沈萍微生物学第三章

第三章微生物细胞的结构

与功能本节重点：革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁结构和化学组成的比较。革兰氏染色步骤与机制。四种缺壁细菌的形成、特点及应用细菌细胞构造模式图细胞构造

一般构造细胞壁，细胞膜，细胞质，核区，内含物

特殊构造鞭毛，菌毛，性毛，芽孢，糖被第一节原核微生物

一.细胞壁概念功能分类依据1.革兰氏阳性细菌的细胞壁结构：一连续层20—80nm化学组成:(1).肽聚糖

单体结构—双糖单位，四肽尾，肽桥及种类双糖单位

M—G—M—G—M—G—M—GN-乙酰葡萄糖胺N-乙酰胞壁酸β-1，4糖苷键短肽：

由四个氨基酸组成L-丙氨酸D-谷氨酸L-赖氨酸（G+）或（m-二氨基庚二酸，G-）D-丙氨酸肽桥

连接前后2个四肽尾分子的桥梁肽桥的变化很多主要肽桥类型类型甲肽尾上连接点肽桥乙肽尾上连接点实例1第四氨基酸—CO-NH—第三氨基酸E.Coli2第四氨基酸—(Gly)5—第三氨基酸S.aureus3第四氨基酸—D-Lys—第二氨基酸星星木棒杆菌4第四氨基酸—（肽尾）1-2—第三氨基酸藤黄微球菌肽聚糖单体单层肽聚糖溶菌酶:能使肽聚糖中G---M----G处断裂每隔6个左右断裂一次。青霉素:能抑制转肽酶的活性，使G+中的短肽不能交联，低渗使细胞膜破裂而死亡。所以青霉素只作用在正在迅速繁殖的细胞中。(2).磷壁酸也称垣酸，是G+菌细胞壁所特有成分；属于高分子酸性多糖；一般占细胞壁含量的10%--50%。分为两类：壁磷壁酸和膜磷壁酸壁磷壁酸：与肽聚糖分子（M）共价结合膜磷壁酸：分子穿过肽聚糖分子层直接与细胞膜上的磷脂进行共价结合形成种类（1）甘油磷壁酸甘油磷酸重复单位（2）核糖醇磷壁酸核糖醇磷酸重复单位

结构:功能：提高Mg2+浓度贮藏磷元素防吞噬表面抗原噬菌体受体自溶素

2.革兰氏阴性细菌细胞壁（1）肽聚糖（2）.外膜（外壁）

组成：脂多糖，磷脂，脂蛋白脂多糖（LPS）位于G-细胞壁的最外层8-10nm；脂多糖的结构------类脂A、

核心多糖、

O-特异侧链构成；LPS是多变的，决定了G-菌抗原决定簇的多样性（3）外膜蛋白:

脂蛋白——用于连接脂多糖和肽聚糖孔蛋白——参与物质的运输外壁层的作用：

是G-的致病物质—内毒素的物质基础；有吸附Mg2+、Ca2+等阳离子的作用；决定了G-的表面抗原性；是许多噬菌体的表面吸附受体。

细胞壁的功能（1）维持外形：（2）保护细胞（3）辅助鞭毛运动：（4）正常细胞分裂所必需（5）与细菌的抗原性，噬菌体的敏感性，阳离子吸附，毒性等有关

（3）.外膜蛋白（4）.周质空间

概念：在革兰氏阴性细菌中，一般指外膜与细胞膜之间的狭小空间。

革兰氏阳性细菌细胞壁与革兰氏阴性细菌细胞壁在结构和组成上的差异比较见下表3、古生菌的细胞壁类型：热原体属-----无细胞壁甲烷杆菌属-----假肽聚糖（β-1，3键）甲烷八叠球菌-----独特多糖细胞壁盐球菌属------硫酸化多糖细胞壁盐杆菌属-----糖蛋白细胞壁甲烷球菌、甲烷微菌、甲烷螺菌属---蛋白质细胞壁假肽聚糖结构

双糖连接键肽桥肽尾肽聚糖假肽聚糖菌类细菌古生菌糖苷键β－1，4β－1，3二糖G－MG－乙酰塔罗糖胺糖醛酸短肽L－型、D－型、4肽全L－型、3肽肽桥(Gly)5-CO-NH-L-Glu原生质体：G+菌除去细胞壁后剩余的部分。球形体：G-菌处理后细胞壁不能完全除去，为球形体。L型菌：专指那些实验室或宿主通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。支原体：自然界自然进化的缺壁细菌是支原体它细胞膜中含有甾醇，因此仍有较高的机械强度4.缺壁细菌L-细菌原生质体球状体支原体获得方式自发突变溶菌酶

