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1、,微生物细胞的结构与功能,第一部分原核微生物的形态和构造,原核细胞,真核细胞,第一节 细菌,本节提要:细菌的形态和染色细菌细胞的一般结构细菌细胞的特殊结构,一、细菌的形态,(一)细菌的正常形态:,细菌的形态和染色,球菌,杆菌,螺旋菌,1.球菌(coccus),单球菌,双球菌,八叠球菌,四联球菌,链球菌,葡萄球菌,2.杆菌(bacillus),细菌的形态和染色,梭状芽孢杆菌,短杆菌,长杆菌,3.螺旋菌(spirilla):螺旋状的细菌。螺旋不满一圈称为弧菌(vibrio),满26环称为螺旋菌(spirllum),旋转周数在6环以上的称为螺旋体(spirochaeta)。,螺旋菌,弧菌,螺旋体,二
2、、细菌细胞的基本结构,细菌细胞的基本结构,1.概念:细胞壁是位于胞外紧贴胞膜的一层无色透明,坚韧而有弹性的结构。,(一)细胞壁(cell wall):,细菌细胞的基本结构,重点提示:细胞壁的基本骨架肽聚糖革兰氏阳性菌的细胞壁 革兰氏阴性菌的细胞壁革兰氏染色的机理,2.细胞壁的化学组成与结构,细菌细胞的基本结构,革兰氏阳性菌肽聚糖单体,概念: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,(1)细胞壁的基本骨架肽聚糖,肽聚糖单体,细菌细胞的基本结构,革兰氏阳性菌肽聚糖单体,革兰氏阴性菌肽聚糖单体,由NAG、NAM、肽尾、肽桥构成,
3、肽聚糖网格状结构:,细菌细胞的基本结构,细菌细胞的基本结构,(2)革兰氏阳性菌的细胞壁:,占3070%,不同菌种中肽聚糖(肽链)组分不同,具重要分类意义。,肽聚糖:,由肽聚糖和磷壁酸组成,磷壁酸(teichoic acid):,细菌细胞的基本结构,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DAla和还原糖组成的侧链。,磷壁酸的功能:,1)使细胞壁形成负电荷环境,以利于 吸附镁离子,维持酶活。2)贮藏磷元素3)构成噬菌体的吸附位点,同时是某 种菌的抗原决定簇的主要成分。4)赋予G+特异的表面抗原5)可以和宿主粘连。,细菌细胞的基本结构,(3)革兰氏阴性菌的细胞壁,
4、细菌细胞的基本结构,革兰氏阴性菌的细胞壁结构较复杂,分内壁层和外壁层。,内壁层:,细菌细胞的基本结构,紧贴胞膜,仅由12层肽聚糖分子构成,占细胞壁干重5 10%,无磷壁酸。,细菌细胞的基本结构,脂多糖;蛋白质层:脂蛋白、基质蛋白、外壁蛋白;磷脂.,外壁层:,位于肽聚糖层的外部。包括:,细菌细胞的基本结构,埋嵌在外壁层中,如孔蛋白,三聚体构成的疏水孔道贯穿外壁层,使小于800-900D的分子可通过,起分子筛作用。,基质蛋白:,细菌细胞的基本结构,为特异性载体,可将较大分子送入细胞内。,外壁蛋白:,细菌细胞的基本结构,与肽聚糖层共价结合,并埋置在外壁层,使外壁层牢固的与内壁层连接。,脂蛋白:,细菌
5、细胞的基本结构,脂质A:两个葡糖胺连接多 个脂肪酸,为内毒素 的中心。,核心多糖:与脂质A相连,由 糖及其衍生物组成。,O-侧链:短多糖链,其顺序有 菌种特异性,具有诊断 细菌学意义。,脂多糖(LPS,lipopolysaccharide):,细菌细胞的基本结构,2.与磷壁酸相似,吸附二价阳离子以提 高这些离子在细胞表面的浓度。3.由于LPS的多样性,决定G菌表面抗 原决定簇的多样性。4.噬菌体吸附位点。,脂多糖(LPS)的功能:,1.G菌致病物质内毒素的物质基础。,细菌的鉴别染色法革兰氏染色法,C.Gram 丹麦医生步骤:涂片固定;结晶紫初染1min;碘液媒染1min;95%乙醇脱色0.5m
