第2章微生物膜囊泡与纳管系统
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微生物第二章ppt课件
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微生物学
b.革兰氏阴性细菌的细胞壁
以大肠杆菌为代表 肽聚糖含量占细胞壁的10%，厚度仅为2-3 nm。 肽聚糖结构与革兰氏阳性菌相比差别在于： 1)肽尾的第三个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)； 2)没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的联系仅有甲肽 尾的第四个氨基酸--D-丙氨酸的羧基与乙肽尾的第三 氨基酸-- m-DAP的氨基直接连接而成。
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微生物学 革兰阴性菌和阳性菌细胞壁肽聚糖化学结构
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微生物学
革兰阴性菌细胞壁肽聚糖
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微生物学
b.革兰氏阴性细菌的细胞壁
阴性细菌细胞壁特有的成分：脂多糖（LPS） 是位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚 的类脂多糖物质。它有类脂A、核心多糖和O— 特异侧链三部分组成。
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微生物学
2.3.3. 细菌(Bacteria,Bacterium)
细菌是一类细胞细而短(细胞直径约 0.5µm, 长度约0.5～5µm )、结构简 单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁 殖和水生性较强的原核微生物。
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微生物学
2.3.3.1. 细菌的形态
梭状杆菌
葡萄球菌
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-29ຫໍສະໝຸດ 微生物学(5)内含物颗粒(Reserve granule)
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微生物学
(6)核糖体(Ribosome)
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微生物学
2.3.2 染色技术(Straining)
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第二章 原核微生物 第一节 细菌(2)
质粒
羧酶体
各种营养物和大分子的单体等
气泡 伴孢晶体等
2）颗粒状贮藏物（reserve materials）
贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性 沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。
（参见P21）
碳源及能源类
贮 藏 物
氮源类
糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、 芽孢杆菌和蓝细菌等
聚β-羟丁酸（PHB）： 固氮菌、产碱菌和肠杆菌等
硫粒： 紫硫细菌、丝硫细菌、 贝氏硫杆菌等
藻青素：蓝细菌
藻青蛋白：蓝细菌
磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌、 结核分枝杆菌
① 聚-β-羟丁酸（poly-β-hydroxybutyrate, PHB） （参见P21）
类脂性质的碳源类贮藏物
巨大芽孢杆菌 （Bacillus megaterium） 在含乙酸或丁酸的培养 基中生长时，细胞内贮 藏的PHB可达其干重的 60%。
芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转
变常成为规营加养压态蒸细汽胞灭；产菌芽的孢条细件菌：的1保21藏℃多，用15其m芽in孢以。上
115℃，30 min以上 产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。芽孢的有无、 形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。
芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光 学显微镜下观察。（相差显微镜直接观察；芽孢染色）
蓝细菌生长时依靠细胞内的气泡而漂浮于湖水表面，并随风聚集 成块，常使湖内出现“水花”。
