微生物学_03a微生物细胞的结构
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第三章__微生物细胞的结构与功能
第三章 微生物细胞的结构与功能
除病毒外，微生物都具有细胞结构。
一个细胞
营养功能 生长能力 分化（形态和功能的变化） 信号传导 进化
第一节 原核微生物细胞的结构和功能 第二节 真核微生物细胞的结构和功能 第三节 真核生物和原核生物的比较
第一节 原核微生物细胞的结构和功能
一 一般构造
（一）细胞壁 （二）细胞质膜 （三）细胞质 （四）核质 （五）内含体
周质蛋白可用“冷休克”方法释放。
（3）古生菌的细胞壁
除热原体属（Thermoplasma ）无细胞壁外。
➢假肽聚糖细胞壁（pseudopeptidoglycan）
类脂A
核心多糖 O-特异侧链（O-多糖、O-抗原）
Lipid A core polysaccharide
O-specific side chain
O-特异侧链 核心多糖 类脂A
LPS中的类脂 A即是内毒素
LPS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
◆ 吸附Mg 2+、Ca 2+阳离子提高在细胞表面的浓度 ◆ 革兰氏阴性菌表面抗原决定簇具多样性——
素和噬菌体的敏感性。
2 原核微生物细胞壁的多样性★
（1）革兰氏阳性细菌的细胞壁 （2）革兰氏阴性细菌的细胞壁 （3）古生菌的细胞壁 （4）缺壁细菌 （5）革兰氏染色的机制
（1）革兰氏阳性细菌的细胞壁
特点：
■厚度大（20~80nm） ■只有一层——90%肽聚糖，10%磷壁酸
❖ 肽聚糖（peptidoglycan）
稀疏、机械强度差
❖ 外膜 outer membrane
革兰氏阴性细菌细胞壁外层
外膜outer membrane
除病毒外，微生物都具有细胞结构。
一个细胞
营养功能 生长能力 分化（形态和功能的变化） 信号传导 进化
第一节 原核微生物细胞的结构和功能 第二节 真核微生物细胞的结构和功能 第三节 真核生物和原核生物的比较
第一节 原核微生物细胞的结构和功能
一 一般构造
（一）细胞壁 （二）细胞质膜 （三）细胞质 （四）核质 （五）内含体
周质蛋白可用“冷休克”方法释放。
（3）古生菌的细胞壁
除热原体属（Thermoplasma ）无细胞壁外。
➢假肽聚糖细胞壁（pseudopeptidoglycan）
类脂A
核心多糖 O-特异侧链（O-多糖、O-抗原）
Lipid A core polysaccharide
O-specific side chain
O-特异侧链 核心多糖 类脂A
LPS中的类脂 A即是内毒素
LPS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
◆ 吸附Mg 2+、Ca 2+阳离子提高在细胞表面的浓度 ◆ 革兰氏阴性菌表面抗原决定簇具多样性——
素和噬菌体的敏感性。
2 原核微生物细胞壁的多样性★
（1）革兰氏阳性细菌的细胞壁 （2）革兰氏阴性细菌的细胞壁 （3）古生菌的细胞壁 （4）缺壁细菌 （5）革兰氏染色的机制
（1）革兰氏阳性细菌的细胞壁
特点：
■厚度大（20~80nm） ■只有一层——90%肽聚糖，10%磷壁酸
❖ 肽聚糖（peptidoglycan）
稀疏、机械强度差
❖ 外膜 outer membrane
革兰氏阴性细菌细胞壁外层
外膜outer membrane
第三章 微生物细胞的结构与功能(上)
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。
《微生物学》 第三章
微生物细胞的结构与功能
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。
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
《微生物学》 第三章
微生物细胞的结构与功能
（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.
《微生物学》 第三章
微生物细胞的结构与功能
（4）支原体(Mycoplasma)
（肽桥）
《微生物学》 第三章
微生物细胞的结构与功能
(2) 外膜
外膜（outer membrane）：由脂多糖、磷脂和脂蛋白组成的膜。
脂多糖（lipopolysaccharide LPS）：位于细胞壁最外层的类脂 多糖类物质，由类脂A、核心多糖和O-特异侧链三部分组成。 类脂A是革兰氏阴性菌内毒素的物质基础； 核心多糖和O-特异侧链是菌体表面抗原特异性的决定因素。
《微生物学》 第三章
微生物细胞的结构与功能
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。
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
《微生物学》 第三章
微生物细胞的结构与功能
（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.
