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
第一章微生物细胞的结构与功能
真核细胞细胞核的核小体
真核细胞有复杂的内膜系统
内质网：内质网有光滑内质网和粗糙内质网
真核细胞由单位膜组成的细胞器
线粒体
叶绿体
高尔基体
溶酶体
真核细胞的细胞骨架
真核细胞的运动靠鞭毛或纤毛
鞭毛构造是9+2型
真核细胞的细胞周期
G1期（复制前期）：细胞分裂完成DNA开始复制以前。 S期（复制期）：DNA复制开始到复制完成。 G2期（复制后期）：DNA复制完成到细胞分裂的一段间隙
管状蛋白质丝
细胞膜
细胞中的线粒体上
谢谢各位的聆听
质粒的功能： 1、质粒控制细菌的某一遗传状 2、可作为基因转移的载体
• 核糖体
由RNA和蛋白质组成,存在于细菌细胞质中的颗粒状亚显 微结构。它的沉降系数为70S。核糖体的结构如下图：
RNA（占65%） 1、化学组成
蛋白质（占35%）
2、70S由50S和30S两个亚基组成 3、50S亚基由5SrRNA、23SrRNA和34种蛋白质组成 4、30S亚基由16SrRNA和21种蛋白质组成。
荚膜的化学组成：多糖；多肽；多糖＋多肽。
荚膜的功能： 1、可作碳源储藏物质； 2、可以抗干燥； 3、抗吞噬细胞的吞噬。
巨大芽孢杆菌的荚膜如右 图所示：
（八）鞭毛（flagellum）和菌毛（pilus） 有的细菌在细胞表面长有鞭毛和菌毛。
•鞭 毛
鞭毛是细菌的运动器官，它是一根中空的管状蛋白质丝。 由三条线状的蛋白质亚基围绕着一个中空的核心组装成螺旋 链。
（九）芽 胞
某些细菌生长发育到一定时候,在细胞内形成的一种内生胞 子,它对不良环境条件有抗性。芽胞的超薄切片：
芽孢的亚显微结构由内膜，皮层，孢子衣，外孢子衣四层组成。
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第一节原核微生物一大类细胞微小、细胞核无核膜包裹的原始单细胞生物。
与真核微生物的区别：基因组由无核膜包裹的双链环状DNA组成；缺乏由单位膜分割包围的细胞器；核糖体为70S。
原核微生物分为：细菌域：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体。
共同点：细胞壁含肽聚糖；细胞膜含有由酯键连接的脂质，DNA一般无内含子。
古生菌域。
一、细胞壁位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成。
主要功能：固定细胞外形和提高机械强度，免受外力损伤；为细胞的生长、分裂、鞭毛运动所需；阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤；赋予细胞特定抗原性、致病性、对抗生素和噬菌体的敏感性。
1、革兰氏阳性菌的细胞壁厚度大、化学组分简单。
90%肽聚糖、10%磷壁酸。
（1）肽聚糖（粘肽、胞壁质、粘质复合物）由肽和聚糖两部分组成，肽有四肽尾和肽桥，聚糖由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸相互间隔连接而成，呈长链骨架状。
1)双糖单位由N-乙酰葡糖胺通过β-1,4-糖苷键与N-乙酰胞壁酸相连。
β-1,4-糖苷键容易被溶菌酶水解。
2)四肽尾或四肽侧链由4个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成。
L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala3)肽桥或肽间桥肽聚糖的多样性主要变化发生在肽桥上。
（2）磷壁酸酸性多糖，主要成分甘油磷酸或核糖醇磷酸。
分类：壁磷壁酸，与肽聚糖分子间进行共价结合。
膜磷壁酸，由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合。
主要生理功能：其磷酸分子较多负电荷可提高周围Mg2+浓度，可保证一些需要Mg2+的合成酶提高活性；储藏磷元素；增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬和补抗体作用；特定抗原；作为噬菌体特异性吸附受体；调节自溶素的活力，借以防止细胞因自溶而死亡。
2、革兰氏阴性菌细胞壁（1）肽聚糖与革兰氏阳性菌的差别：四肽尾的第三个氨基酸不是L-Lys，而是m-DAP；没有特殊的肽桥，两个单体间只通过甲四肽尾的第四个氨基酸D-Ala的羧基与乙四肽尾的第三个氨基酸m-DAP的氨基直接相连。
第三章微生物细胞的结构与功能
抗酸细菌细胞壁得构造
4、 古生菌
古生菌(Archaea,又称古细菌Archaebacteria,古菌): 就是一个在进化途径上很早就与真细菌和真核