气泡的膜只含蛋白质而无磷脂。二种蛋白质相互 交连，形成一个坚硬的结构，可耐受一定的压力。膜 的外表面亲水，而内侧绝对疏水，故气泡只能透气而 不能透过水和溶质。
6）载色体 （Chromatophore）
光合细菌进行光合作用的部位
医学细胞生物学细胞的内膜系统和囊泡转运培训课件
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内质网
• 内质网的化学组成
• 内质网膜 常占细胞全部膜结构 50%，体积占10%以上
• 超速离心 分级分离，从细胞浆中 分理出 直径100nm 囊状小泡，称 “微粒体”Microsome
• 生化分析等证明，微粒体 由内质网和核糖体组成，具有内质网的基本 功能——内质网碎片形成
• 脂类和蛋白质是内质网的主要化学组成成分
• 钙网蛋白（calreticulin）：有一个高亲和性和多个低亲和性的钙离 子结合位点，作用——钙平衡调节、蛋白质折叠加工、抗原递呈、血 管发生及凋亡
• ④钙连蛋白（calnexin）：钙离子依赖的凝集素样伴侣蛋白，参与未 完成折叠的新生蛋白的寡糖链结合，阻止其离开内质网，促使其完成 蛋白质折叠
• ⑤蛋白质二硫键异构酶：催化二硫键的形成 以保证蛋白质正常折叠
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内质网
• 内质网膜蛋白分析，表明 膜中含酶至少30种，分三种类型： • ①与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶系：细胞色素P450、NADPH-
细胞色素P450还原酶、细胞色素b5等 • ②与脂类代谢功能反应相关的酶类： 脂肪酸CoA连接酶、磷脂醛磷酸
酶等 • ③与碳水化合物代谢功能反应相关酶类：葡萄糖-6-磷酸酶——内质网
医学细胞生物学细胞的内膜系统和囊泡 转运
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内质网
• 内质网腔的网质蛋白有：
• 免疫球蛋白重链结合蛋白（immunoglobulin heavy chainbinding protein）：是一类与 热激蛋白70（Hsp70）同源的单体非 糖蛋白，阻止蛋白质聚集或不可逆变性，协助蛋白质折叠
• 内质蛋白（endoplasmin）：又称 葡萄糖调节蛋白94，广泛丰富 存在真核细胞的二聚体糖蛋白，是内质网标志性分子伴侣 参与新生 肽链的折叠、转运
细胞的内膜系统与囊泡转运-PPT
粗面内质网以出芽方 式形成膜性小泡
内含外输性蛋白的膜泡
含驻留蛋白 的膜泡
含跨膜蛋白的膜泡
形成大浓缩泡
高尔基复合体加工
酶原颗粒
分泌颗粒
与细胞膜或其他 细胞器膜融合
分泌至细胞外
返回内质网
2、滑面内质网得功能: (1)参与脂质合成与转运
脂蛋白
粗面内 质网
蛋白
甘油 甘油一酯
脂肪酸
滑面内 质网
细胞质
脂质合成 酶系
(2)多次跨膜蛋白得形成:
与单次跨膜得基本原理相同,内信号肽与停止转 移信号肽在多肽链中多次出现,导致多肽链多次 穿过内质网膜,形成多次跨膜蛋白。
❖ Q4:新生肽链在内质网腔中怎样被加工修饰？ ❖ A:(1)蛋白质得糖基化(N-连接糖基化)
Asn=天冬氨酸 糖基：14寡糖 连接位点： Asn-X-Ser 或 Asn-X-Thr序列中的Asn 的-NH2基团 （X代表除Pro以外的所 有氨基酸） Ser=丝氨酸，Thr=苏氨酸，Pro=脯氨酸
变态发育、骨组织发生与重建等。
六、溶酶体与疾病
1. 先天性溶酶体疾病
多由于溶酶体内某种酶缺乏,导致相应底 物蓄积或代谢障碍。 如:Ⅱ型糖原累积病、Gaucher病、神经 鞘磷脂沉积病、Tay-Sachs病、黏多糖沉 积病等。
2、溶酶体膜异常与疾病: 各种因素导致得溶酶体膜破裂,水解酶溢出,导 致细胞、组织损伤及炎症。
四、过氧化物酶体
又称微体,就是由一 层单位膜包裹形成得 圆形或卵圆形小体, 直径约0、5μm,内含 氧化酶类、过氧化氢 酶类(标志酶)及过氧 化物酶类。
类核体
尿酸氧化酶结晶,类核体实为 过氧化物酶体中电子密度较 高、规则得结晶状结构,由尿 酸氧化酶所形成。
内含外输性蛋白的膜泡
含驻留蛋白 的膜泡
含跨膜蛋白的膜泡
形成大浓缩泡
高尔基复合体加工
酶原颗粒
分泌颗粒
与细胞膜或其他 细胞器膜融合
分泌至细胞外
返回内质网
2、滑面内质网得功能: (1)参与脂质合成与转运
脂蛋白
粗面内 质网
蛋白
甘油 甘油一酯
脂肪酸
滑面内 质网
细胞质
脂质合成 酶系
(2)多次跨膜蛋白得形成:
与单次跨膜得基本原理相同,内信号肽与停止转 移信号肽在多肽链中多次出现,导致多肽链多次 穿过内质网膜,形成多次跨膜蛋白。
❖ Q4:新生肽链在内质网腔中怎样被加工修饰？ ❖ A:(1)蛋白质得糖基化(N-连接糖基化)
Asn=天冬氨酸 糖基：14寡糖 连接位点： Asn-X-Ser 或 Asn-X-Thr序列中的Asn 的-NH2基团 （X代表除Pro以外的所 有氨基酸） Ser=丝氨酸，Thr=苏氨酸，Pro=脯氨酸
变态发育、骨组织发生与重建等。
六、溶酶体与疾病
1. 先天性溶酶体疾病
