微生物细胞结构与功能
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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
微生物细胞的结构与功能
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
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。
第三章微生物的细胞
生 物
细菌细胞的结构
一般构造
细胞壁 细胞膜 间体 核区 内含物 核糖体
特殊构造
③ 鞭毛 ④ 菌毛 ⑤ 性菌毛
① •②
③ ⑤ ④ ⑥
① 芽孢
微荚膜
•②
荚膜 粘液层
糖被
一、细胞壁
细菌细胞壁（cell wall）是位于 细胞最外的一层（一般结构）厚实、 坚韧的外被，主要成分为肽聚糖。 细菌细胞壁可用电子显微镜直接 观察细菌的超薄切片。 细菌细胞壁绝大多数以肽聚糖为 基本成分，但不同细菌，细胞壁在结 构和成分上各有自己的特点。
细胞质膜
肽聚糖
1、G+细胞壁成分
肽聚糖单体
双糖单位 • N-乙酰葡萄糖胺(G) • N-乙酰胞壁酸(M) 肽尾 • 短肽(4~5个氨基酸) 肽桥 • 1~5个氨基酸
磷壁酸(两种）
是一类
G+细胞壁成分
G+特有的 同肽聚糖混在一起的 分子比较短(6~9个) 的阴离子多聚物 以 甘油磷壁酸 为主链 核糖醇磷壁酸
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
真 原 核 生 物 的 核 糖 体
50S 60S
30S 40S
80S 70S
原核生物的核糖体是怎样的？
内含物
包括气泡、羧基化体、绿色体、 磁石体、和各种储存物质。
请说出下面细菌菌体从内到外的结构
菌毛 鞭毛
拟核
细胞质
cytoplasm
细胞质膜 细胞壁
真核细胞结构示意图
内含物
气泡 类囊体 羧酶体
• （1）储藏物
1）聚β -羟丁酸
由β -丁酸单位形成 的直链聚合物，集合 成高度折射性的小球 状物，随细胞老化更 加突出。
第三章微生物细胞的结构与功能
结构:外壁层――类脂、孔蛋白 内壁层――肽聚糖
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
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
分解过程
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
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
微生物细胞的结构与功能
第三章：微生物细胞的结构与功能-原核生物一．是非判断：1．真细菌包括普通细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体等。
2．杆状细菌的细胞直径比较稳定，与排列方式和长度一起可作为分类鉴定的依据。
3．受到菌龄的影响，幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌小。
4．在原核细胞的周质空间中，存在着多种周质蛋白，被誉为“酶口袋”。
5．溶菌酶可用于细菌、酵母和霉菌的原生质体的制备。
6．微生物细胞内的储存物中，异染粒是β－羟基丁酸聚合物。
7．原核生物与真核生物细胞膜组分的主要差别是前者无甾醇。
8．根瘤菌的类菌体不仅具有固氮能力，还具有繁殖功能。
9．古生菌的细胞壁均为假肽聚糖构成。
10．细菌细胞膜不含甾醇类物质，而真菌细胞膜含有甾醇类物质。
11．只有分枝杆菌才具有抗酸染色的特性。
12．肽聚糖的基本组成单位包括双糖单位、四肽尾和五肽桥。
13．间体为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。
14．原核生物的细胞质含水约80%，处于一种流动状态。
15．原核生物细胞中气泡的膜也是磷脂双份子层结构，可耐受一定的压力。
16．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。
17．革兰氏阴性细菌细胞壁中的脂多糖是细菌外毒素的物质基础。
18．细菌的内毒素就是指革兰氏阴性细菌细胞壁中的脂多糖中的类脂A。
19．磷壁酸是革兰氏阳性细菌细胞壁中特有的酸性多糖。
20．抗酸细菌是一类细胞壁中含有大量分枝菌酸等蜡质的特殊革兰氏阳性菌。
21．古生菌的细胞膜中存在着独特的单分子层膜和单双分子层混合的膜结构。
22．由于革兰氏阴性菌细胞外有外膜层的保护，因此对青霉素和溶菌酶不敏感。
23．芽孢在普通条件下可保存几年或几十年的生命力，因此是抗逆性最强的休眠体。
24．羧酶体是自养微生物细胞质内常见的内含物。
25．抗酸性细胞本身不易被革兰氏染色，碱性酒精脱去细胞壁中的“蜡质”组分后，细胞会变成非抗酸性，革兰氏染色阴性。
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
（M－DAP）； 3. 没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的联系仅由前一肽尾
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
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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由丹麦医生Hans Christian Gram于1884年创立。
步骤：
结果:
涂片固定
阳性菌——紫色
阴性菌——红色
结晶紫初染
碘液媒染
乙醇脱色
番红复染
第18页/共140页
革 兰 氏 染 色 的 原 理
第19页/共140页
革兰氏染色的结果
Figure 1 - A Gram stain of Gram + Staphylococcus cells.