6、in;番红复染1min。结果:阳性菌紫色;阴性菌红色。,细菌的形态和染色,G菌:细胞壁厚,肽聚糖网状分子形成一种透性障,当乙醇脱色时,肽聚糖脱水而孔障缩小,故保留结晶紫-碘复合物在细胞膜上。呈紫色。,G菌:肽聚糖层薄,交联松散,乙醇脱色不能使其结构收缩,其脂含量高,乙醇将脂溶解,缝隙加大,结晶紫-碘复合物溶出细胞壁,沙黄复染后呈红色。,细菌细胞的基本结构,4 缺壁细胞,原生质体L型细菌球状体支原体,细菌除去细胞壁剩下由细胞膜包裹的部分。多为G+菌。,细菌细胞的基本结构,a 原生质体(protoplast):,原生质体的特点:,细菌细胞的基本结构,1)无细胞壁,为圆球形2)对环境敏感:渗透压,震
7、荡,离心,易溶菌3)有鞭毛,而不能运动4)不被噬菌体感染(因为没有吸附位点)5)生物学特性依旧,b.球状体(spheroplast):,还保留有部分细胞壁的菌体细胞,多见于G菌。,细菌细胞的基本结构,特点:除具原生质体特点外a)可有一定抗性,可培养b)可重新合成细胞壁,c.型细菌(L-forms):,自发突变形成的细胞壁缺陷(部分或全部),具多形性。可以生长繁殖,在培养基上形成油煎蛋菌落。有些可重新合成细胞壁。,细菌细胞的基本结构,d 支原体,适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物,细胞膜中含有甾醇。,5.细胞壁的功能:,1)保护细胞,维持菌形2)具有抗原性致病性对噬菌体的敏感性3)与胞膜一起完
8、成细胞内外物质交换4)为正常细胞分裂所必需 5)鞭毛运动的支点,细菌细胞的基本结构,6.周质空间(periplasmic space;periplasm),1)概念:位于细胞壁与细胞膜之间的狭窄空隙,细菌细胞的基本结构,(2)周质空间的特点:,a.充满松散的网状肽聚糖b.含水解酶类、合成酶类c.含与营养吸收有关的蛋白质,细菌细胞的基本结构,(二)细胞膜(cell membrane),细菌细胞的基本结构,1.概念:细胞膜是紧贴细胞壁内侧包围细胞质的一层柔软,富有弹性的半透明薄膜。,2.细胞膜的结构,细菌细胞的基本结构,1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜液态镶嵌模型。,3.细胞膜
9、的功能:,(1)细胞内外物质交换和运送。(2)在原核微生物中,参与生物氧化和 能量产生。(3)与细胞壁及荚膜的合成有关。(4)是鞭毛着生的位点。,细菌细胞的基本结构,(三)核区,概念:由大型环状双DNA纤丝构成的无核膜核仁的区域,故又称类核或拟核。,细菌细胞的基本结构,细菌DNA:,细菌细胞的基本结构,放射自显影下,24m长的E.coli 其DNA长11.4m。无组蛋白,与精胺、亚精胺结合,故有稳定性和柔软性。,(四)细胞质及其内含物,细菌细胞的基本结构,1.成分:细菌的细胞质是由水,蛋白质,核酸,脂类和少量糖,无机盐组成的无色透明粘稠状透明物质。,2.气泡,细菌细胞的基本结构,由蛋白质膜构成
10、的泡状物,加大菌体的浮力,便于菌体吸收水中的氧气。常见于光合细菌和水生细菌,借气泡漂浮能力,使无鞭毛菌在适合环境中生长。,3.颗粒状内含物,细菌细胞的基本结构,颗粒状内含物为细胞储藏物质,因种而异,随菌龄及培养条件不同而改变。主要有糖元、异染粒、聚羟丁酸、藻青素、藻青蛋白、多聚磷酸盐和硫粒等。,(1)异染粒:,细菌细胞的基本结构,概 念:为多聚偏磷酸盐。功 能:贮存磷元素和能,降低 渗透压。鉴定意义:遇甲基胺蓝变紫红色,如白喉杆菌,鼠疫杆菌。,(2)聚羟丁酸颗粒(PHB),概念:为碳源贮存物功能:贮存能量,碳 源,可降低渗 透压。,细菌细胞的基本结构,(3)藻青素:,概念:存在于蓝细菌中的藻青
11、蛋白功能:贮氮,贮能。厌氧时可进行 鸟氨酸循环。,细菌细胞的基本结构,三、细菌细胞的特殊结构,(一)荚膜(capsule),细菌细胞的特殊结构,1.概念:某些细菌细胞壁外的一层粘液性物质。,2.种类:,荚膜:0.2m 与菌表面结合松弛,震 荡离心可得。粘液层:与菌表面结合松散,可向菌的周 围扩散,增大黏性。菌胶团:多个细菌共有一个荚膜。,细菌细胞的特殊结构,微荚膜:0.2m 与细胞表面牢固结合。,3.荚膜的组成:,因种而异,除水外,主要是多糖(包括同型多糖和异型多糖),此外还有多肽,蛋白质,糖蛋白等。,细菌细胞的特殊结构,4.荚膜的生理功能:,(1)保护作用:抗干燥,抗吞噬(吞噬细胞、噬菌体、