多由于溶酶体内某种酶缺乏,导致相应底 物蓄积或代谢障碍。 如:Ⅱ型糖原累积病、Gaucher病、神经 鞘磷脂沉积病、Tay-Sachs病、黏多糖沉 积病等。
2、溶酶体膜异常与疾病: 各种因素导致得溶酶体膜破裂,水解酶溢出,导 致细胞、组织损伤及炎症。
四、过氧化物酶体
又称微体,就是由一 层单位膜包裹形成得 圆形或卵圆形小体, 直径约0、5μm,内含 氧化酶类、过氧化氢 酶类(标志酶)及过氧 化物酶类。
类核体
尿酸氧化酶结晶,类核体实为 过氧化物酶体中电子密度较 高、规则得结晶状结构,由尿 酸氧化酶所形成。
(完整版)河南大学微生物生理学总结
第二章微生物的结构和功能微生物生理学：是微生物学的分支学科，是从生理生化的角度研究微生物细胞的形态学结构和功能、新陈代谢、生长繁殖等微生物生命活动规律的学科。
细胞结构革兰氏阳性菌细胞壁：由肽聚糖和磷壁酸组成革兰氏阴性菌细胞壁外壁层：位于肽聚糖层的外部。
类脂A脂多糖: 核心多糖o-特异侧链包括: 脂蛋白蛋白质层: 基质蛋白外壁蛋白磷脂.内壁层：紧贴胞膜,仅由1-2层肽聚糖分子构成,占细胞壁干重5— 10%,无磷壁酸。
细胞壁的基本骨架——肽聚糖肽聚糖：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。
肽聚糖单体：是由NAG 、NAM 、肽尾、肽桥构成。
青霉素（D-丙氨酰-D-丙氨酸的结构类似物，两者互相竞争转肽酶的活性中心）:作用于肽聚糖肽桥的联结，即抑制肽聚糖的合成，故仅对生长着的菌有效，主要是G+菌。
革兰氏染色原理：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，仍呈紫色。
Gˉ菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，因其含脂量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，酒精将细胞脱色，细胞无色，沙黄复染后呈红色。
古细菌细胞壁没有肽聚糖、胞壁酸和D-氨基酸，含有假太聚糖骨架是以β-1，3糖苷键交替连接而成，缺壁细菌原生质体：用青霉素等抗生素或者溶菌酶处理G+菌而得到的去壁完整的球形体。
原生质球：用青霉素等抗生素或溶菌酶处理G-细菌而得到的去壁不完全的近球形体。
L型细菌：某些细菌在特定环境条件下因基因突变而产生的无壁类型。
在一定条件下L型细菌能发生回复突变而恢复为有壁的正常细菌。
支原体：在进化过程中天生无壁的原核微生物。
细胞质膜;:要由磷脂双分子层和蛋白质构成。
细菌细胞与真核细胞的质膜很相似，但不含胆固醇等甾醇细胞质及其内含物细胞质：是在细胞膜内除核区以外的一切半透明、胶体状、颗粒状物质的总称。
微生物膜囊泡和纳管系统培训课件
细菌纳管的发现
Dubey和Ben-Yehuda同时证实了革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌 之间同样可以通过纳管进行信息交流
微生物膜囊泡和纳管系统
阴性菌
阳性菌
Dubey, 20111, C9ell
细菌纳管的结构组成
纳管分为两类
1. 管壁较厚，管腔较大，长度较长 (最长可超过1微米) 转运胞浆内的大分子物质 (蛋白质复合物、DNA)
是否还有直接，更为快捷、高效的交流方式？
－植物细胞通过胞间连丝（Plasmodesmata, PD）
－哺乳动物细胞通过细胞间隙连接（Gap Junction）、 突
触 (Synapse)、隧道纳米管（Tunneling Nanotube (TNT)
－真核细胞的菌丝隔膜微生孔物膜囊泡和纳管系统
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细菌纳管的发现
微生物B膜ala囊sub泡ram和a纳nia管ma系, 2统013, Nano Communication N2e3tworks
细菌纳管的意义
1998年，J. Bacteriology 报道了铁还原菌中的细胞色素，能 跨越细胞外膜，直接将电子转移到外部金属上，形成电路。 这是微生物燃料电池中电流的根本来源
electron shuttling type
Pseudomonas Geothrix
微生物膜囊泡和纳管系统
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细菌纳管的意义
Geobacter sulfurreducens (Lovley, 2005, Nature)
Bacterium
e-
Electrode
ee-
Shewanella oneidensis MR-1 (Yuri A, 2006, PANS)
微生物的纳管系统
细胞生物学细胞的内膜系统与囊泡转运PPT
囊泡转运异常与神经退行性疾病的关系
神经退行性疾病的特征
神经退行性疾病是指一系列以神经元退行性病变为主要特征的疾病，如阿尔茨海默病、帕 金森病等。这些疾病的共同特点是神经元的死亡和功能丧失。
囊泡转运在神经元中的作用
囊泡转运系统在神经元中扮演着重要的角色，负责神经递质的传递、细胞内物质的运输以 及信号转导等过程。囊泡转运的异常可以导致神经元功能障碍和死亡。