生物相互独立得生物类群,主要为一些独特生态类型 得原核生物。如产甲烷菌和大多数嗜极菌 (extremophile)。
单、双分子层混合膜 而单分子层膜多存在于嗜高温古生菌
甘油二醚和甘油四醚得分子构造及由其形成得双层和单层膜
2、 细胞质和内含物
细胞质(cytoplasm):被细胞膜包围得除核质以外得一切
半透明、胶体状、颗粒状物质得总称。含水量约80％。
主要成分:核糖体(50S＋30S)、储藏物、酶类、中间代
谢物、质粒、营养物质和大分子单体等;少数细菌还含有 类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等特殊功能得细胞组分。
在产碱菌属(Alcaligenes)、 假单胞菌属(Pseudomonas)
和固氮菌属(Azotobacter) 等60属菌中存在。
染色性:
可用尼罗蓝或苏丹黑染色。
聚－ß－羟丁酸(PHB)和聚羟链烷酸(PHA)
功能:
类脂性质得碳原类储藏物,具有储藏能量、碳源和降低胞内渗透压 得作用。
意义:
聚－ß－羟丁酸(PHB) 和聚羟链烷酸(PHA)为生物 合成得高聚物,具有无毒、可 塑和易降解等优点,可取代塑 料,用于制造医用塑料、快餐 盒等。
磷壁酸得种类:
壁磷壁酸 膜磷壁酸
磷壁酸得生理功能
结合镁离子(Mg2＋),提高胞膜合成酶活力; 储藏磷元素; 增强细菌与宿主细胞粘连、抗吞噬和抗补体; 表面抗原; 噬菌体受体; 调节胞内自溶酶(autolysin)活力,防自溶。
2、 G－菌细胞壁
微生物的细胞结构与功能
微生物通过分泌酶来分解有机物，这些酶能够将大分子有 机物分解为小分子，如氨基酸、单糖和脂肪酸等，便于微 生物吸收利用。
生态作用
微生物在分解有机物的过程中释放的能量和营养物质，为 其他生物提供了能量和营养来源，维持了生态系统的平衡 和稳定。
合成有机物
合成有机物
微生物能够利用简单的无机物质 合成有机物质，如蛋白质、核酸、 碳水化合物和脂肪等。
细胞质与细胞核
1
细胞质是微生物细胞中充满液体的部分，其中含 有多种细胞器和酶，参与细胞的代谢和能量转换。
2
细胞核是微生物细胞中的遗传信息储存和表达的 场所，由DNA和组蛋白组成，具有自我复制和遗 传信息传递的功能。
3
细胞质和细胞核的结构和功能对于微生物细胞的 遗传、代谢和繁殖等生命活动具有关键作用。
生物防治
利用微生物及其代谢产物防治植物病虫害，减少 化学农药的使用。
微生物饲料
利用微生物发酵生产饲料，提高饲料的营养价值 和安全性。
在工业上的应用
生物发酵
利用微生物发酵生产食品、饮料、调味品等，如酸奶、酱油、醋 等。
生物制药
利用微生物生产抗生素、疫苗、抗体等生物药物，治疗人类和动物 疾病。
生物环保
自养生物
一些自养微生物能够利用光能或 化学能将无机物质转化为有机物 质，如蓝藻和化能合成细菌。
生产应用
微生物合成的有机物在食品、医 药、化工等领域有广泛应用，如 利用酵母菌发酵生产酒精和面包 等。
生物转化
生物转化
微生物能够将一些不能被直接利用的物质转化为可被利用的物质，如将无机硫转化为硫 酸盐、废水中的重金属离子转化为沉淀物等。
微生物的多样性
01
02
第三章-微生物细胞的结构与功能-原核&真核
强的芽孢肽聚糖，与低价阳离子一起引起了皮层的高渗透
压，这时，皮层的含水量增加，随之体积也增大。
渗透调节皮层膨胀学说
4、特殊的休眠构造——芽孢
真核细胞
第一节
原核微生物
• 原核微生物：是指一大类细胞核无核膜包
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群。
• 细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次
氏体和衣原体等都属于真细菌。
• 以最常见的细菌为代表阐述原核生物细胞
的各部分构造和功能。
真细菌细胞的结构
1、细胞壁
2、细胞膜
质粒功能
R因子：与抗药性有关
F因子：与有性接合有关
其他质粒：与抗生素，色素合成有关 基因工程中作为目的基因载体
Cncnc-micro
核区（nuclear region or area）
又称核质体、原核、拟核、核基因(genome） 是一个大型环状DNA分子。长度为0.25-3.00mm 每个细胞所含的核区数一般1~4个 细菌除在染色体复制时间内呈双倍体外,一般均为 单倍体
核糖体（Ribosome)
70S
核糖体
核糖体（ribosome)
是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸 （占60%）和蛋白质（占40%）组成。
细菌的核糖体
沉降系数为：70s，由 50s大亚基和 30s 小亚基 构成。
功能：是细胞合成蛋白 质的机构。
核糖体（Ribosome)
核 糖 体 亚 基 释 放
