类脂

脂肪酸是类脂的主要组分。类脂具有高度疏水和高度亲水的双重性质，使其成为细胞膜的理想的结构组分，决定物质的通透性，控制细胞内外物质的转运。

二细胞中的单体和多聚体

第一节细胞的化学性质3、核苷酸和核酸

核苷酸由一分子五碳糖、一分子含氮碱基和一分子磷酸组成。

核酸由核苷酸的单体形成的多聚体，包括DNA和RNA。

DNA携带着细胞的遗传信息，以双螺旋的形式存在，每条链含有几百万个核苷酸，这两条链之间以氢键连接；

RNA将DNA的遗传信息转变为蛋白质中特定的氨基酸序列，一般以单链的形式存在。

二细胞中的单体和多聚体

第一节细胞的化学性质二细胞中的单体和多聚体

4、氨基酸和蛋白质

氨基酸是蛋白质的单体单元。

氨基酸含有两个重要的功能团，羧基和氨基。

21种氨基酸中，有两种含硫，有一种含硒（硒代胱氨酸）。一个氨基酸羧基的碳原子和另一个氨基酸氨基的氮原子间（失去一个水分子）形成一种称肽键的共价键。蛋白质主要以催化蛋白（酶）和结构蛋白形式存在。

蛋白质的结构：1—4级结构。蛋白质的变性：高温、酸碱、及某些化合物质影响下蛋白质发生变性，丧失其生物学活性。蛋白质变性导致多肽链解链，并破坏高级结构，但仍保持一级结构。说明蛋白质的生物活性和蛋白质特异折叠的结构密切相关。第一节细胞的化学性质

蛋白质的四级结构细胞质纤毛鞭毛核糖体细胞膜细胞壁荚膜第二节原核生物细胞的结构与功能细胞壁细胞质质膜原生质体基本结构特殊结构鞭毛芽孢荚膜菌毛细胞结构

细菌模式图第二节原核生物细胞的结构与功能一、基本结构1、细胞壁包在细菌细胞表面、内侧紧贴细胞质膜的、较为坚韧、并略具弹性的结构。壁厚度20-80nm(G+菌)10nm(G-菌)细胞质胞围细胞膜肽聚糖外膜(1)细胞壁的功能第二节原核生物细胞的结构与功能一、基本结构b.鞭毛运动的支点c.细胞壁的化学成分与细菌的抗病性、致病性及对噬菌体的敏感性有关a.保护作用第二节原核生物细胞的结构与功能一、基本结构(2)细胞壁的化学组成、结构及革兰氏染色反应肽聚糖形成的网状结构e.革兰氏染色反应机理的推测b.结构：两种类型：单层较厚、比较致密的结构（20－80nm）两层膜结构(10nm)c.革兰氏染色反应（1884，丹麦，GRAM）d.G+菌和G-菌细胞壁组成及结构比较a.化学组成：肽聚糖（两种氨基糖+4种氨基酸组成的坚韧的多聚体结构，占40-90%）。磷壁酸甲菌乙菌初染结晶紫媒染碘液脱色乙醇复染番红紫色（G＋）红色（G-）革兰氏染色步骤示意图细胞壁与革兰氏染色涂片干燥固定肽聚糖细胞质膜外壁层Grampositivebacteria,G+Gramnegativebacteria,G—细菌的细胞壁(粉红色以外的部分)CellWallsofBacteriaPeptidoglycanisfoundonlyinbacteriaKeepscellsfromlysing,duetoturgorpressure革兰氏染色机制：（1）与等电点有关：革兰氏阳性菌pH2～3，阴性菌pH4～5，加I-－KI媒染，等电点降低，阳性菌降低的更低，与结晶紫结合得更牢固；阴性菌结合力弱，易被乙醇脱色。（2）与细胞壁有关：革兰氏阴性菌细胞壁薄、脂类物质高，易被乙醇溶解增加细胞通透性；革兰氏阳性菌细胞壁厚、肽聚糖含量高、脂类物质含量低，肽聚糖被乙醇脱水使降低细胞通透性；因此复染后表现不同的染色效果。第二节原核生物细胞的结构与功能一、基本结构古细菌的细胞壁结构热原体无细胞壁细胞壁:无肽聚糖，由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成放线菌的细胞壁结构第二节原核生物细胞的结构与功能一、基本结构2、原生质体(1)细胞质膜（5-10nm）：质膜、细胞膜a.质膜的组成及结构组成：是由磷脂分子和蛋白质组成。结构：第二节原核生物细胞的结构与功能一、基本结构b.质膜的功能1.渗透屏障的功能。2.参与细胞壁的生物合成（载体脂类）3.参与能量的产生（电子传导系统）。4.鞭毛着生点，与运动有关。第二节原核生物细胞的结构与功能一、基本结构(2)中间体（内膜系统）：(mesosome)由细胞膜内褶形成的一种管状、层状或囊状结构。(3)细胞质包含在细菌细胞质膜以内的所有部分称细胞质细胞质纤毛鞭毛核糖体细胞膜细胞壁荚膜第二节原核生物细胞的结构与功能一、基本结构a.细胞质区：核蛋白体（或核糖体）：直径10nm，沉降系数为70s的颗粒，由核糖核酸(RNA，占2/3)和蛋白质组成。功能：蛋白质合成场所构成核糖核蛋白体的三种RNA:

16SrRNA、23SrRNA、5SrRNA，比例为1:1:1

b.核区原核、类核或染色质区一条紧密而有规律缠绕的环状双链DNA丝处于细胞质中部的絮状的区域。质粒是细菌染色体以外的遗传物质，能独立复制，为共价闭合环状双链DNA。第二节原核生物细胞的结构与功能一、基本结构(3)细胞质细胞质纤毛鞭毛核糖体细胞膜细胞壁荚膜附加体：附着在染色体的质粒。功能：细菌遗传信息的物质基础。第二节原核生物细胞的结构与功能一、基本结构(3)细胞质气泡：2nm厚，由蛋白质组成。光合细菌和水生细菌的特征，每个细胞含几个到几百个功能：使细菌具有浮力，趋向于光强度和氧浓度的区域c.内含体：聚羟基丁酸盐（PHB）：碳和能源的储藏物质，可制成可降解塑料多糖类贮藏物：包括糖原和淀粉类；异染粒：其功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞内的渗透压；藻青素：一种内源性氮源贮藏物，兼贮存能源第二节原核生物细胞的结构与功能一、基本结构(3)细胞质c.内含体：磁小体：起导向作用羧酶体：在一些自养细菌的CO2固定中起关键作用。硫粒:载色体第二节原核生物细胞的结构与功能二、特殊结构1、荚膜在一定营养条件下，部分细菌能够向细胞外分泌一些胶粘性的物质，并附着在细胞的表面，这类物质称之为荚膜。不同细胞的荚膜连在一起，形成一个内含多个菌体的胶团，称菌胶团。双球菌的荚膜菌胶团

荚膜的染色:碳素墨水对产荚膜菌采用背景染色法-------负染色法

第二节原核生物细胞的结构与功能二、特殊结构1、荚膜

双球菌的荚膜菌胶团

Ⅰ.使细胞免受干燥的危害。Ⅱ.病原菌的荚膜与致病能力有关III．荚膜多糖——信号物质Ⅳ.贮藏养料Ⅴ.作为渗透屏障和离子交换系统Ⅵ.堆积代谢废物。a.荚膜的组分多糖和多肽b.荚膜的主要功能：第二节原核生物细胞的结构与功能二、特殊结构2、鞭毛（1）形态特征鞭毛是从细胞膜内长出，穿过壁伸出体外，形成细长的丝（直径20-30nm）。细菌鞭毛的电镜照片弧菌鞭毛的电镜照片第二节原核生物细胞的结构与功能二、特殊结构（2）功能：细菌细胞运动的器官。细菌鞭毛着生类型第二节原核生物细胞的结构与功能二、特殊结构单生周生丛生鞭毛的运动方式:原核生物----旋转式真核生物----挥鞭式（3）类型：根据鞭毛着生位置和数目来分。细菌鞭毛着生类型第二节原核生物细胞的结构与功能二、特殊结构单生周生丛生（4）趋向性第二节原核生物细胞的结构与功能二、特殊结构３、菌毛（菌须）（1）形态特征附着在细菌表面的短而僵直的丝状附着物。（须）。特点：短、细、硬、多（150-500）代表菌:淋病的病原菌——淋病奈氏球菌（2）功能：菌膜、性器细菌菌毛(BacterialPili)