内膜系统对细胞内的物质合成、加工、运输和降 解等过程起着至关重要的作用。
内膜系统的正常功能对于维持细胞的稳态和健康 至关重要，与多种疾病的发生和发展密切相关。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
02
细胞的内膜系统
内质网
内质网是细胞内最大的膜系统 ，负责蛋白质的合成、修饰和
发展针对囊泡转运的药物与治疗方法有助于开发新的治疗策略，为疾病的治疗提供更多选择和可能性 。
REPORT
THANKS
感谢观看
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
囊泡的转运路径与方式
内膜循环
囊泡在内膜系统中沿着一定的路径进 行循环，这些路径包括内质网到高尔 基体的循环、溶酶体循环等。
囊泡的运输方式
囊泡的运输方式包括穿梭运输和定向 运输。穿梭运输是指囊泡在内膜系统 中来回移动，而定向运输是指囊泡沿 着一定的路径向一个方向移动。
囊泡的融合与释放
囊泡的膜融合
囊泡在转运过程中会与其他膜结构进 行融合，这种融合过程是由特定的膜 蛋白介导的，如SNARE蛋白。膜融合 的发生可以导致物质的交换和释放。
神经退行性疾病中囊泡转运的异常
微生物纳米囊泡在药物传递中的应用
微生物纳米囊泡在药物传递中的应用第一章微生物纳米囊泡的定义与特性微生物纳米囊泡是由细菌或其他微生物细胞膜形成的囊泡，直径在50-200纳米之间。
其内部具有亲水性的空腔，使其成为一种理想的药物载体。
微生物纳米囊泡具有以下特点：1. 建造简单：由宿主微生物细胞膜自然形成，不需要复杂的合成过程。
2. 稳定性高：微生物细胞膜本身具有很高的稳定性，在药物传递过程中更不易被破坏。
3. 生物相容性好：微生物纳米囊泡与宿主微生物细胞来源相同，所以不会引起免疫系统的反应。
第二章微生物纳米囊泡在药物传递中的应用微生物纳米囊泡作为一种新型的药物传递载体，具有应用广泛的潜力。
其主要应用如下：1. 药物包裹微生物纳米囊泡可以包裹一定量的药物，以增加药物输送效率。
在体内，微生物纳米囊泡可以保护药物免受生物环境的破坏，在特定的时间和地点释放药物，进一步提高药物疗效。
2. 靶向输送由于微生物纳米囊泡与宿主微生物细胞来源相同，在体内不容易被免疫系统排斥，可以作为药物的靶向输送载体。
将微生物纳米囊泡表面的蛋白质做一定的修饰，就可以让药物靶向特定的细胞、组织或细胞器。
3. 监测药物作用微生物纳米囊泡不仅可以输送药物，还可以作为一种药物作用的监测工具。
将微生物纳米囊泡表面标记一定的荧光蛋白质或其他标记物，就可以通过体内成像技术实时监测药物在体内的作用效果。
第三章微生物纳米囊泡的实现方式微生物纳米囊泡的结构是由宿主微生物细胞膜自然形成的，其制备方法有两种：1. 基于自然生物学现象的制备方式利用细胞壁水解酶等物质，将微生物接种到特定的培养基中，促使其自然形成微生物纳米囊泡。
2. 基于基因工程的制备方式通过基因工程手段，将目标药物的DNA序列插入到微生物细胞膜表面相应的蛋白质编码区，使其自动形成微生物纳米囊泡。
这种方法具有可控性好、药物传递效率高等优点。
第四章微生物纳米囊泡在治疗靶向性肿瘤中的应用靶向性肿瘤治疗是微生物纳米囊泡应用的一个重要方向。
水处理生物学 第2章 原核微生物
22
2. 细胞膜 (cell membrane)“流动镶嵌模型”
• 位置：外侧紧贴细胞壁、内侧包围细胞质。
• 特征：柔软而富有弹性、具有半透性。
蛋白质（60~70%） 蛋
• 成分： 脂类 （30~40%）
白 质
多糖 （2%）
• 结构：镶嵌结构模型
非极性基
磷脂
极性基
23
细胞质膜的蛋白质
具运输作用的整合蛋白（integral protein)或内在蛋白（intrinsic protein）
47
第二节 放线菌
(actinomycetes) 单细胞、丝状原核微生物。因菌体是丝状 的、且呈放射状生长而得名。
48
一. 形态结构
大多由分支发达的菌丝组成，菌丝直径约1um，
丝内无隔膜，多核，单细胞，革兰氏阳性。
孢子丝 气生菌丝上分化形成
孢子的菌丝。
气生菌丝 扩展到空气中。
营养菌丝 伸入培养基内或漫生
在表面。
49
二. 繁殖方式：分生孢子(主要) ; 菌丝断片
生活史：
孢子丝形状
孢子形状：球形、椭圆形、杆状、瓜子状等。
50
三. 生理特征
细菌菌落
多为异养型，多为腐生，少数寄生，大多好氧。
四. 菌落特征
一般较干燥、粉末状或 皱褶状。不透明、质地紧 密、不易挑起，有泥腥味， 生长较慢，正、反颜色由 孢子和营养菌丝决定。
• 菌胶团形状：
37
• 菌胶团颜色： 黄褐色：新生的色浅透明；老化的色深暗淡。
• 菌胶团在废水生物处理中的作用：
保护细菌抵 抗不良环境。
提供原生动物、后生 动物栖息场所和食料。
是构成活性污泥和生物 膜的主体，有较强的吸附和 分解有机物的能力。
2. 细胞膜 (cell membrane)“流动镶嵌模型”
• 位置：外侧紧贴细胞壁、内侧包围细胞质。
• 特征：柔软而富有弹性、具有半透性。
蛋白质（60~70%） 蛋
• 成分： 脂类 （30~40%）
白 质
多糖 （2%）
• 结构：镶嵌结构模型
非极性基
磷脂
极性基
