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1、第一章 原核微生物,非细胞型：,第一节 细菌,细菌是一类细胞细而短，结构简单，细胞壁坚韧，以二等分裂方式繁殖，水生性较强的原核微生物。,模式图 显微照片,A. 球菌（coccus）的排列单球菌: 尿素微球菌双球菌:淋病奈瑟氏球菌链球菌: 乳链球菌四联球菌: 四联微球菌八叠球菌: 藤黄八叠球菌. 尿素八叠球菌葡萄球菌: 金黄色葡萄球菌,球菌不同排列方式图,细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。,脑膜炎双球菌,尿素微球菌,肺炎双球菌,Micrococcus tetragenus,链球菌,链球菌,葡萄球菌,B.杆菌（Bacillus ）的排列链状
2、、栅栏状、八字型、分散存在,宽0.41.0m 长0.74.0m 常见有短杆状、棒状、梭状、梭杆状、月亮状、分枝状、竹节状等。细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。 杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。如枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、铜绿假单胞菌（绿脓杆菌）、结核分枝杆菌、炭疽病的病原菌（炭疽杆菌）、破伤风梭菌等。,乳酸菌,梭状芽孢杆菌（腐肉中毒）,梭状杆菌（破伤风）,杆菌,棒状杆菌,大肠杆菌,C.螺旋菌（Spirilla ）的形态及排列,弧菌Vibrio：菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或
3、逗号，鞭毛偏端生。如寄生性弧菌（蛭弧菌）、霍乱弧菌等。,螺（旋）菌Spirillum：菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异，鞭毛二端生，细胞壁坚韧，菌体较硬。,螺旋体Spirochaeta：菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。如梅毒密螺旋体。,D细菌的特殊形态,星形细菌（star-shaped bacteria ）,方形细菌（square-ahaped bacteria）,畸形：细胞在理化因素的刺激下，细胞发育受到阻碍，从而形态异常。,衰颓型：培养时间过长，营养贫乏或自身代谢产物浓度过高等原因使细胞异常。,异常形态,奶酪杆菌,醋酸杆菌,E）异常形态,二、 细菌的大小 球菌用
4、直径表示: 0.51m 杆菌用宽长表示：0.210.78m 螺旋菌用宽长表示: 0.31150m,0.5 1 mm （直径）,0.2 1 mm （直径） X 1 8 mm（长度）,0.3 1 mm （直径） X 1 50 mm（长度） (长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度),一般结构全部细菌细胞所共有 的结构，包括：细胞壁、细胞膜、 细胞核、核糖体、细胞质等。 特殊结构只在部分细菌细胞中 存在的结构，包括：鞭毛、荚膜、芽胞、伞毛等,细菌的结构,三、细菌细胞的结构组成及功能,1、细菌的细胞壁（cell wall）功能： (1)固定细胞外形，提高机械强度 (2)为细胞的生长、分裂、鞭毛运动所
5、必需， (3)阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质进入细胞，保护细胞， (4)与细菌的抗原性、致病性和对 噬菌体的敏感性有关。,A. 一般结构,革兰氏阳性菌的细胞壁厚2080nm，主要含肽聚糖(peptidoglycan)，占细胞壁干重50%80%;其次是磷壁酸(teichoic acid)。后者是革兰氏阳性菌细胞壁特有的成分。,（ 1 ）.革兰氏阳性菌细胞壁的结构,A 肽聚糖 是原核微生物特有的一类大分子复合物。以金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)为例,它是由N-乙酰胞壁酸(NAM)、N-乙酰葡萄糖胺(NAG)、一条四肽链及一条由甘氨酸构成的五肽链共计四种亚单位交联而
6、成的多层次网状结构。,每一肽聚糖单体由双糖单位（N乙酰葡糖胺与N乙酰胞壁酸组成，后者是原核生物所特有的已糖 ）、四肽尾或四肽侧链、肽桥或肽间桥三部分组成。,双糖单位中的-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；四肽尾由四个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成；目前所知的肽聚糖已超过100种， 在这一“肽聚糖的多样性”中，主要的变化发生在肽桥上。,革兰氏阳性白喉棒状杆菌的细胞壁,细胞壁肽聚糖模式结构图,B 磷壁酸：是多聚磷酸甘油或多聚磷酸核醇的衍生物, 它与NAM的第六位碳原子上的羟基结合，从而在纵向上加强了肽聚糖的结构。另外它与细胞
