细菌真细菌 蓝细菌放线菌原核微生物古细菌第一章 原核生物的形 态、构造及其功能第一节 细 菌一、细菌的形态和大 小1、细菌的形态：球状杆状螺旋状 2、细菌的大小:细菌的大小用微米(m)表示,1m=103mm。球菌: 直径为0.5-1m;杆菌: 宽长为0.5-11-5m;螺旋菌: 宽长为0.3-1m1-50m; 最小的细菌：芬兰科学家最近发现了一种引 起 尿结石的纳米细菌(nanobacteria)其直径 只有50nm，比最大的病毒还小。 最大的细菌：德国科学家在纳米比亚海底沉 积 物中发现了一种硫细菌,其大小在0.1- 0.3mm,有些可达0.75mm。细菌细胞的构造：基本构造: 1、细胞壁；2、细胞膜；3、细胞质；4、核区特殊构造: 5、芽孢 6、荚膜；7、鞭毛； 8、菌毛与性丝二、细菌细胞的构造1.细胞壁 缺壁细菌 细胞壁的功能 细胞壁的化学成分和结构 革兰氏染色 如何确证细胞壁的存在缺壁细菌 原生质体、原生质球、L型细菌、支原体：原生质体：用青霉素等抗生素或者溶菌酶处理 G+菌而得到的去壁完整的球形体。原生质球：用青霉素等抗生素或溶菌酶处理G- 细菌而得到的去壁不完全的近球形体。L型细菌：某些细菌在特定环境条件下因基因 突变而产生的无壁类型。在一定条件下L型细菌能 发生回复突变而恢复为有壁的正常细菌。 支原体：自然界长期进化过程中形成。细菌细胞壁的功能: 1、固定细胞外形；2、为鞭毛运动提供支点； 3、保护细胞免受外力的损伤（G+菌可抵御15 25个大气压的渗透压，G-菌可抵御510个大气压的 渗透压）；4、为正常细胞的分裂所必需； 5、阻挡有害物质进入； 6、与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏 感性有关。 思考w原生质体和球状体有什么共同特点？w无细胞壁、细胞呈球状、对渗透压十分敏感 、即使长有鞭毛也不能运动、对噬菌体不敏感 等。细胞壁的构造和化学成分G细菌与G-细菌细胞壁结构如下图 : G菌：G-菌：G细菌与G-细菌细胞壁的化学组成: 肽聚糖 G+ 磷壁酸 多糖 壁磷壁酸 膜磷壁酸肽聚糖-内壁层 脂多糖 G- 脂蛋白类脂蛋白质 孔蛋白 外壁蛋白 外壁层 G与G-的共有成分肽聚糖的结构: 肽聚糖是由组成肽聚糖的单体聚合而成的大分子网状 化合物。 肽聚糖的单体结构如图： 1、N-乙酰葡萄糖胺(G)和N-乙酰胞壁酸(M)通过-1.4键连接的双 糖。 2、胞壁酸上的四肽(L - Ala - D - Glu - L - Lys - D - Ala) 3、两四肽间的肽间桥。 肽聚糖的单体由 三部分组成：聚肽糖的单体分子结构:聚肽糖的单体构成了大分子网状化合物: G+菌的肽聚糖的分子结构交联度高，肽聚糖层厚,如枯草杆菌网状分子有40层。而G-菌的交联度低,肽聚糖 层薄，如大肠杆菌仅由12层分子组成。 G+菌与G-菌肽聚糖单体的异同： 其区别为:1、四肽上的第三个氨基酸不同,G+菌为赖氨酸； G-菌为内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）。 2、肽间桥不同：G+菌为甘氨酸五肽；G-菌为肽键 。 G特有的磷壁酸的结构与功能: 磷壁酸是G+菌细胞壁中的特有成份。磷壁酸主要 有两种：一种是甘油磷壁酸；一种是核糖醇磷壁酸。甘油磷壁酸核糖醇磷壁酸磷壁酸的主要功能：1、因带负电荷，故可与环境中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；3、赋于革兰氏阳性菌以特异的表面抗原；4、提供某些噬菌体以特异的吸附受体。2、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）；脂多糖层由磷脂双分子层、脂蛋白与脂多糖组成。