第二章-原核生物的形态结构与功能

第一章

原核生物的形态、构造与功能第一节细菌第一节放线菌第一节蓝细菌第一节支原体、立克次氏体和衣原体微生物分为三大类群〔根据进化地位、性状上明显差异〕3.非细胞生物(acellularmicroorganisms)细胞型生物1.原核生物(prokaryotes)2.真核微生物〔eukaryoticmicroorganisms〕原核生物的定义及种类原核生物：指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。

包括真细菌〔eubacteria〕域古生菌〔archaea〕域古生菌域虽然在进化上和假设干生化反响与真核生物关系较为密切,但其细胞构造属于原核生物。真细菌包括6种类群：

“三菌〞化能营养细菌放线菌光能营养：蓝细菌“三体〞人工培养：支原体专性细胞寄生衣原体立克次氏体第一节细菌〔bacteria，bacterium单数〕一、细胞的形态、构造及功能二、细菌的繁殖三、细菌的群体形态四、食品发酵工业、医药上常用的细菌概述概念：

广义：所有原核生物；狭义：一类细短、结构简单、胞壁坚韧、二分裂的原核生物。有益：工、农、医、生态平衡及科学研究中的应用。有害：致病、致腐等球状杆状螺旋状根本形态一、细胞的形态、排列方式和大小〔一〕个体形态和排列1、球状(球菌coccus)一、细胞的形态、排列方式和大小〔一〕个体形态和排列一、细胞的形态、排列方式和大小〔一〕个体形态和排列2、杆状〔杆菌bacillus,bacilli)一、细胞的形态、排列方式和大小〔一〕个体形态和排列3、螺旋状〔螺旋菌spirilla,spirilla〕霍乱弧菌梅毒密螺旋体一、细胞的形态、排列方式和大小〔一〕个体形态和排列4、其它形状1〕柄杆菌〔prosthecatebacteria〕2)星形细菌〔star-shapedbacteria〕3)方形细菌〔square-ahapedbacteria〕〔二〕大小一、细胞的形态、排列方式和大小测量单位：um〔微米〕〔Thiomargaritanamibiensis〕纳米比亚硫磺珍珠状菌不同细菌的大小差异很大二、细菌细胞的构造与功能〔三〕构造重点知识回忆1、微生物的三大类群及分类最重要的依据是什么？2、原核生物的六大类群及革兰氏染色分类？3、细菌的三种根本形态？每一形态又有哪些排列方式？细菌的个体形态及排列方式能否作为分类依据？细菌菌落呢？4、最大、最小的细菌分别是什么？最强的细菌毒素是什么？由什么细菌产生？5、细菌的一般构造和特殊构造分别是什么？二、细菌细胞的构造与功能〔一〕细胞壁〔cellwall〕是紧贴细胞质膜外侧的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固定细胞外形和保护细胞等多种生理功能。1〕细菌超薄切片的电镜直接观察；2〕质、壁别离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；3〕机械法破裂细胞后，别离得到纯的细胞壁；4〕制备原生质体，观察细胞形态的变化；细胞壁怎么被发现的?二、细菌细胞的构造与功能〔一〕细胞壁〔cellwall〕

1.G+细菌细胞壁G+细菌的细胞壁肽聚糖(peptidoglycan)(90%)磷壁酸〔teichoicacid〕(10%)又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物(mucocomplex)，是真细菌细胞壁中的特有成分。肽聚糖只存在于真细菌中，古生菌和真核生物细胞壁中没有肽聚糖。二、细菌细胞的构造与功能〔一〕细胞壁〔cellwall〕

1.G+细菌细胞壁〔1〕肽聚糖金黄色葡萄球菌为代表肽聚糖分子由肽与聚糖两局部组成，其中的肽有四肽尾和肽桥，聚糖由N－乙酰葡萄糖胺和N－乙酰胞壁酸间隔连接，呈长链骨架。原核生物所特有的已糖:

N－乙酰胞壁酸

双糖单位中的β-1,4-糖苷键很容易被溶菌酶(lysozyme)所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架〞而死亡。肽聚糖单体由三局部组成：(1)双糖单位(2)四肽尾(3)肽桥〔２〕磷壁酸