性菌毛Conjugation(Sex)Pilus

第二节原核生物细胞的结构与功能二、特殊结构3、芽孢在细菌的生长后期，细胞内形成一个球形或卵形的、具有厚壁结构，抗性极强的休眠体，这种物质称为芽孢。功能：抵抗逆境类型：大小、着生部位细菌芽孢的各种类型左：端位；中：近端位；右：中央位枯草杆菌营养细胞和芽孢囊超薄切片电镜照片芽孢的形成过程细菌芽孢构造的模式图

孢孢外壁芽孢衣

皮层

芽孢质芽孢核区芽孢膜芽孢壁核心(1)特有成分:DPA-Ca，即吡啶二羧酸钙盐第二节原核生物细胞的结构与功能二、特殊结构3、芽孢(2)杀死芽孢所需要的条件:湿热灭菌时温度不能低于121℃10min。热空气干热灭菌则温度在150-160℃下维持1~2h。

第二节原核生物细胞的结构与功能二、特殊结构3、芽孢(3)芽孢的形态:圆柱形、椭圆形、圆形等(4)芽孢的染色方法:孔雀绿染色(5)芽孢的萌发:促进萌发物质:葡萄糖、表面活性剂抑制萌发物质:D-丙氨酸和重碳酸钠等第二节原核生物细胞的结构与功能二、特殊结构4、伴孢晶体产生细菌:苏云金芽孢杆菌用途:生物农药-----细菌杀虫剂第三节真核细胞与原核生物细胞的结构比较一、细胞的基本结构及组成区别1、细胞壁真核生物:

纤维素或几丁质原核生物:

肽聚糖酵母细胞:外层甘露糖、内层葡聚糖，中间夹着一层蛋白质，内含多种酶等，呈“三明治”状。

第三节真核细胞与原核生物细胞的结构比较2、细胞质膜相同之处:双层磷脂分子构成，蛋白质镶嵌其中不同之处:真核细胞含固醇类，如胆固醇;而原核细胞不含固醇

一、细胞的基本结构及组成区别第三节真核细胞与原核生物细胞的结构比较3、细胞核原核细胞:没有完整的核真核细胞:具有完整的细胞核，有核膜、核仁。一、细胞的基本结构及组成区别第三节真核细胞与原核生物细胞的结构比较4、细胞器：原核细胞:无细胞器真核细胞:具有线粒体、叶绿体等细胞器。一、细胞的基本结构及组成区别第三节真核细胞与原核生物细胞的结构比较5、鞭毛原核细胞:鞭毛蛋白、中空螺旋、旋转式

真核细胞:微管蛋白、“9+2型”、滑动式

一、细胞的基本结构及组成区别第三节真核细胞与原核生物细胞的结构比较二、原核细胞与真核细胞大小和形状的区别1、大小的区别2、形状的区别原核生物：直径或宽度在0.5-2.0um.

真核细胞：达到2-200um.

细菌：球状、杆状和螺旋状真核生物：一般为椭圆形或柱状，部分种类分化成菌丝体、孢子等思考题1、革兰氏染色的步骤是什么？2、革兰氏染色中乙醇的作用是什么？3、什么叫革兰氏阳性菌？什么叫革兰氏阴性菌4、什么是伴孢晶体？伴孢晶体一般由什么微生物产生？具有什么用途？5、外科器材灭菌时，为了能够杀死全部的细胞，需要什么样的条件？6、细菌芽孢内含有的一种特殊的物质是什么？思考题7、芽孢是否具有繁殖功能？8、芽孢具有哪些不同的形态？9、能够抑制细菌芽孢萌发的化学物质是什么？10、芽孢的染色一般用哪种染色法？11、性菌毛的特点？12、细菌的荚膜染色一般用哪种方法？思考题13、某些细菌的内含物PHB有什么功能？在生产中有什么用途？14、革兰氏阳性菌的细胞壁由哪两种物质构成？16、荚膜是否与细菌的致病性有关？17、原核生物细胞壁与一般真核生物细胞壁的区别？18、比较原核生物细胞壁与酵母菌细胞壁的区别。19、原核生物核糖体RNA与真核生物核糖体RNA的区别？构成原核生物核糖体三种RNA之间的比例关系是什么？