G-特有的脂多糖分子结构由三部分组成：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（KDO）内核心区 LPS 核心多糖区 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侧链: 多个4Hex单位, 内含半乳糖、鼠李糖、甘露糖、阿比可糖(Abq) 脂多糖中特殊的糖 脂多糖含有三种特殊的糖：wKDO(2-酮-3-脱氧辛糖酸)wHep(L-甘油-D-甘露庚糖)wAbq(阿比可糖) LPS结构如下图：类脂A是G-细菌的毒性中心脂多糖的功能: 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+和Ca2+等阳离子以提高 这些离子在胞表面浓度的作用； 3、由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细菌细胞 表面抗原决定簇的多样性，据统计（1983），国际上已报道 过的根据LPS的结构特性而鉴定过的Salmonella（沙门氏菌 属）的表面抗原类型多达2107个； 4、是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。脂多糖要维持其 结构的稳定性需要足量Ca2+的存在。如果用螯合剂去除 Ca2+，LPS就解体。这时，G-细菌的内壁层肽聚糖就暴 露出来，因而就可被溶菌酶所水解。革兰氏染色1.1884年，丹麦医生C.Gram创立，故名。此染 色法能将所有细菌分成两大类，G+和G- 2.其染色过程为：草酸铵结晶紫初染碘液媒染 95乙醇脱色沙黄复染 3.结果：有些菌被染成紫色，即为革兰氏阳性菌 ，简称G+菌；有些菌被染成红色，即为革兰氏阴性 菌，简称G-菌。 4.原理：细菌对革兰氏染色的不同反应，是由于 细菌细胞壁的结构和功能不同而引起的。通过初染 和媒染操作后，在细菌细胞的膜上染上了不溶于水 的结晶紫与碘的复合物。革兰氏阳性菌由于细胞壁 较厚、肽聚糖含量较高和其分子交联度较紧密，故在用乙醇洗脱时，肽聚糖网孔会因脱 水而明显收缩，再加上它基本不含类脂，故乙醇处 理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫与碘复合物 仍牢牢阻留在其细胞壁内，使其呈现紫色 。反之， 革兰氏阴性细菌因其壁薄、肽聚糖含量低和交联松 散，故遇乙醇后，肽聚糖的网孔不易收缩，加上它 的类脂含量高，所以当乙醇把类脂溶解后，在细胞 壁上就会出现较大的缝隙，这样，结晶紫与碘的复 合物就极易被溶出细胞壁，因此，通过乙醇脱色后 ，细胞又呈无色。这时，在经沙黄等红色染料进行 复染，就使革兰氏阴性细菌获得了一层新的颜色 红色，而革兰氏阳性细菌仍呈紫色。如何确证细胞壁的存在w细菌超薄切片的电镜直接观察；w质壁分离与适当的染色可在光学镜下看到细胞壁 ；w机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；w制备原生质体，观察细胞形态的变化。2. 细胞膜细胞膜是外侧紧贴细胞壁而内侧包围原生质的一 层柔软而富有弹性的半透性膜。 脂类类： 占2030%细胞膜的化学组成主要是 蛋白质：占6070%细胞膜的结构； 细菌的细胞膜由两层磷脂分子组成，磷脂疏水端两两 相对，亲水的头部向外，蛋白质嵌入磷脂双分子层中或分布在 磷脂双分子层的内外表面。 真细菌细胞膜的磷脂分子结构如下图：古细菌细胞膜的结构：古细菌细胞膜植烷基甘油醚的结构：古生菌甘油醚 醚键细菌细胞膜的功能： 1、控制内外物质的运送、交换； 2、维持细胞内正常渗透压的屏障； 3、合成细胞壁各种组分（LPS，肽聚糖，磷壁酸 ）和荚膜大分子的场所； 4、进行氧化磷酸化和光合磷酸化的产能基地； 5、许多酶和电子传递链的所在部位； 6、鞭毛着生点并为其运动提供能量。 壁膜间隙 G+ 、G-壁膜间隙：壁膜间隙的功能：含有水解酶，结合蛋白，化学受体 。 3. 细胞核细菌细胞核又称原核、拟核或细菌染色体。