案例EML3重点内容

第三讲原核微生物之----细菌形态与基本结构重点内容细菌细胞壁的结构与功能

★★★★★细菌大小及形态

★★★细胞膜的结构与功能

★1细菌的大小与形态Size

and

Morphology

of

Bacteria1细菌的大小与形态Size

and

Morphology

of

Bacteria1μm2μmAverage

bacteria

0.5-

2.0

μm

in

diamSurface

area

to

volumeis

3:1(1)细菌大小测量细菌大小以微米(μm)为单位。Approximate

size

of

micro-organismscompared

to

a

typical

eukaryotic

cell.ThiomargaritanamibiensisNanobacteria1细菌的大小与形态细菌大小的测量方法显微镜1细菌的大小与形态目镜测微尺1细菌的大小与形态目镜测微尺是一块可放入接目镜内的圆形小玻片，其中央有精确的等分刻度，即将5mm长度刻成50等分或将10mm长度刻成

100等分。测量时，需将其放在目镜中的隔板上（此处恰好与物镜放大的中央物像重叠），用以测量经显微镜放大后的细胞物像。由于不同显微镜或不同的目镜和物镜组合放大倍数不同，目镜测微尺每小格所代表的实际长度也不一样。因此，用目镜测微尺测量细菌大小时，必须先用镜台测微尺进行校正，以求出该显微镜在一定放大倍数的目镜和物镜下，目镜测微尺每小格所代表的相对长度。然后根据细菌细胞相当于目镜测微尺的格数，再计算出细胞的实际大小。1细菌的大小与形态镜台测微尺1细菌的大小与形态镜台测微尺是中央部分刻有精确等分线的载玻片，一般是将1mm等分为100等分，每格长0.01mm。镜台测微尺并不直接用来测量细胞的大小，而是用于校正目镜测微尺每格的相对长度。校正时，将镜台测微尺放在载物台上，由于镜台测微尺与细菌标本处于同一位置，都需经物镜和目镜的两次放大成像进入视野，即镜台测微尺随着显微镜总放大倍数的放大而放大。所以用镜台测微尺的已知长度在一定放大倍数下校正目镜测微尺，即可求出目镜测微尺每格所代表的实际长度，然后移去镜台测微尺，换上待测标本片，用校正好的目镜测微尺在同样放大倍数下测量细菌的大小。1细菌的大小与形态目镜测微尺的校正把目镜的上透镜旋下，将目镜测微尺的刻度朝下轻轻地装入目镜的隔板上，把镜台测微尺置于载物台上，刻度朝上。先用低倍镜观察，对准焦距，视野中看清镜台测微尺的刻度后，转动目镜，使目镜测微尺与镜台测微尺的刻度平行，移动推动器，使两尺重叠，再使两尺的“0”刻度完全重合，定位后，仔细寻找两尺第二个完全重合的刻度，计数两重合刻度之间目镜测微尺的格数和镜台测微尺的格数。因为镜台测微尺的刻度每格长l0μm，所以由下列公式可以算出目镜测微尺每格所代表的长度。目镜测微尺每格长度=（镜台测微尺格数/目镜测微尺格数）xl0um1细菌的大小与形态镜台测微尺目镜测微尺1细菌的大小与形态菌体大小的测定将标本先在低倍镜下找到目的物，然后在高倍镜下用目镜测微尺测定每个菌体长度和宽度所占的刻度，即可换算成菌体的长和宽。求平均值:一般测量微生物细胞的大小，用同一放大倍数在同一标本上任意测定l0~20个菌体后，求出其平均值即可代表该菌的大小。1细菌的大小与形态(2)