1.G+细菌细胞壁革氏阳性细菌细胞壁特有的化学成分〔酸性多糖〕按成分甘油醇型磷壁酸核糖醇型磷壁酸按结合部位壁磷壁酸膜磷壁酸磷壁酸的生理功能：(1)细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收，尤其是Mg2+，高浓度的Mg2+对于保持膜的硬度，提高细胞膜上需Mg2+的合成酶的活性极为重要；(2)贮藏磷元素；(3)增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、防止被白细胞吞噬以及抗补体的作用；(4)革兰氏阳性细菌特异外表抗原的物质根底；(5)噬菌体的特异性吸附受体；(6)能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力而调节细胞壁的增长，防止细胞因自溶而死亡。细菌分类鉴定依据肽聚糖外膜外膜蛋白周质空间

2.G-细菌细胞壁细菌细胞壁主要成分及构造

2.G-细菌细胞壁〔1〕外膜(outermembrane)，又称外壁层位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等假设干种蛋白质组成的膜。〔2〕外膜(outermembrane)脂多糖〔lipopolysaccharide，LPS〕位于细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质(分子量1万以上)，是革兰氏阴性细菌细胞壁特有的成分。三局部组成：

类脂A〔内毒素的主要成分〕

核心多糖O-特异侧链〔O-多糖，O-抗原〕外膜蛋白(outermembraneprotein)磷脂脂多糖的主要功能1、内毒素的物质根底-类脂A；2、负电荷较多，与G+类似；3、细菌外表抗原的物质根底；4、噬菌体的吸附受体；5、对物质的选择吸收功能〔革兰氏阳性菌对青霉素和溶菌酶等敏感的原理〕。2.G-细菌细胞壁〔2〕肽聚糖埋藏在外膜层之内，由1~2层肽聚糖网状分子〔交联度30%〕组成的薄层(2~3nm)，约占细胞壁总重10%。对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)〔只在原核生物细胞壁上发现〕〔３〕G-菌的周质空间(periplasmicspace,periplasm)周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反响场所。G+菌G-菌单层，厚〔20~80nm〕，组分简单多层，薄〔10~15nm〕，组分复杂

90%肽聚糖〔含量高，交联紧密〕内壁层肽聚糖〔含量低,交联疏松〕10%磷壁酸(2~7nm)脂多糖外膜磷脂由外向内(8nm)脂蛋白G+细菌与G-细菌细胞壁组成与构造比较

G+细菌与G-细菌细胞壁组成与构造比较3.革兰氏染色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〕染色常用的染色方法：C.Gram〔革兰〕于1884年创造的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。革兰氏染色过程：1〕结晶紫初染2〕碘溶液媒染3〕乙醇脱色

革兰氏阴性细菌呈红色革兰氏阳性细菌呈深紫色4〕沙黄复染革兰氏染色原理：革兰氏染色的阳性或阴性，与细胞壁的化学组成和结构有关。革氏阳性菌革氏阴性菌肽聚糖含量高，交联密含量低，交联疏松脂类一般无含量高乙醇作用脱水作用脂溶作用孔径缩小，结构更紧密孔径增大，结构变得疏松大分子复合物滞留大分子复合物溶出结果紫色红色细胞壁结构与革兰氏染色的关系

革氏阳性菌与革氏阴性菌之间的区别在于细胞壁的物理性质。细胞壁中的肽聚糖本身并不被染上颜色，但它可作为渗透性屏障阻止结晶紫与碘大分子复合物的流失。4.细胞壁缺陷细菌青霉素的杀菌作用原理：青霉素b-内酰胺环结构与D-丙氨酸末端结构相似，占据D-丙氨酸的位置与转肽酶结合，肽链无法连接，抑制细胞壁的合成。重点知识回忆1、革兰氏阳性菌和阴性菌的细胞壁主要成分分别是什么？哪些是其特有的？2、革兰氏阳性菌细胞壁肽聚糖的特点什么？有哪些成分组成？与革兰氏阴性菌有何区别？3、磷壁酸的种类及功能？4、革兰氏阴性菌细胞壁脂多糖的组成及功能是什么？5、革兰氏染色的原理及操作流程？6、青霉素杀菌作用原理？溶菌酶的作用：通过水解肽聚糖分子中N-乙酰葡萄糖胺与N-乙酰胞壁酸间的β-1,4-糖苷键，引起细胞壁“散架〞，形成细胞壁完全脱去或局部除去的原生质体〔革氏阳性菌〕或球状体〔革氏阴性菌〕。

