pw01第一章1细菌

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各种细菌经革兰氏染色法后,能区分为两大类,一类染成 紫色,称革兰氏阳性细菌(G+),另一类被染成红色,称 革兰氏阴性细菌(G-)。
革兰氏阳性菌—产气荚膜梭菌 ( × 800)
革兰氏阴性菌—大肠杆菌 ( × 500)
(4)细胞壁的主要成分—肽聚糖
细菌细胞壁的结构与真核生物细胞壁显著不同, 其主要化学成分是肽聚糖。
第一章 原核微生物的形态和构造
微生物根据不同进化水平和性状上的明显差 别可分为:原核、真核、非细胞型生物。
原核微生物:细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、
立克次体和衣原体六类。
第一节 细菌
细菌(Bacteria) :一类细胞细而短,结构简单,细胞壁 坚韧,以二分分裂方式繁殖,水生性较强的单细胞原核微 生物。多分布在温暖、潮湿和富含有机质的地方。
与能量的产生、储存和利用有关; ③含有与合成代谢有关的酶系,与细胞壁的合成有关。
磷 脂 分 子 结 构
间体(mesosome): • 又叫中体,细胞膜内褶形成的一种管状、层
状或囊状的结构,一般位于细胞分裂部位或 其附近,其功能可能与DNA的复制和分离、 酶和其他蛋白质的分泌、以及细胞分裂时的 横隔形成及芽孢的形成有关。在革兰氏阳性 菌中,间体较为明显。
革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁成分比较
细胞壁
肽聚糖 糖类含量 脂类含量
磷壁酸 脂蛋白 脂多糖
革兰氏阳性菌
革兰氏阴性菌
多,占细胞干重50~80% 多,约45% 少,约1~4% + -
少,占细胞干重10~20% 少,约15~22% 多,约11~22% + +
G+和G-细胞壁结构比较:
革兰氏阳性细菌的细胞壁:较厚,约为20-80nm,其主要成分
淀粉粒和肝糖粒:是葡萄糖的多聚体,为碳源和 能源的贮藏物质。与稀碘液混合,呈兰色的为 淀粉粒,呈红色的为肝糖粒。
伴孢晶体:少数芽孢杆菌,如Bacillus thuringiensis 在其形成芽孢的同时,会在芽孢旁形成一颗菱形 或双椎形的碱溶性蛋白晶体,称为伴孢晶体。
藻青素和藻青蛋白(一种辅助光合色素):通常存 在于蓝细菌中,它们属于内源性的氮素贮藏物, 同时还具有贮藏能源的作用。藻青素呈颗粒状, 由含精氨酸和天冬氨酸残基的分枝多肽所构成, 其分子量在25000~125000范围内。
意义: 革兰氏染色是菌种鉴定的重要指标;通过革兰氏染色 可提供菌体的其它生物学特性方面的信息。
(7)周质空间(periplasmic space, periplasm)
又称壁膜空间,细菌的外膜与细胞膜的狭窄胶质 空间(12~15nm),其中存在多种周质蛋白,包括水 解酶类、合成酶类和运输蛋白等。
2、细胞膜(cell membrane)
G+和G-细胞壁的特有成分
磷壁酸(teichoic acid ,垣酸或壁酸)
磷壁酸是革兰氏阳性细菌细胞壁所特有的成分,系多聚磷 酸甘油或多聚磷酸核醇的衍生物。它有两种类型,其一为壁 磷壁酸,它与肽聚糖分子间发生共价结合,可用稀酸或稀碱 进行提取,其含量有时可达壁重的50%(或细胞干重的 10%),含量多少与培养基成分密切相关;其二为膜磷壁 酸(即脂磷壁酸),由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进 行共价结合后形成,它的含量与培养条件关系不大,可用 45%热酚水提取,也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。
性质与结构:细胞膜,又称细胞质膜或质膜,是紧贴在细 胞壁内侧的一层由磷脂和蛋白质组成的柔软、富有弹性 的半透性薄膜。主要成分为60-70%的蛋白质、20-30% 的脂类和约2%的多糖。细胞膜所含的脂类均为磷脂。
功能: ①控制营养物质和代谢产物进出细胞; ②进行氧化磷酸化或光合磷酸化,参与细胞的呼吸过程,
三、细胞构造:
一般构造:细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体; 特殊构造:鞭毛、菌毛、荚膜、芽孢等。
(一)细菌细胞的一般构造
1、细胞壁(Cell wall)
