第二章1细菌的结构与功能

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允许<800~900 任何亲水性分子;
b、特异性孔蛋白(specific porin):
含专一性结合位点,只允许一种或少数几种物质 通过。
外膜层 肽聚糖
细胞膜
5、革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌 细胞壁的主要区别
比较内容 结构层次 厚度(nm) 肽 聚 糖 含量 层数 交联度 磷壁酸 脂多糖
革兰氏阳性菌 单 层 20~80 40~90% 多,15~50 高,75% + -
B subtilis 的间体
B megaterium ( ×30,500 )
1、间体
间体的主要功能
a.深层的间体:
促进细胞间隔的形成,与DNA的复制、分配及 细胞分裂有关;
b.表层的间体:
与某些酶有关,如细胞色素氧化酶 —— 细菌 氧化磷酸化的中心,相当于真核生物的线粒体。
三、内膜结构
2、类囊体(thylakoid)
脂多糖(LPS)的功能
a、类脂A是G- 菌的致病物质——内毒素的 物质基础; b、具有与磷壁酸相类似的功能; c、多变的化学结构决定了G-菌表面抗原决 定簇的多样性; d、噬菌体的吸附受体; e、具有部分选择屏障作用。
(3)外膜蛋白
孔蛋白(porins)
由 3 个 36,000 Da蛋白亚基组成的一种三聚体 跨膜蛋白,其间有d=1 nm的孔道,并通过孔的 开闭来调节某些物质进入外膜层。 a、非特异性孔蛋白(nonspecific porin):
胆固醇的一般结构
原核生物的细胞膜 中一般不含胆固醇 而是含有hopanoid
hopanoid类甾醇的作用 稳定细胞膜的结构
hopanoid被认为是地球上含量最丰富的生物分子
1、细胞膜的化学成分
④ 糖和其它成分
糖:糖蛋白和糖脂 功能:影响细胞的抗原性和免疫性。 微量元素的功能:
参与膜蛋白和磷脂的结合作用; 与酶在膜上的催化活性有关。