在低渗溶液中，原生质体或球状体因吸水膨胀并最终导致破裂而死亡；

在等渗蔗糖溶液中，能得到原生质体或球状体。抗酸细菌的细胞壁抗酸细菌细胞壁特点1、壁厚，含有大量的分枝菌酸和索状因子；2、革兰氏染色阳性，结构却类似阴性菌；3、肽聚糖含量少，结构与革兰氏阴性菌一致；4、营养物质、药物等难以通过细胞壁，有特殊的孔蛋白通道；细胞壁缺陷细菌种类：自发突变：L型细菌

实验室或宿主体内形成根本去尽：原生质体〔G+〕缺壁细菌人工去壁局部去除：球状体〔G-〕在自然界长期进化中形成：支原体〔1〕L型细菌〔L-formofbacteria〕细菌在某些环境条件下〔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变异型。因英国李斯德〔Lister〕预防研究所首先发现而得名。〔1935年，念珠状链杆菌Streptobacillusmoniliformis〕特点没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌〞；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〕〔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：对环境条件变化敏感，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。〔3〕球状体(sphaeroplast)，又称原生质球采用上述同样方法，对革兰氏阴性细菌处理后而获得的残留局部细胞壁〔外膜〕的球形体。与原生质体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。〔4〕支原体(Mycoplasma)

在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。因它的细胞膜中含有甾醇(一般原核生物没有)，所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。5.古生菌的细胞壁在古生菌中，除了热原体属没有细胞壁外，其余都具有与真细菌类似功能的细胞壁，但细胞壁的化学成分那么差异很大。古生菌细胞壁中没有真正的肽聚糖，而是由假肽聚糖、独特多糖、硫酸化多糖、糖蛋白或蛋白质构成。假肽聚糖〔甲烷杆菌属〕：多糖骨架：N-乙酰葡糖胺β–1，3糖苷键N-乙酰塔罗糖胺〔不被溶菌酶水解〕肽尾：L-Glu,L-Ala,L-Lys肽桥：L-Glu〔1个氨基酸组成〕〔二〕细胞膜紧贴细胞壁内侧的一层由磷脂和蛋白质组成的柔软、富有弹性的半透性薄膜1功能控制物质运输结构屏障合成基地三基地产能基地酶基地助鞭毛运动2.细胞膜特征具有统一性；膜厚：7-8nm成分：磷脂、蛋白质、少量糖〔含量与真核生物差异大〕流动性选择透过性无胆固醇等甾醇〔支原体例外〕Singer和Nicolson3.磷脂的分子结构所有细菌细胞膜都含有磷脂酰甘油革兰氏阴性菌中富含磷脂酰乙醇胺〔偶含磷脂酰胆碱〕分枝杆菌中富含磷脂酰肌醇4.古生菌细胞膜磷脂疏水尾链由长烃组成〔异戊二烯单体〕甘油构型不同〔L型〕亲水头与疏水尾通过醚键连接存在单分子层膜甘油C3位连接基团不同细胞膜成分差异〔三〕间体〔mesosome〕由细胞膜内褶形成的一种管状、层状或囊状结构，一般位于细胞分裂部位或其邻近，其功能主要是促进细胞间隔的形成并与遗传物质的复制及其相互别离有关。〔四〕细胞质

透明粘液状物质核酸、蛋白质、脂类、糖无机盐、水

C源糖原核糖体有机PHB(聚β-羟丁酸)

藻青素储藏物N源

藻青蛋白内含物无机异染颗粒硫磺气泡类囊体羧酶体特点：不具流动性聚β-羟丁酸功能储藏能源和碳源维持细胞中性环境，防止酸性增高降低细胞渗透压芽孢杆菌固氮菌假单胞菌

由β-丁酸单位形成的直链聚合物，集合成高度折射性的小球状物，随细胞老化更加突出。环保塑料藻青素产生于蓝细菌和少数异养菌〔如不动杆菌〕中；缺硫或磷时富集；由-L-精氨酸和L天冬氨酸聚合而成，非蛋白；天然食品着色剂；增强机理免疫力藻青蛋白来源：蓝细菌；天然看色色素；氮储藏单位，抗氧化剂、抗炎症等异染颗粒主要成分偏聚磷酸盐多聚磷酸盐异染现象

这些颗粒可以用很多碱性染料染色。如用甲苯胺蓝染色时同多聚磷酸盐结合成淡红紫色储藏能