它位于 细胞质内，没有核膜、核仁。核没有固定的形态，细菌细胞 核的化学成分为双链DNA，没有组蛋白。 如：E.coli 细胞长约2um，DNA拉直后其长为11001400um。通过同位素放射显影技术和电子显微镜的超薄切片观 察，细菌的细胞核含有丝状物资，没有膜包围。丝状物质 由双链 DNA分子折叠缠绕而成。丝状物质拉直后，其长度 为细胞的若干倍。细胞核：细菌细胞核的功能：它是细菌生长、新陈代 谢、遗传变异的控制中心。 间 体 间体是细菌细胞膜内陷而成的一种层状、管状或 囊状物。一般位于细胞分裂部位或其邻近部位。常见于G+ 菌, 在有些G-细菌中不明显。间体主要功能：促进细胞间隔的形成并参与遗传 物质的复制。 间体参与DNA的复制：4. 细胞质及内含 物 包围在细胞膜内的物质称为细胞质，由于细胞核是细菌 细胞的重要结构成分，因此细胞质通常是指细胞膜包围的除 细胞核以外的物质。细胞质中有如下重要的内含物: 1、质粒；2、核糖体 ；3、储藏颗粒(碳素储藏颗粒、氮素储藏颗粒、磷素储藏 颗粒)。 质 粒 ： 质粒是独立存在于细菌染色体外或附加在染色 体上的遗传物质。它由一共价闭合环DNA分子组成。目前在细菌中发现的质粒有如下种类 ： 1、致育质粒（F因子） 2、抗性质粒（R因子） 3、降解质粒 4、细菌素质粒（col因子） 5、毒性质粒6、共生质粒7、代谢型质粒8、隐蔽质粒质粒具有如下特点： 1、可以自发或用人工诱变的方法消除； 2、能自我复制，稳定的遗传； 3、没有质粒的细菌不能自发的产生质粒,但可以通 过转化、转导或接合作用的转移获得质粒； 4、质粒可以携带供体细胞的DNA转移。质粒的功能：2、可作为基因转移的载体。1、质粒控制细菌的某一遗传性状； 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： 核糖体的功能： 它是细胞中合成蛋白质的场所。 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。 储藏颗粒 ：1、碳素储藏颗粒 a、淀粉粒，遇碘液变蓝色 b、肝糖粒，遇稀碘液变红褐色 c、聚羟基丁酸（原核生物特有的碳原储藏形 式）能被脂溶性染料苏丹黑着色。 细菌中有许多颗粒状储藏物，这些储藏颗粒主要是：2、氮素储藏颗粒藻青素（藻青蛋白）：蓝细菌中的内源性氮素储藏 颗粒。3、磷素储藏颗粒 异染粒：细菌细胞中的多聚偏磷酸盐的颗粒,遇蓝色 染料染成紫红色,故称为异染粒。 5. 糖被：细菌细胞外的一种胶状物糖被包括荚膜和粘液层。某些细菌在生长过程中向细胞外分泌一种粘液性物 质,当这种粘液很浓时,用特殊的染色方法染色后在显微镜下 可见其结构, 这种结构称为荚膜, 当粘液很稀时, 用荚膜染 色无法看到其构造, 故称为粘液层。巨大芽孢杆菌的荚膜如 右图所示： 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。 6. 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。鞭毛的亚显微构造由鞭毛丝、鞭毛钩和基体三部分 组成。大肠杆菌的鞭毛模式图:由上图可知：G-细菌鞭毛的基体由L、P、S、M四个环组成，L 环嵌在外壁层中,P环在内壁层中,S环位于壁膜间隙，M环嵌入在细胞膜中。 G+细菌鞭毛的基体只有两个环，S环位于壁膜间隙 ，M环嵌入在细胞膜中。鞭毛有五种类类型：鞭毛的功能：鞭 毛是细细菌的运动动器官 。 7.菌 毛：菌毛由一条丝状的蛋白质亚基绕成中空的螺 旋。 性菌毛起接合作用： 细菌表面的菌毛有两种： 1、普通菌毛：它细而多(250300根)，其功能是起附着作用； 2、性菌毛(Sexpilus, F-pilus)：它比普通菌毛粗、 比鞭毛细而短，每个性细胞只有 14 根。其功能是在不同 性别的细菌间传递遗传物质。 8. 芽 孢 某些细菌生长发育到一定时候,在细胞内形