G+溶菌酶

G-长期进化遗传稳定+--+振荡等敏感-++-含甾醇---+5.革兰氏染色机制1884年丹麦C.Gram创立方法步骤

结晶紫初染碘液媒染酒精脱色沙黄复染结果：紫色------G+菌红色------G-菌关键步骤：酒精脱色机理：

95%乙醇的作用：蛋白质变性、脱水、溶脂革兰氏阳性菌肽聚糖的含量高，网状结构紧密，细胞壁厚，含脂量低，当它被酒精脱色时，引起细胞壁肽聚糖的网状结构的孔经缩小以至关闭，从而阻止不溶性结晶紫-碘复合物的逸出，故菌体呈深紫色；而革兰氏阴性菌的细胞壁的肽聚糖的含量低，网层结构疏松且薄，脂含量高，当用酒精脱色时，脂类物质溶解，增加了细胞壁的通透性，结果结晶紫-碘的复合物就被乙醇抽提出来而复染成红色。二.细胞壁以内的构造---原生质体1.细胞质膜概念:

是紧靠在细胞壁内侧、包围细胞质的一层柔软而富有弹性的半透性薄膜厚7-8nm，占细胞干重的10%。(1)．细胞膜化学组成:蛋白质50-70%，磷脂20-30%，少量的糖2%蛋白质与膜的透性酶的活性有关。

(2).结构模型:液态镶嵌模型要点：1.脂质双分子层2.蛋白质在膜中不对称分布，形成通道3.蛋白质在脂质间可相对移动4.脂质排列的有序性(3).细胞膜的功能

①具有选择透性，②维持细胞内正常渗透压的屏障作用。③是产能代谢的场所。④具有物质合成的功能。如合成细胞壁组分的酶⑤鞭毛的着生点并提供其运动能量特点：（1）一般不含胆固醇，但有藿烷类化合物（2）膜上有电子传递系统

间体

概念：是一种细胞质膜内皱而形成的囊状构造。功能：与一些酶分泌有关与DNA复制和细胞分裂有关2.细胞质和内含物

细胞膜包围的除核区以外的所有物质的总称。为无色半透明、粘稠的胶状物。

主要成分为水（80%）、蛋白质、核酸、脂类、并含有少量糖、无机盐及颗粒状内含物。细胞质富含核酸，因而嗜碱性强，幼龄着色均匀。

.核糖体-----

70S50S大亚基+30小亚基=70S原核60S大亚基+40小亚基=80S真核蛋白质的合成场所

贮藏物-----类型聚β-羟丁酸PHB（或PHA）------碳源

异染粒---------------磷源

藻青素---------------氮源硫滴------------------硫源磁小体---------------Fe3O4羧酶体-------------固定CO2，.其他：羧酶体----自养生物

气泡-------水生生物3.核区：原核---无核膜，一个闭合环状的双链DNA分子，其长度可达0.25～3.0mm，裸露它分散于细胞质中，在细胞内是高度折叠缠绕,核区一般呈球状、棒状、哑铃状,生长迅速时可在一个细胞内找到几个（2—4个）（一般1-2个)质粒----在许多细菌存在有细胞染色体外或附加于染色体上的遗传物质，称为质粒。（cccDNA），

质粒能够自我复制；分子量比细菌染色体小；每个菌体内有一个或多个质粒；决定次要性状；可整合，可脱落；细胞间可转移；思考题1、解释：磷壁酸、脂多糖，周质空间间体2、试述革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁在结构和组成的差异。3、试述革兰氏染色的机理。4、四种缺壁细菌的比较。第三章微生物的细胞结构与功能（续）本节重点：细菌的特殊结构，特点，功能在实践中的意义其他原核微生物的主要特征芽孢的耐热机制1.芽孢①概念-----某些细菌在其生长发育的后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量低、抗逆性强的休眠结构，称为芽孢，又称内生孢子。芽孢不是繁殖体②产芽孢的种类：杆菌:G+有两属：好气性的芽孢杆菌属（Bacillus）厌气性梭状芽孢杆菌属(Clostridium)球菌：生孢八叠球菌属(Sporosarcina)螺旋菌：无

