微生物学精品课课件_微生物细胞结构与功能.ppt

第第一一章章 微生物细胞的结构与功能微生物细胞的结构与功能 目的要求：目的要求：通过本章学习，要求掌握：通过本章学习，要求掌握：原核细胞的结构与功能；原核细胞的结构与功能；真核细胞的结构与功能；真核细胞的结构与功能；原核细胞与真核细胞的主要区别；原核细胞与真核细胞的主要区别；古生菌的根本结构特点。古生菌的根本结构特点。对细胞型微生物的多样性形成概念。对细胞型微生物的多样性形成概念。重点：重点：本章的重点讲授原核细胞的结构与功能。本章的重点讲授原核细胞的结构与功能。难点：难点：1、细菌细胞壁肽聚糖亚单位的组成。、细菌细胞壁肽聚糖亚单位的组成。2、细菌鞭毛与真核生物鞭毛亚显微结构的比较。、细菌鞭毛与真核生物鞭毛亚显微结构的比较。3、细菌芽孢的形成过程。、细菌芽孢的形成过程。微生物微生物-细胞型生物细胞型生物和和非细胞生物非细胞生物。凡有细胞形态的微生物称为凡有细胞形态的微生物称为细胞型微生物细胞型微生物。按其细胞结构又可分为按其细胞结构又可分为原核微生物原核微生物和和真核微生物真核微生物。原核微生物原核微生物是指细胞核为原核即核为原始形态的核，是指细胞核为原核即核为原始形态的核，没有核膜、核仁，由没有核膜、核仁，由DNA组成，不与组蛋白结合。组成，不与组蛋白结合。原核微生物包括真细菌和古生菌两大群。原核微生物包括真细菌和古生菌两大群。根本构造:1.细胞壁；2.细胞膜；3.细胞核；4.核糖体；5.颗粒状内含物；特殊构造:6.间体；7.质粒；8.荚膜；9.芽孢；10.鞭毛与菌毛 第一节第一节 原核细胞的构造原核细胞的构造细胞的结构细胞的结构特殊构造：局部细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造特殊构造：局部细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造一般构造：一般构造：一般细菌都有的构造一般细菌都有的构造第一节第一节 原核微生物细胞的结构原核微生物细胞的结构1、细胞壁重点：结构与功能、细胞壁重点：结构与功能 2、细胞质膜重点：结构与功能、细胞质膜重点：结构与功能3、细胞质和内含物、细胞质和内含物 1概念概念 2贮藏物贮藏物 3磁小体磁小体 4羧酶体羧酶体 5气泡气泡 6载色体载色体 7核糖体核糖体 8质粒质粒4、核区、核区nuclear region or area5、特殊的休眠构造、特殊的休眠构造芽孢芽孢重点：芽孢的根本特性和耐热机制，利用伴孢晶体作为生物杀虫剂重点：芽孢的根本特性和耐热机制，利用伴孢晶体作为生物杀虫剂1概念概念 2细菌芽孢的特点细菌芽孢的特点 3芽孢的形成与芽孢的萌发过程芽孢的形成与芽孢的萌发过程4芽孢的耐热机制芽孢的耐热机制 5芽孢杆菌芽孢杆菌Bacillus芽孢形成的生理调控芽孢形成的生理调控6伴孢晶体伴孢晶体 7细菌的其他休眠构造细菌的其他休眠构造6、糖被重点：根本特点及与生产、科研的关系、糖被重点：根本特点及与生产、科研的关系1)概念概念 2特点特点7、鞭毛根本结构及推动细菌运动的特点、鞭毛根本结构及推动细菌运动的特点1概念概念 2观察和判断细菌鞭毛的方法观察和判断细菌鞭毛的方法3鞭毛的结构及其运动机制鞭毛的结构及其运动机制 4鞭毛推动细菌运动的特点鞭毛推动细菌运动的特点8、菌毛、菌毛 9、性毛、性毛不同细菌细胞壁的化学组成和结构不同，通过革兰氏染色法可将所有的细菌分为革兰氏阳性G+和革兰氏阴性G-。