微生物的细胞化学和结构.ppt

第一章 微生物的细胞化学和结构1 微生物的细胞化学组成n生物元素：组成细胞的化学元素 微生物物细胞含有80%左右的水分和20%左右的干物质，它主要是由C、H、O和N等元素组成，约占全部干物质的90%至97%，此外还含有各种无机矿物质，依次为：P K MgCa S Na及微量元素。微生物的细胞化学组成n研究方法细胞鲜重、干重和含水量的测定无机元素分析生物分子的分离（大分子和小分子）2 细胞结构研究方法n细胞破碎研磨法压榨法（French压榨机、X-压榨机）弹道法超声波法渗透冲击法（细胞器、酶）细胞结构研究方法n亚细胞结构的分离差速离心：将形状、大小不同的颗粒，在不同的离心力下分开。区带离心：介质是不同浓度的蔗糖溶液，在一次高速离心下就可以将颗粒大小不同的物质分成区带，颗粒大小相同的物质聚集成一区带。细胞结构研究方法平衡密度梯度离心：将浮力密度相同而大小不同的颗粒分开，在分离各种膜结构时，常用此法。3 表面附属物指细胞壁外面的亚细胞结构鞭毛、菌毛、性毛、荚膜、粘液层n鞭毛n运动性微生物细胞的表面，着生有一根或数根由细胞内伸出的细长、波曲、毛发状的丝状体结构即为鞭毛。它是细菌的“运动器官”。n鞭毛需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在光镜下看到。鞭毛的鞭毛的结构构由鞭毛由鞭毛丝鞭毛鞭毛钩基体三部分基体三部分组成：成：鞭毛丝：中空鞭毛丝：中空a螺旋状、丝状螺旋状、丝状结构，球蛋白亚基螺旋排列。结构，球蛋白亚基螺旋排列。鞭毛钩：鞭毛钩：又称钩形鞘，是连又称钩形鞘，是连接鞭毛丝和基体的一个弯曲接鞭毛丝和基体的一个弯曲筒状部分，蛋白质亚基组成。筒状部分，蛋白质亚基组成。G菌：L环、P环、S环、M环 G+菌：S环，M环基体：由若干个盘状物即基体：由若干个盘状物即环组成。环组成。鞭毛是细菌的鞭毛是细菌的 运动器官运动器官，但并非生命活动所，但并非生命活动所必需。它极易脱落，即使以一定方式除去鞭毛，必需。它极易脱落，即使以一定方式除去鞭毛，对细菌生存毫无影响。对细菌生存毫无影响。细细菌菌的的运运动动速速度度也也惊惊人人的的，它它们们的的运运动动速速度度可可以以是是其其自自身身长长度度的的1010倍倍或或数数十十倍倍/秒秒。而而且且鞭鞭毛的旋转为数十转毛的旋转为数十转/秒，秒，细菌的运动性，是分类鉴定的一种依据。细菌的运动性，是分类鉴定的一种依据。通通过过特特殊殊的的鞭鞭毛毛染染色色法法，在在光光学学显显微微镜镜下下也也能能看看到到。另另外外，通通过过半半固固体体琼琼脂脂穿穿刺刺或或半半固固体体琼琼脂脂平平皿皿扩扩散散以以及及暗暗视视野野映映光光法法、悬悬滴滴法法等等观观察察运动性，也可初步判断菌体有无鞭毛。运动性，也可初步判断菌体有无鞭毛。鞭毛的运动是由基体的旋转造成的，基体就象发动机一样。鞭毛的速度与方向发生改变导致细菌产生各种类型的运动。真核生物真核生物鞭毛与纤毛的构造基本相同，都由基体、鞭毛与纤毛的构造基本相同，都由基体、过渡区、鞭杆（过渡区、鞭杆（“9+29+2”型）三部分构成。型）三部分构成。菌毛（菌毛（Fimbriae Fimbriae）：是一种长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白：是一种长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。性毛（性毛（Pili Pili）：比菌毛长，功能是在不同性别的菌株间传递遗传物质。有些还是：比菌毛长，功能是在不同性别的菌株间传递遗传物质。有些还是RNA噬菌体的吸附受体。噬菌体的吸附受体。