③芽孢的构造：

孢外壁：有的芽孢无此层，主要含脂蛋白透性差芽孢衣：含疏水性角蛋白，抗酶解、多价阳离子不易透过皮层：

主要含芽孢肽聚糖及DPA-Ca(吡啶二羧酸钙盐），体积大，渗透压高核心：

芽孢壁,芽孢膜,芽孢质、芽孢核区

④芽孢的形成过程：A.DNA浓缩，束状染色体形成B.细胞膜内陷，细胞发生不对称分裂C.前芽孢的双层膜形成，抗逆性提高D.两层之间填充芽孢肽聚糖，合成DPA，积累钙离子，形成皮层E.芽孢衣合成F.芽孢囊裂解，芽孢游离枯草杆菌的芽孢形成过程约需8h⑤渗透调节皮层膨胀学说：A.芽孢衣：对多价阳离子和水分的透性差，对溶菌酶、蛋白酶的抗性强。B.皮层的离子强度高，引起了皮层的高渗透压，使皮层夺取核心部分的水分，使核心部分的生命物质处于高度失水状态，因而产生极强的耐热性。芽孢萌发时吸水膨胀，耐热性丧失伴孢晶体苏云金芽孢杆菌，在形成芽孢的同时，产生碱溶性晶体内含物，一般一个细菌产生一个，称为伴孢晶体。呈斜方体、长斜方体、方体或不规则形生物农药对200种昆虫有杀死作用2.糖被----位于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。分类：荚膜，微荚膜，粘液层成分：90%水，多糖，多肽，蛋白质功能：抗干燥，防吞噬，贮藏养料，便于吸附，信息识别，堆积废物应用：菌种鉴定，药物，生化试剂工业原料，污水处理S层———位于原核微生物细胞壁外，有大量蛋白质或糖蛋白亚基以方块形或六角形排列的连续层。3.鞭毛概念：菌体表面伸出长丝状，波曲状附属物。长15—20μm，直径0.01—0.02μm。波浪运动，速度快20—80μm/s。观察方法：凹玻片法，暗视野，染色，半固体穿刺构造：基体，钩形鞘，鞭毛丝着生方式－－－功能：运动栓菌试验：在基质上固定鞭毛抗体，鞭毛会被鞭毛抗体结合，鞭毛就固定在基质上了在显微镜下观察菌的运动情况如果菌是旋转运动，就说明鞭毛是螺旋运动的

鞭毛与菌毛比较鞭毛菌毛成分鞭毛蛋白，绳索状菌毛蛋白，中空螺旋长度软、长、粗硬、短、细数量少多功能运动附着着生壁内基体生于质膜上菌类许多杆菌G－细菌性菌毛－－传递遗传物质细菌的二分裂杆菌二分裂格形暗网菌三分裂蛭弧菌复分裂细菌的固体培养特征

菌落（colony）：是指在固体培养基上，由一个细菌或孢子生长、繁殖形成的肉眼可见的群体。

菌落特征:湿润,较光滑，较透明，较粘稠，易挑起，质地均匀，菌落正反面及边缘与中央部位的颜色一致。

生物学意义:微生物分类鉴定的指征之一。

菌苔（bacteriallawn）：是指在固体培养基上由许多细菌或孢子生长、繁殖形成的肉眼可见、相互连成一片的大量菌落群体。2、细菌的半固体培养特征半固体培养基：含0.35-0.4%琼脂穿刺接种法：用途：观察细菌是否扩散生长，判断细菌运动性及是否含鞭毛。3、细菌的液体培养特征

多数呈浑浊状，少数形成沉淀、菌醭、菌膜等。其他几种原核微生物一、放线菌1,主要特征：菌落放射状而得名，呈丝状分支细胞的原核微生物。适于中性偏碱环境许多种能产生抗生素2,形态与结构形态菌丝体结构基质菌丝气生菌丝孢子丝结构细胞壁有肽聚糖革兰氏染色阳性细胞结构与细菌基本相同繁殖菌丝断裂片段生殖孢子生殖放线菌形态

放线菌孢子丝放线菌菌落特征小而致密，干燥，表面粉状，密绒状二、蓝细菌

蓝细菌与光合作用植物相似之处:

含叶绿素a（chlorophylla）和光合系统Ⅱ，具有放氧性光合作用,

蓝细菌与真核生物本质的区别:蓝细菌无叶绿体，无真核，有70S核糖体，而且细胞壁中含有肽聚糖，对青霉素和溶菌酶十分敏感，这些特性使得蓝细菌无可置疑的被划入细菌之列。

1、形态大小

细胞一般比细菌大，通常3~10μm，但也有大到60μm的。形态多样化：细胞形态球状或杆状，单生或团聚；呈丝状、或分枝丝状、或螺旋状，有的含异形胞。图1-25几种蓝细菌的典型形态1、蓝杆菌属；2、聚球蓝菌属；3、粘聚球蓝菌属；4、皮果蓝菌属；5、鱼腥蓝菌属；6、螺旋蓝菌属；7、费氏蓝菌属2、蓝细菌细胞结构3、蓝细菌的繁殖与培养特征

