微生物考研微生物细胞结构与功能PPT课件.pptx

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第一章微生物细胞的结构与功能,目的要求：

通过本章学习，要求掌握：

原核细胞的结构与功能；真核细胞的结构与功能；原核细胞与真核细胞的主要区别；古生菌的基本结构特点。

对细胞型微生物的多样性形成概念。

重点：

本章的重点讲授原核细胞的结构与功能。

难点：

1、细菌细胞壁肽聚糖亚单位的组成。

2、细菌鞭毛与真核生物鞭毛亚显微结构的比较。

3、细菌芽孢的形成过程。

微生物-细胞型生物和非细胞生物。

凡有细胞形态的微生物称为细胞型微生物。

按其细胞结构又可分为原核微生物和真核微生物。

原核微生物是指细胞核为原核即核为原始形态的核，没有核膜、核仁，由DNA组成，不与组蛋白结合。

原核微生物包括真细菌和古生菌两大群。

基本构造:

1.细胞壁；2.细胞膜；3.细胞核；4.核糖体；5.颗粒状内含物；特殊构造:

6.间体；7.质粒；8.荚膜；9.芽孢；10.鞭毛与菌毛,第一节原核细胞的构造,细胞的结构,一般构造：

一般细菌都有的构造特殊构造：

部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造,第一节原核微生物细胞的结构,3、细胞质和内含物,1）概念2）贮藏物6）载色体7）核糖体,3）磁小体4）羧酶体5）气泡8）质粒,4、核区（nuclearregionorarea）,5、特殊的休眠构造芽孢,（重点：

芽孢的基本特性和耐热机制，利用伴孢晶体作为生物杀虫剂）,1）概念2）细菌芽孢的特点,3）芽孢的形成与芽孢的萌发过程,4）芽孢的耐热机制,6）伴孢晶体,5）芽孢杆菌（Bacillus）芽孢形成的生理调控7）细菌的其他休眠构造,6、糖被（重点：

基本特点及与生产、科研的关系）,1）概念2）特点,1）概念3）鞭毛的结构及其运动机制,2）观察和判断细菌鞭毛的方法4）鞭毛推动细菌运动的特点,8、菌毛9、性毛,1、细胞壁（重点：

结构与功能）2、细胞质膜（重点：

结构与功能）,7、鞭毛（基本结构及推动细菌运动的特点）,一、细胞结构,一）、细胞壁1.细菌细胞壁不同细菌细胞壁的化学组成和结构不同，通过革兰氏染色法可将所有的细菌分为革兰氏阳性（G+）和革兰氏阴性（G-）。

细菌细胞壁的功能：

1、固定细胞外形；2、为鞭毛运动提供支点；3、保护细胞免受外力的损伤（G+菌可抵御1525个大气压的渗透压，G-菌可抵御510个大气压的渗透压）4、为正常细胞的分裂所必需；5、阻挡有害物质进入；6、与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性有关。

1）.革兰氏阳性的细胞壁成分,肽聚糖G+磷壁酸,A.肽聚糖的分子结构,肽聚糖是由组成肽聚糖的单体聚合而成的大分子网状化合物。

肽聚糖单体：

双糖单位：

N-乙酰葡糖胺、N-乙酰胞壁酸四肽尾（四肽侧链）：

L-Ala、D-Glu、L-Lys、D-Ala肽桥（肽间桥）：

甘氨酸五肽,B.磷壁酸磷壁酸又名垣酸，是大多数G+菌所特有的成分，约占细胞壁成分的10%。

壁磷壁酸磷壁酸膜磷壁酸磷壁酸主要有两种，一是核糖醇磷壁酸，一是甘油磷壁酸,前者存在金黄色葡萄球菌和芽孢杆菌中，后者存在干酪乳杆菌中。

磷壁酸的主要功能：

1、带负电荷，可与环境中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；2、保证革兰氏阳性致病菌（如A族链球菌）与其宿主间的粘连（主要为膜磷壁酸）；3、赋予革兰氏阳性菌特异的表面抗原；4、提供某些噬菌体特异的吸附受体。

5、调节细胞自溶素活力,防止细胞因自溶而死亡。

2）.革兰氏阴性的细胞壁成分,G-细胞壁的组成和结构比G+更复杂。

分为内壁层和外壁层两部分。

肽聚糖脂多糖,脂蛋白类脂蛋白质,孔蛋白外壁蛋白,外壁层,G-,内壁层,外壁层是G细菌细胞壁所特有的结构，它位于壁的最外层，化学成分为脂多糖、磷脂和若干种外蛋白。

G+菌与G-菌肽聚糖单体的异同：

其区别为:

1、四肽上的第三个氨基酸不同,G+菌为赖氨酸；G-菌为内消旋二氨基庚二酸（DAP）。

2、肽间桥不同：

G+菌为甘氨酸五肽；G-菌为肽键。

脂多糖（LPS）分子结构由三部分组成：

核心多糖区,3个L甘油D甘露（Hep）外核心区:

5个己糖（Hex）,包括葡糖胺、半乳糖、葡,类脂A：

2个N乙酰葡糖胺及5个长链脂肪酸3个2酮3脱氧辛糖酸（KDO）内核心区LPS,萄糖O侧链:

多个4Hex单位,内含半乳糖、鼠李糖、甘露糖、阿比可糖（Abq）类脂A是G-细菌的毒性中心,脂多糖的功能,1、是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础；2、与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+和Ca2+等阳离子以提高这些离子在细胞表面浓度的作用；3、由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性；4、是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。