《微生物学》 第三章
微生物细胞的结构与功能
（4）支原体(Mycoplasma)
（肽桥）
《微生物学》 第三章
微生物细胞的结构与功能
(2) 外膜
外膜（outer membrane）：由脂多糖、磷脂和脂蛋白组成的膜。
脂多糖（lipopolysaccharide LPS）：位于细胞壁最外层的类脂 多糖类物质，由类脂A、核心多糖和O-特异侧链三部分组成。 类脂A是革兰氏阴性菌内毒素的物质基础； 核心多糖和O-特异侧链是菌体表面抗原特异性的决定因素。
第三章微生物细胞的结构与功能(沈萍版)解析
经脱色、复染后菌体呈红色 含量低，占细胞壁干重的5～
20% 1-2层,疏松 10nm左右(其中外壁层约 8nm),多层 无 含量较高（分布在外壁层） 含量较高（分布在外壁层） 不敏感 不敏感 紧密
革兰氏染色
革兰氏染色的原理
• 革兰氏阳性菌由于细胞壁较厚，肽聚糖层 次多交联紧密，用乙醇脱色时，因失水网 孔收缩，加之其细胞壁不含类脂，不会因 乙醇溶解类脂产生细胞壁的漏洞，因此结 晶紫和碘的复合物被牢牢留在了壁内，使 细胞仍为紫色。
2、革兰氏阴性细菌细胞壁结构
特点：肽聚糖层很薄（仅2~3nm），在肽聚 糖层外还有一个外膜，成分较复杂， 整个壁厚度较G+菌薄，机械强度较G+ 菌弱。由2层壁组成。
格兰氏阴性菌肽聚糖层的特点（以大肠杆菌为例）：
1. 肽聚糖层薄（2~3nm）； 2. 四肽尾的第三个不是L-Lys，而是内消旋二 氨基庚二酸
3）决定G-表面抗原；4）噬菌体受体位点。 5） 有控制物质进出细胞的屏障功能。
钙离子是维持LPS稳定性所必需的。
脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)
沙门氏菌属脂多糖中的类脂A结构
外膜蛋白
• 镶嵌在脂多糖和磷脂层外膜上的蛋白。有 20余种，大多数功能还不清楚。 脂蛋白 孔蛋白
周质空间
表 肽聚糖分子中的四种主要肽桥类型
类型 甲肽尾上连接点
肽桥
乙肽连接点
例
I
第四氨基酸
-CO.NH-直接相连 第三氨基酸 E. coli (G-)
II
第四氨基酸
III
第四氨基酸
IV
第四氨基酸
-(Gly)5 -(肽尾)1~2-D-Lys-
第三氨基酸 S. aureus (G+) 第三氨基酸 M. luteus (G+) 第二氨基酸 C. poinsettiae(G+)
第三章 微生物细胞的结构与功能
M: N-acetylmuramic acid G: N-acetylglucosamine
7
磷壁酸,也称 垣酸(teichoic acid),
是G+细菌细胞壁特有 的一种酸性多糖;甘油 磷壁酸和核糖醇磷壁 酸是五种磷壁酸的主 要两种形式;壁磷壁 酸通过磷酸基团与N乙酰胞壁酸六碳羟基 相连;膜磷壁酸(脂磷 壁酸)跨壁层与细胞 膜磷脂相连.
