1、第 二 章 原核微生物形态与细胞结构,微生物学课程,Contents（6学时）,第一节 细菌 重点：细菌的形态、细胞结构以及与革兰氏染色的关系,第二节 放线菌 重点：放线菌的形态、结构及其菌落特征,第三节 其他原核微生物 重点：蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体等原核微生物的基本特性,1、细菌的形态、细胞结构 2、细菌的群体形态 3、细菌的繁殖方式,第一节 细菌（Bacteria）,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,球状,杆状,螺旋状,基本形态,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,1、球状,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
2、分类依据。,双球菌,四联球菌,八叠球菌,葡萄球菌,链球菌,金黄色葡萄球菌,肺炎链球菌,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,2、杆状,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。,大肠杆菌,双歧杆菌,铜绿假单胞菌 （绿脓杆菌）,炭疽病的病原菌-炭疽杆菌,一、一般形态及细胞结构,（一）个体形态和排列,3、螺旋状,弧菌,螺旋菌,螺旋体菌,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。,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。,螺旋体菌,梅毒密螺旋体,（一
3、）个体形状和排列,4、其它形状,（二）大小,最小：纳米细菌(nanobacteria)，直径约50 nm。 最大：球菌纳米比亚嗜硫珠菌(Thiomargarita namibia)，其直径大小可达100-750m！,德国科学家H. N. Schulz等1999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),其大小可达0.75 mm,Thiomargarita namibiensis，-“纳米比亚硫磺珍珠”,（二）大小,一般细菌的大小范围：,0.5 1 um （直径）,0.2 1 um (直径) X 1 80 um(长度),0.3 1 um (直径) X 1
4、 50 um(长度) (长度是菌体两端点之间的距离,而非 实际长度),（二）大小,除病毒外，微生物都具有细胞的结构 每个微生物细胞都具有生命活动的全部功能营养功能生长能力分化信号传递进化,（三）细胞的结构,化学物质,能量,合成转化,废物,营养功能,生长能力,3.1 细胞的化学性质1、细胞的化学成分2、细胞中的有机单体和多聚体（1）碳水化合物和多糖（2）脂肪酸和类脂（3）核苷酸和核酸（4）氨基酸和蛋白质 3.2 原核生物细胞的结构与功能,干物质 10%-30%,水分：70%-90%,有机成分：99%,无机成分：1%,3.2原核生物细胞的结构与功能,一般构造： 一般细菌都有的 构造,特殊构造： 部
5、分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造,1、细胞壁,1）概念：,4）革兰氏染色与细胞壁：,（1）革兰氏染色简介 （2）革兰氏染色步骤 （3）细胞壁类型: G+细胞壁、 G细胞壁 （4）肽聚糖结构的不同 （5）革兰氏染色的原理,本节重点掌握内容,2）证实细胞壁存在的方法：,3）细胞壁的功能：,（三）细胞的结构,1、细胞壁（cell wall）,1）概念：,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。,细胞壁,2）证实细胞壁存在的方法：,（1）细菌超薄切片的电镜直接观察；,（2）制备原生质体，观察细胞形态的变化；,（3）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看
6、到细胞壁；,（4）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；,（三）细胞的结构,1、细胞壁,3）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；,1、细胞壁,4）革兰氏染色与细胞壁：,（1）革兰氏染色简介,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。,2）革兰氏染色与细胞壁：,（2）革兰氏染色步骤,1、用碱性染料结晶紫
7、对菌液涂片进行初染,2、用碘溶液进行媒染，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,3、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。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,4、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。例如沙黄，它使原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色,2）革兰氏染色与细胞壁：,（2）革兰氏染色步骤,WHY?,（3）细胞壁类型:革兰氏阳性细菌细胞壁 革兰氏阴性细菌细胞壁,革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的比较,共有组分 肽聚糖 特有组分 G 磷壁酸G 类脂质、脂多糖、脂蛋白,磷
8、壁酸teichoic acid（垣酸）,占壁干重40-50%。是以磷酸多元醇分子的重复结构单位为主链（骨架）的阴离子多聚物。在多数情况下，磷壁酸分子中的磷酸多元醇是磷酸甘油，或磷酸核糖醇，因此，根据主链组成不同可以将磷壁酸分为两大类：,磷酸甘油型磷壁酸 核糖醇型磷壁酸,跨越肽聚糖层 并与细胞膜相 交联的膜磷壁 酸（又称脂磷 壁酸），,壁磷壁酸，它与肽 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%。用稀酸 或稀碱可以提取。,二价阳离子，特别是高浓度的Mg2+。的存在，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。,革兰