单细胞的种类行二分裂或复分裂；

丝状蓝细菌还常有通过其丝状体断裂形成短的链丝段(hormogonium)方式繁殖；

少数种类如管胞蓝细菌属通过形成内孢子(endospore)繁殖。

蓝细菌液体培养通常不浑浊。4、蓝细菌生物学意义

（1）在生物进化史上的作用：

蓝细菌（cyanobacteria）种类十分庞杂的古老的原核生物，因为它的发展使得地球大气由无氧状态变为有氧状态。

蓝细菌与某些植物[如蕨类Azolla（满江红属）的叶腔中，裸子植物Cycas（苏铁属）和Gunnera（根乃拉草属）的根中]等进行共生固氮，

因此还可在贫瘠的沙质海滩和荒漠的岩石上找到它们，故有“先锋生物”的美称。（2）一些有着经济价值的蓝细菌如：发菜念珠蓝细菌（Nostocflagelliforme）、地耳（N.commune）、盘状螺旋蓝细菌（Spirulinaplatensis）、以及市场上销售的各种“螺旋藻”产品等。（3）有的蓝细菌是污染湖泊中发生“赤潮”及“水华”的原凶。三、支原体

支原体是介于细菌与立克次氏体之间的原核微生物，因不含有细胞壁，在液体培养基中培养时，往往呈分枝的丝状体，故称之为支原体(mycoplasma)。

最早是从患胸膜肺炎的牛体中分离出来的，称为胸膜肺炎支原体。。

支原体生物学意义：许多支原体引起动物——牛、绵羊、山羊、猪、禽和人类的病害；一些类支原体也引起植物病害；因滤过性,常会造成实验室组织培养物污染。1、形态大小

细胞很小，直径约为150～300nm，能透过细菌滤器。在大小仅为50～200nm的纳米细菌（nanobacteria）被发现之前，曾被认为是整个生物界中尚能找到的能独立营养的最小型生物。

细胞多形，易变，呈球状或长短不一的丝状及分枝状。肺炎支原体（Mycoplasmapneumoniae）电镜照片，显示其多形性。（a）透射电镜照片（X47，880）；（b）扫描电镜照片（X26，000）。结构特点1）胞膜含甾醇2）无细胞壁，对抑制壁合成抗生素不敏感3）“油煎蛋”菌落4）基因组小，0.6~1.1Mb5）二分裂和出芽繁殖3、繁殖与培养特征一般以二等分裂方式进行繁殖。寄生或腐生。能在含血清、酵母膏或甾醇等营养丰富的培养基上生长。菌落特征：菌落小，直径一般仅为0.1～1mm，呈特有的“油煎蛋”状。液体培养特征：不混浊。“油煎蛋”状四、立克次氏体

1909年，美国医生H.T.Ricketts（1871～1910）首次发现落基山斑疹伤寒的病原体，并于1910年牺牲于此病。因该类微生物专性寄生，不能人工培养，故后人为纪念其发现者，称这类病原菌为立克次氏体（rickettsia）。

生物学意义：是人类斑疹伤寒、恙虫热和Q热等严重传染病的病原体。主要通过产生内毒素致人死亡。1）G－，寄生（有壁，不能独立生活，细胞较大0.3-2µm）2）对热敏感，56C以上30min即可杀死，对四环素，青霉素等抗生素敏感3）二分裂繁殖，宿主一般为节肢动物，可从伤口侵入人体4）基因组很小，1.1Mb5）致病性：在宿主血流中大量增殖，并产内毒素1、特点立克次氏体2、形态大小细胞体积0.3～0.6μm×0.8～2μm。似一般细菌大小，无滤过性。细胞形态多样，有球状、杆状或丝状。3、细胞结构含有细胞壁，革兰氏染色阴性。立克次氏体细胞膜因较疏松而“渗漏性”较大，

易从宿主细胞获得NAD+和辅酶A。

基因组很小，如Rickettsiaprowazeki的基因组为1.1Mb，仅含834个基因。

3、抗性对热敏感，一般在56℃以上经30min即被杀死。立克次氏体对许多抗细菌的抗生素如四环素和青霉素是敏感的。4、代谢系统存在产能系统，但缺乏完整的产能代谢途径，不能氧化葡萄糖或有机酸，只能氧化谷氨酸和谷氨酰氨产能，所以立克次氏体一旦离开宿主就会很快死去。立克次氏体以二分裂方式繁殖。严格的细胞内寄生，须用鸡胚卵黄囊、敏感动物组织细胞及敏感实验动物进行传代培养。

生活史中必须由蚤、螨等吸血节肢动物作为媒介，而在动物间传代，因此立克次氏体也被称为虫媒微生物。5、繁殖与培养特征五、衣原体（chlamydia）

衣原体是一类在真核细胞内营专性寄生的小型革兰氏阴性原核生物。由于它没有产能系统，需要来自宿主的ATP，故有“能量寄生物之称”，1956年，汤飞凡教授等自沙眼中分离到病原体后才逐步证明衣原体是一类特殊的具细胞结构的生物。

主要生物学意义：引起鹦鹉热等