芽孢中酶的分子量较营养细胞小
芽孢抗热的机制：
——渗透调节皮层膨胀学说
• 芽孢的抗热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分透性差及皮
层的离子强度高，从而使皮层有极高的渗透压去夺取核心 部分的水分，其结果造成皮层的充分膨胀，而核心部分的 生命物质却形成高度失水状态，因而产生极强的耐热性。 皮层含有DPA-Ca和大量的交联度低（约6%）、负电荷
微生物细胞的结构与功能
②四肽尾或四肽侧链 是由四个氨基 酸分子按 L 型（丙）与 D 型（谷）交 替方式连接而成。 ③肽桥或肽间桥 在金黄色葡萄球 菌中，肽桥为甘氨酸五肽，它起着 连接前后两个四肽尾分子的“桥梁” 作用。目前所知的肽聚糖己超过100 种。
(2)磷壁酸
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。磷壁酸可分两类：
(1)L型细菌
1935年，在英国李斯德预防研究所中发现 一种由自发突变而形成的细胞壁缺损细 菌——念珠状链杆菌，它的细胞膨大， 对渗透敏感，在固体培养基上形成 " 油 煎蛋 " 似的小菌落。由于李斯德研究所 的第一字母是"L"，故称L型细菌。后来 发现，许多革兰氏阳性或阴性细菌在实 验室或宿主体内都可形成L型。
原核生物模式细胞构造通常以细菌 (bacteria)为代表(见图3-1)，将所有 细菌共有的结构称为一般构造，将某些 细菌特有的结构称为特殊构造。
一、细胞壁
细胞壁是细菌外表面的一种坚韧而具弹性的 结构属。厚10～80nm，约占细胞干重的10 ％～25％。当细胞在高渗溶液中时，由于 原生质体失水浓缩而产生质地分离现象， 经染色后很容易在普通光学显微留下观察 到细胞壁。用超声波或加压后突然减压等 方法破碎细胞，再用控速或梯度离心等方 法，可以分离出细胞壁，并可用电子显微 镜深入研究壁的微细构造。
为于细胞壁内紧包细胞质，结构与真核细胞基本相同。
功 能
生物合成 物质转运 分泌呼吸
细胞膜电镜照片
细胞膜 模式结构图 载体蛋白 脂质双层
形态与结构
至今有关细胞质膜的结构与功能的解释，
较多的学者仍倾向于 1972年由辛格和尼
科尔森所提出的液态镶嵌模型。其要点
为:①膜的主体是脂质双分子层 ;②脂质
微生物的结构和功能
微生物的结构和功能微生物是一类极其微小的单细胞或多细胞生物，常见于各种环境中，包括水体、土壤、食品以及动植物体内等。
微生物的种类繁多，包括细菌、病毒、真菌、藻类等，阅读此文，我们将对微生物的结构和功能有一个全面的了解。
微生物的结构微生物的结构即将微生物各组成部分进行分解和描述。
微生物可以分为细菌、病毒、真菌、藻类等不同的类别，每种微生物的结构也各不相同。
1. 细菌的结构细菌是单细胞的微生物，一般由细胞壁、细胞膜、胞质、核糖体等组成。
其中细菌细胞壁是细菌独有的组成部分，分为革兰氏阳性和革兰氏阴性两种类型，其主要成分是多糖和肽类物质。
细菌细胞膜负责细胞内外环境的物质交换，是细胞内积累物质的主要区域，其内部含有许多蛋白质和脂质。
细菌胞质则是细菌的细胞内部主要功能区，也是细菌内部的主要代谢处所，其中含有许多基因和酶类物质。
2. 病毒的结构病毒不是真正的细胞，没有细胞结构和基因组，它是由蛋白质和核酸组成的粒子。
病毒的结构分为四部分，分别是外壳、内壳、膜和核酸。
外壳是由蛋白质构成，负责保护病毒内核酸免受物理和化学攻击，同时也是病毒对宿主细胞的侵染方式的重要组成部分。
内壳是维持病毒核酸完整的重要结构，一般由蛋白质组成，同时内壳的构成也很复杂，其公认的大约由五至八种不同蛋白质构成。
病毒膜负责将病毒存储在病原体之间并启动病毒的侵染过程。
核酸则是病毒传输的基本遗传物质，通常由单链或双链核酸组成。
3. 真菌的结构真菌由细胞膜、细胞壁、核酸和原生质体组成。
真菌的细胞膜的含脂质量高于其他微生物，其中含有能够与胞外环境相互作用的物质。
在真菌细胞壁中，其主要构成物质为葡聚糖，其含量达到菌体干重的一半以上。
真菌的核酸是其生存的基本机器，可以负责各种基因转录和翻译。
真菌中的原生质体则主要承担代谢活动，其中含有不同的细胞器和酶，包括线粒体、内质网、核糖体、溶酶体等等。
4. 藻类的结构藻类是一类植物，分为单细胞和多细胞生物。
藻类的结构主要由细胞壁、细胞膜和细胞核组成。
微生物细胞壁结构及其生物学功能分析
微生物细胞壁结构及其生物学功能分析微生物，是指尺寸较小、单细胞或多细胞，能够在自然环境中独立生存和繁殖的微生物体，主要包括细菌、真菌、病毒、原生动物、藻类等。
众所周知，微生物是自然界中不可或缺的生物类群之一，其功能广泛，包括维持自然界的生态平衡、参与土壤、水体和大气的营养转化，以及对人类的医疗、生物技术等方面的贡献都不可忽视。
而微生物体内的细胞壁结构，则是掌握微生物特点的重要内容之一。
