微生物细胞结构与功能

微生物细胞结构与功能第1页/共31页2原核微生物的细胞结构基本构造：细胞壁、细胞膜、原核、核糖体、颗粒状内含物特殊构造：质粒、间体、芽胞、荚膜、鞭毛与菌毛1884年，丹麦医生Gram采用革兰氏染色法细菌细胞壁区分为两种类型：革兰氏阳性（G+）和革兰氏阴性（G-）革兰氏染色步骤:

1）结晶紫初染；2）碘液媒染；

3）酒精脱色；4）番红复染第2页/共31页3

革兰氏阴性细菌和阳性细菌细胞壁的化学组成G+

肽聚糖：是原核生物特有的成份磷壁酸：G+细菌细胞壁特有成份G-肽聚糖——内壁层

脂多糖

脂蛋白类脂蛋白质孔蛋白外壁蛋白外壁层第3页/共31页41、N-乙酰葡萄糖胺(G)和N-乙酰胞壁酸(M)通过β-1.4键连接的双糖2、胞壁酸上的四肽3、两四肽间的肽间桥肽聚糖(peptidoglycan)的基本结构第4页/共31页G+细菌的肽聚糖交联度高，肽聚糖厚，如枯草杆菌（Bacillussubtilis）达40层，实验用G+为金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaurous

）和苏云金芽胞杆菌（Bacillusthuringiensis

）而G-细菌的交联度低，肽聚糖薄，如大肠杆菌只有1-2层G+与G-菌肽聚糖亚单位的异同四肽上的第三个氨基酸不同，G+菌为L-赖氨酸，G-菌为二氨基庚二酸肽间桥不同，G+菌为甘氨酸五肽，G-菌无肽间桥，为肽键相连第5页/共31页6磷壁酸（Teichoicacid）

——G+细菌磷壁酸的功能：与环境中的阳离子结合，保证细胞膜上一些合成酶的活性提供某些噬菌体以特异的吸附受体带给某些细菌的致病性赋于G+以特异的表面抗原第6页/共31页7G-细菌细胞壁由三部分组成：

1）外壁层：脂多糖(LPS)、脂蛋白、通道蛋白(Porin)2）肽聚糖：由一至几层的肽聚糖构成内壁层，厚2-3nm3）壁膜间隙（periplasm）G-细菌细胞壁的外膜与细胞膜之间、胶胨态的空间。肽聚糖层位于其间。脂多糖分子结构由三部分组成：类脂A、核心多糖区、O－侧链第7页/共31页8脂多糖的功能：是革兰氏阴性细菌的致病物质与磷壁酸相似，有吸附阳离子的功能LPS结构的变化决定了G-性细菌表面抗原簇的多样性是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。第8页/共31页9革兰氏染色原理G+菌的细胞壁肽聚糖含量高、网格结构紧密，含脂量又低，当用酒精脱色时，肽聚糖层收缩，网格孔径缩小，从而阻止了结晶紫一碘的复合物逸出，当复染时染不上蕃红的红色，菌体仍为结晶紫的紫色，此为G+反应。G-菌的细胞壁肽聚糖层薄，含脂量高，当用酒精脱色时由于G-菌细胞壁中的脂类物质溶于酒精，使细胞通透性增加，使得初染时进入细胞中的结晶紫一碘的复合物逸出，当再用蕃红复染时菌体就染上蕃红的红色，此为G-反应。第9页/共31页10古生菌的细胞壁古生菌的细胞壁没有真正的肽聚糖，而含假肽聚糖。假肽聚糖与真肽聚糖相比没有胞壁酸、没有D型氨基酸、没有DAP，而由N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸代替胞壁酸。有些古细菌的细胞壁由杂多糖组成,还有些古细菌的细胞壁由蛋白质或糖蛋白组成。第10页/共31页11L型细菌（L–formofbacteria）：指那些实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。L型细菌在固体平板上生长形成煎鸡蛋状小菌落原生质体（protoplast）：用人式方法，在细菌生长培养基中加入抑制细胞壁合成的物质，如青霉素、丝裂霉素C，或用溶菌酶分解掉细菌的细胞壁而形成的仅有一层细胞膜包裹的圆球状渗透敏感细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成球状体又称原生质球（sphaeroplast）：用溶菌酶、青霉素等处理革兰氏阴性细菌形成的去壁不完全的近球状体第11页/共31页12内膜系统

（intracellularmembranesystem）Forexamples:1）间体；2）类囊体；3）羧酶体间体是细菌细胞膜内陷而成的一种层状、管状或囊状结构，一般位于细胞的分裂部位或其邻近部位功能：呼吸作用电子传递系统的中心，相当于线粒体;促进细胞间隔的形成并参与遗传物质的复制。第12页/共31页13类囊体（thylakoids）：蓝细菌的内膜多次重复折叠形成的一种片层状结构，是蓝细菌进行光合作用的场所载色体（chromatophore）：光合细菌细胞质膜多次折叠形成的片层状、微管状或囊状结构羧酶体（carboxysome）：存在于一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物，在自养型细菌CO2的固定中起重要的作用内膜系统第13页/共31页143.原核原核生物没有明显的细胞核，核物质没有特定形态，没有核膜包围，也无核仁，仅分布在细胞质内特定的区域，称为原核或拟核细菌的原核为一裸露的双链DNA，没有组蛋白包裹第14页/共31页154.细胞质及其内含物