G+和G-细菌由于细胞壁构造和组成的不同，产生了一系列形 态、构造、化学组分、染色反应、生理功能和致病性等差别。
17
溶菌酶 作用位点
青霉素作用位点
肽聚糖（Peptidoglycan)结构中短肽的连接形式 18
19
20
④抗酸细菌的细胞壁
21
⑤古生菌的细胞壁 古生菌中，除热原体属（Thermoplasma）没有细胞壁外， 其余都具有与细菌类似的细胞壁，但化学成分差异较大，无真 正的肽聚糖。如甲烷杆菌属的多糖骨架是由N-乙酰葡萄糖胺和 N-乙酰塔罗糖醛酸以β-1,3-糖苷键连接而成，在N-乙酰塔罗糖 醛酸上连接的短肽是L-Glu、L-Ala和L-Lys，肽桥是L-Glu； 甲烷八叠球菌细胞壁组分是杂多糖，不含磷酸和硫酸；盐球菌 属组分是糖蛋白，蛋白质中氨基酸主要是酸性Aa，可平衡环 境中Na+。少数产甲烷菌的组分是蛋白质，有的是不同蛋白质， 有的是同种蛋白的多聚体。
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。
16
外膜蛋白（outer membrane protein） 指嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。脂蛋白（lipoprotein） 通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上。孔蛋白常 以三聚体的跨膜蛋白存在，通过孔的开关，控制物质的进出， 有特异性和非特异性两种。也有的外膜蛋白与噬菌体的吸附或 细菌素作用相关。
7
磷壁酸,也称 垣酸(teichoic acid),
是G+细菌细胞壁特有 的一种酸性多糖;甘油 磷壁酸和核糖醇磷壁 酸是五种磷壁酸的主 要两种形式;壁磷壁 酸通过磷酸基团与N乙酰胞壁酸六碳羟基 相连;膜磷壁酸(脂磷 壁酸)跨壁层与细胞 膜磷脂相连.
G+和G-细菌由于细胞壁构造和组成的不同，产生了一系列形 态、构造、化学组分、染色反应、生理功能和致病性等差别。
17
溶菌酶 作用位点
青霉素作用位点
肽聚糖（Peptidoglycan)结构中短肽的连接形式 18
19
20
④抗酸细菌的细胞壁
21
⑤古生菌的细胞壁 古生菌中，除热原体属（Thermoplasma）没有细胞壁外， 其余都具有与细菌类似的细胞壁，但化学成分差异较大，无真 正的肽聚糖。如甲烷杆菌属的多糖骨架是由N-乙酰葡萄糖胺和 N-乙酰塔罗糖醛酸以β-1,3-糖苷键连接而成，在N-乙酰塔罗糖 醛酸上连接的短肽是L-Glu、L-Ala和L-Lys，肽桥是L-Glu； 甲烷八叠球菌细胞壁组分是杂多糖，不含磷酸和硫酸；盐球菌 属组分是糖蛋白，蛋白质中氨基酸主要是酸性Aa，可平衡环 境中Na+。少数产甲烷菌的组分是蛋白质，有的是不同蛋白质， 有的是同种蛋白的多聚体。
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。
16
外膜蛋白（outer membrane protein） 指嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。脂蛋白（lipoprotein） 通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上。孔蛋白常 以三聚体的跨膜蛋白存在，通过孔的开关，控制物质的进出， 有特异性和非特异性两种。也有的外膜蛋白与噬菌体的吸附或 细菌素作用相关。
第三章微生物细胞结构及功能
2. 细胞质(cytoplasm )和内含物( inclusion body)
细胞膜内除核质体外的一切半透明、胶状、颗 粒状物质可总称为细胞质。其主要成分有：核糖 体、贮藏物、各种酶类、中间代谢物及质粒等, 少数细菌还存在有类囊体、羧酶体、伴胞晶体或 气泡等。细胞质内形状较大的颗粒状构造为内含 物，包括各种贮藏物和气泡、羧酶体等。
A、组成：磷脂（占20~30％） 蛋白质（占50~70％）
B、鉴别：质壁分离，鉴别性染色或原生 质体破裂方法
细胞质膜
C、结构：1972年由辛格和尼科尔森 所提出的液态镶嵌模型即膜的主体 是脂质双分子层其具有流动性。脂 质双分子的疏水尾向内亲水头向外
细胞膜结构
A. 原核和真核细胞典型的细胞膜是由 脂质双分子层构成， 该图显示了磷 脂分子亲水端（褐色球）和疏水端 （黑色）的指向。