一、细胞结构一)、细胞壁细菌细胞壁的功能细菌细胞壁的功能 ：1、固定细胞外形；、固定细胞外形；2、为鞭毛运动提供支点；、为鞭毛运动提供支点；3、保护细胞免受外力的损伤、保护细胞免受外力的损伤G+菌可抵御菌可抵御1525个大气压的渗透压，个大气压的渗透压，G-菌可抵御菌可抵御510个大气压个大气压的渗透压的渗透压 4、为正常细胞的分裂所必需；、为正常细胞的分裂所必需；5、阻挡有害物质进入；、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、与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性有关。有关。1).1).革兰氏阳性的细胞壁成分革兰氏阳性的细胞壁成分肽聚糖肽聚糖 G G+磷壁酸磷壁酸 A.肽聚糖的分子结构肽聚糖的分子结构a)双糖单位：双糖单位：N-乙酰葡糖胺、乙酰葡糖胺、N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸b)四肽尾四肽侧链：四肽尾四肽侧链：L-Ala、D-Glu、L-Lys、D-Alac)肽桥肽间桥：甘氨酸五肽肽桥肽间桥：甘氨酸五肽肽聚糖单体：肽聚糖单体：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。肽聚糖是由组成肽聚糖的单体聚合而成的大分子网状化合物。磷壁酸又名垣酸，是大多数磷壁酸又名垣酸，是大多数G+菌所特有的成分，约占菌所特有的成分，约占细胞壁成分的细胞壁成分的10%。B.磷壁酸磷壁酸磷壁酸磷壁酸壁磷壁酸壁磷壁酸膜磷壁酸膜磷壁酸磷壁酸主要有两种，一是核糖醇磷壁酸，一是甘油磷壁磷壁酸主要有两种，一是核糖醇磷壁酸，一是甘油磷壁酸酸,前者存在金黄色葡萄球菌和芽孢杆菌中，后者存在前者存在金黄色葡萄球菌和芽孢杆菌中，后者存在干酪乳杆菌中。干酪乳杆菌中。磷壁酸的主要功能：磷壁酸的主要功能：1 1、带带负负电电荷荷，可可与与环环境境中中Mg2等等阳阳离离子子结结合合，提提高高这这些些离离子子的的浓浓度度，以以保保证证细细胞胞膜膜上上一一些些合合成酶维持高活性的需要；成酶维持高活性的需要；3 3、赋予革兰氏阳性菌特异的外表抗原；、赋予革兰氏阳性菌特异的外表抗原；4 4、提供某些噬菌体特异的吸附受体。提供某些噬菌体特异的吸附受体。2 2、保证革兰氏阳性致病菌如、保证革兰氏阳性致病菌如A A族链球菌与其族链球菌与其宿主间的粘连主要为膜磷壁酸；宿主间的粘连主要为膜磷壁酸；5 5、调节细胞自溶素活力调节细胞自溶素活力,防止细胞因自溶而死亡。防止细胞因自溶而死亡。2).2).革兰氏阴性的细胞壁成分革兰氏阴性的细胞壁成分 G-细胞壁的组成和结构比细胞壁的组成和结构比G+更复杂。分为内壁层更复杂。分为内壁层和外壁层两局部。和外壁层两局部。肽聚糖肽聚糖 脂多糖脂多糖 脂蛋白脂蛋白 类脂类脂 蛋白质蛋白质 孔蛋白孔蛋白外壁蛋白外壁蛋白 外壁层外壁层 G-内壁层内壁层外壁层是外壁层是G细菌细胞壁所特有的结构，它位于壁的最细菌细胞壁所特有的结构，它位于壁的最外层，化学成分为脂多糖、磷脂和假设干种外蛋白。外层，化学成分为脂多糖、磷脂和假设干种外蛋白。G G+菌与菌与G G-菌肽聚糖单体的异同：菌肽聚糖单体的异同：其区别为其区别为:1 1、四四肽肽上上的的第第三三个个氨氨基基酸酸不不同同,G+,G+菌菌为为赖赖氨氨酸酸；G-G-菌菌为内消旋二氨基庚二酸为内消旋二氨基庚二酸DAP)DAP)。2 2、肽间桥不同：、肽间桥不同：G+G+菌为甘氨酸五肽；菌为甘氨酸五肽；G-G-菌为肽键。菌为肽键。