一、微生物细胞壁的作用细胞壁是细胞的主要保护屏障，细菌、真菌、藻类等微生物所具有的细胞壁结构，对于其功能起到举足轻重的影响。
1. 保护细胞：微生物外部环境易受到干扰和变化的影响，细胞壁对微生物保护作用非常重要。
例如在细胞壁结构不完好或缺少时，微生物对抗环境因素就会受到大大的限制，包括大量死亡和繁殖受阻，因此细胞壁对于微生物的保护非常重要；2. 维持细胞型态：细胞壁具有机械稳定性，能够保持和固定微生物的细胞形态和细胞大小，从而对细胞的生物学特性产生影响，如细胞传递信号、合成代谢物等，使细胞有很好的功能表现；3. 参与代谢：微生物细胞壁是很重要的能量贮备处所，含有的可溶性糖、氨基酸等物质，是细胞代谢中的重要物质来源，也能够在细胞外分泌，环境有调节作用；4. 呈现抗原：细菌表面具有一系列的抗原决定簇，其有利于细菌从宿主中逃脱，减小免疫攻击等，保障其合法存在。
二、不同微生物体细胞壁形态及结构差异1. 细菌细胞壁细菌是微生物体中细胞壁最为简单的一类，其细胞壁结构主要由多糖、蛋白质（特别是附着的或可变异的表面抗原）以及一些小分子物质构成。
细菌细胞壁可分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，两者的结构和组成成分均有差异。
革兰氏阳性菌：细胞壁外表面有较厚的多糖层，其内层则由厚的一层肽聚糖组成，聚糖的交错成分是乙酰葡萄糖醛酸多聚糖，呈现搅拌性质。
革兰氏阴性菌：细胞壁为较厚的两层结构，主要由外层的唾液酸、多糖和脂多糖组成，内层的肽聚糖和交错层主要是残基（L-乳糖、L-脯氨酸）。
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。
第三章微生物细胞的结构与功能ppt课件
1
mm。
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。
质粒(plasmids)
细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子．分 子量约为２—100×106D.携带1—100个基因, 一个 菌细胞可有一至数十个质粒。
➢原生质体：指在人为条件下，用溶菌霉除尽 原有壁或用青霉素抑制新生细胞合成后，仅 有一层细胞膜包裹着的圆球形渗透敏感细胞。
➢球状体：指还残留着部分细胞壁。
➢ 原体：是长期进化过程中形成，适应自然生 活条件的无细胞壁的原核生物。含甾醇
革兰氏染色法
• C.Gram于1884年 发明的一种鉴别不 同类型细菌的染色 方法
（3）磁小体
• 细菌类别：水生原核 微生物
• Fe3O4颗粒 • 功能：趋磁性，便于
觅食
(4)气泡
由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细胞质中 含有几个或多个气泡。常见于光合细菌和水生细菌
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。
（2）颗粒状内含物
颗 粒状内含物
气泡
储藏物
羧酶体
碳源及能源类
聚-β -羟基丁酸 硫粒 糖原
氮源类 藻青素
磷源类 异染粒
①聚-β-羟基丁酸（poly-β-hydroxybutirate，PHB）
许多好氧菌和光合厌氧菌都含 有聚β－羟丁酸颗粒。
聚β－羟丁酸颗粒是许多细菌 细胞质内常含有的碳源类储藏 物。PHB不溶于水,易被脂溶性 染料(如苏丹黑)着色。
微生物细胞结构与功能
4、古生菌的细胞壁
化学成分差异较大，无真正的肽聚糖。 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。
5、细胞壁缺陷细菌(细胞壁缺乏或缺损的各种细菌统称) 形成条件：细胞壁中肽聚糖结构受理化或生物因素 的直接破坏或合成抑制而形成； 生物学特性：形态多形性；染色革兰阴性；培养高 滲培养基；菌落油煎蛋样。 自发缺壁突变：L型细菌 实验室中形成 缺壁 细菌 人工方法去壁 部分去除：球状体 自然界长期进化中形成：支原体
革兰氏阴性菌
结构：三维多层网状结构，但结构层次明显，分为内 壁层、外壁层。 组成：内壁层：肽聚糖层，厚约2～3nm。外壁层可分 为内、中、外三层：最外层为脂多糖层，中间为磷脂 层，内层为脂蛋白层。
脂多糖：革兰氏阴性细菌细胞壁外层的主要成分， 也是革兰氏阴性细菌细胞壁中独有的成分。
脂多糖（Lipolysaccharide)的组成
2、细胞质（cytoplasm）及内含物
（1）细胞质 细胞质是质膜包围的除核区外的半透明、胶状物 总称；包括贮藏物(reserve granule)；磁小体 (megnetosome)；羧酶体(carboxysome)；气泡(gas vocuoles)；质粒(circular covalently closed DNA) 等。 组成：水、蛋白质、核酸、脂类、少量糖和无机盐。 功能： ①细菌的内在环境，具有生命活动所具有的各 种特征。②含有各种酶系统，使细胞与周围不断进行 新陈代谢作用。
