第二章 细菌学概论,微生物家族成员,微 生 物,病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）,古生菌（Archaea）真细菌（Eubacteria）,真菌（酵母、霉菌等）、单细胞藻类、原生动物等,非细胞型,细胞型,原核微生物,真核微生物（Eukarya）,细菌、放线菌、蓝细菌、衣原体、支原体、螺旋体、立克次氏体等,1）核、核膜、染色体 原核生物细胞无核膜，有一个明显的核区，核区集中了主要遗传物质(拟核或原核)，由一条与类组蛋白相联系的双链DNA构成的染色体组成。真核生物细胞则是由一条或一条以上的双链DNA与组蛋白等结合成的染色体，并由核膜包围。,1、原核细胞和真核细胞的区别,原核细胞和真核细胞结构的区别,原核细胞没有独立的内膜系统，与代谢有关的酶如呼吸酶合成酶等位于细胞膜上，因此它的能量代谢在质膜上进行。真核细胞不仅有独立的内膜系统，还有细胞骨架，呼吸酶在线粒体中，有专用的细胞器来完成各项生理功能，如线粒体、叶绿体。,2）代谢场所,原核细胞的核糖体大小为70S，常以游离状态或多聚体状态分布于细胞质中。真核细胞的核糖体大小为80S，可以游离状态存在于细胞或结合于内质网上。线粒体和叶绿体内有各自在结构上特殊的核糖体。,3）核糖体的大小和分布,Prokaryotic Cell (Bacillus megaterium),原核细胞,真核细胞,原核微生物细胞无细胞核，只有原核或拟核；真核微生物细胞的主要特征是有细胞核和细胞器及复杂的内膜系统；病毒属于非细胞类生物。,2、原核微生物和真核微生物,病毒是原核生物还是真核生物？为什么？原核细胞没有线粒体，在原核细胞中什么结构在完成线粒体的功能？,第一节 细菌的形态、结构与分类,细菌是一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。,一、细菌细胞的形态与排列状态,1、细菌的基本形态,菌体呈球形或近似球形,以典型的二分裂殖方式繁殖,分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式。根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间排列状态不同,可将球菌分为以下几种: 单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。,1）球菌(coccus)及其排列状态,单球菌,细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散而单独存在. 如尿素微球菌(Micrococcus ureae),双球菌,细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列.如肺炎双球菌 (Diplococcus pneumoniae),链球菌,细胞沿一个平面进行分裂，新个体不但可保持成对的样子，并可连成链状. 如： 乳链球菌 （Streptococcus lactis） 无乳链球菌（Streptococcus agalactiae) 溶血链球菌 （ Streptococcus hemolyticus),四联球菌,细胞分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂后每四个细胞特征性地连在一起，呈田字形.如四联微球菌（Micrococcus tetragenus）,八叠球菌,细胞按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌特征性地连在一起成立方体形.如藤黄八叠球菌（Sarcina ureae),葡萄球菌,细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体，犹如一串葡萄。如：金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus),2）杆菌(bacillus)及其排列状态,杆菌是细菌中种类最多的类型,因菌种不同,菌体细胞的长短、粗细等都有所差异。 杆菌的形态：短杆状、长杆状、棒杆状、梭状杆状、月亮状、竹节状等；按杆菌细胞繁殖后的排列方式则有链状、栅状、“八”字状等。,短杆菌,长杆菌,梭状芽孢杆菌,杆菌端部特征,Bacillus megabacterium,Legionella pneumophila (causes Legionnaires Disease),(causes anthrax), Bacillus anthracis,Rod-Shaped Bacterium, hemorrhagic E. coli, strain 0157:H7,炭疽病的病原菌-炭疽杆菌,3）螺旋菌(spirilla),螺旋状的细菌称为螺旋菌。根据其弯曲情况分为： 弧菌（vibrio)：螺旋不满一圈，菌体呈弧形或逗号形 例：霍乱弧菌、逗号弧菌,Vibrio cholerae,螺旋菌(spirillum)：螺旋满26环，螺旋状 例：干酪螺菌,螺旋体(spirochaeta)：旋转周数在6环以上，菌体柔软。 例：梅毒密螺旋体,梅毒密螺旋体,将下列细菌的形态学名词与相应的描述相匹配,球菌 杆状 杆菌 葡萄串状 螺旋菌 圆球状 弧菌 螺丝锥形 葡萄球菌 四个细胞形成的立方体 四联菌 弯曲杆状,二、细菌的大小,(1)长度单位：微米(m) (2)表示：球菌：直径 杆菌： 宽长 螺菌： 宽、长、螺距,通常球菌直径：0.2 1.5 m，杆菌:长1 5m, 宽0.5 1m。 例如：E.coli：平均长度：2 m ； 宽度0.5m1500个大肠杆菌头尾相接等于3mm;109个大肠杆菌重1mg.,细菌大小举例,三、细菌细胞的结构,(一)细胞壁 (二)细胞膜 (三)细胞质及其内含物 (四)原核和质粒 (五)鞭毛和菌毛 (六)芽孢 (七)细胞外层,1、概 念 2、功 能 3、革兰氏染色 4、化学组成与超微结构,（一）细胞壁（cell wall）,1、细胞壁的概念是细胞质膜外面具有一定硬度 和韧性的一层壁套，使细胞保持一 定形状，保障其在不同渗透压条件 下生长，即使在不良环境中也能防 止胞溶作用。,细菌细胞壁主要由肽聚糖构成,还有磷壁酸、脂多糖等；肽聚糖是N-乙酰氨基葡萄糖(NAG)和带有交替排列的D-型或L-型氨基酸侧链的N-乙酰胞壁酸(NAM)的多聚体。,2、细菌细胞壁的生理功能,保护原生质体免受渗透压引起破裂的作用； 维持细菌的细胞形态(可用溶菌酶处理不同形态的细菌细胞壁后，菌体均呈现圆形得到证明)； 细胞壁是多孔结构的分子筛，阻挡某些分子进入和保留蛋白质在间质(革兰氏阴性菌细胞壁和细胞质之间的区域)； 细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。