杆 状 的 大 肠 杆 菌
4、革兰氏染色机制
步骤：结晶紫初染，碘液酶染，乙醇或丙 酮脱色（关键步骤），沙黄（红色染料） 复染－－－革兰氏阳性紫红色；革兰氏 阴性红色。
原理：与肽聚糖和脂类的含量有关
G+ 菌：细胞壁厚，肽聚糖含量高，交 联度大，当乙醇脱色时，肽聚糖因脱 水而孔径缩小，故结晶紫-碘复合物 被阻留在细胞内，细胞不能被酒精脱 色，呈紫色。
外膜蛋白(outer membrrane protein)
指嵌合在LPS合磷脂层上的蛋白，有20余种。可分 为
基质蛋白－孔蛋白（通过孔的开闭可阻止抗生素进入） 外壁蛋白－外侧（与噬菌体的吸附或细菌素的作用有关）
脂蛋白－内侧（使外膜层牢固 嵌进肽聚糖层）
（3）周质空间
又称壁膜间隙。指外膜与细胞 膜之间的狭窄空间，呈胶状。 其中存在多种周质蛋白。
微生物学---第三章 微生物细胞的结构与功能
h
34
（2）芽孢的构造
h
35
4、特殊的休眠构造——芽孢
（3）芽孢的形成
①DNA浓缩，束状染色质形成；
②细胞膜内陷，细胞发生不对称分裂，小体积部分即
为前芽孢（forespore）；
③前芽孢的双层隔膜形成，芽孢的抗辐射性提高；
④两层隔膜间充填芽孢肽聚糖后，合成DPA，累积钙
离子，开始形成皮层，再经脱水，使折光率增高；
非特异性孔蛋白
可通过分子量小于800~900 的任何亲水性分子
特异性孔蛋白
只容许一种或少数几种相关
物质通过，如维生素B12和核
h
22
苷酸等。
2、革兰氏阴性菌的细胞壁 （3）外膜蛋白(outer membrane protein)
一、细胞壁
脂蛋白(lipoprotein)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。
h
23
（4）周质空间（periplasmic space）
• 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
12~15nm），呈胶状。在周质空间中，存在着 多种周质蛋白（periplasmic proteins），包括：
• ①水解酶类，例如蛋白酶、核酸酶等；
• ②合成酶类，例如肽聚糖合成酶；
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），由甘 油磷酸链分子 与细胞膜上的 磷脂进行共价
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。
结合后形成。其含量与培养条件关系不大。可用45%
第三章微生物细胞的结构与功能(共91张PPT)
第三氨基酸 S. aureus (G+) 第三氨基酸 M. luteus (G+)
IV
第四氨基酸
-D-Lys-
第二氨基酸 C. poinsettiae(G+)
（2）磷壁酸（teichoic acid） 磷壁酸是结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多
糖，是革兰氏阳性细菌所特有的成分之一。
磷壁酸类型：
短肽交联
肽聚糖网络）。 比较项目
浓缩，束状染色质形成。
外膜
特点： a.是G-细菌细胞壁特有的结构，位于壁的最外层； b. 化学成分是脂多糖、磷脂和若干种外膜蛋白。
功能：a. 控制细胞透性; b. 提高Mg2+浓度; c. 决定细胞壁抗原性; d. 类脂A是类毒素的主要成分
外壁层可分为3层，分别是：
产芽孢细菌的种类
2. 四肽尾的第三个不是L-Lys，而是内消旋二 在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。
G+细菌鞭毛结构特点：
氨基庚二酸（M－
产芽孢细菌的种类
DAP）； 在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。
功能：1）高度选择透性膜，控制物质运输：2）渗透屏障，维持正常渗透压；
根据糖成分：甘油磷壁酸
核糖醇磷壁酸
根据与壁中结合分子类型及分布： 壁磷壁酸
膜磷壁酸
• 磷壁酸的主要生理作用：
• ①因带负电荷，故可与环境中的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对一些革兰氏阳性致病菌(如A族链 球菌)而言，可借此(主要为膜磷壁酸)与其宿主粘连； ③赋予革兰氏阳性菌以特异的表面抗原；④是某些噬 菌体特异性吸附受体； ⑤储藏磷元素；⑥调节细胞内 自溶素的活力，防止细胞因自溶而死亡。