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细胞质膜的蛋白质
具运输作用的整合蛋白（integral protein)或内在蛋白（intrinsic protein）
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第二节 放线菌
(actinomycetes) 单细胞、丝状原核微生物。因菌体是丝状 的、且呈放射状生长而得名。
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一. 形态结构
大多由分支发达的菌丝组成，菌丝直径约1um，
丝内无隔膜，多核，单细胞，革兰氏阳性。
孢子丝 气生菌丝上分化形成
孢子的菌丝。
气生菌丝 扩展到空气中。
营养菌丝 伸入培养基内或漫生
在表面。
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二. 繁殖方式：分生孢子(主要) ; 菌丝断片
生活史：
孢子丝形状
孢子形状：球形、椭圆形、杆状、瓜子状等。
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三. 生理特征
细菌菌落
多为异养型，多为腐生，少数寄生，大多好氧。
四. 菌落特征
一般较干燥、粉末状或 皱褶状。不透明、质地紧 密、不易挑起，有泥腥味， 生长较慢，正、反颜色由 孢子和营养菌丝决定。
• 菌胶团形状：
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• 菌胶团颜色： 黄褐色：新生的色浅透明；老化的色深暗淡。
• 菌胶团在废水生物处理中的作用：
保护细菌抵 抗不良环境。
提供原生动物、后生 动物栖息场所和食料。
是构成活性污泥和生物 膜的主体，有较强的吸附和 分解有机物的能力。
生物膜与纳米材料的相互作用
生物膜与纳米材料的相互作用生物膜是生命体的核心组成部分，它是由脂质双层和多种膜蛋白组成的，并在细胞膜、细胞器膜、细胞外基质等处广泛存在。
生物膜是生物体与外界之间的界面，具有很强的选择性透过性，能够控制物质的进出和信息的传递。
而纳米材料是能在纳米尺度下制备和使用的材料，具有独特的物理和化学性质，被广泛应用于医学、环境、能源、电子等领域。
然而，生物膜与纳米材料的相互作用却是一个复杂的问题，尚未完全理解。
一、纳米材料进入细胞的途径研究表明，纳米材料进入细胞有多种途径。
其中，最常见的是靠生物膜的内吞作用。
生物膜内吞分三种类型：胞吞作用、胞膜内囊作用和媒介体内转运作用。
胞吞作用是细胞将细胞外的物质包围形成吞噬体，然后将其溶解或合并到细胞膜或溶酶体中。
胞膜内囊作用是细胞将细胞外的物质包裹到胞膜囊泡中，然后将其运输到目的地。
媒介体内转运作用是细胞将外界物质通过介体转运到膜表面。
二、纳米材料与生物膜的相互作用1. 生物膜质量和通透性的改变纳米材料可以与生物膜相互作用，改变生物膜的质量和通透性。
纳米材料的大小、形态、表面修饰、荷电性等因素影响其与生物膜的相互作用。
如果纳米材料不可被细胞外膜吞噬酶降解，会导致细胞外膜失去透性，从而影响生物膜的通透性，影响细胞的正常运作。
2. 纳米材料的毒性和生物相容性纳米材料在与生物膜相互作用时，也可能产生毒性和生物相容性问题。
例如，在肿瘤治疗中，使用纳米金颗粒可以增强激光治疗的效果。
但是，纳米金颗粒可能会引起光温效应和毒性反应。
因此，在选择纳米材料时需要注意其毒性和生物相容性。
三、生物膜起始与纳米材料的界面相互作用生物膜的形成并不是一个简单的过程，它是由生物液体和表面活性剂的相混合，形成一种复杂的、不均匀的界面。
在界面上，生物膜与纳米材料的相互作用更加复杂。
因为表面活性剂与纳米材料的相互作用，可以影响纳米材料进入生物膜或与生物膜的相互作用，从而影响其毒性、生物相容性和其他性质。
纳米材料与生物膜的相互作用是一个非常重要的课题。
如何理解囊泡在内膜系统动态平衡中的作用
2
囊泡转运
Cystic transport
பைடு நூலகம் 01
定义
02
转运过程
03
方式途径
01 囊泡转运定义
大分子物质及颗粒性物质不能穿过 细胞膜，是以另外一种特殊方式来 进行跨细胞膜转运的，即物质在进 出细胞的转运过程中都是由膜包裹、 形成囊泡、与膜融合或断裂来完成 的，故又称囊泡转运。
02 转运过程
这种方式主要见于细胞器之间的蛋白质运输，如蛋白质从内质网转运到高尔基体以及从高尔基体转运到 溶酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞外等，这种小泡称为运输小泡，转运过程称为囊泡运输。运输小泡直径为 50～100nm，通常从一个细胞器以芽生方式形成，小泡内包裹被运输的蛋白质，当它到达靶细胞器时即与其 融合，将蛋白质从一个细胞器运送到另一个细胞器。
蛋白质通过分泌途径进行运输至少可分为3个不同的阶段，首先是蛋白质从内质网中输出，然后呈递到高尔 基体；其次是高尔基体内的运输；最后是高尔基体后的运输，此步包括了从高尔基体的反面高尔基网络到内 体和质膜的蛋白质运输。蛋白质从内质网到高尔基体以及在高尔基体内的运输要进行浓缩，通常称之为分泌 蛋白质的质量控制。