O—特异侧链 核心多糖
R1、R2一般为3—羟基豆蔻酸 R可有3种：月桂酸基 棕榈酸基 豆蔻酰豆蔻酸基
脂多糖功能
①是革兰氏阴性细菌致病物质－内毒素的物质基础；
第三章微生物细胞结构与功能重点
第3章微生物细胞的结构与功能重点、难点剖析1．G+和G-细菌肽聚糖单体的比较(表3—1)。
肽聚糖单体是组成细菌细胞壁中特有成份——肽聚糖网套的基础，G+和G-菌肽聚糖单体的构造大体相同，仅在四肽尾的第三个氨基酸残基和肽桥的有无上有明显不同。
项目G+ G-聚糖链—（G+M）n——（G+M）n—肽链四肽尾L-AlaD-GluL-lysD-AlaL-AlaD-Glum-DAPD-Ala肽桥—（Gly）5—无注：G：N—乙酰葡糖胺，M：N-乙酰胞壁酸，m-DAP：内消旋二氨基庚二酸2．G-细菌细胞壁的脂多糖构造。
脂多糖(LPS)是位于革兰氏阳性细菌细胞壁最外层的一种较厚的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖和O—特异侧链3部份组成。
其中的类脂A 是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础。
脂多糖的分子构造可见图3—1和表解。
类脂A：2个N-乙酰葡糖胺和5个不同的长链饱和脂肪酸内核心区：3个2—酮—3—脱氧辛糖酸(KDO)LPS 核心多糖3个L-甘油-D—甘露庚糖(Hep)外核心区：5个己糖(Hex)，包括葡糖胺、半乳糖、葡萄糖O -特异侧链；多个4Hex 单位，内含葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、甘露糖，和阿比可糖(Abq)、大肠杆菌糖(colitose)、副伤寒菌糖(paratose)或泰威糖(Lyvelose)等。
3．缺壁细菌。
细胞壁是维持细菌正常形态和爱惜它们免遭不利环境条件损伤的大体构造但在自然和人为培育条件下，也可因自然进化、自发突变或人为去除等方式而形成缺壁细菌。
现将4类缺壁细菌的要紧特点列在表3—2中。
·待细胞壁再生后恢复其繁衍能力4．细菌的内含物。
位于细菌细胞质内，呈颗粒状或泡囊状的构造称内含物。
4种要紧内含物的特点可见表3—305．细菌芽孢的构造和功能。
芽孢是某些细菌在其生活史后期的细胞内形成的一个抗逆性极强的休眠体。
圆形或椭圆形，厚壁，含水量低，对热、辐射和化学药物有很强的抗性。
因每一营养细胞仅形成一个芽孢，故芽孢无繁衍功能。
微生物细胞的结构与功能
脂多糖
功能： A、类脂A是革兰氏阴性菌致病物质—内毒素的
物质基础； B、吸附阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用； C、结构多变，决定了革兰氏阴性菌细胞表面抗
原决定族的多样性； D、是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体； E、具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏
障功能；
(3)G+ 细菌与G -细菌细胞壁的比较
➢ 维持菌体固有的形态 ➢保护细菌抵抗低渗环境,防止酶解 ➢参与菌体内外的物质交换 ➢菌体表面带有多种抗原分子，可诱 发机体的免疫应答。 ➢与运动有关
革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌 细胞壁的化学组成和结构不同
a .革兰氏阳性菌的细胞壁结构
主要成分： 肽聚糖peptidoglycan 磷壁酸teichoic acids
Procedures of Gram Staining
甲菌 初染
媒染
脱色
复染 G+
乙菌 结晶紫
碘液
95%乙醇
复红 G-
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)，呈深蓝紫色者为革兰 氏染色阳性反应细菌(常以G+表示)。
齐 -尼 (Ziehl- Neelsen) 抗酸染色法
• 抗酸染色法(acid-fast stain) ：以5％石炭 酸复红加温染色，再用3％盐酸酒精脱色，然 后用美蓝复染，则分枝杆菌呈红色，其他细菌 和背景物质为蓝色。
figure 26-22.jpg
Figure 26.22
Figure 26.22
基本结构 3 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。
微生物细胞的结构与功能