第22页/共140页
1、细胞膜
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7～8nm,由磷脂 (占20%～30%)和蛋白质(占50%～70%)组成。
（G-）
在自然界长期进化中形成——支原体
第15页/共140页
细菌染色：简单染色
制备涂片标本→染色
涂片
干燥
固定
镜检
水洗、吸干
染色1min
第16页/共140页
细胞壁与革兰氏染色
甲菌 乙菌
初染 结晶紫
媒染 碘液
脱色 乙醇
复染 沙黄
紫色（G＋） 红色（G-）
革兰氏染色步骤示意图
第17页/共140页
革兰氏染色法（Gram Stain）
第6页/共140页
细胞壁抛面结构
周质空间
革兰氏阳性
革兰氏阴性
第7页/共140页
肽聚糖
肽聚糖单体 双糖单位
• N-乙酰葡萄糖胺(G) • N-乙酰胞壁酸(M)
肽尾
• 短肽(4~5个氨基酸)
肽桥
• 1~5个氨基酸
第8页/共140页
肽尾与肽桥
• 四肽尾：与M相接，如金黄色葡萄球菌中
为L-Ala→D-Glu →L-Lys →D-Ala
第13页/共140页
细胞壁 化学组成
高等植物 霉菌 酵母
纤维素 几丁质 甘露聚糖，葡聚糖
细菌
N－乙酰葡萄糖胺
肽聚糖 N－乙酰胞壁酸 磷壁酸 短肽 脂多糖
第14页/共140页
细胞壁缺陷细菌：缺壁细菌
实验室或宿 自发突变---L型细菌
主体内形成
彻底去尽---原生质体
缺壁 细菌
人工去壁
（G+）
部分去除---球状体
Figure 2 - Gram stain of Gram - E. coli cells
第20页/共140页
革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁结构的比较
肽聚糖 外膜
外膜蛋白
周质空间
第21页/共140页
二、细胞壁以内的构造—原生质体
细胞质膜（cell membrane） 细胞质和内含物(cytoplasm and inclusion body) 核区 (nuclear region or area) 休眠体构造-芽孢(endospore,spore)
• 肽桥：如金黄色葡萄球菌中为甘氨酸五肽
第9页/共140页
G＋` G－肽聚糖的组成异同
肽尾第三氨基酸不同肽桥ຫໍສະໝຸດ G＋：5个甘氨酸 G－：肽键
G＋ 赖氨酸 G－ 二氨基庚二酸(m-DAP)
G，M都是ß－1，4－糖苷键连接
第11页/共140页
磷壁酸
是一类
G+特有的 同肽聚糖混在一起的 分子比较短(6~9个) 以 甘油磷壁酸 为主链
第25页/共140页
2.细胞质(cytoplast)及其内含物(inclusin)
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。
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液态镶嵌模型(fluid mosaic model)
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细胞膜的功能
控制细胞内、外的物质的运送、交换； 维持细胞内正常渗透压以保证屏障作用； 合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所； 进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地； 许多酶和电子传递链组分的所在部位； 鞭毛着生点和提供其运动所需的能量等。
为70S
数为80S
第2页/共140页
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。
第3页/共140页
细胞质功能：
细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合成、 转化、代谢的场所。
第26页/共140页
糖原:大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢
杆菌和蓝细菌等
碳源及能源类 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
贮藏物 氮源类
杆菌等 藻青素：蓝细菌 藻青蛋白：蓝细菌
迂回螺菌、 磷源(异染粒) 白喉棒杆菌、结核分枝杆菌
真细菌细胞的结构
1、细胞壁 2、细胞膜 3、细胞质和内含物 4、核区 5、特殊的休眠构造——芽孢 6、细菌细胞壁以外的构造 ——— 糖被 7、细菌细胞壁以外的构造 ——— 鞭毛 8、细菌细胞壁以外的构造 ——— 菌毛 9、细菌细胞壁以外的构造 ——— 性毛
第4页/共140页
一、细胞壁（cell wall)
一 原核微生物 二 真核微生物
第1页/共140页
原核细胞和真核细胞的区别
原核细胞 真核细胞
细胞核 细胞器
核糖体
原核细胞
真核细胞
有明显核区， 有核膜，核仁 无核膜、核仁
无线粒体，能 有线粒体，能量
量代谢和许多 代谢和许多合成
物质代谢在质 代谢在线粒体中
膜上进行
进行
分布在细胞质 主要分布在内质
中，沉降系数 网膜上，沉降系
核糖醇磷壁酸
功能
G+抗原(表面抗原决定 因子为磷壁酸) 噬菌体的吸附位点 聚集阳离子Mg2+ 保持胞壁透性 激活酶活性
的阴离子多聚物
第12页/共140页
脂多糖LPS
是一类
G-特有的 位于外壁外层 厚度8~10nm 类脂+各种多糖
功能
保护作用、屏障作用 浓缩阳离子Mg2+、Ca2+ 噬菌体吸附位点 G-表面抗原 内毒素物质基础
• 细胞壁：是位于细胞最外的一层厚
实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构 成，有固定细胞外形和保护细胞等 多种生理功能。
第5页/共140页
细胞壁的功能
• 固定细胞外形 • 协助鞭毛运动 • 保护细胞免受外力的损伤 • 为正常细胞分裂所必需 • 阻拦有害物质进入细胞 • 与细菌的抗原性、致病性和对噬
菌体的敏感性密切相关