原核微生物(1)

细胞壁与革兰氏染色-----革兰氏染色的机制
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 - )
缺壁细菌
自发缺壁突变：L型细菌（G+或G-）
实验室中
形成
缺壁 细菌
人工方法 去壁
微生物学
细胞壁（cell wall)
细胞壁的结构 细胞壁的功能 细胞壁的化学组成 细胞壁与革兰氏染色 无壁细胞与原生质体
微生物学
Cell W细a胞lls质o膜f Bacteria
肽聚糖
外壁层 Gram positive bacteria, G+ Gram negative bacteria, G—
细菌的群体形态
微生物学
细菌细胞形态
球菌(Coccus) 杆菌(Bacillus) 螺旋菌(Spirlla) 其他形状的细菌
微生物学
球菌(coccus)
单球菌 双球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌 链球菌
单球菌(single coccus)
.......................................
• 肽聚糖可被溶菌酶破坏；青霉素也可干扰短肽 之间肽键的形成从而破坏细胞壁肽聚糖的合成。
B、磷壁质（垣酸）
是结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多糖，磷壁酸是G+细菌细胞 壁所特有的成分。
化学组成:
多元醇（甘油和核糖醇）和磷酸的聚合物，能溶于水。
类型:
壁磷壁酸：与肽聚糖分子间发生共价结合，以其末端的磷酸二
•Peptidoglycan is found only in bacteria
细•菌Kee的ps 细cells胞fro壁m l(y粉sing红, du色e to以tur外gor 的pres部sur分e )
革兰氏阳性
肽聚 糖 外壁层
质膜
周质空间
革兰氏阴性
细胞壁剖面结构
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
类脂A：2个N－乙酰葡糖胺及5个长链脂肪酸
3个2－酮－3－脱氧辛糖酸 内核心区
3个L－甘油－甘露庚糖 LPS 核心多糖区
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，内含半乳糖、鼠李糖 甘露糖、阿比可糖(Abq)等
类脂A是G-内毒素的基础 脂多糖（Lipolysaccharide)的组成
普通光学显微镜下用 测微尺测细菌大小
细菌细胞的大小
细胞的大小是细菌分类特征 不同细菌细胞大小不同 同一细菌的不同菌龄细胞大小不同 细菌细胞大小还与营养等因素相关
细胞大小的测量结果只是近似值或平均值
微生物学
2。1。2
细菌细胞的结构
细菌细胞的结构
细胞壁 细胞壁以内的构造—原生质体 细胞壁以外的构造
肽桥
乙肽尾上 连接点
-CO·NH-
-(Gly)5-(肽尾）
1～2－
-D-Lys-
第3氨基酸 第3氨基酸 第3氨基酸 第2氨基酸
实例
E.coli (G-) S.aureus(G+) M.luteus(G+) C.poinsettiae (G+)
G+细菌的肽聚糖层
• 多个肽聚糖单体相连就形成了肽聚糖网状结构， 在G+细菌中75%以上亚单位交叉连接成重复网 状结构，这种结构质地坚韧、机械强度大，金 葡菌肽聚糖层由40层左右网状分子组成，厚约 20～80nm。
D-Ala
DAP D-Glu L-Ala
GM
M M M MM M G G G GG G M M M MM M G G G GG G M M M MM M G G G GG G M M M MM M G G G GG G M M M MM M
G - 细菌肽聚糖结构（局部）
E.coli(左）与C.poinsettiae(右）肽聚糖中的肽桥
CHS2OtHructure oCHf 2pOHeptidoglycan
O
O OH
On
N-acetyl CgHlu3-cCoHs- aCm=0ine
NH
HC-C-CH3 C=0
NH
L-Ala L-alanine
N-acetylmuramic
acid
MG
b-(1,4)
linkages
COOH-C-H D-glutamic aciDd-Glu
单球菌（显微镜下示意图）
双球菌(double coccus)
...............................