形态球菌

coccus

直径约1μm。不同种类的球菌排列方式不同，有不同的名称。如葡萄球菌、链球菌等。杆菌

bacillus

长短粗细很不一致。中等大小的杆菌直径约1μm，长2~3

μm。螺形菌

spiral

bacteria

菌体弯曲。一个弯曲为弧菌(vibrio)，数个弯曲为螺菌(spirillum)。丝状菌

Filamentous

bacteria

分布在水生环境、潮湿土壤和活性污泥中。丝状体是丝状菌分类的特征。1细菌的大小与形态细菌基本形态1细菌的大小与形态1细菌的大小与形态丝状菌

丝状菌有铁细菌如：浮游球衣菌（Sphaerotilusnatans）、泉发菌属及原铁细菌属（Crenothrix）及纤发菌属（Leptothrix）。丝状硫细菌如：发硫菌属（Thiothrix）、贝日阿托氏菌属（Beggiatoa）、透明颤菌属（Vitreoscilla）、亮发菌属（Luecothrix）等多种丝状菌。1细菌的大小与形态贝日阿托氏菌属（Beggiatoa）1细菌的大小与形态细菌的特殊结构荚膜capsule鞭毛flagellum芽胞spore细菌的基本结构细胞壁cell

wall细胞膜cell

membrane细胞质cytoplasm核质

nuclear

material2

细菌的基本结构Basical

Structure

of

Bacterium2

细菌的基本结构Basical

Structure

of

Bacterium2细菌的基本结构2.1

细胞壁cell

wall细胞壁是位于菌体的最外层，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明、坚韧而有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的

10%~25%。细胞壁的功能保护细胞免受外力损伤,维持菌体外形;协助鞭毛运动;与胞膜一起完成细胞内外物质交换;为正常细胞分裂所必需;与细菌的抗原性．致病性和对噬菌体的敏感性密切相关。2细菌的基本结构G-两层膜结构(10nm)G+单层较厚、比较致密的结构(２０~８０nm)2细菌的基本结构肽聚糖peptidoglycanG+菌磷壁酸teichoic

acid肽聚糖peptidoglycanG-菌脂多糖lipopolysaccharide,LPS外膜

脂质双层脂蛋白(2)细胞壁的结构2

细菌的基本结构G+菌:革兰氏阳性菌，革兰氏染色后呈现蓝紫色；

G-

菌：革兰氏阴性菌，革兰氏染色后呈现粉红色。1）细胞壁的基本骨架——肽聚糖肽聚糖：是由N—乙酰胞壁酸（NAM）和N—乙酰葡糖胺（NAG）以及少数氨基酸短肽链组成的亚单位聚合而成的大分子复合体。肽聚糖单体：是由NAG

、NAM

、肽尾、肽桥构成。2

细菌的基本结构N—乙酰胞壁酸（NAM）N—乙酰葡糖胺（NAG）H2细菌的基本结构①②③④⑥①②③④⑥2细菌的基本结构G+菌肽聚糖结构Staphylococcus

aureusG-菌肽聚糖结构2细菌的基本结构Escherichia

coli革兰氏阳性细菌

革兰氏阴性细菌DAP:

二氨基庚二酸2细菌的基本结构DAP:

二氨基庚二酸L-Lys2细菌的基本结构2)

革兰氏阳性菌细胞壁：由肽聚糖和磷壁酸组成磷壁酸：占40%。G+菌所特有,其主链由数十个磷酸甘油或磷酸核糖醇组成,有的还有由D—Ala和还原糖组成的侧链。肽聚糖:占30－70%,不同菌种中肽聚糖(肽链)组分不同。2

细菌的基本结构G+特有的同肽聚糖混在一起的是一类

分子比较短(6~9个)的阴离子多聚物为主链以

甘油磷壁酸核糖醇磷壁酸磷壁酸

teichoic

acid2

细菌的基本结构革兰阳性菌细胞壁结构2细菌的基本结构功能①协助肽聚糖加固细胞壁；②提高膜结合酶的活力。因磷壁酸带负电荷，可与环境中的Mg2+等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要；③贮藏磷元素；④调节细胞内自溶素的活力，借以防止细胞因自溶而死亡；⑤作为某些噬菌体特异性吸附受体；⑥赋予G+细菌特异的表面抗原，因而可用于菌种鉴定；⑦增强某些致病菌对宿主细胞的粘连，避免被白细胞吞噬，并有抗补体的作用。2细菌的基本结构2细菌的基本结构3)