思考题20、比较细菌鞭毛与真核微生物的鞭毛在结构组成及运动方式上的区别思考题答案1、革兰氏染色的步骤是什么？答：（1）取细菌菌体做涂片、干燥、固定。（2）用草酸铵结晶紫染液染色，水洗（3）用革兰氏碘液媒染、水洗（4）滴加乙醇脱色、水洗（5）用蕃红染液复染、水洗2、革兰氏染色中乙醇的作用是什么？思考题答案答：乙醇在革兰氏染色中，应在草酸铵结晶紫染色和碘液媒染后进行，用于脱色作用，可将未结合的或结合不牢的染料褪去。思考题答案3、什么叫革兰氏阳性菌？什么叫革兰氏阴性菌？答：

G+菌：细菌经过革兰氏染色紫红色的细菌。

G-菌：细菌经过革兰氏染色呈红色的细菌。思考题答案4、什么是伴孢晶体？伴孢晶体一般由什么微生物产生？具有什么用途？答：少数芽孢杆菌，如苏云金芽孢杆菌，在其形成芽孢的时候，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体，称为伴孢晶体。伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫具有毒杀作用，因此可以制成生物农药——细菌杀虫剂。思考题答案5、外科器材灭菌时，为了能够杀死全部的细胞，需要什么样的条件？答：外科器材灭菌时，由于考虑到有产芽孢菌的存在，湿热灭菌时温度不能低于121℃10min。若用热空气干热灭菌则温度在

150-160℃下维持1~2h。思考题答案6、细菌芽孢内含有的一种特殊的物质是什么？答：

吡啶二羧酸钙盐（DPA-Ca）思考题答案7、芽孢是否具有繁殖功能？答：否思考题答案8、芽孢具有哪些不同的形态？答：呈圆形、椭圆形、圆柱形思考题答案9、能够抑制细菌芽孢萌发的化学物质是什么？答：

D-丙氨酸、重碳酸钠等思考题答案10、芽孢的染色一般用哪种染色法？答：孔雀绿染色思考题答案11、性菌毛的特点？答：性毛构造和成分与菌毛相同，一般见于革兰氏阴性菌的雄性菌株，有的性毛还是RNA噬菌体的特异性受体。思考题答案12、细菌的荚膜染色一般用哪种方法？答：负染色法思考题答案13、某些细菌的内含物PHB有什么功能？在生产中有什么用途？答：碳源和能源的贮存物质，同时还可以降低细胞内的渗透压。可以用于制造可降解塑料。思考题答案14、革兰氏阳性菌的细胞壁由哪两种物质构成？答：肽聚糖（９０％左右）和磷壁酸（１０％左右）思考题答案16、荚膜是否与细菌的致病性有关？答：是思考题答案17、原核生物细胞壁与一般真核生物细胞壁的区别？答：原核细胞的细胞壁其主要成分多数为肽聚糖；而真核细胞的细胞壁其主要成分为纤维素或几丁质等。思考题答案18、比较原核生物细胞壁与酵母菌细胞壁的区别。答：细菌的细胞壁的主要成分为肽聚糖；酵母菌的细胞壁的主要成分为外层甘露糖、内层葡聚糖，中间夹着一层蛋白质，内含多种酶等，呈“三明治”状。思考题答案19、原核生物核糖体RNA与真核生物核糖体RNA的区别？构成原核生物核糖体三种RNA之间的比例关系是什么？答：原核微生物的核糖体ＲＮＡ是由16SrRNA，5SrRNA，23SrRNA构成三者之间的比例是１：１：１的关系；而真核微生物的核糖体ＲＮＡ是由18SrRNA，5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA构成。思考题答案20、比较细菌鞭毛与真核微生物的鞭毛在结构组成及运动方式上的区别答：

原核细胞:鞭毛蛋白、中空螺旋、旋转式

真核细胞:微管蛋白、“9+2型”、滑动式

聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)PHB于1929年被发现