,细菌染色法,3、根据细胞壁鉴别细菌-革兰氏染色1884年丹麦医生Christian Gram发明；细菌常被分成两类：G+和G-。染色反应的差别是由于两类细菌的细胞壁结构的差异引起。,1）G+细菌细胞壁组成,特点: (1)厚度大(2080nm); (2)化学组分简单: 一般只含肽聚糖 (peptidoglycan) 90%和磷壁酸(teichoic acid) 10% 。,又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物(mucocomplex)，是真细菌细胞壁中的特有成分，结合在G+细胞壁上的一种酸性多糖。,A、肽聚糖 (peptidoglycan),肽聚糖,肽聚糖,四肽尾 肽桥,N-乙酰葡糖胺 N-乙酰胞壁酸,厚约2080nm，由40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上,G+ Cell Wall,肽聚糖结构,肽聚糖单体组成,双糖单位,四肽尾,肽桥,原核生物所特有的已糖,革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要化学组成为甘油磷酸或核糖醇磷酸。,磷壁酸,壁磷壁酸：膜磷壁酸（脂磷壁酸）：,跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的称。,与肽聚糖分子进行共价结合的称。,B、磷壁酸,G+ Cell Wall,磷壁酸的主要生理功能：,1、通过分子上大量的负电荷浓缩细胞周围的Mg2+，提高细胞膜上需Mg2+的合成酶的活性；,2、贮藏磷元素；,6、增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用；,5、革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；,4、噬菌体的特异性吸附受体；,3、能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，防止细胞因自溶而死亡。,可作为细菌分类、鉴定的依据,G+ Cell Wall,2） G-细菌细胞壁组成,埋藏在外膜层之内，是仅由12层肽聚糖网状分子组成的薄层(23nm)，含量约占细胞壁总重的10%，故对机械强度的抵抗力较G+细菌弱。,A 肽聚糖,G-细菌肽聚糖单体结构与G+细菌基本相同， 差别仅在于： 四肽尾的第三个氨基酸分子是内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)。（只在原核微生物细胞壁上发现） 没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套。,G- Cell Wall,是G-细菌细胞壁所特有的结构，位于G-细菌细胞壁外层，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜，有时也称为外壁。,B、外膜 (outer membrane),外膜,肽聚糖,脂多糖,脂蛋白,磷脂,G- Cell Wall,孔蛋白, 脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）,位于G-细胞壁最外层的一层较厚（810nm）的类脂多糖类物质。,类脂A,核心多糖(core polysaccharide),O-特异侧链或称O-多糖或O-抗原（O-specific side chain）,脂多糖,G- Cell Wall,脂多糖的结构与主要功能,LPS O-特异侧链结构的多变，决定了G-细菌细胞表面抗原决定簇的多样性；,如：沙门氏菌属(Salmonella)的抗原型多达2107种。这种多变性是革兰氏阴性细菌躲避宿主免疫系统攻击，保持感染成功的重要手段。,G- Cell Wall,LPS 核心多糖负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用。,G- Cell Wall,LPS 类脂A 是G-细菌致病物质内毒素的物质基础,G- Cell Wall,具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能；,许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；,G- Cell Wall,孔蛋白,脂多糖, 外膜蛋白(outer membrane protein),嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。有20余种，但多数功能尚不清楚。,G- Cell Wall,脂蛋白,孔蛋白,又称壁膜间隙。G+和G-细菌中均有，一般指其细胞壁与细胞膜之间的狭窄空间（宽约1215nm），呈胶状。,C、周质空间(periplasmic space, periplasm),G- Cell Wall,周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反 应场所,在周质空间中，存在着多种周质蛋白 （periplasmic proteins）,G- Cell Wall,革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌细胞壁的构造,G+和 G- 细胞壁结构比较（立体模型）,G+和 G- 细胞壁结构比较 (平面模型),G+与G-菌的细胞壁的特征比较,革兰氏阳性和阴性细菌的比较,G,G,G+与G- 细菌比较,思考题 :,* 当选择某一产品（如蛋白质）的生产菌时，从细胞壁角度考虑，应选择那一种细菌为好？,步骤：,结果:阳性菌紫色 阴性菌红色,革兰氏染色法（Gram Stain）,G-菌的细胞壁中含有较多易被乙醇溶解的类脂质，而且肽聚糖层较薄、交联度低，故用乙醇脱色时溶解了类脂质，增加了细胞壁的通透性，使初染的结晶紫和碘的复合物易于渗出，结果细菌就被脱色，再经复红复染后就成红色。,G+菌细胞壁中肽聚糖层厚且交联度高，类脂质含量少，经脱色剂处理后反而使肽聚糖层的孔径缩小，通透性降低，因此细菌仍保留初染时的颜色。,革兰氏染色需用四种不同的溶液： 初染液（basic dye）； 媒染剂（mordant）； 脱色剂（decolorising agent） 复染液（counterstain）。,用于革兰氏染色的初染液一般是结晶紫(crystal violet）。 媒染剂的作用是增加染料和细胞之间的亲和性或附着力，即以某种方式帮助染料固定在细胞上，使不易脱落，碘（iodine）是常用的媒染剂。,