革兰氏阴性菌细胞壁：分内壁层和外壁层。外壁层(外膜，Outermembrane)：位于肽聚糖层的外部。脂多糖;脂蛋白包括:

蛋白质层:

基质蛋白外壁蛋白磷脂双分子层内壁层：紧贴细胞膜(内膜,innermembrane),仅由1－2层肽聚糖分子构成,占细胞壁干重5－10%,无磷壁酸。2

细菌的基本结构革兰阴性菌细胞壁结构2细菌的基本结构脂多糖G-特有的位于外壁外层是一类

厚度8~10nm类脂+各种多糖功能保护作用、屏障作用浓缩阳离子Mg2+、Ca2+噬菌体吸附位点G-表面抗原内毒素物质基础2细菌的基本结构2细菌的基本结构脂多糖结构模式图2细菌的基本结构4)革兰氏染色原理：第一步：结晶紫使菌体着上紫色第二步：碘和结晶紫形成大分子复合物，分子大，能被细胞壁阻留在细胞内。第三步：酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，出现不同的反应。G+菌：细胞壁厚，肽聚糖含量高，交联度大，当乙醇脱色时，肽聚糖因脱水而孔径缩小，故结晶紫-碘复合物被阻留在细胞内，细胞不能被酒精脱色，仍呈紫色。Gˉ菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，因其含脂量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，酒精将细胞脱色，细胞无色，番红复染后呈红色。2

细菌的基本结构革兰阳性菌革兰阴性菌2细菌的基本结构(3)细胞壁中化学组分的作用肽聚糖：①其立体构型使细胞壁坚固；是维持细菌形态的基础成分；②是青霉素作用的靶分子（溶菌酶作用于β-1.4糖苷键）;③有致病作用。

磷壁酸：①具有免疫原性；②具有致病性，以脂磷壁酸（lipoteichoic

acid,LTA)为主。2

细菌的基本结构2细菌的基本结构溶菌酶对细菌细胞壁的作用2细菌的基本结构青霉素对细菌细胞壁的作用2细菌的基本结构青霉素对细菌细胞壁的作用Penicillin

kills

bacteria

by

interfering

with

the

ability

tosynthesize

cell

wall.

In

this

sequence,

Escherichia

coliwere

incubated

in

penicillin

for

30

minutes.

The

bacterialengthen,

but

cannot

divide.

Eventually

the

weak

cellwall

ruptures

(last

panel).2细菌的基本结构外膜蛋白：与致病性和耐药性有关。脂多糖：是革兰阴性细菌重要致病物质，称内毒素。脂多糖由脂质A

(lipid A)、核心多糖、特异多糖组成，其中脂质A是内毒素的主要毒性部分。核心多糖有属特异性，特异多糖有种特异性，是革兰阴性菌分类的物质基础。2

细菌的基本结构(4)

G+菌与G-菌细胞壁的区别细胞壁革兰阳性菌革兰阴性菌强

度较坚韧较疏松厚

度21~80nm10~15nm肽聚糖层可达50

层1~2层肽聚糖量50%~80%5

%~80%糖类量约45%15%~20%脂类量1%~4%11~22%磷壁酸·-外膜-·2

细菌的基本结构2.2

细胞膜位于细胞壁内紧包细胞质，结构与真核细胞基本相同。功能：分隔形成细胞和细胞器，为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境，膜的面积大大增加，提高了发生在膜上的生物功能；屏障作用，膜两侧的水溶性物质不能自由通过；选择性物质运输，伴随着能量的传递；生物功能：激素作用、酶促反应、细胞识别、电子传递等。2

细菌的基本结构磷脂嵌入蛋白2细菌的基本结构Bilayer

phospholipidWater

can

penetrateFlexibleNot

strong,ruptures(断裂)easily–

Osmotic

pressure

created

bycytoplasm磷脂的化学结构(左)及其示意图(右)亲水端疏水端亲水端疏水端2细菌的基本结构亲水端疏水端脂肪酸甘油2细菌的基本结构糖蛋白糖脂类固醇2细菌的基本结构真菌和古细菌质膜