A. 脂多糖

1、G+细 菌 细 胞 壁 的 结 构 为 一 层 ,含 有的 特 有 成 分 是 ( ) B. 脂蛋白 C. 磷壁酸 D. 核蛋白
2、 G-细 菌 细 胞 壁 中 的 特 有 成 分 是 ( ) A. 肽聚糖 B. 磷壁酸 C. 脂蛋白 D. 脂多糖 3、E.coli 肽 聚 糖 双 糖 亚 单 位 交 联 间 的 肽 间桥 为 ( ) A. 氢键 B. 肽键 C. 甘氨酸五肽
三、内膜结构
4、羧酶体
(carboxysome)
多角体(polyhedral body):自养细菌的
一种多面体结构,由一层厚约 3.5 nm 的蛋白 膜包围,内含固定二氧化碳所需的1,5-二磷酸 核酮糖羧化酶和5-磷酸核酮糖激酶。 自养细菌固定二氧化碳的场所!
那不勒斯硫杆菌 (Thiobacillus neapoliyanus)的羧酶体
第二章 细菌的结构与功能
第一节 细菌的模式结构 第二节 细菌的形态和繁殖 第三节 放线菌、蓝细菌及其他常见细菌
本章重点讲授:细菌的形态及细胞 结构。 要求大家掌握:常见细菌的类型、 细胞结构及繁殖特点。
1、什么是原核生物?
(prokaryote)
通常指一大类细胞核外没有 核膜包围,DNA以闭环分子形式 存在,且不含组蛋白的原始单细 胞生物。
藿烷类化合物
二、细胞膜
1、细胞膜的化学成分
① 磷脂(lipid):含两性的磷脂酰甘油
G-菌含磷脂酰乙醇胺;分枝杆菌含磷脂酰肌醇。 磷脂酰甘油中的脂肪酸可区分为饱和与不饱和脂肪酸 膜的流动性主要取决于这两种脂肪酸相对含量的高低: 低温型微生物含较 多 的不饱和脂肪酸; 高温型微生物含较 多 的饱和脂肪酸。
核酸:膜中常含有少量的核酸。
二、细胞膜
2、细胞膜的结构与功能
(1)细胞膜的结构
1972年,Singer&Nicolson提出: 液态镶嵌模型(fluid mosaic model)
a、膜的主体是脂质双分子层,具有流动性; b、整合蛋白因其疏水性而溶于脂质双分子层的疏水 性内层中; c、周边蛋白表面含有亲水基团,可通过静电引力与 脂质双分子层表面的极性头相连; d、脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合; e、脂质双分子层象“海洋”一样,周边蛋白可在其上 “漂浮”运动,而整合蛋白则象“冰山”一样沉浸在其中 并可作横向移动。
膜内陷并折叠而形成的层状、囊状或管状结构。 光合色素:细菌叶绿素、类胡萝卜素 光合磷酸化的酶类 电子传递体 光合细菌进行光合作用的场所!
紫硫光合细菌的载色体 (chromatophore)
Chlorobium tepidum 和绿硫细菌中的载色体
3、载色体
不同形式的载色体
A、红螺菌 B、红假单胞菌 C、红微菌 D、红囊菌 E、荚硫菌 F、绿硫菌
7、细胞壁缺陷细菌
类 型
实验室制备:原生质体(protoplast) 原生质球(spheroplast) 自 然 存 在 :L-型细菌
(bacterial L-form)
7、细胞壁缺陷细菌
原生质体和原生质球
通过溶菌酶、青霉素、丝裂霉素C处理
G+ 完全 去除
原生质体
G- 不完整去除 脂多糖和脂蛋白
4、Staphylococcus aureus 肽 聚 糖 双 糖 亚 单 位 交 联 间 的 肽 间 桥 为( ) A. 肽键 B. 甘氨酸五肽 C. 氢 键
二、细胞膜
(cell membrane)
紧贴在细胞壁内侧并包围原生质 的一层柔软而富有弹性的膜。
厚 度:约 8~10 nm 主要成分:磷 脂(20~30%) 蛋白质(50~70%)
类囊体:由细胞质膜内陷形成的片层状结构,内
含叶绿素和藻胆色素等光合色素及光合作用酶系。
蓝细菌(cyanobacteria)
蓝细菌进行光合 作用的场所!
原绿菌属 (Prochloron) 蓝细菌的类囊体 (thylakoid)
三、内膜结构
3、载色体(chromatophore)
色素体(chlorosome):由光合细菌的细胞质
外膜层 肽聚糖
细胞膜
4、G-菌细胞ห้องสมุดไป่ตู้的结构
蛋白质、脂蛋白和脂多糖 (lipopolysaccharide,LPS)
(2)外壁层
厚约:8~10 nm,呈波浪形
外膜层 肽聚糖
细胞膜
脂多糖
是外膜层的主要成分及特 有成分 分子量> 1万道尔顿 化学结构复杂且常因细菌 类群甚至菌株而异
脂多糖的化学组成
脂多糖 = 糖基O-侧链+核心多聚糖+类脂A
2、何为细菌(bacteria)?
从大的方面来讲,细菌指的就是原 核生物,即所有原核生物均可以称之 为细菌; 而从小的方面来讲,细菌主要指形 态为杆状、球状或螺旋状的单细胞的 原核生物。
第一节 细菌的模式结构
图 2-1 细菌细胞的模式结构(摘自Microbiology 6th)
(一)细菌细胞的一般结构 一、细胞壁 二、细胞膜 三、内膜结构 四、原核 五、质粒 六、细胞质及其内含物
革兰氏阴性菌 内壁层 1~3 5~10% 少,1~3 低,25% - - - + - 外膜层 8~10
革兰氏染色法的原理
一、细胞壁
6、周质空间
(periplasmic space)
壁膜间隙:指位于细胞壁与细胞膜之间的狭 小的空间范围,约为12~15nm。 处理:溶菌酶或用冷渗振动 质 外 酶
水解酶类:RNA酶Ⅰ、DNA内切酶Ⅰ、 青霉素酶、磷酸化酶 合成酶类:肽聚糖合成酶 其他蛋白:结合蛋白和受体蛋白