脂多糖脂多糖LPS)LPS)分子结构由三局部组成：分子结构由三局部组成：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 核心多糖区 3个 L甘油D甘露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)LPS 类脂类脂A A是是G G-细菌的毒性中心细菌的毒性中心1 1、是革兰氏阴性细菌致病物质、是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质根底；内毒素的物质根底；2 2、与磷壁酸相似，也有吸附、与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+Mg2+和和Ca2+Ca2+等阳离子以提高这等阳离子以提高这些离子在细胞外表浓度的作用；些离子在细胞外表浓度的作用；3 3、由由于于LPSLPS结结构构的的变变化化，决决定定了了革革兰兰氏氏阴阴性性细细菌菌细细胞胞外外表表抗抗原决定簇的多样性；原决定簇的多样性；4 4、是许多噬菌体在细胞外表的吸附受体。、是许多噬菌体在细胞外表的吸附受体。5 5、具有控制某些物质进出细胞的局部选择性屏障功能、具有控制某些物质进出细胞的局部选择性屏障功能脂多糖的功能脂多糖的功能脂多糖要维持其结构的稳定性需要足量脂多糖要维持其结构的稳定性需要足量Ca2+的存在。如果用的存在。如果用螯合剂去除螯合剂去除Ca2+，LPS就解体。这时，就解体。这时，G-细菌的内壁层肽聚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。糖就暴露出来，因而就可被溶菌酶所水解。脂多糖脂多糖LPS含有三种特殊的糖含有三种特殊的糖 Hep(L-甘油甘油-D-甘露庚糖甘露庚糖)KDO 2酮酮3脱氧辛糖酸脱氧辛糖酸Abq(阿比可糖阿比可糖)LPS组成组成O侧链的糖类不同决定了不同细菌侧链的糖类不同决定了不同细菌的抗原特异性，可用血清学方法加以鉴定。的抗原特异性，可用血清学方法加以鉴定。在非致病的在非致病的G-细菌中脂多糖没有细菌中脂多糖没有O侧链。侧链。脂多糖脂多糖LPS的毒性局部在类脂的毒性局部在类脂A。注意几点：注意几点：不同细菌肽聚糖亚单位中短肽中的二氨基酸不一样。不同细菌肽聚糖亚单位中短肽中的二氨基酸不一样。不同细菌肽聚糖亚单位之间的交联方式不一样不同细菌肽聚糖亚单位之间的交联方式不一样不同的细菌，肽聚糖中双糖亚单位的数量不一，例金黄色葡萄球不同的细菌，肽聚糖中双糖亚单位的数量不一，例金黄色葡萄球菌只有菌只有9个双糖亚单位，而地衣芽孢杆菌多达个双糖亚单位，而地衣芽孢杆菌多达79个二糖单位。个二糖单位。不同种类的细菌肽聚糖的含量不一。不同种类的细菌肽聚糖的含量不一。G+菌多，菌多，G-菌少，交链度菌少，交链度也不一样，也不一样，G+高，高，G-低。低。肽聚糖能被溶菌酶水解，水解部位在糖苷键。肽聚糖能被溶菌酶水解，水解部位在糖苷键。G+菌对青霉素敏感，因青霉素可阻止肽聚糖亚单位之间交联肽链菌对青霉素敏感，因青霉素可阻止肽聚糖亚单位之间交联肽链的形成。的形成。肽聚糖存在于除古细菌以外的所有有壁原核生物的细胞壁中。肽聚糖存在于除古细菌以外的所有有壁原核生物的细胞壁中。简单染色法 正染色 革兰氏染色法 鉴别染色法 抗酸性染色法 芽孢染色法 死菌 姬姆萨染色法 负染色：荚膜染色法等细菌染色法 活菌：用美蓝或TTC氧化三苯基四氮唑 等作活菌染色 3).革兰氏染色革兰氏染色1.用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染。用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染。2.2.用碘液进行媒染，其作用是提高染料和细胞间的用碘液进行媒染，其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固。相互作用从而使二者结合得更牢固。3.3.用乙醇冲洗脱色。在经历脱色后仍将结晶紫保存用乙醇冲洗脱色。在经历脱色后仍将结晶紫保存在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而革兰氏阴性细菌在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色。