微生物细胞的结构与功能第三章优秀课件
赖氨酸的含量较高，占10%
极少有含硫氨基酸
S-层蛋白多为酸性，等电点在4-6之间, 少数呈碱性。
约20%的氨基酸是以α-螺旋形式
约40%的氨基酸采取β折叠形式
无规折叠和β转角含量在5%到45%之间变化
分子量
不同来源的S-层蛋白，其分子量差异较大
40-20kDa 440-1645个氨基酸
乳杆菌
440-465个氨基酸残基
这类生命基本问题
2.菌毛（pilus） 大肠杆菌的菌毛两种菌： F-菌毛(fertility pilus), I-菌毛(infective pilus)
F-菌毛：φ8.5nm,长2.0μm 中空，易弯曲的丝状体，是遗传物质的通道
I-菌毛：长2μm以下，中空的丝状体，是噬菌体 感染宿主细胞的受体部位，亦称感染菌毛. 噬菌体吸附到I-菌毛后，通过I-菌毛的收缩， 使噬菌体与细胞表面接融后再感染宿主细胞。
微生物细胞的结构与功能 第三章
第一节 真核微生物与原核微生物
第二节
细胞表面的附着物
一、丝状结构
鞭毛 Flagellum (Flagella) 菌毛 Pilus 革兰氏阴性菌 伞毛 Fimbria
1.鞭毛 长度一般为15～20μm, 直径 0.01～0.02μm 1) 组成 基 体 basal body 钩形鞘 hook 鞭毛丝 filament由3～8根平行的蛋白纤维左向 9对微管两根中心微管组
螺旋排列成中空的丝状体，无鞘
外有鞘
2. 直径为12 nm，长度为4-5μm 直径为200 ，长度为2
3. 具抗原性
无抗原性
4. 完全由蛋白质组成
70%蛋白质，20%脂类,10%
少量核酸
5. 不存在半胱氨酸
微生物学_03a微生物细胞的结构
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。
LOGO
磷壁酸的主要生理功能
①其磷酸分子上较多的负电荷可提高细胞周围Mg2+的浓度，
进入细胞后，可提高细胞膜上一些需Mg2+的合成酶活性；
②贮藏磷元素； ③增强某些致病菌如A族链球菌(Streptococcus)对宿主细胞的
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B 外膜(outer membrane)
a 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（8~10nm）的类脂多糖 类物，由类脂A、核心多糖(core polysaccharide) 和O-特异侧链（Ospecific side chain，或称O-多糖或O-抗原）三部分组成。
④赋予细菌具有特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体 的敏感性。
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1. 革兰氏阳性细菌的细胞壁
特点：厚度大（20~80nm） 化学组分简单，一般只 含90%肽聚糖和10%磷壁酸。 革兰氏 阳性细 菌的细 胞壁
肽聚糖(peptidoglycan)
磷壁酸（teichoic acid）
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非特异性孔蛋白
可通过分子量小于800~900 的任何亲水性分子
特异性孔蛋白
只容许一种或少数几种相关 物质通过，如维生素B12和核 苷酸等。
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C 周质空间(periplasmic space, periplasm)
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； 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12~15nm），呈胶状。
微生物学：第三章 微生物细胞的结构与功能
• 细菌细胞膜不仅仅是分隔细胞内部与外界的屏 障，它还有重要的功能：主要有物质转运、生 物合成、分泌和呼吸等作用。
细胞膜是如何被发现的?