细胞壁是位于细胞最外层的一层厚实、坚韧的外被, 主要由肽聚糖构成。在一般光学显微镜下不易观察到,可 通过染色、质壁分离等方法处理再在光学显微镜观察或用 电镜观察。
(1)类型: a、弧菌(Vibrio):螺旋数<1周; b、螺菌(Spirillum):螺旋数2~6周; c、螺旋体(Spirochaeta):螺旋数>6周。 (2)大小:
0.5~2.0 μm ×1.0 ~ 10 μm
螺菌
螺旋体
特 殊 形 状 的 细 菌
二、细胞的大小
1、数量级(常用单位):μm / nm 2、大小表示方法: 1.0~1.25 × 3~8 μm 3、重量:10-12g/细胞,即10亿个细胞的重量约为1mg 4、测量及其注意事项: 用测微尺在显微镜下测量,注意事项: a、染色方法不同,测量结果差别可能很大; b、菌种、菌龄、培养条件等因素也会影响测量结果。
3、细胞质( cytoplasm)及其内含物
细胞质包裹在细胞膜内,是一种无色、透明、粘稠的胶体 物质。
其主要成分是:蛋白质、核酸、脂类、水分、多糖类、少量 无机盐以及各种酶类。
各种内含物,主要有: (1)核糖体(ribosome) :分散存在于细菌细胞质中的70S
的亚微颗粒,是细胞合成蛋白质的部位。
磷壁酸的主要生理功能:
①因带负电荷,故可与环境中的Mg+等阳离子结合,提高 这些离子的浓度,以保证细胞膜上一些合成酶维持高活 性的需要;
②与NAM第6位上的羟基结合从而在纵向上加强了肽聚糖 的结构;
③保证革兰氏阳性致病菌(如A族链球菌)与其宿主间的粘 连(主要为膜磷壁酸);
④赋予革兰氏阳性菌以特异的表面抗原; ⑤提供某些噬菌体以特异的吸附受体 。
以革兰氏阳性菌为例: 肽聚糖单体分子结构构成 a) 双糖单位(聚糖骨架) b) 四肽尾(四肽侧链) c) 肽桥(交联桥)
革兰氏阴性细菌的肽聚糖无交链桥。
聚糖骨架是由两种氨基
糖即N-乙酰胞壁酸和N乙酰葡糖胺交替间隔排 列,经β –1,4糖苷键联
接而成的
四肽侧链连接在胞壁酸
上,其氨基酸依次为L丙氨酸、D-谷氨酸、L赖氨酸、D-丙氨酸
β-羟基丁酸(PHB):许多细菌的细胞质内经常可发现 的碳源类贮藏物,不溶于水,具有贮藏能量、碳源和降 低细胞内渗透压的作用。PHB可制作易降解且无毒的医 用塑料器皿和外科用的手术针及缝线。通常在显微镜下, 显现为一种折光性很强的小体。
异染颗粒:因用美蓝或苯胺蓝染色时呈兰色而得 名。其成分主要是多聚偏磷酸盐。其主要功能 是贮藏磷元素和能量,并可降低细胞的渗透压。
(1)细胞壁的功能:
固定细胞外形和提高机械强度; 为细胞生长、分裂和鞭毛运动所必需; 阻拦大分子有害物质进入细胞; 与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性有关。
(2)细胞壁缺损的或无细胞壁的细菌
1)原生质体:指在人工条件下用溶菌酶除尽原有细胞
壁或用青霉素抑制细胞壁的合成后,所留下的仅由细胞 膜包裹着的脆弱细胞,一般革兰氏阳性菌容易形成。
1、糖被(glycocalyx) (1)定义:在某些细菌细胞壁外存在着一层厚度不定的透明胶
交联桥五个甘氨酸;第
三位的L—赖氨酸通过 五个甘氨酸组成的交联 桥联结到相邻聚糖骨架 四肽侧链第四位的D-丙 氨酸上
Staphylococcus aureus
Staphylococcus aureus,肽聚糖层厚20-80nm,由40层左
右网状分子所组成。网状肽聚糖大分子是由大量小分子单体聚 合而成的。
2、杆菌 (Bacillus)
(1)类型:
长杆菌、短杆菌、球杆菌; 单杆菌、双杆菌、链杆菌。(沿着与其菌体长轴垂直的方向分裂)
(2)大小:
大型 1.0~1.25 × 3~8 μm ; 中型 0.5~1.0 × 2~3 μm ; 小型 0.2~0.4 × 0.7~1.5 μm 。
(3)螺旋菌(Spirilla)
• 质粒:在细菌的类核外,有一个或几个小形、共价、闭合环 状的DNA分子,是染色体以外的遗传物质。可分散在细胞质 中,也可附加在染色体上。质粒DNA分子携带某些获得特殊 性状的基因,并可通过接合或转导传递给另一个细菌,也能 携带染色体DNA的片段一起转移。
(二)细菌细胞的特殊构造 荚膜、鞭毛、菌毛和芽孢
(2)质粒(plasmid):是一种微小的染色体外的遗传物质,是 一小段环形双股DNA,能在细胞质中自行复制,与细菌的 遗传变异有关。