的结晶紫被洗掉，细胞呈无色。4.4.用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对涂片用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对涂片进行复染。例如番红，使原来无色的革兰氏阴性细进行复染。例如番红，使原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫菌最后呈现红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色。色。革兰氏染色革兰氏染色C.Gram革兰于革兰于1884年创造的一种年创造的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。鉴别不同类型细菌的染色方法。革兰氏染色的原理：革兰氏染色的原理：G+菌的细胞壁肽聚糖含量高、网格结构紧密，含脂量菌的细胞壁肽聚糖含量高、网格结构紧密，含脂量低，用酒精脱色时，肽聚糖层收缩，网格孔径缩小，阻低，用酒精脱色时，肽聚糖层收缩，网格孔径缩小，阻止了结晶紫碘的复合物逸出，当复染时染不上蕃红的止了结晶紫碘的复合物逸出，当复染时染不上蕃红的红色，菌体仍为结晶紫的紫色，此为红色，菌体仍为结晶紫的紫色，此为G+反响。反响。G-菌的细胞壁肽聚糖层薄，含脂量高，用酒精脱色时菌的细胞壁肽聚糖层薄，含脂量高，用酒精脱色时由于细胞壁中的脂类物质溶于酒精，使细胞通透性增由于细胞壁中的脂类物质溶于酒精，使细胞通透性增加，使得初染时进入细胞中的结晶紫碘的复合物逸加，使得初染时进入细胞中的结晶紫碘的复合物逸出，当再用蕃红复染时菌体就染上蕃红的红色，此为出，当再用蕃红复染时菌体就染上蕃红的红色，此为G-反响。反响。4).G4).G细菌与细菌与G G-细菌细胞壁的化学组成细菌细胞壁的化学组成 肽聚糖肽聚糖 G G+磷壁酸磷壁酸 多糖多糖 壁磷壁酸壁磷壁酸膜磷壁酸膜磷壁酸 肽聚糖肽聚糖-内壁层内壁层 脂多糖脂多糖G-脂蛋白脂蛋白 类脂类脂 蛋白质蛋白质 孔蛋白孔蛋白外壁蛋白外壁蛋白 外壁层外壁层 G-细菌的细胞壁比细菌的细胞壁比G+菌要复杂得多，结构层次明显，菌要复杂得多，结构层次明显，分为内壁层和外壁层两层。分为内壁层和外壁层两层。肽聚糖的单体构成了大分子网状化合物肽聚糖的单体构成了大分子网状化合物:G G+菌的肽聚糖的分子结构交联度高，肽聚糖层厚菌的肽聚糖的分子结构交联度高，肽聚糖层厚,如如枯草杆菌网状分子有枯草杆菌网状分子有4040层。而层。而G G-菌的交联度低菌的交联度低,肽聚糖层肽聚糖层薄，如大肠杆菌仅由薄，如大肠杆菌仅由1 12 2层分子组成。层分子组成。G+菌与菌与G-菌菌细细胞壁的比胞壁的比较较特性特性G+细细菌菌G-细细菌菌 结结构构一一层层，厚度，厚度为为20-80nm肽肽聚糖网格聚糖网格结结构构紧紧密密二二层层，内，内层层2-3nm，外，外层层8nm,肽肽聚糖位于内聚糖位于内层层，网格状网格状结结构疏松。构疏松。化化学学组组成成肽肽聚糖聚糖磷壁酸磷壁酸多多 糖糖脂蛋白脂蛋白脂多糖脂多糖蛋白蛋白质质脂脂 类类对对青霉素青霉素对对溶菌溶菌酶酶层层数多，交数多，交联联度高，度高，占壁干重的占壁干重的40-90%+或或-+-+或或-敏感敏感敏感敏感层层数少，交数少，交联联度低，只占度低，只占5-10%-+不敏感不敏感 不敏感不敏感2.古生菌的细胞壁古生菌的细胞壁除热原菌属没有细胞壁以外，其余都具有与真除热原菌属没有细胞壁以外，其余都具有与真细菌功能相似的细胞壁细菌功能相似的细胞壁古生菌的细胞壁没有真正的肽聚糖，而含假肽古生菌的细胞壁没有真正的肽聚糖，而含假肽聚糖。