9、氏阳性细菌的细胞壁,磷壁酸的主要生理功能：,细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收；,贮藏磷元素；,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；,革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；,噬菌体的特异性吸附受体；,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,革兰氏阴性细菌的细胞壁,外膜(outer membrane),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 polysacchari
10、de)和O-特异侧链（ O-specific side chain，或称O-多糖 或O-抗原）三部分组成。,脂多糖的主要功能,LPS结构的多变，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇 的多样性；,根据LPS抗原性的测定， 沙门氏菌属(Salmonella)的 抗原型多达2107种，一般 都源自O-特异侧链种类的 变化。 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。也可依此用灵敏的 血清学方法对病原菌进行 鉴定，在传染病的诊断 中有其重要意义。,脂多糖的主要功能,LPS负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等阳离 子以提高其在细胞表面浓度的作用，对
11、细胞膜结构起稳定作用。,（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁,B、外膜(outer membrane),脂多糖的主要功能,类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础；,脂多糖的主要功能,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；,每一个肽聚糖单体由以下三部分组成 （1） 双糖单位：由N乙酰葡萄糖胺（以G表示）和N乙酰胞壁酸（以M表示）通过1，4糖苷键交替连接起来，构成肽聚糖骨架。 （2）肽尾或四肽侧链 （3）肽桥,（4）肽聚糖结构的不同,n,（M）,（G）,革兰氏阳性细菌细胞壁肽聚糖的单体图解 左：简化的单体分子间的连接；右：单体的分子构造。,A. 革兰氏阳性
12、菌 B. 革兰氏阴性菌,区别1,区别2,形成网络结构,革兰氏阳性细菌细胞壁,革兰氏阴性细菌细胞壁,革兰氏阳性菌与阴性菌肽聚糖结构的不同点,（5）革兰氏染色的原理,革兰氏染色的原理,革兰氏阳性菌：肽聚糖的含量高，网状结构紧密，细胞壁厚，含脂量低，当它被酒精脱色时，引起细胞壁肽聚糖的网状结构的孔径缩小以至关闭，从而阻止不溶性结晶紫-碘复合物的逸出，故菌体呈深紫色。 革兰氏阴性菌：肽聚糖的含量低，网层结构疏松且薄，脂含量高，当用酒精脱色时，脂类物质溶解，增加了细胞壁的通透性，结果结晶紫-碘的复合物就被乙醇抽提出来而复染成红色。,（5）革兰氏染色的原理,4）革兰氏染色与细胞壁：,哪些细胞具有细胞壁？,
13、哪些细胞具有细胞壁？,植物细胞细胞壁主要成分为,纤维素,细菌细胞壁主要成分为,肽聚糖,真菌细胞壁主要成分为,几丁质,2、细胞膜,1）概念：,细胞质膜（cytoplasmic membrane），又称质膜 （plasma membrane）、细胞膜（cell membrane）或内膜 （inner membrane），是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞 质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约78 nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白质（占50%70%） 组成。,（三）细胞的结构,2、细胞膜,2）观察方法：,质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察；,原生质体破裂；,超薄切片电镜观察；,电镜
14、观察到的细胞质膜，是在上下两色层之间夹着一深色中 间层的双层膜结构，这与细胞膜的化学组成有关。,2、细胞膜,3）细胞膜的化学组成与结构模型：,（1）磷脂,亲水的极性端,疏水的非极性端,3）细胞膜的化学组成与结构模型：,（1）磷脂,在极性头的甘油3C上， 不同种微生物具有不同 的R基，如磷脂酸、磷 脂酰甘油、磷脂酰乙醇 胺、磷脂酰胆碱、磷脂 酰丝氨酸或磷脂酰肌醇 等。,非极性尾则由长链 脂肪酸通过酯键连 接在甘油的C1和C2 位上组成，其链长 和饱和度因细菌种 类和生长温度而异。,3）细胞膜的化学组成与结构模型：,（1）磷脂,在生理温度下，脂肪酸末端排列成固定的晶格。,不饱和脂肪酸的双键可导致膜
15、结构的变形。 当磷脂分子中二者同时存在时，在一定条件 下就阻碍了形成晶格结构所需要的有秩序排列。,膜的流动性很大程度上取决于不饱和脂肪酸的结构和相对含量。 细胞膜上长链脂肪酸的链长和饱和度因细菌种类和生长温度而 异，通常生长温度要求越高的种，其饱和度也越高，反之则低。,3）细胞膜的化学组成与结构模型：,（2）膜蛋白,具运输功能的整合蛋白（integral protein）或内嵌蛋白（intrinsic protein）,具有酶促作用的周边蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白(extrinsic protein),膜蛋白约占细菌细胞膜的50%70%，比任何一种生物膜都高， 而且
16、种类也多。-细胞膜是一个重要的代谢活动中心。,3）细胞膜的化学组成与结构模型：,（3）液态镶嵌模型(fluid mosaic model),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）,3）细胞膜的化学组成与结构模型：,（3）液态镶嵌模型(fluid mosaic model),（三）细胞的结构,2、细胞膜,4）细胞膜的生理功能：,选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；,是维持细胞内正常渗透压的屏障；,合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等）的重要基地；,膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所；,是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；,