(3)液泡(vacuole)和气泡(gas vacuole):在许多光合营养 型无鞭毛运动的水生细菌的细胞内的充满气体的小囊泡。 作用调节细胞比重,调节渗透压。
(4)常见的颗粒状内含物
羧化体 在许多话能自养型细菌中含有的多角形细 胞内含物。大约10nm,内含1,5-二磷酸酮糖羧化 物,在自养细菌的二氧化碳固定中起关键性作用。
4、核质体(nucleus)
• 细菌的核较原始,无核膜和核仁,在核区中充满深度卷曲、 折叠的DNA双螺旋细丝。故称为核质、类核、拟核等。
• 在正常情况下,一个菌体内只有一个核,多集中于菌体中央。 处于分裂活泼的细菌,由于DNA复制先于细胞分裂,一个细 胞内可见2~4个核。细菌的核可看成一条染色体,是储存和 传递遗传物质的基础。
2)球状体或原生质球:指还残留着部分细胞壁的原生
质体,一般革兰氏阴性菌易形成。
3)L型细菌:专指在实验室中通过自发突变而形成的遗
传性稳定的细胞壁缺陷菌株,一般革兰氏阳性和阴性菌 都能形成。
4)支原体:自然界长期进化中形成的无细胞壁的原核生
物。
(3)革兰氏染色(Gram stain)
革兰氏染色(Gram stain)法是由丹麦医生C.Gram于 1884年创立,因此称为革兰氏染色法。其简要操作分初染、 媒染、脱色和复染四步。不同的细菌为什么会被染成不同 的颜色?主要是因为细胞壁的结构和成分不同所造成的。
面抗原决定簇的多样性。 ④是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。
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(6)革兰氏染色的机制及意义
机制:
1) G- 为什么会被染成红色? 因为脂类物质较多,肽聚糖少,用丙酮或酒精(脂溶 剂)溶掉脂类,使细胞壁的透性增加,从而把结晶紫与 碘的复合物溶出来,而染上复染液的红色。
2) G+ 为什么会被染成紫色? 因为肽聚糖含量较多,脂类物质含量较低,用丙酮或酒 精(脂溶剂)处理脱水,而使壁的肽聚糖网孔变小,通 透性降低,使结晶紫与碘的复合物溶不出来,也就不能 染上复染液的颜色而保持原来的紫色。
脂多糖:
是位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层的一层较厚(8~ 10nm)的类脂多糖类物质。它由类脂A、核心多糖和 O-特异侧链三部分所组成。
其主要功能有四: ①是革兰氏阴性细菌致病物质—内毒素的物质基础; ②与磷壁酸相似,也有吸附Mg2+、Ca2+等阳离子以提
高这些离子在细胞表面的浓度的作用; ③由于LPS结构的变化,决定了革兰氏阴性细菌细胞表
螺旋菌:螺旋状 a、弧菌 b、螺旋菌 c、螺旋体
特殊类型:三角形、矩形、柄细菌、鞘细菌等。
在自然界存在的细菌中,以杆菌为常见,球菌次之,而 螺旋状的则最少。
1、球菌 (Coccus)
(1)类型 :单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、 葡萄球菌、链球菌等。
(2)大小:Φ 0.5~1.25~2.0,大多数1μm 。
为肽聚糖,约有15-50层厚,占细胞壁干重的50~80%。革兰氏阳性菌细胞 壁的特有成分是磷壁酸,有壁磷壁酸和膜磷壁酸,主要成分是甘油磷壁酸 和核糖醇磷壁酸。
革兰氏阴性细菌的细胞壁:较薄,约为10-15nm,肽聚糖含量
少,只有1-3层,占细胞壁干重的10-20%左右;层次较多,成分复杂,内 层为肽聚糖层,缺少五肽交联桥,结构疏松。外层由内向外依次为脂蛋白、 磷脂和脂多糖。其特有成分是脂多糖。
革兰氏阴性菌的肽聚糖
其结构单体与革兰氏阳性细菌基本相同,差别仅在于① 肽尾的第3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由甲肽尾 的第4个氨基酸—D-丙氨酸的羧基与乙肽尾第3氨基酸— m-二氨基庚二酸直接连接而成。
(5)革兰氏阳性菌与革兰氏阴性细菌细胞壁结构
一、细菌的形态 二、细胞的大小 三、细胞的构造 四、细菌群体(菌落)的形态 五、细菌的繁殖 六、常见的细菌
一、细菌的形态:
细菌的基本形状为球状、杆状、螺旋状,分别称 为球菌、杆菌、螺旋菌。也有些细菌具有其它 的特殊形态。
球菌:呈球状或拟球状
杆菌:基本呈杆状,种类、数量最多的一类原核微生物。
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