a.磷壁酸加强了细胞对金属离子的吸引; b.磷壁酸是G+菌重要的表面抗原和某些噬菌 体的吸附位点; c.磷壁酸增加了细菌表面结构的稳定性; d.膜磷壁酸具有粘附作用,与致病性有关; e.贮存磷元素; f.调节细胞内自溶素(autolysin)的活力。
G-菌与G+菌细胞壁的结构差异
-菌细胞壁的结构 4、G
复染
革兰氏阳性反应 革兰氏阳性菌(G+)
革兰氏阴性反应 革兰氏阴性菌(G-)
+菌细胞壁的结构 3、G
一、细胞壁
金黄色葡萄球菌
(Staphylococcus aureus)
厚度:20~80nm 肽聚糖 重量:50%~90%
(2) 磷壁酸
(1) 肽聚糖
革兰氏阳性菌细胞壁化学结构模式图
β
(1) NAM + G 菌 NAG 的 肽 聚 糖 结 构
(1 ,4 )
β( 1,4 )
β( 1, 4
β( 1,4 )
)
β (1
,4)
β (1
,4)
β (1, 4)
β (1,4 )
① G+ 菌 肽 聚 糖 的 主 链 结 构
3、G+菌细胞壁的结构
N-乙酰胞壁酸 (N-acetylmuramic acid) N-乙酰葡萄糖胺 (N-acetylglucosamine)
(2)磷壁酸
C1-C3磷酸二酯键
1
依 多 元 醇 划 分
1
a.核糖醇磷壁酸 (ribotol teichoic acid)
b.甘油磷壁酸 (glycerol teichoic acid)
(2)磷壁酸
按 结 合 部 位 划 分
a 壁磷壁酸,>50% 磷酸二酯键 b 膜磷壁酸 共价键
(2)磷壁酸
磷壁酸的功能
NAM NAG
青霉素 溶菌酶
① 交联度高 >75%
G+ 菌 细 胞 壁 的 模 式 结 构
磷壁酸
肽 聚 糖
② 层次多:15~50
3、G+菌细胞壁的结构
(2)磷壁酸
(teichoic acid)
指结合在G+菌细胞壁上的一种酸 性多糖。 为G+菌所特有
主要化学组成:多元醇+磷酸
C1-C5磷酸二酯键 少:10;多:40-50
6、周质空间 7、细胞壁缺陷细菌
2、革兰氏染色反应
一、细胞壁
1、细胞壁的功能
a、维持细胞外形; √ b、具有保护作用; √ c、协助运动; d、与物质运输有关; e、决定细菌的抗原性、致病力、 对抗生素及对噬菌体的敏感性。
一、细胞壁
2、革兰氏染色反应
结晶紫 碘 液 95%乙醇 番 红
初染
媒染
脱色
1、细胞膜的化学成分
② 蛋白质
位置:膜的内、外表面
a、周边蛋白
(peripheral protein)
性质:水溶性蛋白 含量:20~30% 位置:磷脂双分子层
b、整合蛋白
(integral protein)
性质:脂溶性蛋白 含量:70~80%
1、细胞膜的化学成分
③ 藿烷类化合物
( hopanoid)
原生质球
7、细胞壁缺陷细菌
L-型细菌(bacterial L-form):
某些细菌在特定环境条件下,由于基 因突变而产生的无壁类型。
L-型细菌的菌落
细胞壁缺陷细菌的特点
对环境条件敏感:低渗、振荡、离心、通气 有鞭毛而不运动; 不被噬菌体侵染; 能够再生:
在适宜条件下,生长繁殖形成菌落,并恢复产生 新细胞壁转为正常细菌的过程。
二、细胞膜
(2)细胞膜的功能
a.选择性控制细胞内外的物质运输与交换; b.具有维持细胞内正常渗透压的屏障作用; c.合成细胞壁各种组分(脂多糖、肽聚糖、 磷壁酸和荚膜等大分子物质)的场所; d.进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地; e.许多酶和电子传递链组分的所在地; f.鞭毛的着生位点,并为其提供运动所需的能量。
(二)细菌细胞的特殊结构 荚膜 鞭毛、菌毛、性毛 芽孢、胞囊
一、细胞壁(cell wall)
通常指包围原生质 膜的一层较为紧韧且 略带弹性的结构。 厚度:10~80 nm 占细胞干重的10~25%
细胞壁
1、细胞壁的功能
√ 3、革兰氏阳性菌( G+ )的细胞壁结构 √ 4、革兰氏阴性菌( G- )的细胞壁结构 √ 5、G+菌和G-菌细胞壁结构的区别 √
4 3
1
4
1
D-Lactic acid
四肽尾
图 2-2 肽聚糖主链的化学结构
图 2 3 G+ 菌 肽 聚 糖 的 侧 链 结 构
四肽尾 L-Ala
D-Glu
L-Lys
D-Ala
③ G+菌肽聚糖的间桥结构

3 4 4 3
图 2-4 金黄色葡萄球菌肽聚糖的间桥结构
G+ 菌 肽 聚 糖 的 模 式 结 构
三、内膜结构
大肠杆菌
(Escherichia coli)
G-菌与G+菌细胞壁的结构差异
内壁层
外壁层
层 次
G-菌肽聚糖结构的差异
(1)内壁层
① ② ①
G-
① 化学结构
G+
L-Lys
DAP
G-菌肽聚糖的结构差异
② 交联度低<25%


以肽键直接交联
G-菌肽聚糖的结构差异
层次多:15~50
③ 层次少 1~3层
三、内膜结构
内膜结构:许多原核生物类群演化出的
一类由细胞膜内陷、折叠而形成的层状、管 状或囊状的特殊结构。
内 膜 结 构
间体 类囊体 载色体 羧酶体 气泡
三、内膜结构
1、间体(mesosome)
间体:由细胞质膜内陷而形成的囊状结
构,其中充满着层状或管状的泡囊。
数量:1至几个/cell 位置:细胞分裂处
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