的第4个氨基酸即D－丙氨酸的羧基与后一肽尾第3个氨基 酸即M －DAP的氨基直接连接。（因而只能形成较疏密、 机械强度较差的肽聚糖网络）。
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。
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
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
微生物细胞的结构与功能
前言：
微生物的细胞结构和动植物的细胞结构有 一些共同特征，同时也存在许多不同的地方。
具有细胞结构的微生物中，按细胞核的结 构和进化水平的差别可以分为原核微生物和真 核微生物2大类。
原核微生物
原核微生物指一大类细胞核无核膜包 裹的原始单细胞生物。
它与真核微生物的主要区别有：
1. 基因组由无核膜包裹的双链环状DNA 组成。
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
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内消旋二氨基庚二酸(m-DAP) 内消旋二氨基庚二酸 (只在原核微生物细胞壁上发现 只在原核微生物细胞壁上发现) 只在原核微生物细胞壁上发现
（2）外膜位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层,由 外膜位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层, 脂多糖、 脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的 有时也称为外壁。 膜，有时也称为外壁。
根据LPS抗原性的测定，沙门氏菌的抗原型多达2107种 根据LPS抗原性的测定，沙门氏菌的抗原型多达2107种，一般 LPS抗原性的测定 2107 都源自O 特异侧链种类的变化。这种多变性是G 都源自O-特异侧链种类的变化。这种多变性是 -细菌躲避宿 主免疫系统攻击,保持感染成功的重要手段。 主免疫系统攻击,保持感染成功的重要手段。可依此用灵敏的 血清学方法对病原菌进行鉴定，在传染病诊断中有重要意义。 血清学方法对病原菌进行鉴定，在传染病诊断中有重要意义。
4 .古生菌的细胞壁 .古生菌的细胞壁
具有与真细菌类似功能的细胞壁； 具有与真细菌类似功能的细胞壁； 细胞壁的结构和化学成分均差别甚大； 细胞壁的结构和化学成分均差别甚大； 已研究过的一些古生菌,它们细胞壁中没有 已研究过的一些古生菌, 真正的肽聚糖，而是由多糖(假肽聚糖) 真正的肽聚糖，而是由多糖(假肽聚糖)、 糖蛋白或蛋白质构成的。 糖蛋白或蛋白质构成的。 热原体属(Thermoplasma)没有细胞壁。 热原体属(Thermoplasma)没有细胞壁。 (Thermoplasma)没有细胞壁
2.革兰氏阴性细菌的细胞壁 2.革兰氏阴性细菌的细胞壁 肽聚糖 外膜 外膜蛋白
周质空间
1~2层肽 （1）肽聚糖：埋藏在外膜层之内，是仅由1~2层肽 ）肽聚糖：埋藏在外膜层之内，是仅由1~2 聚糖网状分子组成的薄层(2~3nm)， 聚糖网状分子组成的薄层(2~3nm)，约占细胞壁总重的 (2~3nm) 10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。 10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。 没有特殊的肽桥,只形成较为稀 没有特殊的肽桥 只形成较为稀 疏、机械强度较差的肽聚糖网套
脂多糖（ 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 层的一层较厚(8 10nm)的类脂 ～10nm)的类脂 多糖类物质， 多糖类物质，由 类脂A、核心多 类脂A 糖和O 糖和O-特异侧链 三部分组成。 三部分组成。
脂多糖（ 的主要功能： 脂多糖（ LPS ）的主要功能：
LPS结构的多变，决定了G-细菌细胞表面抗原决定簇 结构的多变，决定了 结构的多变 的多样性； 的多样性； LPS负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg2＋ 、 负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg 负电荷较强 等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用， Ca2＋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。 胞膜结构起稳定作用。 类脂A 细菌致病物质—内毒素的物质基础 内毒素的物质基础。 类脂A是G-细菌致病物质 内毒素的物质基础。 具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能； 具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能 是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。 是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。