3
关于内膜系统
About the endometrial system
功能
内膜系统的重 要性
细胞内膜系统极大的扩大了细胞内膜的表面积，为多种酶提供附着位点，有利于代谢反应的进行；细胞内 膜系统将细胞质区域化与功能化，使相互区别的代谢反应能够同时进行，以满足细胞不同部位的需求。
代谢途径
动态网络主要是由细胞中3种不同的生化活动及3种不同的代谢途径造成的。 1、生化合成途径。 2、分泌途径。 3、内吞途径
囊泡在靶细胞器的停靠
第二章 新的细菌毒力因子的发现与鉴定
模型无法真
实地体现出病原体与人相互作用的所有特征。所以应用STM 技术筛选 鉴定到的只能是引起人类疾病毒力基因的一部分
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第三节 基于毒力基因表达调控特点的筛 选技术
• 体内诱导基因（in vivo-induced gene): 病原菌在宿主体内
转座因子 (transposible element, TE)
存在于DNA上可自主复制和移位的基本单位.可以从原位 上单独复制或断裂下来，插入另一位点并对其后的基因 其调控作用。
转座 （transposition)
转座子可在细菌的染色体、质粒和噬菌体之间发生位置 的改变的现象
转座主要依赖于自身编码的转座酶（transposase)
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信号标签诱变技术的特点
优点：
1、活体内进行毒力基因筛选，比体外方法能更真实地反映出病原体与宿 主之间的相互作用； 2、对突变体库进行负筛选，直观 3、减少实验动物的数量，大多可用96 个突变体在同一个动物中进行筛
选，
4、可进行高通量筛选，采用了转座诱变的策略，转座子可随机插入到病 原体基因组的任何位点。 5、提供某特定基因参与致病过程的直接证据 。
一个基因或其产物可以在致病菌株种查见，而在非致病菌 株中没有（或发生突变或不表达） 在致病菌株中失活该基因会降低其致病力
将该基因转到非致病菌株中表达会提高其致病力 在致病株感染过程中，该基因会被调控表达 针对该基因产物的体液免疫或细胞免疫具有保护作用
生命科学学院 College of Life Science
生命科学学院生命科学学院collegeoflifesciencecollegeoflifescience分子微生物学生命科学学院生命科学学院collegeoflifesciencecollegeoflifescience细菌分类命名和鉴定的研究进展微生物适应不同环境的分子机制微生物八大生物系统????????毒力系统群体感应系统免疫系统分泌系统膜囊泡系统纳管系统生物钟系统生物波系统分子微生物学课程内容病毒工厂和病毒与宿主相互作用的分子基础?微生物抗不利环境的分子基础病原体相关分子模式与机体的识别模式微生物群体感应系统和群体行为??生命科学学院生命科学学院collegeoflifesciencecollegeoflifescience第二章第二章新的细菌毒力因子的发现新的细菌毒力因子的发现与鉴定与鉴定生命科学学院生命科学学院collegeoflifesciencecollegeoflifescience123细菌转座子随机突变技术细菌转座子随机突变技术标签标记的突变技术标签标记的突变技术基于毒力基因表达调控特点的筛选技术基于毒力基因表达调控特点的筛选技术生命科学学院生命科学学院collegeoflifesciencecollegeoflifesciencecollegeoflifesciencecollegeoflifescience生命科学学院生命科学学院指病原菌产生的涉及与宿主相互作用在感染过程中直接导致宿主病理损伤的因子一般情况下在非致病菌中不存在
专题二、内膜系统与囊泡运输
Rab的功能
囊泡出芽：囊泡的出芽必须有活化的Rab蛋白存在，，发现Rabl和 Rab9的显性突变体显然各自阻断内质网和晚期内涵体的囊泡出芽。
囊泡转运：．Rab蛋白通过与细胞骨架中肌动纤维和微管蛋白相互作 用调控囊泡的运输．如Rab驱动蛋白6(Rab kinesin-6)是Rab6的效应
子，是驱动蛋白家族中的一员，具有传统驱动蛋白的结构特点．Rab
一、蛋白质分选概述：
膜结合核糖体上合成的蛋白质，通过信号肽，在翻译的同时 进入内质网，然后经过各种加工和修饰，使不同去向的蛋白
质带上不同的标记，最后经过高尔基体反面网络进行分选，
包装到不同类型的小泡，并运送到目的地（主要有三种去向： 分泌到胞外，构成膜蛋白，进入胞内体途径）。
二、囊泡运输概念：
One of Biblioteka 0 positive clones was found to encode for the carboxyl-terminus (amino acids 182–352) of endophilin A1,which is a member of the endophilin family and plays a role in clathrin-mediated endocytosis of synaptic vesicles