假肽聚糖与真肽聚糖相比没有胞壁酸、聚糖。假肽聚糖与真肽聚糖相比没有胞壁酸、没有没有D型氨基酸、没有型氨基酸、没有DAP，而由，而由N-乙酰塔罗乙酰塔罗糖胺糖醛酸代替胞壁酸。糖胺糖醛酸代替胞壁酸。有些古细菌的细胞壁由杂多糖组成有些古细菌的细胞壁由杂多糖组成,还有些古还有些古细菌的细胞壁由蛋白质或糖蛋白组成。细菌的细胞壁由蛋白质或糖蛋白组成。古细菌细胞壁与真细菌细胞壁的古细菌细胞壁与真细菌细胞壁的区别：区别：古细菌细胞壁不含有肽聚糖，而真细菌有古细菌细胞壁不含有肽聚糖，而真细菌有古细菌假肽聚糖中多糖由古细菌假肽聚糖中多糖由-1,3糖苷键连接而糖苷键连接而成，真细菌肽聚糖中多糖由成，真细菌肽聚糖中多糖由-1,4糖苷键连接糖苷键连接而成而成古细菌中没有古细菌中没有N-乙酰胞壁酸和乙酰胞壁酸和D型氨基酸型氨基酸古生菌假肽聚糖的单体结构古生菌假肽聚糖的单体结构-1,3糖苷键不被溶菌酶糖苷键不被溶菌酶水解水解N-乙酰葡糖胺和乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸乙酰塔罗糖胺糖醛酸交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由尾由L-glu、L-ala和和L-lys三个三个L型氨基型氨基酸组成，肽桥那么由酸组成，肽桥那么由L-glu一个氨基酸一个氨基酸组成。组成。3.细胞壁缺陷细菌细胞壁缺陷细菌缺壁突变缺壁突变L型细菌型细菌实验室或宿实验室或宿主体内形成主体内形成根本去尽根本去尽原生质体原生质体G+人工去壁人工去壁局部去除局部去除原生质球原生质球G-在自然界长期进化中形成在自然界长期进化中形成支原体支原体 a.L型细菌型细菌L-form of bacteria细菌在某些环境条件下实验室或宿主体内通过自发突变细菌在某些环境条件下实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。因英国李斯特因英国李斯特Lister预防研究所首先发现而得名预防研究所首先发现而得名1935年，念珠状链杆菌年，念珠状链杆菌Streptobacillus moniliformis特点：特点：没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；有些能通过细菌滤器，故又称有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌；滤过型细菌；对渗透敏感，在固体培养基上形成对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋似油煎蛋似的小菌落直径在左右的小菌落直径在左右大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌等菌等20多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗有关。治疗有关。b.原生质体原生质体protoplast在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。菌形成。特点：特点：1对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至通气对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至通气等都易引起其破裂；等都易引起其破裂；2有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应噬菌有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应噬菌体所感染；体所感染；3在适宜条件如高渗培养基可生长繁殖、形成菌落，在适宜条件如高渗培养基可生长繁殖、形成菌落，形成芽孢及恢复成有细胞壁的正常结构。