5、具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能脂多糖要维持其结构的稳定性需要足量Ca2+的存在。

如果用螯合剂去除Ca2+，LPS就解体。

这时，G-细菌的内壁层肽聚糖就暴露出来，因而就可被溶菌酶所水解。

脂多糖LPS含有三种特殊的糖Hep（L-甘油-D-甘露庚糖）KDO（2酮3脱氧辛糖酸）Abq（阿比可糖）LPS组成O侧链的糖类不同决定了不同细菌的抗原特异性，可用血清学方法加以鉴定。

在非致病的G-细菌中脂多糖没有O侧链。

脂多糖LPS的毒性部分在类脂A。

注意几点：

不同细菌肽聚糖亚单位中短肽中的二氨基酸不一样。

不同细菌肽聚糖亚单位之间的交联方式不一样不同的细菌，肽聚糖中双糖亚单位的数量不一，例金黄色葡萄球菌只有9个双糖亚单位，而地衣芽孢杆菌多达79个二糖单位。

不同种类的细菌肽聚糖的含量不一。

G+菌多，G-菌少，交链度也不一样，G+高，G-低。

肽聚糖能被溶菌酶水解，水解部位在-1.4糖苷键。

G+菌对青霉素敏感，因青霉素可阻止肽聚糖亚单位之间交联肽链的形成。

肽聚糖存在于除古细菌以外的所有有壁原核生物的细胞壁中,简单染色法,正染色,鉴别染色法,死菌,革兰氏染色法抗酸性染色法芽孢染色法姬姆萨染色法,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）等作活菌染色,3）.革兰氏染色,用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染。

用碘液进行媒染，其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固。

用乙醇冲洗脱色。

在经历脱色后仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色。

用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对涂片进行复染。

例如番红，使原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色。

革兰氏染色,C.Gram（革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。

革兰氏染色的原理：

G+菌的细胞壁肽聚糖含量高、网格结构紧密，含脂量低，用酒精脱色时，肽聚糖层收缩，网格孔径缩小，阻止了结晶紫碘的复合物逸出，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，用酒精脱色时由于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。

G+,肽聚糖磷壁酸壁磷壁酸多糖膜磷壁酸,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,4）.G细菌与G-细菌细胞壁的化学组成G-细菌的细胞壁比G+菌要复杂得多，结构层次明显，分为内壁层和外壁层两层。

肽聚糖的单体构成了大分子网状化合物:

G+菌的肽聚糖的分子结构交联度高，肽聚糖层厚,如枯草杆菌网状分子有40层。

而G-菌的交联度低,肽聚糖层薄，如大肠杆菌仅由12层分子组成。

G+菌与G-菌细胞壁的比较,2.古生菌的细胞壁,除热原菌属没有细胞壁以外，其余都具有与真细菌功能相似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。

古细菌细胞壁与真细菌细胞壁的区别：

古细菌细胞壁不含有肽聚糖，而真细菌有古细菌假肽聚糖中多糖由-1,3糖苷键连接而成，真细菌肽聚糖中多糖由-1,4糖苷键连接而成古细菌中没有N-乙酰胞壁酸和D型氨基酸,古生菌假肽聚糖的单体结构,-1,3糖苷键不被溶菌酶水解,N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由L-glu、L-ala和L-lys三个L型氨基酸组成，肽桥则由L-glu一个氨基酸组成。

3.细胞壁缺陷细菌,缺壁突变L型细菌实验室或宿,基本去尽原生质体,主体内形成（G+）,人工去壁部分去除原生质球（G-）在自然界长期进化中形成支原体,a.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。

因英国李斯特（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）大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌等20多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗有关。

b.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。

c.球状体（sphaeroplast）,采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而获得的残留部分细胞壁（外壁层）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。

原生质体,原生质球,L型细菌和支原体,原生质体：

用青霉素等抗生素或者溶菌酶处理G+菌而得到的去壁完整的球形体。

原生质球：

用青霉素等抗生素或溶菌酶处理G-细菌而得到的去壁不完全的近球形体。

L型细菌：

某些细菌在特定环境条件下因基因突变而产生的无壁类型。

在一定条件下L型细菌能发生回复突变而恢复为有壁的正常细菌。

支原体：

进化过程中形成的无壁的原核生物,二）、细胞膜,细胞膜是外侧紧贴细胞壁而内侧包围原生质的一层柔软而富有弹性的半透性膜。

脂类：

占2030%细胞膜的化学组成主要是蛋白质：

占6070%hopanoid（藿烷类化合物）,1.细菌细胞膜的结构细菌的细胞膜由两层磷脂分子组成，磷脂疏水端两两相对，亲水的头部向外，蛋白质嵌入磷脂双分子层中或分布在磷脂双分子层的内外表面。

2.细胞膜的化学组成与结构模型：

a.磷脂亲水的极性端疏水的非极性端,b.液态镶嵌模型（fluidmosaicmodel）,膜的主体是脂质双分子层；脂质双分子层具有流动性；整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层的疏水性内层中；周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连；脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；脂质双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。

1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）,细胞膜：

对所有有生命的细胞来说是必需的，对细菌亦然！

维持细胞内部结构处于稳定且高度有序状态的物理屏障；细胞重要的代谢活动中心之一；,磷脂,膜蛋白,甾醇类物质,结构特点符合经典的“液态镶嵌模型”理论,不饱和脂肪酸的结构和相对含量变化大（微生物生理及生态分布的多样性）。

约占细菌细胞膜的50%70%，比任