第一章原核微生物的形态构造和功能1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 原核生物的形态构造和功能,原核微生物,:,即广义的细菌，是指一大类细胞核无核膜包裹，只有称作核区（,nuclear region),的裸露,DNA,的原始单细胞生物，包括真细菌和古生菌两大类。真细菌包括：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体等六大类。,细菌,是一类细胞细短,、,结构简单、胞壁坚韧、多以,二分裂,方式繁殖和水生性较强的原核生物。,第一节细 菌,Bacteria,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,。,单球菌,双球菌,链球菌,四联球菌,八联球菌,葡萄球菌,1.,球菌,单球菌：,细胞沿一个平面进行分裂，分裂后子细胞分开单独 存在。,Eg.,尿素微球菌,链球菌：,如果子细胞排列成链状，就是。,Eg.,乳链球菌,双球菌：,如果子细胞成双成对排列，就是。,Eg.,肺炎双球菌,球菌形态,四联球菌：,细胞沿两个互相垂直的平面进行分裂，分裂后子细胞连在一起成“田”字则称。,Eg.,四联微球菌,八叠球菌：,如果沿三个互相垂直的平面进行分裂，八个子细胞叠成一个立方体，称八叠球菌。,Eg.,尿素八叠球菌,葡萄球菌：,如果细胞分裂方向不定，子细胞不规则的集在一起，象一串串葡萄，称。,Eg.,金黄色葡萄球菌,球菌形态,分裂行为与球菌形态关系,球菌形态,金黄色葡萄球菌的扫描电镜照片,金黄色葡萄球菌感染炎症,球菌与疾病,肺炎双球菌,球菌与疾病,细胞体,夹膜,双球菌,吞噬细胞,菌体侵入肺部,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。,2.,杆菌,杆菌有的笔直,有的弯曲,杆菌两端的情况在分类上很重要。,杆菌两端：,有的象,刀切,一样整齐,(,eg.,炭疽杆菌,）；,有的是,钝圆,(,eg.,枯草杆菌,),；,有的是,尖的,(,eg.,鼠疫巴斯德氏菌,）。,杆菌形态,Note:,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。,球杆菌,链状杆菌,双杆菌,单杆菌,杆菌形态,杆状细菌的排列方式与形态,杆菌与疾病,1,、,结核分枝杆菌,Picture 1,2,、炭疽杆菌,3,、破伤风梭菌,Picture 2,Picture 3,螺旋状的细菌，称为螺旋菌。,3.,螺旋菌,弧菌：,菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似,C,字或逗号，鞭毛偏端生。,螺旋菌：,菌体回转如螺旋，螺旋数目,2-6,环。鞭毛二端生。细胞壁坚韧，菌体较硬。,螺旋体：,螺旋数目大于,6,环，,菌体柔软，无鞭毛，大多数是致病菌。,螺旋菌形态,1,、,霍乱弧菌,2,、梅毒螺旋体,螺旋菌与疾病,Picture 1,Picture 2,1）,柄杆菌,（,prosthecate bacteria,）,细胞上有,柄,(stalk),菌丝,(hyphae),附器,(appendages),等,细胞质伸出物,，细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄。,4.特殊形态,2),星形细菌,（,star-shaped bacteria,）,（,Stella,）,特殊形态细菌,3),方形细菌,（,square-ahaped bacteria,）,（,Haloarcula）,特殊形态细菌,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,正常形态：,短杆状,畸形：,丝状、纺锤状、链锁状,温度变化,正常形态：,杆状,衰颓型：,分枝状,过熟,奶酪杆菌,醋酸杆菌,4,）,异常形态,Question 1:,The following statement is,True,or,False,?,*,细菌的形态是固定不变的，通常为球状、杆状、螺旋状，故可以作为细菌分类鉴定的依据！,细胞大小表示：,直径长,单位：,微米,细菌大小测量,:,显微测微尺,二、,细菌的大小,The size of Bacteria,亚细胞结构的量度表示：单位：,纳米,一般细菌的大小范围：,0.5 1,m,m,(,直径,),0.21,m,m,(,直径,),1 80,m,m,(,长度,),0.31,m,m,(,直径,),1 50,m,m,(,长度,),(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度),细菌大小,费氏刺尾鱼菌,(,Epulopiscium fishelsoni,),(0.6 mm,0.08 mm),体积比大肠杆菌大10,6,倍,（1985年发现）,个别大型细菌,费氏刺尾鱼菌,草履虫,德国,Schulz,等199,7,年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌,(,sulfur bacterium),，以,H,2,S,为生。,个别大型细菌,纳米比亚嗜硫珠菌,Thiomargarita namibiensis,细胞直径可达 0.31,mm,(迄今发现最大的细菌！),（,nanobacteria,）,（50 nm）,最大和最小细菌的个体大小悬殊：,（,Thiomargarita namibiensis）,（0.31 mm）,10亿 100 亿倍,细菌大小比较,细菌大小比较,Question 2:,(1),The following statement is,True,or,False：,细菌的大小是固定不变的，故可以作为细菌分类鉴定的依据！,链球菌、葡萄球菌是否属于多细胞生物？,（,2,）若干大型细菌的发现对微生物的界定有何影响？,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,一般构造：,一般细菌都有的构造,三、细菌细胞的结构,细菌细胞的结构,(,立体图）,细菌细胞结构,细胞壁是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。