12、蛭弧菌等)(2)贮藏养料(3)具有致病性,抗原性,细菌细胞的特殊结构,(二)鞭毛,1.概念:某些微生物表面由细胞内生出的细长、波曲的结构。,细菌细胞的特殊结构,2.鞭毛的着生方式,细菌细胞的特殊结构,3.鞭毛的化学组成,鞭毛蛋白,3万6万Dolton,不同种由不同球蛋白分子亚基构成,有些含多糖、类脂等,为极好抗原。,细菌细胞的特殊结构,4.鞭毛的结构,细菌细胞的特殊结构,鞭毛丝,中空螺旋状、丝状结构,球蛋白亚基螺旋排列。,由鞭毛丝鞭毛钩基体组成。,鞭毛钩,细菌细胞的特殊结构,又称钩形鞘,是连接鞭毛丝和基体的一个弯曲筒状部分,蛋白质亚基组成。,基体,细菌细胞的特殊结构,由几个环状结构构成,环中央
13、有一杆状结构(鞭毛杆),将鞭毛固定于细胞膜与细胞壁上。,G菌:L环、P环、S环、M环G+菌:S环,M环,7.菌毛,细菌细胞的特殊结构,某些菌体表面存在的短而多的附属物。与菌的致病性吸附有关。,(三)芽孢,细菌细胞的特殊结构,1.概念:某些菌生长到一定阶段,细胞内形成的圆或卵圆形的内生孢子,是对不良环境有较强抵抗力的休眠体。,2.芽孢的结构,细菌细胞的特殊结构,3.芽孢的特性:,(1)多层膜结构,通透性很差。(2)组分:水分少(5%),DPA(吡啶二 羧酸),富含疏水性角蛋白。(3)抗性强:热、酶解、辐射、药物。(4)休眠体,新陈代谢几乎停止,一个芽 孢产生一个个体。,细菌细胞的特殊结构,4.芽
14、孢的意义,(1)鉴定价值:不同菌类芽孢的 大小、位置、形状不同。(2)作为无菌标准。,细菌细胞的特殊结构,第二部分真核微生物的形态和构造,真菌(fungus,复fungi):,真菌的细胞具有真正的细胞核,以孢子繁殖,无叶绿素,菌体通常是分枝茂盛的丝状体,具几丁质,或纤维素,或二者兼有的细胞壁,是一类异养型的真核微生物。,真菌的特点,真核微生物,具有细胞核、细胞器 细胞较大具有细胞壁细胞壁的成份:细菌肽聚糖、胞壁酸真菌几丁质、多聚糖,酵母 细胞壁(以酿酒酵母为例),酵母菌的形态结构,外层:甘露聚糖,约占30%,以-糖苷键联结(并非所有酵母菌都有),(1)化学组成:,葡聚糖甘露聚糖蛋白质、脂类、几
15、丁质,内层:葡聚糖,酵母菌的形态结构,约占30-40%,由D-葡萄糖以-糖苷键联结。,中层:蛋白质,酵母菌的形态结构,含6-8%,多为酶类。,细胞壁的少量组分脂类和几丁质几丁质(chitin):为聚乙酰氨基葡萄糖,酵母菌的形态结构,几丁质并不是所有的酵母菌中都有,其含量也因种而异。裂殖酵母一般不含几丁质,酿酒酵母含12%,有的假菌丝酵母含量超过了2%。,(2)壁外成分:有些菌壁外含有由多糖构成的类似荚膜的结构。包括异多糖、甘露聚糖和淀粉类物质。,(3)细胞壁的功能:半透性;保护性;与细胞合成有关。,酵母菌的形态结构,霉菌细胞壁:,0.10.2m,主要由多糖组成(占80-90%).除少数水生霉菌
16、壁含纤维素外,大部分霉菌细胞由几丁质组成.不同种类霉菌细胞壁的组分不同.,霉菌的形态结构,细胞膜的功能:调节渗透压;吸收与分泌。,酵母菌的形态结构,酵母菌的形态结构,核膜:核孔4070nm,透性比任何生物膜都大。染色体:由DNA和组蛋白牢固结合而成,呈 线状。数目因种而异。核仁:核内有一或几个核仁,为合成核糖体的 场所。中心体:在核膜外,由蛋白质亚基组成的细丝 状结构,在细胞繁殖分裂中起作用。,酵母菌的形态结构,1)单层膜包裹的细胞 器;含有机酸、盐 类 水溶液和水解 酶类。2)调节渗透压;与细胞质进行物质 交换;储藏物质。3)为细胞成熟的标志。,液泡:,线粒体:,酵母菌的形态结构,1.双层单位膜包围的 细胞器;其中含脂 类、蛋白质、少量 RNA和环状DNA。2.其DNA可自主复制,不受核DNA控制。决 定线粒体的某些遗 传性状。3.生物氧化中心。,