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；
电镜观察到的细胞质 膜，是在上下两暗色 层之间夹着一浅色中 间层的双层膜结构， 这与细胞膜的化学组 成有关。
种不同于细菌与真核生物膜的基团； E、细胞质膜上含有多种独特的脂
Figure 26.22
类。
基本结构 中 体(mesosome)
中体：是部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状 物，多见于革兰阳性菌。其功能类似于真核细胞的 线粒体，其中酶系发达，是能量代谢的场所。
中体
基本结构
2. 细胞质（cytoplasm)和内含物 (inclusion body)
化学组成: 磷脂(20%-30%)和蛋白质 (1)磷脂
R基:磷脂酸、磷脂酰甘油、 磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆 碱、磷脂酰肌醇等。
在生理温度下，脂肪酸末端排 列成有序的晶态。
不饱和脂肪酸双键可导致膜 结构变形（流动）。
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。
▪通 过 革 兰 氏 染 色 法 可 将所有细菌分为革兰氏 阳性和革兰氏阴性两大 类。它是鉴别细菌的重 要方法。
革兰氏染色的机制
目前一般认为革兰氏染色是基于细菌细胞壁特殊化学组分 基础上的一种物理原因。
通过初染和媒染后，细胞内形成了不溶于水的结晶紫-碘 的大分子复合物。革兰氏阳性细菌由于细胞壁较厚、肽聚 糖含量较高和其分子交联度较紧密，故在用乙醇洗脱时， 肽聚糖网孔会因脱水而明显收缩，加上它基本不含类脂， 故乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫与碘复合 物仍牢牢阻留在细胞壁内，使其呈现紫色。而革兰氏阴性 细菌因其壁薄、肽聚糖含量低和交联松散，故遇乙醇后， 肽聚糖网孔不易收缩，加上它类脂含量高，所以当乙醇把 类脂溶解后，在细胞壁上就会出现较大缝隙，复合物容易 溶出细胞壁，因此通过乙醇脱色后，细胞又成无色。这时 再用红色染料进行复染，革兰氏阴性细菌获得一层新的颜 色－红色，而革兰氏阳性菌则仍呈紫色。
细胞膜是如何被发现的?
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；
电镜观察到的细胞质 膜，是在上下两暗色 层之间夹着一浅色中 间层的双层膜结构， 这与细胞膜的化学组 成有关。
种不同于细菌与真核生物膜的基团； E、细胞质膜上含有多种独特的脂
Figure 26.22
类。
基本结构 中 体(mesosome)
中体：是部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状 物，多见于革兰阳性菌。其功能类似于真核细胞的 线粒体，其中酶系发达，是能量代谢的场所。
中体
基本结构
2. 细胞质（cytoplasm)和内含物 (inclusion body)
化学组成: 磷脂(20%-30%)和蛋白质 (1)磷脂
R基:磷脂酸、磷脂酰甘油、 磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆 碱、磷脂酰肌醇等。
在生理温度下，脂肪酸末端排 列成有序的晶态。
不饱和脂肪酸双键可导致膜 结构变形（流动）。
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。
▪通 过 革 兰 氏 染 色 法 可 将所有细菌分为革兰氏 阳性和革兰氏阴性两大 类。它是鉴别细菌的重 要方法。
革兰氏染色的机制
目前一般认为革兰氏染色是基于细菌细胞壁特殊化学组分 基础上的一种物理原因。
通过初染和媒染后，细胞内形成了不溶于水的结晶紫-碘 的大分子复合物。革兰氏阳性细菌由于细胞壁较厚、肽聚 糖含量较高和其分子交联度较紧密，故在用乙醇洗脱时， 肽聚糖网孔会因脱水而明显收缩，加上它基本不含类脂， 故乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫与碘复合 物仍牢牢阻留在细胞壁内，使其呈现紫色。而革兰氏阴性 细菌因其壁薄、肽聚糖含量低和交联松散，故遇乙醇后， 肽聚糖网孔不易收缩，加上它类脂含量高，所以当乙醇把 类脂溶解后，在细胞壁上就会出现较大缝隙，复合物容易 溶出细胞壁，因此通过乙醇脱色后，细胞又成无色。这时 再用红色染料进行复染，革兰氏阴性细菌获得一层新的颜 色－红色，而革兰氏阳性菌则仍呈紫色。
微生物细胞的结构
Gˉ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。
4 缺壁细胞
原生质体 L型细菌 球状体 支原体
a 原生质体（protoplast）：
细菌细胞的基本结构
细菌除去细胞壁剩下由细胞膜包裹的部分。多为G+ 菌。
（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…
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
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。
外壁蛋白： 为特异性载体,可将较大分子送入细胞内。
4 缺壁细胞
原生质体 L型细菌 球状体 支原体
a 原生质体（protoplast）：
细菌细胞的基本结构
细菌除去细胞壁剩下由细胞膜包裹的部分。多为G+ 菌。
（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…
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