脂蛋白(lipoprotein)是一种通过共价键使外膜层牢 是一种通过共价键使外膜层牢 脂蛋白 固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白,分子量约为 固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白 分子量约为7200。 分子量约为 。
（4）周质空间 ）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 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 细胞膜之间的狭窄空间 宽约12~15nm)，呈胶状。 宽约 ，呈胶状。 周质空间是进出细 胞的物质的重要中 转站和反应场所。 转站和反应场所。
细 胞 壁 化学组成
肽聚糖 N－乙酰胞壁酸 细菌 磷壁酸 短肽 脂多糖
Cell Walls of Bacteria
肽聚糖
细胞质膜
Hale Waihona Puke 外壁层 Gram positive bacteria, G+ Gram negative bacteria, G—
•Peptidoglycan is found only in bacteria •Keeps cells from lysing, due to turgor pressure 细菌的细胞壁
革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的比较
成分
革兰氏阳性细菌 肽聚糖 磷壁酸 类脂质 蛋白质
占细胞壁干重的 %
革兰氏阴性细菌 含量很低（~10） 无 含量较高（~20） 含量较高
含量很高（50~90） 含量较高（＜50） 一般无（＜2） 无
3. 抗酸细菌的细胞壁： 抗酸细菌的细胞壁：
某些分枝杆菌和诺卡氏菌的细胞壁主要由一 类被称为分支菌酸(Mycolic acid)的支链羟基 类被称为分支菌酸(Mycolic acid)的支链羟基 分支菌酸 脂肪酸组成， 脂肪酸组成，后者被认为与这些细菌感染能力 有关。 有关。 如结核分枝杆菌 麻风分枝杆菌
5. 缺壁细菌： 缺壁细菌：
实验室或宿 主体内形成 缺壁 细菌
缺壁突变---L型细菌 型细菌 缺壁突变 人工去壁
基本去尽---原生质体 基本去尽 原生质体 （G+） 部分去除---球状体 部分去除 球状体 （G-）
在自然界长期进化中形成——支原体 支原体 在自然界长期进化中形成
型细菌（ （1）L型细菌（L-form of bacteria） ） 型细菌 ）
双糖单位
原核生 物所特 有的已 糖
双糖单位中的β 1,4双糖单位中的β-1,4-糖苷键很容易被溶菌 酶所水解， 酶所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的 散架”而死亡。 “散架”而死亡。 四尾肽：由四个氨基酸分子按L型与D 四尾肽：由四个氨基酸分子按L型与D型交替 方式连接而成。 方式连接而成。 目前所知的肽聚糖已超过100种 目前所知的肽聚糖已超过100种，在 “肽聚糖 100 的多样性”中，主要的变化发生在肽桥上。 的多样性” 主要的变化发生在肽桥上。
(1)肽聚糖:结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸 肽聚糖: 肽聚糖
性多糖，又称粘肽、胞壁质，是真细菌细胞壁中的特 真细菌细胞壁中的特 有成分。 有成分 厚约20~80nm, 25~40层左右的网状分子交织成的 20~80nm,由 厚约20~80nm,由25~40层左右的网状分子交织成的 网套覆盖在整个细胞上。 网套覆盖在整个细胞上。
磷壁酸(Teichoic acids)结构
种类
壁磷壁酸 膜磷壁酸
磷壁酸主要生理功能： 磷壁酸主要生理功能：