1．逆向运输中动力蛋白对囊泡货物的精确识别及卸载机制。 已知从细胞外周/神经末梢逆向运输到细胞中心/细胞体的货物有多 种类型，例如在神经元中包括神经营养因子及其受体形成的signaling endosome及其他内吞小泡、损伤信号、细胞凋亡信号、迁移和导向信 号、RNA和线粒体等。驱动逆向运输的动力蛋白dynein/dynactin的某 些亚基成分可能通过和介导分子(cargo adaptor)作用，实现对各种货 物的识别、长程运输及精确卸载。最近我们发现了一些和 dynein/dynactin相互作用，可能参与逆向囊泡货物识别的蛋白质因子。 我们将运用细胞生物学和生物化学手段，研究它们在胞内膜运输中的 功能，并将建立目标基因的基因敲除小鼠模型，深入探讨它们在囊泡 货物识别及释放中的作用。
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(F)
Brooke, 2012, Infection and Immunity
细菌膜囊泡的功能
细菌膜囊泡产生
－浓缩、包装、携带、转运多种细菌毒力因子和活性物质 －宿主细胞和膜囊泡的相互作用，诱发免疫反应
－通过传递遗传物质和活性蛋白促进细胞-细胞间的交流
－促进细菌生物膜的形成与稳定
微生物的纳管系统
中来探测环境污染物；研发基于 导电微生物的微生物计算机
细菌纳管的意义
nanowires and outermembrane cytochromes type
Shewanella Geobacter Rhodoferax
Nanowires Cyt-C
electron shuttling type
Pseudomonas Geothrix
明膜囊泡由外膜形成
From Bas, 2013
细菌膜囊泡的产生和组成
细菌膜囊泡 vs. 细菌外膜
－相似，但不完全等同 例：幽门螺杆菌 膜囊泡： 富含HtrA丝氨酸蛋白酶 细菌外膜： 富含黏附分子SabA和SabB
细菌膜囊泡的产生和组成
细菌膜囊泡产生
膜囊泡细胞壁复合体成分相互作用 当外膜生长超过肽聚糖或当肽聚糖生长超过外膜时形成～
Bacterial Nanotube
细菌纳管的发现
细菌间信息交流与物质交换的途径与方式
－细菌群体感应系统（Quorum Sensing，QS） －性菌毛结合（Conjugation）
－噬菌体转导
－膜囊泡（Membrane Vesicle, MV） －细菌分泌系统（Bacterial Secretion System）
有GFP
无GFP
GFP: 绿色荧光蛋白（Green Fluorescent Protein )
细菌纳管的发现
Dubey和Ben-Yehuda同时证实了革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌 之间同样可以通过纳管进行信息交流
阴性菌
阳性菌
Dubey, 2011, Cell
细菌纳管的结构组成
纳管分为两类
1. 管壁较厚，管腔较大，长度较长 (最长可超过1微米) 转运胞浆内的大分子物质 (蛋白质复合物、DNA)
IPTG：诱导剂，异丙基硫代半乳糖苷
McBroom, 2007, Molecular Microbiology
细菌膜囊泡的产生和组成
细菌膜囊泡产生
---Case II
发现由30-60nm宽，最长5μm的膜囊泡 构建细菌间网络结构，通过网络传递 膜蛋白和信号分子 目前尚没有一种模 型能解释膜囊泡产 生的全部机制
研究认为：纳管不仅是亲缘细菌间蛋白与DNA传递的重要方式， 同时也是远缘细菌间的信息传递重要方式
Jeffrey, 2011, Cell
细菌纳管的意义
纳管传递信息的速度大于细胞间
其它交流方式，它的发现有助于
突破传统纳米器件的瓶颈，能够 应用于早期医疗诊断
例：将人体区域联网设备(BANs)
纳米化形成Nano-BANs设备置入 体内，通过纳管的传导检测神经
衰退病症或减缓神经肌肉病发
Balasubramaniama, 2013, Nano Communication Networks
细菌纳管的意义
1998年，J. Bacteriology 报道了铁还原菌中的细胞色素，能 跨越细胞外膜，直接将电子转移到外部金属上，形成电路。 这是微生物燃料电池中电流的根本来源
Brooke, 2012, Infection and Immunity
小囊泡的产生Case: 古菌
古菌膜囊泡的产生属于主 动脱落，亦称脱落膜囊泡
受体内多种酶调控，如： 钙蛋白酶、翻转酶、混杂 酶、凝溶胶蛋白等控制 古菌膜囊泡受内体蛋白分 选转运装置(ESCRT-III )和 液泡分选蛋白(Vps4)调控
Jonathan, 2014, Environmental Microbiology
研究膜囊泡的方法
膜囊泡的物理特征
－体积较小 －浮力密度较轻
去除细胞碎片、杂质 密度梯度离心 培养细菌 梯度离心管 抗体亲和磁珠纯化 亲和层析法
微生物膜囊泡的功能
Case: 细菌
当 外膜 蛋白 - 肽 聚糖 层， 或外膜蛋白 - 肽聚糖层 - 内 膜的密度减少时，特别是 OmpA 、 LppAB 锚定于细 菌外膜但是没有与细菌肽 聚糖层锚定，细菌表面或 横隔部位会出现膜囊泡 区别： 小 囊 泡 包 含 LPS 蛋 白 和 胞内物质 大囊泡只含膜蛋白成分