7、膜中的糖脂结合成膜磷壁酸，可增强膜的负电环境，有利于养料离子(如Mg+)的吸收。它还可作为某些噬菌体的吸附位点并具有半抗原作用。,（2）.革兰氏阴性菌细胞壁的结构,革兰氏阴性细菌的细胞壁由肽聚糖、外膜、外膜蛋白、周质空间组成。,革兰氏阴性菌细胞壁肽聚糖四肽链间的直接连接,A 肽聚糖：埋藏在外膜层之内，紧帖细胞膜，是仅由12层肽聚糖网状分子组成的薄层(23nm)，含量约占细胞壁总重的10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。肽聚糖单体的四肽尾含内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)（只在原核微生物细胞壁上发现）。没有特殊的肽桥。,B 外膜层: 又称外壁层, 成波形覆盖在内膜层外, 厚8-10nm,
8、 在结构和化学组成上与细胞膜相似, 在磷脂双分子层中嵌有蛋白质、脂多糖和脂蛋白。,C 脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）：位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚（810nm）的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖(core polysaccharide)和O-特异侧链（O-specific side chain，或称O-多糖 或O-抗原）三部分组成。,D 外膜蛋白(outer membrane protein)：是嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。有20余种，但多数功能尚不清楚。有孔蛋白（ porins）和脂蛋白(lipoprotein),E 周质空间(periplasm
9、ic space, periplasm)： 又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约1215nm），呈胶状。在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins）如水解酶类、合成酶类、结合蛋白、受体蛋白。周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所,（3）. 革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁肽聚糖的区别： G+ G-肽聚糖层较厚, 多层. 肽聚糖层一层或少数几层交联程度高，75%交联程度低 25%- 30%有甘氨酸五肽间桥 无甘氨酸五肽间桥四肽链中第三个氨基 四肽链中第三个氨基酸为: L-赖氨酸 酸为: 二氨基庚二酸 (DAP),细胞壁
10、：丹麦人革兰氏（Christian Gram）,（4）革兰氏染色,细 菌,步骤,经初染、媒染以后，结晶紫和碘液形成大分子的紫碘复合物，由于G菌细胞壁的肽聚糖层，较厚且交联紧密，故用酒精脱色时细胞壁未被破坏，紫碘复合物不能溢出细胞，菌体显蓝紫色，而G菌的细胞壁含有脂多糖，肽聚糖层较薄且交联松散，用酒精脱色时细胞壁被破坏，类脂溶解，紫碘复合物溢出细胞，菌体显无色，再用复红染色即成红色。,染色机理：,大肠杆菌,大肠杆菌（ 15100 ）,金黄色葡萄球菌,葡萄球菌(streptococcus),革兰阳性 革兰阴性,（ 5 ）. 细胞壁缺陷型细菌,在某些时候, 通过人为处理或自然变异,细菌可失去完整的细
11、胞壁,成为细胞壁缺陷型细菌,1）L型细菌（L-form of bacteria）：指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。,Eukaryotic Cell (L-Cell),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 （Streptobacillus moniliformis）；在大肠杆菌、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。,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
12、基上形成“油煎蛋”似的小菌落（直径在0.1mm左右）。,油煎蛋样菌落（典型L型菌落）,2）原生质体（protoplast）：指在人为条件下，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、渗透压变化敏感的细胞.一般由革兰氏阳性细菌形成。,原生质体,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