形成负电荷环境, 形成负电荷环境,增强细胞膜对二价阳离子 的吸收,维持一些合成酶的高活性。 （ Mg2＋ ）的吸收,维持一些合成酶的高活性。 贮藏磷元素； 贮藏磷元素； 增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被 增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、 白细胞吞噬以及抗补体的作用； 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； 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； 噬菌体的特异性吸附受体； 能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力， 能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，防止细 (autolysin)的活力 胞因自溶而死亡。 胞因自溶而死亡。 可作为细菌分类、 可作为细菌分类、鉴定的依据
存在着多种周质蛋白： 存在着多种周质蛋白： 水解酶类；合成酶类； 水解酶类；合成酶类； 结合蛋白；受体蛋白。 结合蛋白；受体蛋白。
（5）外膜与内膜间的黏合位点 ） • 外膜与内膜的直接接触点。 外膜与内膜的直接接触点。 • 直径约20～100nm 。 直径约 ～ • 促进营养物质直接进入细胞内。 促进营养物质直接进入细胞内。
第三章 微生物细 胞的结构与功能
原核微生物
• 细胞壁 细胞壁的结构、功能、 细胞壁的结构、功能、化学组成 细胞壁与革兰氏染色 无壁细胞与原生质体 • 细胞壁以内的构造—原生质体 细胞壁以内的构造— 细胞质膜 细胞质和内含物 特殊的休眠构造— 核区 特殊的休眠构造—芽孢
真核微生物
• 原核细胞与真核细胞的比较 • 真核微生物的细胞构造 细胞壁 鞭毛与纤毛 细胞质膜 细胞核 细胞质和细胞器
（3）外膜蛋白
嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白， 20余种， 嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白，有20余种， LPS和磷脂层外膜上的蛋白 余种 但多数功能尚不清楚。 但多数功能尚不清楚。
孔蛋白(porins)是由三个相同分子量蛋白亚基组成的 孔蛋白(porins)是由三个相同分子量蛋白亚基组成的 (porins) 一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm的孔道， 一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm的孔道， 1nm的孔道 通过孔的开、 可对进入外膜层的物质进行选择。 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 可通过分子量小于 800~900的任何亲水性 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， 种相关物质通过，如 维生素B12和核苷酸等。 维生素 和核苷酸等。 和核苷酸等
总结： 总结：革兰氏阳性和阴性细菌的比较 P45
项 目 1、革兰氏染色反应 2、肽聚糖层 3、磷壁酸 4、外膜 5、脂多糖（LPS） 6、类脂和脂蛋白含量 7、鞭毛结构 8、产毒素 9、对机械力的抗性 10、细胞壁抗溶菌酶 11、对青霉素和磺胺 革兰氏阳性菌 能阻留结晶紫而染成紫色 厚，层次多 多数含有 无 无 低（仅抗酸性细菌含类脂） 基体上着生两个环 以外毒素为主 强 弱 敏感 革兰氏阴性菌 可经脱色而复染成红色 薄，一般单层 无 有 有 高 基体上着生四个环 以内毒素为主 弱 强 不敏感
(2)磷壁酸: 革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成 (2)磷壁酸: 磷壁酸
分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。 主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。 膜磷壁酸( 膜磷壁酸(脂磷 壁酸) 壁酸)跨越肽聚 糖层并与细胞 膜相交联, 膜相交联,由甘 油磷酸链分子 与细胞膜上的 磷脂进行共价 结合形成。 结合形成。其 含量与培养条 件关系不大， 件关系不大， 可用45% 45%热酚 可用45%热酚 水提取, 水提取,也可用 热水从脱脂的 冻干细菌中提 取。 壁磷壁酸,它 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, 改变,一般占 细胞壁重量的 10%,有时可 10%,有时可 接近50% 50%。 接近50%。 用稀酸或稀碱 可以提取。 可以提取。