是否还有直接，更为快捷、高效的交流方式？
－植物细胞通过胞间连丝（Plasmodesmata, PD）
－哺乳动物细胞通过细胞间隙连接（Gap Junction）、 触 (Synapse)、隧道纳米管（Tunneling Nanotube (TNT) 突
－真核细胞的菌丝隔膜孔
细菌纳管的发现
Dubey和Ben-Yehuda采用枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis)作为模式菌，利用GFP荧 光蛋白标记枯草芽孢杆菌，利用激光共聚 焦显微镜直接证实了细菌纳管的存在以及 细菌纳管能够传递细菌内部信息
“纳米导线” ，可能被细菌用来传递电子。
此发现为电子传递进一步开创了可能性
From /
细菌纳管的意义
Lovley等人利用静电驱动显微镜 （EFM）首次证明，电荷确实 会沿着微生物的纳米导线蔓延， 正如电子能在高导电性人工材料 碳纳米管中流动一样
应用：将微生物放置于电导体
Brooke, 2012, Infection and Immunity
William, 2012,Cell
膜囊泡的功能
Case: 真菌
与古菌相似，真菌(寄生虫) 膜囊泡都为脱落膜囊泡 受内体蛋白分选转运装置 (ESCRT-III ) 调控 形成过程：首先形成腔内 小泡(ILV)在内体蛋白分选 转运装置作用下形成核内 体(MVB)后，运输到外膜 表面。MVB与外膜融合后， 作为外泌体(Exosome)释放
细菌纳管的意义
2002年，Science报道：Geobacter具有产电能力
Derek Lovley
2003年，Nature Biotechnology报道：
Rhodoferax氧化葡萄糖时以80%的电子 效率提供恒定的电流
Massachusetts Amherst 马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校
2005年，Nature报道：Geobacter制造的
组成
细菌膜囊泡的产生
Kuehn,2005, Gene & Development
球型双层膜结构 膜囊泡中包含蛋白质、磷脂、脂多糖（LPS）和肽聚糖等成分
细菌膜囊泡的产生和组成
膜囊泡组成
定量蛋白质组技术: 膜囊泡
含有 H结合蛋白、脂蛋白、
细胞结合因子、纤毛成分、 LPS 组合蛋白，每种膜囊
泡都含有外膜蛋白 A ，说
外膜
糖脂 磷脂和脂蛋白 磷脂双分子层
内膜 细胞壁 复合体
薄层肽聚糖
膜周间隙 特殊跨膜结构
革兰阴性菌细胞壁
Brock Biology of Microorganism,2010
细菌膜囊泡的产生和组成
常见的细菌
铜绿假单胞菌、脑膜炎奈瑟菌、 流感嗜血杆菌、大肠埃希菌等
膜囊泡
自发地、持续地产生 直径20-300nm
第二章 微生物的膜囊泡和纳管系统
课时：4 学时 授课方式：讲授+讲座 开课时间：2014年秋季
主要内容
革兰阴性菌的细胞壁复合体 细菌膜囊泡的产生和组成 研究膜囊泡的方法 膜囊泡的功能 细菌纳管的特征 细菌纳管的意义
微生物的膜囊泡
Membrane Vesicle (MV)
革兰阴性菌的细胞壁复合体
Brooke, 2012, Infection and Immunity
膜囊泡的功能
(B)
膜囊泡的多种功能
(A) 促进细胞表面荚膜 多糖的分泌
(A)
(C)
(B) 促进细胞与细胞间的 交流，如细菌释放 群体感应分子；古 菌分泌抗生素
(C) 致病性微生物的膜囊 泡能够直接向宿主 释放毒力因子，如 致病毒素
Brooke, 2012, Infection and Immunity
膜囊泡的功能
膜囊泡的多种功能
(D)膜囊泡可以通过LPS/脂 蛋白选择，能够刺激先 天免疫系统 (E)膜囊泡属于抗原结构。 当病毒感染活体细胞后，
膜囊泡将修复信息传递
(D) (E)
至T淋巴细胞 (F)通过膜囊泡携带的抗原， T淋巴细胞与B淋巴细胞 会触发机体自适应免疫
Electron shuttling
细菌纳管的意义
Electrode
Geobacter sulfurreducens (Lovley, 2005, Nature)
Bacterium
e-
ee-
Shewanella oneidensis MR-1 (Yuri A, 2006, PANS)
细菌纳管的意义
2012年Nature报道海底淤泥中携带“导线”的细菌
每一个厘米级别长的“导线状细菌”包含一组从头至尾相 互绝缘的细丝（细菌全身被相互绝缘的细丝包裹）
细菌细胞壁应激反应
温度、pH、养分改变及噬菌体感染等均可引发细菌应激反应
“双层耦合”模型
喹诺酮类信号分子被包入内源产生的膜囊泡中，这个泡状体 可以在不同细胞间穿梭传递信息，进而介导细菌群体行为
细菌膜囊泡的产生和组成
细菌膜囊泡产生
---Case I 细菌细胞壁应激反应
添加IPTG形成胁迫，细菌外膜形成囊泡 细菌利用膜囊泡，包 裹自身胞内物质、蛋 白、信号分子等，传 送至其它细菌表面
894nm
123nm
Dubey, 2011, Cell