F pilus荚膜荚膜和粘液层和粘液层在形态上可分为两类：大荚膜（至少在形态上可分为两类：大荚膜（至少0.2微米厚）微米厚）、微荚膜（厚度小于、微荚膜（厚度小于0.2微米）、粘液层微米）、粘液层n荚膜的形成既受遗传特性所决定，又与环境条荚膜的形成既受遗传特性所决定，又与环境条件有密切关系。件有密切关系。n有荚膜的细菌形成粘液有荚膜的细菌形成粘液(M)M)或光滑或光滑(S)S)菌落，失菌落，失去荚膜后其菌落边为粗糙型（去荚膜后其菌落边为粗糙型（R R）型。）型。化学组成：水是主要成分，最常见的有机成分是化学组成：水是主要成分，最常见的有机成分是多糖。多糖。多糖又分为同多糖、杂多糖。多糖又分为同多糖、杂多糖。功能：保护作用（免遭脱水而死亡；免遭寄主吞功能：保护作用（免遭脱水而死亡；免遭寄主吞噬细胞的消化）。噬细胞的消化）。特殊结构特殊结构4 细胞壁细胞壁(Cell wall)具有固定外形，保护细胞免受各种外界因子具有固定外形，保护细胞免受各种外界因子（渗透压、病原微生物等）损伤的功能。（渗透压、病原微生物等）损伤的功能。通通常又两类物质组成：细胞壁的坚实骨架、胞常又两类物质组成：细胞壁的坚实骨架、胞壁间质。壁间质。4.1 真真细细菌细胞壁的主要成分是菌细胞壁的主要成分是肽聚糖。其肽聚糖。其在细胞壁中排列成在细胞壁中排列成4种类型：型、种类型：型、型、型、型、型、型。型。n肽聚糖由N-乙酰葡萄糖胺(NAG,G)和N-乙酰胞壁酸(NAM,M)形成骨架，每个NAM上连接一个四肽 G+：L-丙氨酸、D-谷氨酸、L-赖氨酸、D-丙氨酸，G-：L-丙氨酸、D-谷丙氨酸、内消旋二氨基庚二酸、D-丙氨酸)与NAM的乳酰基结合，再由甘氨酸五肽从横向把两个相邻的四肽中的L-赖氨酸和D-丙氨酸连在一起，从而形成一坚硬而有弹性的三维空间结构。nG+细菌的细胞壁：除肽聚糖外还有磷壁酸（50%）、壁醛酸。n磷壁酸又分为三种：甘油磷壁酸、核醇磷壁酸、脂磷壁酸。G-细菌的细胞壁：脂多糖（组成：O-抗原寡糖、核心寡糖、脂A）、脂蛋白、磷脂（磷脂酰乙醇胺81%、磷脂酰甘油17%、二磷脂酰甘油2%）、肽聚糖（5%-10%）。(3)G+细菌与细菌与G-细菌细胞壁的比较细菌细胞壁的比较4.2 古细菌细胞壁n假肽聚糖或酸性杂多糖n蛋白和糖蛋白4.3 真菌的细胞壁 真菌细胞壁的主要成分是多糖，另有少量的蛋白质和脂类。在低等真菌中，以纤维素为主，酵母菌以葡聚糖（另含甘露聚糖或几丁质）为主，而高等陆生真菌则以几丁质（另含葡聚糖）为主。5 原生质膜n也称细胞质膜，约占细胞干重的10%，双层磷脂分子组成（流体镶嵌模式）。n功能：（1）作为细胞内外物质交换的屏障和介质，有选择性；（2）能量交换的场所，与呼吸、光合作用有关的酶类、电子传递链位于膜上；（3）传递信息；（4）参与细胞壁的合成。化学组成n用平衡密度梯度离心法，自破碎的原生质体悬液中分离出原生质膜碎片，经洗涤纯化后研究化学组成。n主要物质是脂类和蛋白质。n脂类：真细菌（磷脂-常见磷脂酰乙醇胺、糖脂、鞘脂及其他微量非极性脂类）、古细菌（极性脂类、非极性脂类或中性脂类）、真核微生物（甘油磷脂和甾醇）。n蛋白质（50%-65%）：分为运输蛋白和酶蛋白。n研究的比较深入的是H+-ATP酶（由BF0和BF1组成）和嗜盐菌紫膜中的细菌视紫红蛋白。n前者兼有ATP水解和ATP合成的双重作用，后者是光驱动的质子泵与H+-ATP酶配合，进行光合磷酸化作用。6 基因组n生物贮存遗传信息的场所。非细胞形态的噬菌体和病毒的遗传信息贮存在DNA或RNA中，细胞微生物的遗传信息贮存在DNA中。n微生物细胞中DNA含量约占细胞干重的2%-3%。生长快的细胞中含量也多。n分析DNA含量的方法：二苯胺方法。nDNA位置确定：孚尔根染色法（近年-荧光染色法）。