第八章 细菌(1-3)

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细胞壁 强度 革兰阳性菌 较坚韧 革兰阴性菌 较疏松
厚度
肽聚糖层数 肽聚糖含量 磷壁酸 外膜 脂蛋白 脂多糖
ຫໍສະໝຸດ Baidu
20-80nm
可多达50层 占细胞壁干重50%-80% + — — —
10-15nm
1-2层 占细胞壁干重5%-20% — + + +
革兰阳性菌和革兰阴性菌一些特性的比较
项 目 革兰氏染色反应 对溶菌酶抗性 对青霉素抗性 碱性染料的抑菌作用 革兰阳性菌 革兰阴性菌
结核杆菌的异常形态
二、形态鉴定
染料
中性溶液中细菌细胞带负电荷。 碱性染料(basic dye)— 其阳离子部分为发色基团,可与细 胞中带负电的组分结合。如Crystal violet(结晶紫), Safranin(沙黄), Methylene blue(美兰,亚甲基蓝 )等。
细菌染色
活菌染色
正染色 普通染色 简单染色法 复杂染色法
细胞壁的基本骨架——肽聚糖(共有成分)
肽聚糖是由N—乙酰胞壁酸(NAM)和N—乙酰葡糖胺(NAG) (以ß-1,4糖苷键交替连接)以及短肽侧链(连接于NAM上)组成的亚单 位聚合而成的大分子聚合物。相连主链上的短肽侧链通过一条 肽桥、或直接相连,从而形成网状分子结构。
内消旋二氨基庚二酸(m-DAP) (只在原核微生物细胞壁上发现)
细菌L型的形态和染色性
细菌L型呈高度多形性,大小不一。着色不匀,无论其原为 革兰阳性或阴性菌,形成L型后大多染成革兰阴性。
蜡样芽胞杆菌L型的镜下形态(多形性)
细菌L型的培养特性和菌落形态
细菌L型生长缓慢,营养要求高,对渗透压敏感, 普通营养基上不能生长,培养时必须用高渗的 含血清的培养基。 形成三种类型的菌落。
呈结晶紫的颜色(紫色) 呈复染液的颜色(红色) 弱 敏感 强 强 不敏感 弱
对干燥
产芽孢
抗性强
有的可产生
抗性弱
不产生
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;
2、细胞膜的化学组成与结构模型: 疏水的非极性端 1)磷脂 亲水的极性端
2)具运输功能的整合蛋白(integral protein)或内嵌蛋白(intrinsic protein)
(2)膜蛋白
具有酶促作用的周边蛋白(peripheral protein)或膜外蛋白(extrinsic protein)
(二)细胞膜(cell membrane,CM)
1、概念:又称质膜(plasma membrane)、细胞质膜( cytoplasmic 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7~8nm, 由磷脂(占20%~30%)和蛋白质(占50%~70%)组成。 观察分离方法: (1)质壁分离 (2)选择性染色 (3)电镜技术 (4)溶菌酶处理
铜绿假单胞菌 (绿脓杆菌)
炭疽病的病原菌 -----------炭疽杆菌
破伤风梭菌
3、螺旋状 弧菌
螺旋菌
螺旋体菌
特殊形态的细菌
正常形态
异常形态
物理、化学因子的刺激 培养时间过长 阻碍细胞正常发育 细胞衰老
营养缺乏
自身代谢产物积累过多
结核杆菌的正常形态
异 常 形 态
环 境 条 件 恢 复 正 常
气泡
由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细菌细胞质中含 有几个或多个气泡。常见于光合细菌和水生细菌。 气泡的功能: 调节细胞比重,加大菌体的浮力, 借气泡漂浮能力,以使其漂浮在 合适的水层中,使无鞭毛菌在合 适的环境中生长。 气泡吸收空气,空气中的氧气可 供代谢需要。 例:许多光合细菌和水生细菌、 盐杆菌常含有气泡。
脂多糖(lipopolysaccharide, LPS) 由类脂A、核心多糖和O-特异侧链(或称O-多糖或O-抗 原)三部分组成。
脂多糖的主要功能:
G-细菌的表面抗原; 吸附Mg2+、Ca2+等阳离子; 内毒素的物质基础(主要为 类脂A ) ; 噬菌体的吸附受体
革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较
3、细胞膜的生理功能:
①选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送;
②是维持细胞内正常渗透压的屏障;
③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;
④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;
⑤是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位;
调节细胞内自溶素(autolysin)的活力,防止细胞因自溶而死亡。
外膜(outer membrane):由脂多糖、磷脂和脂蛋白等组成。
周质空间
(periplasmic space, periplasm)
:进出细胞的 物质的重要中 转站和反应场 所. 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。 外膜蛋白(outer membrane protein):嵌合在LPS和 磷脂层外膜上,可对进入外膜层的物质进行选择。
PHB于1929年被发现,至今已发现60 属以上的细菌能合成并贮藏。 PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如苏 丹黑)着色。 许多好氧菌和光合厌氧菌都含有PHB 。
它无毒、可塑、易降解, 被认为是生产医用塑料、 生物降解塑料的良好原料。
硫粒——是硫元素的贮藏体
形成:当环境中H2S含量高时,在体 内积累S;当H2S不足时,S氧化成硫酸 盐,以提供被菌细胞生命活动所需 能量:
异染粒(metachromatic granules)
颗粒大小为0.5~1.0μm,是无机偏磷酸的聚合物, 一般在含磷丰富的环境下形成。 功能是贮藏磷元素和能量,并可降低细胞的渗透压。
在暗视野显微镜下看到的 迂回螺菌(Spirillum volutans)
异染粒(迂回体) 藻青素(cyanophycin)—— 一种内源性氮源贮藏物,同时还兼有贮存能源的作用。 通常存在于蓝细菌中。
G+菌肽聚糖单体
G-菌肽聚糖单体
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+菌肽聚糖
G-菌肽聚糖
肽聚糖的特点
为原核生物所特有(古细菌例外)
D-型氨基酸和DAP在真核细胞中未发现
革兰氏阳性细胞: 细胞壁厚、单层 、含 特有的磷壁酸
革兰氏阴性细胞: 细胞壁薄、多层 ,含 脂多糖、脂蛋白等外膜
H2S→S→SO4-2
功能: a.好氧硫细菌的能源 b.厌氧硫细菌的电子供体
肝糖、淀粉粒、脂肪滴
淀粉粒和肝糖:都是α-1,4或α-1,6糖苷键 的葡萄糖聚合物。这些贮藏物通常较均匀地 分布在细胞质内,颗粒较小。 若这类贮藏物大量存在时,用碘使对其染色, 肝糖粒能被碘液染成红色,淀粉粒被碘成蓝 色。 脂肪粒:脂肪粒的折光性较强,它可被脂溶 性染料染色;细胞生长旺盛时,脂肪粒增多, 细胞遭破坏后,脂肪粒可游离出来。
负染色
三、结构
基本结构
细胞壁 细胞膜(间体) 细胞质 核 质(质粒)
特殊结构
(一)荚膜(capsule) (二)鞭毛(flagella) (三)菌毛 (fimbria,pilus) (四)芽胞(spore)
细胞壁
G+和G-细胞壁共有成份——肽聚糖 G+和G-细胞壁的主要区别 细胞壁的主要功能 细胞壁缺损型细菌
死菌染色 负染色 特殊染色 芽孢染色法 荚膜染色法 鞭毛染色法
抗酸染色
革兰氏染色
简单染色
制备涂片标本→染色 涂片 干燥 固定
水洗、吸干 镜检 染色1min
Figure 1 - A Gram stain of Gram + Staphylococcus cells.