,1.,细胞壁,（,C,ell wall）,细菌细胞结构,细菌超薄切片电镜照片,（示细胞壁与细胞膜）,Cell wall,Cell wall,分离获得纯细胞壁,1,）,细胞壁的功能,：,（1）固定细胞外形和提高机械强度,;,（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需,;,（3）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质,（分子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、,消化酶和青霉素等有害物质的损伤,;,（4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的,敏感性的物质基础,;,细菌细胞结构,2,）,革兰氏染色与细胞壁,：,细菌染色法,死菌,正染色,革兰氏染色法,抗酸性染色法,芽孢染色法,姬姆萨染色法,鉴别染色法,简单染色法,活菌,负染色,：荚膜染色法等,用美蓝或,TTC（,氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色,细菌细胞结构,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。,（1）,革兰氏染色,细菌细胞结构,1、,结晶紫,对菌液涂片进行初染,;,2、用,碘溶液,进行媒染，染料和细胞间的结合得更牢。,3、用,乙醇,或丙酮进行冲洗脱色。,4、用与结晶紫具有不同颜色的碱性染料复染。例如,沙黄,。,革兰氏染色,步骤：,细菌细胞结构,Left:,单菌染色结果,(G,+,或,G,-,),Right:,混合菌染色结果,(G,+,和,G,-,),细菌细胞结构,革兰氏染色结果及细菌分类,革兰氏染色阴性,G,G,肽聚糖,胞壁酸,细胞膜,膜蛋白,外膜,孔蛋白,脂类,周质空间,肽聚糖,细菌细胞结构,G,+,和,G,-,细胞壁结构比较（立体模型）,细菌细胞结构,G,+,和,G,-,细胞壁结构比较,(,平面模型,),特点,:(1),厚度大,(,2080,nm);,(2),化学组分简单,:,一般只含,肽聚糖,(peptidoglycan),90%,和,磷壁酸,(teichoic acid),10%,。,（2）,革兰氏阳性细菌的细胞壁,细菌细胞结构,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。,A、,肽聚糖,(peptidoglycan),肽聚糖,肽,聚糖,四肽尾,肽桥,N-,乙酰葡糖胺,N-,乙酰胞壁酸,厚约2080,nm，,由40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上,细菌细胞结构,厚约2080,nm，,由40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上,革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要分为,甘油磷酸,或,核糖醇磷酸,。,磷壁酸,壁磷壁酸：,膜磷壁酸（脂,磷壁酸,）：,跨越肽聚糖层并与,细胞膜,相交联的称,。,与,肽聚糖,分子进行共价结合的称,。,B、,磷壁酸,细菌细胞结构,由甘油磷酸链分子与,细胞膜上的磷脂,进行共价结合后形成。其含量与培养条件关系不大。,与,肽聚糖,分子间进行,共价结合,，含量会随培养基成分而改变，一般占细胞壁重量的10%，有时可接近50%。,细菌细胞结构,膜磷壁酸；脂磷壁酸,壁磷壁酸,磷壁酸的,主要生理功能：,1,、,通过分子上大量的负电荷浓缩细胞周围的,Mg,2+,，提高细胞膜上需,Mg,2+,的合成酶的活性；,2,、,贮藏磷元素,；,6,、,增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用；,5,、,革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；,4,、噬菌体的特异性吸附受体；,3,、,能调节细胞内自溶素(,autolysin),的活力，防止细胞因自溶而死亡。,可作为细菌分类、鉴定的依据,细菌细胞结构,分子结构,（3）,革兰氏阴性细菌的细胞壁,细菌细胞结构,G,G,肽聚糖,胞壁酸,细胞膜,膜蛋白,外膜,孔蛋白,脂类,周质空间,肽聚糖,埋藏在外膜层之内，是仅由,12层肽聚糖网状分子,组成的薄层(23,nm)，,含量约占细胞壁总重的10%，故对机械强度的抵抗力较,G,+,细菌弱。,A,肽聚糖,G,-,Cell Wall,G,-,细菌,肽聚糖单体结构与,G,+,细菌,基本相同，,差别仅在于：,四肽尾,的第三个氨基酸分子是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,，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套。,G,-,Cell Wall,G,-,Cell Wall,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),大肠杆菌,G,-,大肠杆菌,G,G,+,和,G,-,两种肽聚糖结合方式的比较,G,-,Cell Wall,是,G,-,细菌细胞壁所特有的结构，位于,G,-,细菌细胞壁外层，由,脂多糖,、,磷脂,和,脂蛋白,等若干种蛋白质组成的膜，有时也称为外壁。,B、,外膜,(,outer membrane),G,-,Cell Wall,外膜,肽聚糖,脂多糖,脂蛋白,磷脂,脂多糖,（,lipopolysaccharide,LPS）,位于,G,-,细胞壁最外层的一层较厚（810,nm）,的类脂多糖类物质。,类脂,A,核心多糖,(,core polysaccharide),O-,特异侧链,或称,O-,多糖,或,O-,抗原,（,O-specific side chain,）,脂多糖,G,-,Cell Wall,脂多糖,LPS,的结构与主要功能,LPS,O-,特异侧链,结构的多变，决定了,G,-,细菌细胞表面抗原决定簇的多样性；,如：,沙门氏菌属(,Salmonella,),的抗原型多达2107种。,这种多变性是,革兰氏阴性细菌躲避宿主免疫系统攻击，保持感染成功的重要手段,。