形成芽孢及恢复成有细胞壁的正常结构。4比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是研究比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。c.球状体球状体(sphaeroplast)采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而获得的残留局部细胞壁外菌处理后而获得的残留局部细胞壁外壁层的球形体。壁层的球形体。与原生质体相比，它对外界环境具有一与原生质体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。定的抗性，可在普通培养基上生长。原生质体原生质体,原生质球原生质球,L型细菌和支原体型细菌和支原体原生质体原生质体：用青霉素等抗生素或者溶菌酶处理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。菌而得到的去壁完整的球形体。原生质球原生质球：用青霉素等抗生素或溶菌酶处理用青霉素等抗生素或溶菌酶处理G-细菌细菌而得到的去壁不完全的近球形体。而得到的去壁不完全的近球形体。L型细菌型细菌：某些细菌在特定环境条件下因基因突变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。在一定条件下而产生的无壁类型。在一定条件下L型细菌能发生回复型细菌能发生回复突变而恢复为有壁的正常细菌。突变而恢复为有壁的正常细菌。支原体支原体：进化过程中形成的无壁的原核生物进化过程中形成的无壁的原核生物二二)、细胞膜细胞膜 细胞膜是外侧紧贴细胞壁而内侧包围原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。生质的一层柔软而富有弹性的半透性膜。脂类：占2030%细胞膜的化学组成主要是蛋白质：占6070%hopanoid藿烷类化合物 1.1.细菌细胞膜的结构细菌细胞膜的结构 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外表。或分布在磷脂双分子层的内外外表。2.细胞膜的化学组成与结构模型：细胞膜的化学组成与结构模型：a.磷脂磷脂亲水的极性端亲水的极性端疏水的非极性端疏水的非极性端b.液态镶嵌模型液态镶嵌模型 (fluid mosaic model)膜的主体是脂质双分子层；膜的主体是脂质双分子层；脂质双分子层具有流动性；脂质双分子层具有流动性；整合蛋白因其外表呈疏水性，故可整合蛋白因其外表呈疏水性，故可 “溶于脂质双分子层的疏水性内层中；溶于脂质双分子层的疏水性内层中；周边蛋白外表含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质周边蛋白外表含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质 双分子层外表的极性头相连；双分子层外表的极性头相连；脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；脂质双分子层犹如一脂质双分子层犹如一“海洋，周边蛋白可在其上作海洋，周边蛋白可在其上作“漂浮漂浮 运动，而整合蛋白那么似运动，而整合蛋白那么似“冰山状沉浸在其中作横向移动。冰山状沉浸在其中作横向移动。1972年，辛格年，辛格J.S.Singer和尼科尔森和尼科尔森细胞膜：细胞膜：对所有有生命的细胞来说是必需的，对细菌亦然！