Figure 2 - Gram stain of Gram - E. coli cells
(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;
溶菌酶对细胞壁的作用
◆可切断NAM和NAG之间 的—1,4糖苷键,引 起细菌裂解。
青霉素对细菌细胞壁的作用
Penicillium与转肽酶结合,而使该酶失活,抑制了短肽之 间的交联,使肽聚糖的合成中断(对G+菌,抑制侧链末端的丙氨 酸与五肽桥的连接),因此, Penicillium仅对正在生长着的细菌 ,且主要是对G+菌有效。
第十一章 细菌学概论 细菌
放线菌 其它原核生物
细菌(bacteria)—— 一类有独特细胞壁,并以无性二分裂法繁 殖的单细胞原核细胞型微生物。
细菌的形态和结构 1、大小及基本形态 2、形态鉴定 3、细胞结构 细菌的营养与生长繁殖 细菌的代谢与分布(自学) 细菌的感染与致病性
第一节 细菌的形态和结构 一、大小及基本形态
磷壁酸(teichoic acid)
革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分,主要成分:甘 油型磷壁酸或核糖醇型磷壁酸。
膜磷壁酸: 与菌细胞原 生质膜的脂 类结合。
壁磷壁酸:含量 多,通过共价键 与肽聚糖分子结 合,并延伸到肽 聚糖分子表面, 带有负电荷。
主要生理功能:
增强细胞膜对二价阳离子的吸收, 提高细胞膜表面酶的活性 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; 构成细胞壁的表面抗原成分; 噬菌体的特异性吸附受体; 可作为细菌分 类、鉴定的依据
球状 杆状
0.5 ~ 1 mm (直径)
0.2~ 1 mm (直径) X 1~ 80 mm(长度)
螺旋状
0.3~ 1 mm (直径) X 1~ 50 mm(长度是菌 体两端点之间的距离,而非实际长度)
基本形态:1、球状
金黄色葡萄球菌
淋病奈瑟氏球菌
肺炎链球菌
2、杆状
枯草芽孢杆菌
地衣芽孢杆菌
细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、 质粒、各种营养物和大分子的单体等,少数细菌还有类囊体、 羧酶体、气泡或伴孢晶体等。
2)颗粒状内含物
颗粒状内含物
气泡
储藏物
羧酶体
碳源及能源
氮源类
磷源类
聚β -羟基丁酸 硫粒
藻青素
异染粒
糖原
聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate, PHB)
间体(mesosome,或中体):
细胞质膜内褶而形成的囊状构造, 其中充满着层状或管状的泡囊。 多见于革兰氏阳性细菌。 青霉素酶分泌、DNA复制、分配以及细胞分裂(参与隔膜形成)有关
“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像
三)细胞质和内含物
1)概念:
细胞质(cytoplasm),又称原生质(protoplasm)是细胞 质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含 水量约80%。
膜蛋白约占细菌细胞膜的50%~70%,比任何一种生物膜都高, 而且种类也多。--------细胞膜是一个重要的代谢活动中心。
液态镶嵌模型(fluid mosaic model)
1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜液态镶嵌模型
认为:膜是由球形蛋 白与磷脂按照二维排 列方式构成的流体镶 嵌式,流动的脂类双 分子层构成了膜的连 续体,而蛋白质象孤 岛一样无规则地漂流 在磷脂类的海洋当中。
油煎蛋样菌落
颗粒型菌落
丝状菌落
(典型L型菌落)
原生质体(protoplast)—— 用溶菌酶或青霉素处理,形成的细胞壁完全缺陷的细胞,一般
由革兰氏阳性细菌形成。
特点: 对环境条件变化敏感;在适宜条件(如高渗培养基)可生长繁殖、 恢复成有细胞壁的正常结构; 易导入外源遗传物质,是研究遗传规律和育种的良好材料。 圆球体 ( spheroplast )—— 革兰氏阴性细菌用溶菌酶或青霉素处理后获得的残留部分细胞 壁的球形体。 特点: 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。
细胞壁缺陷细菌:
缺壁突变——L型细菌 L-form 实验室或宿主体内形成 缺壁细菌 人工去壁
基本去尽—原生质体(G+)
protoplast
部分去除—圆球体(G-)
在自然界长期进化中形成——支原体 Mycoplasma
spheroplast
细胞壁缺损型细菌的特点: 1、对环境敏感:渗透压、震荡、离心,易溶菌 2、有鞭毛,而不能运动 3、不被噬菌体感染(因为失去吸附位点)
核质:由大型环状双链DNA纤丝不规则地 折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域。
细菌DNA: 长度:一般为:1—3mm 例:大肠杆菌的 DNA 长约 1mm。 生长迅速的细菌在核分裂之 后细胞往往来不及分裂 ,所以 细胞中常有 2 — 4 个核,而生 长缓慢的细菌细胞中一般只 有 1 — 2 个核,不在染色体复 制时期一般是单倍体。 功能:负载遗传信息。
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