13、材料。,原生质体融合,通过人为方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并产生重组子的过程，称为原生质体融合或细胞融合。能进行原生质体融合的细胞有细菌、放线菌、酵母菌、霉菌及高等动植物细胞。其过程是：去细胞壁，将原生质体离心聚集，加入促融合剂，检出重组菌落。,10分钟 30分钟 0分钟 20分钟,原生质体融合(protoplast fusion),3）原生质球：又称球状体(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。,4）支原体(Mycoplasma)：
14、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一般原核生物所没有的甾醇，所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。,（ 6 ）. 细菌及与之相近的原核微生物细胞壁中所特有的一些成分: 磷壁酸 二氨基庚二酸 D-氨基酸,2 细胞膜（cell membrane）,细胞膜又称细胞质膜(cytoplasmic)、质膜(plasmamembrane)。为单位膜结构，半透性膜。是紧贴在细胞壁内侧的一层由磷脂双分子层和蛋白质组成的柔软、富有弹性的半透性薄膜。厚约78 nm，其中磷脂占20%30%，蛋白质占50%70%组成。,液态镶嵌模型(fluid mosaic mo
15、del),（1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）提出）：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。,是细胞生命的最后一道屏障，具保护作用。控制的细胞内外物质的运送和交换。合成细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）和荚膜等大分子的场所。进行氧化磷酸化或光合磷酸化
16、的产能基地。许多酶和电子传递链组分的所在部位。鞭毛着生点和运动能量的供给部。,功能：,3 细胞质及其内含物,被细胞膜包围的除核质体外的一切物质由流体部分（透明胶状）和颗粒部分组成，主要成分有核糖体、羧化体、各种酶类、中间代谢物、无机盐、载色体和质粒等。,（1）核糖体：由一个小的亚基和一个大的亚基组成，是细胞合成蛋白质的部位。它由RNA和蛋白质组成，其中RNA占65%，蛋白质占35%，在细胞中，8090核糖体串联在mRNA上，以多聚核糖体的形式存在。,细菌核糖体分布于细胞质中, 沉降系数为70S, 由两个亚基组成, 一个为50S,另一个为30S. 真核微生物细胞质中及内质网上的核糖体为80S,
17、但在其它细胞器中核糖体为70S.,已证明抗生素对人类是非常有用的，因为抑制细菌蛋白质合成的抗生素，对真核生物蛋白质合成无效果，这样就有了选择毒性。如链霉素。,（2）气泡、（3）颗粒状内含物异染颗粒、聚-羟基丁酸颗粒、硫滴、多肽颗粒、磁粒、肝糖和淀粉粒多肽颗粒: 一种菱形的多肽结晶, 通常称为伴胞晶体 ,具有毒杀某些昆虫的作用.,4 核区(nuclear region) 细菌的DNA在细胞质中为单个环状染色体、双链结构，无核膜包围，无核仁。在电子显微镜中常可看到细胞内分离的核区，称为拟核或原核。它没有固定的形态, 是遗传物质的载体.,细菌的DNA位于细胞质中，由一个染色体构成，不同种的细菌之间染
18、色体大小不同。其DNA是环状、致密超螺旋，与组蛋白相类似的蛋白质结合。,古细菌的染色体和细菌的染色体类似，是一个单个环状的DNA分子，大小通常小于大肠杆菌的DNA。,Electron Micrograph of Nucleoid DNA,function: The nucleoid is the genetic material of the bacterium. Genes located along the DNA are transcribed into RNA which, in the case of mRNA, is then translated into protein at the ribosomes. In other words, DNA determines what proteins and enzymes an organism can synthesize and, therefore, what chemical reactions it is able to carry out.,质粒:是一种核外的遗传因子。由共价闭合环状双螺旋DNA分子所构成， 存在于细菌染色体外或附加于染色体上，能自我复制，稳定遗传，也可整合到染色体上。它与细菌的许多次生代谢产物的合成及芽胞的形成等有关。 是目前遗传工程中重要的DNA载体之一。,