双球菌（显微镜下示意图）
四联球菌 (Micrococcus lactis)
上：显微镜效果 下：电镜照片
八叠球菌(Sarcina ureae)
八叠球菌
八叠球菌（显微镜下示意图）
微生物学
G+阳性细菌细胞壁(厚壁菌门)
G+细菌细胞壁厚度大（20～80nm）、化学组分简单，细胞 壁的化学组成以肽聚糖为主，占壁物质总量的40－90％；另 外结合有其它多糖及一类特殊多聚物—磷壁酸（一般10%）。
A、肽聚糖（粘肽、胞壁质、粘质复合物）
☆ 肽聚糖是真细菌细胞壁的特有成分。 结构：（以G+细菌金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus为例） 肽聚糖是聚合物，由肽和聚糖两部分组成肽聚糖网 格状分子，交织成一个致密的网套覆盖在整个细胞 上。 肽：包括四肽尾和肽桥； 聚糖：由NAG（N - 乙酰葡萄糖胺）和NAM（N 乙酰胞壁酸）两种单糖相互间隔连接成的长链。 每一个肽聚糖单体由3个部分组成。
甘露糖、R阿可比有可3种糖：(A月bq桂)等酸基 棕榈酸基 豆蔻酰微生豆物蔻学酸基
脂多糖功能
是革兰氏阴性细菌致病物质 —— 内毒素的物质基础 与磷酸相似，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作用； 由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细胞表面抗 原决定簇的多样性(沙门氏菌属表面抗原类型2107个 )； 是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。 具有近控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能。
螺旋菌（Spirlla)
弧菌 (vibrio) 螺菌（spirllum） 螺旋体(spirochaeta)
显微镜下的螺旋菌
左：显微数码摄像
幽门螺旋菌 右：结构示意图
其他形状的细菌
细菌的其他形状
柄细菌
柄细菌(Caulobacter bacterroides)
变形菌
观察细菌的方法
观察工具 观察方法
• LPS要维持其Βιβλιοθήκη Baidu构的稳定性需要足量的 Ca2+存在，如果用螯合剂去除Ca2+， LPS就会解体，内壁层——肽聚糖层暴 露，可被溶菌酶水解，产生细胞壁缺陷 细菌。
外壁层中的蛋白质
20余种蛋白，主要有：
孔蛋白（基质蛋白）：其上有充水孔道，横跨 外壁层，使外壁层具有分子筛的作用、可控制某 些物质（分子量小于800～900的亲水性营养物质） 进入外膜，有特异性与非特异性两种。
原核微生物形态、构造和功能
细菌（bacteria） 放线菌(actinomycetes）) 蓝细菌(cyanobacteria) 其他几种原核微生物(others)
微生物学
细菌（Bacteria）
细菌的形态构造及其功能
细菌的形态 观察细菌的方法 细菌细胞的大小 细菌的细胞构造 细菌的繁殖方式
一般无（<2） 0
含量较高（-20） 含量较高
微生物学
B、外壁层（外膜）
• 是G-细菌细胞壁所特有的结构，位于细胞壁的 最外层。如大肠杆菌中肽聚糖层的外部，表面 不规则。
• 主要成份为脂多糖、磷脂和若干种外膜蛋白。 某些细菌的抗原性致病性以及对噬菌体的敏感 性均与这些成份有关。
脂多糖（Lipolysaccharide)的组成
类脂A：2个CNH－2O乙RO酰1葡、糖6 胺CH及25个长链脂肪酸
LPS
PO4 核心多糖区
内外核核N|RH1心心区区R：O533个O个个己R2L－糖－N|R酮（甘H2 P－H油Oe3－x4－）甘脱，露氧包庚辛括糖糖葡酸糖胺、
半乳糖、葡萄糖
O—特O异－侧特链异侧核链心：多多糖个4HexR单1、位R，2一内般含为半3乳—糖羟、基鼠豆李蔻糖酸
革兰氏染色法 抗酸性染色法
芽孢染色法 姬姆萨染色法
细菌染色法
负染色：荚膜染色法等
活菌: 用美蓝或TTC（氯化三苯基四唑）等 作活菌染色
微生物学
革蓝氏染色
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
紫色（G＋） 复染 沙黄
红色（G-）
革兰氏染色步骤示意图