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。
外壁蛋白： 为特异性载体,可将较大分子送入细胞内。
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媒染：再加媒染剂--碘液处理，使菌体着色；
脱色：然后用乙醇脱色； 复染：最后用复染液(沙黄或番红)复染。
显微镜下菌体呈红色者为革兰氏染色阴性细菌(常
以G-表示)，呈深紫色者为革兰氏染色阳性反应细 菌(常以G+表示)。
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Procedures of Gram Staining
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2.革兰氏阴性细菌的细胞壁
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A 肽聚糖
它的肽聚糖埋藏在外膜层之内，是仅由1~2层肽聚糖 网状分子组成的薄层(2~3nm)，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。
四肽尾的第 3个氨基酸 不是L-lys， 而是内消旋 二氨基庚二 酸(m-DAP) , 一种只有在 原核微生物 细胞壁上才 有的氨基酸
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。
β—1,4—糖苷键
----G-----M-----
溶菌酶： β—1,4— 糖苷 键很容易被溶菌酶水 解而使肽聚糖散架。 青霉素：能于菌体内 的转肽酶结合形成青 霉噻唑酰基酶，使转 肽酶失去转肽作用， 通过抑制转肽反应， 影响细胞壁合成
L—丙氨酸
| D—谷氨酸
|
L—丙氨酸 |
|
L—赖氨酸 | D—丙氨酸 甘5
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不被溶菌酶水解
3个氨基酸肽尾 全部为L-型氨基酸
1个氨基酸肽桥
多糖骨架
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3. 古细菌的细胞壁
（2）独特多糖细胞壁
甲烷八叠球菌(Methanosarcina)的细胞壁含有独特 的多糖，并可染成革兰氏阳性。这种多糖含半乳糖 胺、葡糖醛酸、葡萄糖和乙酸，不含磷酸和硫酸。
（3）硫酸化多糖细胞壁
1,4—糖苷键与另一个N— 乙酰胞壁酸（M）相连。
· 四肽尾或四肽侧链：L—Ala、D—Glu、L-Lys、D—Ala · 肽桥或肽间桥：由甘氨酸五肽组成。
肽桥的种类很多，肽聚糖的多样性主要体现在肽桥上。
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G： N—乙酰葡萄糖胺 M： N— 乙酰胞壁酸 ----G-----M---------|
真细菌：细胞膜含有酯键连接的脂类，细胞壁含特有 肽聚糖，DNA没有内含子。包括细菌、放线菌、蓝细
菌、支原体、立克次氏体和衣原体。
古生菌：在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列， 且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接 近，同属于原核生物。
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细 胞 的 结 构
一般构造： 一般细菌都 有的构造
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4.缺壁细菌
（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。 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）
D—谷氨酸
| L—赖氨酸 | D—丙氨酸
金黄色葡萄球菌肽聚糖的单体结构及连接方式（G+菌）
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B、磷壁酸
革兰氏阳性细菌细胞壁上特的化学成分，主要 甘油磷壁酸 核糖醇磷壁酸 成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。
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B、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
膜磷壁酸(又称 脂磷壁酸)跨越 肽聚糖层并与 细胞膜相交联 的，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。可用45% 热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。
肽聚糖又称粘肽 (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。
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磷壁酸:结合在革兰氏阳
性细菌细胞壁上的一种
酸性多糖
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A 肽聚糖(peptidoglycam)
革兰氏阳性细菌-金黄色葡萄球菌具有典型的肽聚糖, 肽聚糖厚约20-80nm,由四十层左右的网格状分子交
Gram positive or Gram negative?