n用1mol/LHCl在600C下处理细胞7-8min将RNA水解后，Shiff氏试剂处理DNA形成自由醛基而被复红染成深紫色。n基因组除染色体含有外还存在于质粒上。n主要的细菌质粒的基本特性：性质粒（F质粒）、抗药质粒（R质粒）、肠杆菌素质粒（Col质粒）。转座子和插入序列是质粒或染色体上的一小片段可以移位的核苷酸序列-可移位的遗传因子。n组成真核生物染色体的基本单位是核小体（DNA和组蛋白组成）。n真核生物染色体DNA中，插入序列普遍存在。7 核蛋白体n又称核糖体。由65%RNA和蛋白质组成，每个细胞可有104个，是蛋白质合成的场所。原核细胞与真核细胞比较 原核细胞 真核细胞核糖体 70S 80S亚 基 50S 30S 60S 40S蛋白质 30-35 20 30-50 45-75 RNA 23S 5S 16S 28S 5.8S 5S 18S8 细胞内膜系统n原核生物的内膜系统：n间体：是由细胞膜内陷折叠性成的袋状结构。其功能与横隔壁和壁的形成、DNA的复制、细胞分裂、氧化磷酸化、细胞内物质和能量的传递、芽胞的形成等有关。n 光合膜：光合细菌和蓝细菌中进行光合作用的膜结构。n其他内膜系统。n真核生物的细胞内膜系统真核生物的细胞内膜系统（除细胞核外）（除细胞核外）：8.1 8.1 内质网内质网：指细胞质中一个与细胞基质相隔离、但彼此相通的囊腔和细管系统，由脂质双分子层围成。uu内质网外与细胞膜相连，内质网内与细胞核的核膜相通，大大增加了细胞的膜面积。uu内质网可根据膜上有无附着核糖体颗粒，分为：糙面内质网（rough ER）和光面内质网（smooth ER）。uuRER具有合成和运送蛋白的作用；SER与脂类代谢及钙代谢有关。8.2 高尔基体（高尔基体（Golgi body）是一种内膜结构，由是一种内膜结构，由是一种内膜结构，由是一种内膜结构，由许多小盘状的扁平双许多小盘状的扁平双许多小盘状的扁平双许多小盘状的扁平双层膜和小泡组成，与层膜和小泡组成，与层膜和小泡组成，与层膜和小泡组成，与细胞的分泌活动和溶细胞的分泌活动和溶细胞的分泌活动和溶细胞的分泌活动和溶酶体的形成等有关酶体的形成等有关酶体的形成等有关酶体的形成等有关是是是是合成、分泌糖蛋白和合成、分泌糖蛋白和合成、分泌糖蛋白和合成、分泌糖蛋白和脂蛋白以及进行酶切脂蛋白以及进行酶切脂蛋白以及进行酶切脂蛋白以及进行酶切加工的重要场所。加工的重要场所。加工的重要场所。加工的重要场所。高尔基体高尔基体高尔基体高尔基体8.3 线粒体线粒体（mitochondria）线粒体一般呈线状、杆状或颗粒状。线粒体一般呈线状、杆状或颗粒状。线粒体一般呈线状、杆状或颗粒状。线粒体一般呈线状、杆状或颗粒状。内膜向线粒体基质褶入形成嵴，嵴能显著扩内膜向线粒体基质褶入形成嵴，嵴能显著扩内膜向线粒体基质褶入形成嵴，嵴能显著扩内膜向线粒体基质褶入形成嵴，嵴能显著扩大内膜表面积。大内膜表面积。大内膜表面积。大内膜表面积。线粒体由内外两层膜封闭，包括外膜、内膜、线粒体由内外两层膜封闭，包括外膜、内膜、线粒体由内外两层膜封闭，包括外膜、内膜、线粒体由内外两层膜封闭，包括外膜、内膜、膜间隙和基质四个功能区。膜间隙和基质四个功能区。膜间隙和基质四个功能区。膜间隙和基质四个功能区。线粒体是细胞进行呼吸作用的重要场所，含线粒体是细胞进行呼吸作用的重要场所，含线粒体是细胞进行呼吸作用的重要场所，含线粒体是细胞进行呼吸作用的重要场所，含有细胞呼吸作用所需要的各种酶，常被称为有细胞呼吸作用所需要的各种酶，常被称为有细胞呼吸作用所需要的各种酶，常被称为有细胞呼吸作用所需要的各种酶，常被称为细胞的动力车间。细胞的动力车间。细胞的动力车间。细胞的动力车间。含有自身的遗传物质和含有自身的遗传物质和7070S S核糖体。核糖体。