细菌细胞的大小
细菌电子显微镜照片
(CH2 )2
C=0 meso-diaminopimelic acid
NH
H-C- (CH2)-NH2 D-alanine L-Lys
peptide
革C=兰0 氏阴性菌细胞壁肽聚糖的一个boG重nd+细复胞单壁位
NH
CH3-C-H COOH
D-Ala
肽聚糖 单体结构
MG L-Ala D-Glu
DAP D-Ala
微生物学
观察工具（tools）
普通光学显微镜 暗视野显微镜 相差显微镜 荧光显微镜 电子显微镜
microorganisms can be observed using a microscope
用显微镜观察细菌的方法
活体观察 染色观察
压滴法 悬滴法 菌丝埋片法
微生物学
染色观察
简单染色法 正染色
鉴别染色法 死菌
G+(a)和G-(b)细菌肽聚糖网的比较
G＋` G－肽聚糖的组成不同
肽尾第三氨基酸不同
G＋ 赖氨酸 G－ 二氨基庚二酸
G，M都是ß－1，4－糖苷键连接
肽桥
G＋：不同形式 G－：肽键
微生物学
G＋` G－细胞壁成分的区别
成分
肽聚糖 磷壁酸 类脂质 蛋白质
占细胞壁干重的%
G＋
G－
含量很高（30-95） 含量很低（5-20） 含量较高（<50） 0
酯键连接于NAM的第六位碳原子上，可能占细胞壁干重的10%～50 ％，含量多少与培养基的成分有关。
膜磷壁酸（脂磷壁酸）：跨越肽聚糖层并与细胞膜相交连，
含量与培养基关系不大。
磷壁酸(teichoic acids)结构
磷壁酸的功能
因带负电荷，故可与环境中的Mg2＋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。 保证革兰氏阳性致病菌与其宿主间的粘连 赋于革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原 提供某些噬菌体以特异的吸附受体 贮藏磷原素
革兰氏阴性细菌（薄壁菌门）
G－细菌CW的组成和结构比G+细菌更为复杂，层次较多， 但比G+菌细胞壁薄，肽聚糖层很薄（2～3nm），故机械强 度较G+细菌弱。
A、内壁层
紧贴细胞膜厚约2 ~ 3nm由肽聚糖组成，肽聚糖的含量占细胞壁的 10%弱，一般由1～2层肽聚糖网状分子组成。肽聚糖多糖链结构 与G+细菌基本相同。 差别为（以Escherichia.coli为例）： a、四肽尾中的L－赖AA往往被二氨庚二酸（m-DAP）取代。 b、 没有特殊的肽桥，前后两 单体间的连接仅通过短肽尾上 D-Ala上的-COOH与m-DAP的 -NH2直接相连。交连程度只有 30%，形成较稀疏、机械强度 较差的肽聚糖网套。
外膜蛋白（外壁蛋白）：是一类特异性的运送蛋白 或载体，可把较大的分子如VB12、核糖降解物、 麦芽寡糖、铁色素等输送入细胞内。
脂蛋白：具有使外膜层与内壁肽聚糖层紧 密相连的功能。
周质空间（壁膜空间）
• 位于细胞壁与细胞膜之间的狭窄空间，G+、G细菌均具有。内含多种蛋白质，如蛋白酶、核 酸酶、运送某些物质进入细胞内的结合蛋白、 受体蛋白等。
葡萄球菌(Staphylococcus aureus)
左葡：萄电球镜菌照片 右：显微镜下的金黄色葡萄球菌
链球菌 链球菌（显微镜下示意图）
链球菌（电镜照片）
杆菌(bacillus) 显微镜下的杆菌
动物宿主细胞感染杆菌濒临死亡 杆菌 电子显微镜下的结核菌
（绿色的就是结核杆菌） 电镜照片
链杆菌
G+细菌的肽聚糖单体
多个双糖单位相连形成肽聚糖的多糖 链，……NAM －NAG－NAM－NAG……，其长度因菌种而异（金
黄色葡萄球菌9个、地衣芽孢杆菌79个）。
肽聚糖（Peptidoglycan)结构中短肽的连接形式
肽聚糖分子中的4种主要肽桥类型
类 甲肽尾上 型 连接点
Ⅰ 第4氨基酸 Ⅱ 第4氨基酸 Ⅲ 第4氨基酸 Ⅳ 第4氨基酸
显链微链镜下杆的菌 链杆菌
细菌的其他形态
柄细菌
柄细菌的特征形态电镜照片
a.双鞘不粘杆菌(Asticcacatzlis biprosthecum) b.游离臂微菌(Ancalomicrobium adetum)
c. 普氏绿臂菌(Ancalochloris perfilievii) d.柄杆菌(Caulobacter sp.)