,G,-,Cell Wall,LPS,（核心多糖）,负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附,Mg,2+,、Ca,2+,等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用，对细胞膜结构起稳定作用。,G,-,Cell Wall,LPS,（类脂,A),是,G,-,细菌致病物质内毒素的物质基础,G,-,Cell Wall,具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能；,许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；,G,-,Cell Wall,外膜蛋白,(,outer membrane protein),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。,G,-,Cell Wall,是由三个相同分子量（36000）蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1,nm,的孔道，通过孔的开、闭，可对进入外膜层的物质进行选择。,非特异性孔蛋白,特异性孔蛋白,可通过分子量小于800900,的任何亲水性分子,只容许一种或少数几种相关,物质通过，如维生素,B,12,和核,苷酸等。,孔蛋白（,porins）,G,-,Cell Wall,是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白，分子量约为7200。,脂蛋白,(,lipoprotein),G,-,Cell Wall,内层：脂蛋白,又称,壁膜间隙,。,G,+,和,G,-,细菌中均有,，,一般指其细胞壁与细胞膜之间的狭窄空间（宽约1215,nm），,呈胶状。,C、,周质空间,(periplasmic space,periplasm),G,-,Cell Wall,周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反,应场所,在周质空间中，存在着多种,周质蛋白,（,periplasmic proteins）,水解酶类,合成酶类,结合蛋白,受体蛋白,G,-,Cell Wall,3),革兰氏阳性和阴性细菌的比较,革兰氏阳性菌,革兰氏阴性菌,G,+,与,G,-,细菌比较,革兰氏阳性和阴性细菌的比较,G,G,G,+,与,G,-,细菌比较,革兰氏染色的原理分析,G,+,与,G,-,细菌比较,Question 3:,The following statement is,True,or,False,?,在细菌等原核微生物中，常有少量,D,型氨基酸参与其蛋白质的生物合成！,N-,乙酰葡萄糖胺存在于细菌和真菌的细胞壁中！,革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁中均含有,L-,赖氨酸！,思考题:,*当选择某一产品（如蛋白质）的生产菌时，从细胞壁角度考虑，应选择那一种细菌为好？,4,）,细胞壁缺陷细菌,：,缺壁细菌,人工去壁,实验室或宿主体内形成,在自然界长期进化中形成,缺壁突变,L,型细菌,基本去尽,原生质体,(G,+,),部分去除,球状体,(G,-,),支原体,Cell Wall Deficient bacteria,（1）,L,型细菌（,L-form of bacteria）,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。,英国,李斯特（,Lister）,预防研究所首先于1935年发现而得名。,Cell Wall Deficient bacteria,L,型细菌特点,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0.1,mm,左右）,Cell Wall Deficient bacteria,（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,G,+,细菌,形成。,Cell Wall Deficient bacteria,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材料,；,Cell Wall Deficient bacteria,（3）,球状体,(,sphaeroplast),又称原生质球,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。,Cell Wall Deficient bacteria,（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。,Cell Wall Deficient bacteria,Question 4:,The following statement is,True,or,False,?,*,所有的细菌都有细胞壁结构！,本部分要点,细菌形态；,2.,细菌细胞壁结构：,革兰氏阳性菌与阴性菌的区别？,（,）,肽聚糖结构,肽聚糖单体组成,双糖单位,四肽尾,肽桥,原核生物所特有的已糖,四肽尾,双糖单位,由四个氨基酸分子按,L,型与,D,型交替方式连接而成,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。,肽聚糖结构,肽桥,肽桥（肽间桥）,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,。,肽聚糖结构,Cell wall,磷壁酸,分子结构片段,Cell wall,结核分枝杆菌,杆菌与疾病,炭疽病的病原菌,-,炭疽杆菌,杆菌与疾病,破伤风梭菌,Clostridum tetani,破伤风毒素侵染症状,杆菌与疾病,菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“,C”,字或逗号，鞭毛偏端生。,霍乱弧菌,螺旋菌：,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。,梅毒密螺旋体,渗透屏障,