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革兰氏染色机理
细菌通过结晶紫初染和碘液媒染之后，在细胞膜内形 成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物（CVI）。
革兰氏阳性菌由于细胞壁厚，肽聚糖的含量高，网状 结构层次多和交联致密，网孔小。故用乙醇（或丙酮） 作脱色处理时，乙醇使细胞壁脱水，肽聚糖的网孔变 得更小，透性降低。 不含类脂，用乙醇处理也不会溶出缝隙，因此，乙醇 不能透过细胞壁而把结晶紫—碘复合染料抽提出来； 因此，乙醇不能进入细胞去脱色，故用蕃红复染时仍 为紫色。（实际是紫色加红色）
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G+菌和G-菌在细胞壁上的区别
（1）在结构上的区别：G+菌细胞壁厚，只有一 层；G-菌壁薄，分两层； （2）在成分上的区别：G+菌细胞壁肽聚糖含量 高，特含磷壁酸；G-菌细胞壁肽聚糖含量低， 特含脂多糖。
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G+菌和G-菌在细胞壁上的区别
（3）在肽聚糖上的区别
含量不同：G+菌肽聚糖的含量高，G-菌肽聚糖的含量低。
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b 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。
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孔蛋白（porins）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1nm的孔道， 通过孔的开闭，可对进入外膜层的物质进行选择。
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B 外膜(outer membrane)
a 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（8~10nm）的类脂多糖 类物，由类脂A、核心多糖(core polysaccharide) 和O-特异侧链（Ospecific side chain，或称O-多糖或O-抗原）三部分组成。
粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用；
④赋予革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原； ⑤可作为噬菌体的特异性吸附受体； ⑥能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，借以防止细胞因自 溶而死亡。因为在细胞正常分裂时，自溶素可使旧壁适度 水解并促使新壁不断插入，而当其活力过强时，则细菌会 因细胞壁迅速水解而死亡。
细菌、古细菌细胞的结构
(一). 细胞壁
(二).细胞壁以内的构造----原生质体
1.细胞质膜 ; 2.细胞质和内含物 ；3.核区; 4.特殊的休眠构造--芽孢
(三).细胞壁以外的构造 1.糖被; 2.鞭毛; 3.菌毛和性毛.
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原核微生物：是指一大类细胞核无和膜包裹，只有称
作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。包括真细菌和 古生菌两大类。
（5）蛋白质细胞壁
少数产甲烷菌的细胞壁是由蛋白质组成的。但有的是由几 种不同蛋白组成，如甲烷球菌(Methanococcus)和甲烷微菌 (Methanomicrobium)，而另一些则由同种蛋白的许多亚基组成， 例如甲烷螺菌属(Methanospirillum)。
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4.缺壁细菌
缺壁突变——L型细菌 实验室或宿主体内形成 缺壁细菌 人工去壁 部分去除——球状体 在自然界长期进化中形成——枝原体 基本去尽——原生质体
织成的网套覆盖在整个细胞上。
肽聚糖是一个大分子复合体，由若干个N-乙酰葡糖胺 (简写NAG)和N-乙酰胞壁酸(简写NAM)以及少数氨基
酸短肽链组成的亚单位聚合而成。
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A、肽聚糖(peptidoglycam)
G+菌金黄色葡萄球菌肽聚糖的单体结构及连接方式： · 双 糖 单 位 ： 由 一 个 N— 乙 酰 葡 萄 糖 胺 （ G ） 通 过 β—
O-特异侧链
核心多糖
类脂A
外核心区
内核心区
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a 脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）
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脂多糖的主要功能
① 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； ②因其负电荷较强，故与磷壁酸相似，也有吸 附Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面浓 度的作用； ③类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质——内毒素的 物质基础； ④是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体； ⑤具控制某些物质进出细胞部分选择性屏障功能； 可透过若干种较小的分子（嘌呤、嘧啶、双糖、肽 类和氨基酸等），但能阻拦溶菌酶、抗生素（青霉 素等）、去污剂和某些染料等较大分子进入细胞膜。
非特异性孔蛋白
可通过分子量小于800~900 的任何亲水性分子
特异性孔蛋白
只容许一种或少数几种相关 物质通过，如维生素B12和核 苷酸等。
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C 周质空间(periplasmic space, periplasm)
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； 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12~15nm），呈胶状。
短肽成分不同：G+菌含L-赖氨酸；G-菌特含二氨基庚二酸。 交联方式不同：G+菌通过甘氨酸五肽使相邻单体的短肽相 连，交联密度大，网状结构紧密，壁较坚固。G-菌则是两 个单体的短肽直接相连，交联密度小，网状结构较疏松。 肽聚糖存在的位置不同：G-在内侧， G+在外侧。
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革兰氏染色法
初染：先用结晶紫染液染色；
④赋予细菌具有特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体 的敏感性。
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