8.4 叶绿体叶绿体（chloroplast）叶绿体外形多为扁平的圆形或椭圆形，略呈叶绿体外形多为扁平的圆形或椭圆形，略呈叶绿体外形多为扁平的圆形或椭圆形，略呈叶绿体外形多为扁平的圆形或椭圆形，略呈凸透镜状。凸透镜状。凸透镜状。凸透镜状。叶绿体的构造一般由叶绿体的构造一般由叶绿体的构造一般由叶绿体的构造一般由3 3 3 3部分组成，包括叶绿体部分组成，包括叶绿体部分组成，包括叶绿体部分组成，包括叶绿体膜、类囊体和基质。膜、类囊体和基质。膜、类囊体和基质。膜、类囊体和基质。类囊体层层相叠形成基类囊体层层相叠形成基类囊体层层相叠形成基类囊体层层相叠形成基粒，类囊体膜上分布大量光合色素和电子传粒，类囊体膜上分布大量光合色素和电子传粒，类囊体膜上分布大量光合色素和电子传粒，类囊体膜上分布大量光合色素和电子传递载体。递载体。递载体。递载体。存在于绿色植物（包括藻类）的细胞中，具存在于绿色植物（包括藻类）的细胞中，具存在于绿色植物（包括藻类）的细胞中，具存在于绿色植物（包括藻类）的细胞中，具有进行光合作用的功能。有进行光合作用的功能。有进行光合作用的功能。有进行光合作用的功能。含有自身的遗传物质和含有自身的遗传物质和7070S S核糖体。核糖体。8.5 8.5 溶酶体（溶酶体（lysosome）是一种由单层膜包裹、是一种由单层膜包裹、内含多种酸性水解酶内含多种酸性水解酶的小球形、囊泡状细的小球形、囊泡状细胞器。胞器。主要功能是细胞内的主要功能是细胞内的消化作用。特殊情况消化作用。特殊情况下可导致细胞自溶下可导致细胞自溶（autolysis）。）。8.6 微体微体（microbody）是一种单层膜包裹的、与溶酶体相似的小球是一种单层膜包裹的、与溶酶体相似的小球形细胞器，但其所含的酶与溶酶体所含的不形细胞器，但其所含的酶与溶酶体所含的不同。同。过氧化物酶体（过氧化物酶体（peroxisomeperoxisome）：）：内含氧化酶，内含氧化酶，可使细胞免受过氧化氢的毒害。可使细胞免受过氧化氢的毒害。乙醛酸循环体（乙醛酸循环体（glyoxisomeglyoxisome）：）：存在于植物存在于植物细胞中，可使细胞中的脂类转化为糖类。细胞中，可使细胞中的脂类转化为糖类。8.8.7 7 液泡液泡（vacuole）uu真核细胞中或大或小，含有液真核细胞中或大或小，含有液真核细胞中或大或小，含有液真核细胞中或大或小，含有液体的泡，就是液泡。液泡中的体的泡，就是液泡。液泡中的体的泡，就是液泡。液泡中的体的泡，就是液泡。液泡中的液体的主要成分是水，水中溶液体的主要成分是水，水中溶液体的主要成分是水，水中溶液体的主要成分是水，水中溶有无机盐、有机酸、糖类、脂有无机盐、有机酸、糖类、脂有无机盐、有机酸、糖类、脂有无机盐、有机酸、糖类、脂类、氨基酸等。类、氨基酸等。类、氨基酸等。类、氨基酸等。uu液泡膜具有选择透性，能调节液泡膜具有选择透性，能调节液泡膜具有选择透性，能调节液泡膜具有选择透性，能调节控制物质进入细胞的方向。控制物质进入细胞的方向。控制物质进入细胞的方向。控制物质进入细胞的方向。uu液泡具有维持细胞渗透压、贮液泡具有维持细胞渗透压、贮液泡具有维持细胞渗透压、贮液泡具有维持细胞渗透压、贮存营养物等功能，而且还有溶存营养物等功能，而且还有溶存营养物等功能，而且还有溶存营养物等功能，而且还有溶酶体的功能。酶体的功能。酶体的功能。酶体的功能。9 特殊内含体及贮存物质颗粒n空气泡囊n磁性颗粒n细菌的内生孢子n贮存物质颗粒（多聚葡萄糖颗粒、多聚-羟基丁酸颗粒-PHB、异染颗粒、脂滴、硫颗粒、蓝藻素颗粒）10 可溶性细胞物质n将细胞破碎液经高速离心，除去所有颗粒物质后得上清液，既得可溶部分或称细胞溶胶。n包括可溶性大分子化合物（蛋白质、tRNA）、各种水溶性色素、抗生素、毒素等次生代谢物质及许多中间代谢物质。