（cytoplasmandinclusions）细胞质中有如下重要的内含物：

1）质粒；2）核糖体；3）储藏颗粒

质粒：原核生物细胞中独立于染色体外或附加在染色体上的遗传物质，为一共价闭合环状双链DNA分子，可独立复制，稳定遗传第15页/共31页16

核糖体：沉降系数(分子量)为70s:1）50s大亚基由23sRNA,5sRNA和34种蛋白质组成；

2）30s小亚基由16sRNA和21种蛋白质组成。原核细胞的核糖体第16页/共31页17贮藏颗粒1)碳素储藏颗粒糖原或淀粉：大肠杆菌、芽胞杆菌和蓝细菌等聚-β-羟基丁酸

(简称PHB

）：能被脂溶性染料苏丹黑着色;主要分布在固氮菌属、根瘤菌属、红螺菌属和假单胞菌属等2）氮源储贮藏颗粒

藻青素（cyanophycin）：蓝细菌中的一种内源性储藏颗粒3）磷素储藏颗粒异染粒：主要成分多聚偏磷酸盐，遇蓝色染料染成紫红色而得名第17页/共31页18细菌细胞的特殊构造

鞭毛是生长在某些细菌体表的长丝状、波曲状的蛋白质附属物，球形菌一般无鞭毛鞭毛是细菌的”运动器官”，由三条线状的蛋白质亚基围绕着一个中空的核心组装成一根中空的管状蛋白质丝三部分组成：基体、钩形鞘和螺旋丝鞭毛的类型：单生丛生周生：肠杆菌科、芽胞杆菌科侧生第18页/共31页19观察和判断细菌鞭毛的方法电子显微镜直接观察光学显微镜下观察：鞭毛染色显微镜下判断：细菌的运动性培养特征判断：半固体穿刺、菌落（菌苔）形态第19页/共31页20菌毛与性菌毛菌毛是一种长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质丝状体；具有使细菌附着于物体表面的功能性菌毛：每个性细胞只有1～4根,其功能是在不同性别的细菌间传递遗传物质。第20页/共31页21b.细菌的芽胞

（Bacterialspores

）

芽胞是某些细菌生长一定阶段时，在体内形成的一种休眠体；芽胞具有耐热性，并对不良环境有抗性

主要属于革兰氏阳性杆菌的两个属：芽胞杆菌属和梭菌属注：芽胞是细菌的一种休眠体，而不是繁殖体第21页/共31页22芽孢的亚显微结构由内膜，皮层，孢子衣，外孢子衣四层组成。

芽胞的特点耐热性强：芽胞含水量低（40%），壁厚，富含吡啶二羧酸钙，及核酸和蛋白质不易变性及其有耐热的酶系统和富含硫氨基酸，使芽胞能抵抗80度的高温10分钟以上耐干燥：耐辐射抗化学药物折光性强：较难染色，易和营养细胞区别芽胞因细菌种类不同，其大小、形成、位置也各不相同，在分类鉴定上有一定意义第22页/共31页

少数芽胞杆菌在其形成芽胞的同时，会在芽胞旁形成一颗菱形或双锥形的碱性蛋白晶体，称为伴胞晶体，对鳞翅目、鞘翅目昆虫有毒杀作用，是国内外目前研究得最多的细菌杀虫剂伴胞晶体：第23页/共31页24

有些细菌，如固氮菌和黏细菌能形成不同于芽胞的胞囊；形成胞囊时在细胞外面淀积数层保护膜，胞囊具有抗干燥的作用，但不耐热伴胞晶体和胞囊：一个营养体产生一个芽胞，一个芽胞也只产生一个营养体一个营养体产生一个孢囊，但一个孢囊可产生多个幼龄细胞芽孢与孢囊相比：

少数芽胞杆菌在其形成芽胞的同时，会在芽胞旁形成一颗菱形或双锥形的碱性蛋白晶体，称为伴胞晶体，对鳞翅目、鞘翅目昆虫有毒杀作用，是国内外目前研究得最多的细菌杀虫剂第24页/共31页25c.荚膜（capsule）如果糖被薄而扩散并容易消失则称为粘液层

有些细菌在一定营养条件，可向细胞表面分泌层厚度不定的胶状物质，称为糖被。糖被的有无、厚薄与菌种的遗传性和环境条件有密切的关系糖被的主要成分为多糖和少量多肽或蛋白质糖被又可分为荚膜、微荚膜、粘液层和菌胶团

如果胞外多糖的粘度较高时，用特殊的染色方法染色后在显微镜下可见其结构，称为荚膜，而多个细菌被包裹在共同的荚膜中，这种结构称为菌胶团第25页/共31页26S型菌落：有荚膜的细菌形成的菌落表面光滑，称S型菌落。R型菌落：没有荚膜的细菌形成的菌落表面粗糙，称为R型菌落。荚膜主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多，可使细菌培养物具粘性荚膜含水量高，不易着色，可用负染色法观察多在细菌生长后期产生产生糖被是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是是细菌分类鉴定的指标之一荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利荚膜的特点第26页/共31页27

碳源和能源的贮存物提高菌体对干燥的抵抗力增强某些病原菌的致病力和不易为巨噬细胞吞食作为透性屏障或离子交换系统，可保护细菌免受重金属离子的毒害表面附着作用，使菌体粘附于固体表面堆积代谢废物荚膜化学组成的差异和某些荚膜的抗原性可用于种以下细菌血清型的分类鉴定荚膜的作用第27页/共31页28

真核生物细胞（EukaryoticCell）细胞壁：真菌：由纤维素和几丁质等组成藻类：有的由纤维素组成，有的为其它多糖，有的含钙或硅元素原生动物：没有细胞壁第28页/共31页29细胞核与细胞器真核生物有完整的细胞核，细胞核内有染色体（chromosome），DNA由组蛋白所包裹真核生物有线粒体、叶绿体、高尔基体、内质网和中心粒等细胞器真核细胞的细胞骨架---

细胞质基质含微丝，中间丝，微管等真核生物的核糖体的两种：

沉降系数亚单位存在部位180