对所有有生命的细胞来说是必需的，对细菌亦然！维持细胞内部结构处于稳定且高度有序状态的物理屏障；维持细胞内部结构处于稳定且高度有序状态的物理屏障；细胞重要的代谢活动中心之一；细胞重要的代谢活动中心之一；磷脂磷脂膜蛋白膜蛋白甾醇类物质甾醇类物质结构特点符合经典的结构特点符合经典的“液态镶嵌模型理论液态镶嵌模型理论不饱和脂肪酸的结构和相对含量变化大不饱和脂肪酸的结构和相对含量变化大微生物生理及生态分布的多样性。微生物生理及生态分布的多样性。约占细菌细胞膜的约占细菌细胞膜的50%70%，比任何一种，比任何一种生物膜都高，而且种类也多。生物膜都高，而且种类也多。细菌：细菌：hopanoid藿烷类化合物藿烷类化合物 真核生物：胆固醇真核生物：胆固醇提高膜的稳定性提高膜的稳定性甾醇类物质甾醇类物质由磷脂分子形成的双分子膜中参加甾醇类物质可以提高膜的稳定性由磷脂分子形成的双分子膜中参加甾醇类物质可以提高膜的稳定性真核生物细胞膜中一般含有胆真核生物细胞膜中一般含有胆固醇等甾醇，含量为固醇等甾醇，含量为5%-25%。原核生物与真核生物的最大区别就是其细原核生物与真核生物的最大区别就是其细胞膜中一般不含胆固醇，而是含有胞膜中一般不含胆固醇，而是含有hopanoid藿烷类化合物藿烷类化合物。细菌细胞膜的功能细菌细胞膜的功能 1 1、控制内外物质的运送、交换；、控制内外物质的运送、交换；2 2、维持细胞内正常渗透压的屏障；、维持细胞内正常渗透压的屏障；3 3、合合成成细细胞胞壁壁各各种种组组分分LPSLPS，肽肽聚聚糖糖，磷磷壁壁酸酸和和荚荚膜膜大大分分子的场所；子的场所；4 4、进行氧化磷酸化和光合磷酸化的产能基地；、进行氧化磷酸化和光合磷酸化的产能基地；5 5、许多酶和电子传递链的所在部位；、许多酶和电子传递链的所在部位；6 6、鞭毛着生点并为其运动提供能量。、鞭毛着生点并为其运动提供能量。古细菌的细胞膜古细菌的细胞膜不含磷脂。而是不含磷脂。而是由植烷基甘油二醚由植烷基甘油二醚或二植烷基甘油四醚或二植烷基甘油四醚组成。组成。三壁膜间隙三壁膜间隙 G+、G-壁膜间隙：壁膜间隙：壁膜间隙的功能：含有水解酶，结合蛋白，化学受体。壁膜间隙的功能：含有水解酶，结合蛋白，化学受体。1.水解酶：催化食物的初步降解水解酶：催化食物的初步降解2.结合蛋白：启动物质转运过程结合蛋白：启动物质转运过程3.化学受体：在趋化作用中起作用的蛋白化学受体：在趋化作用中起作用的蛋白 壁膜壁膜间间隙中的水解隙中的水解酶酶列表如下：列表如下：酶酶 名名 称称作作 用用核糖核酸核糖核酸酶酶DNA内切内切酶酶碱性磷酸碱性磷酸酶酶酸性磷酸酸性磷酸酶酶酸性磷酸已糖酸性磷酸已糖酶酶环环式酸性二式酸性二酯酯酶酶5-核苷酸核苷酸酶酶青霉素青霉素酶酶水解水解RNA内切内切DNA从一些无机磷化物上水解出磷酸从一些无机磷化物上水解出磷酸从一些有机化合物上水解出磷酸从一些有机化合物上水解出磷酸从一些磷酸已糖上水解出磷酸从一些磷酸已糖上水解出磷酸把核糖核苷把核糖核苷-2，3环环状磷酸状磷酸转转化化成核糖核苷成核糖核苷-3-磷酸，并磷酸，并进进一步水一步水解解为为核苷核苷转转化核苷酸化核苷酸为为核苷核苷水解青霉素水解青霉素四四)、内膜系统、内膜系统细菌细胞的内膜系统有 间体载色体羧酶体类囊体1、间体、间体mesosome：它是细菌细胞内唯一的它是细菌细胞内唯一的“细胞器，由细胞膜内陷而成细胞器，由细胞膜内陷而成的一种层状、管状或囊状物，其结构和化学组成与的一种层状、管状或囊状物，其结构和化学组成与细胞膜相同。一般位于细胞分裂部位或其邻近部位。细胞膜相同。一般位于细胞分裂部位或其邻近部位。常见于常见于G+菌菌,在有些在有些G-细菌中不明显。细菌中不明显。功能功能:1)、呼吸作用电子传递系统的中心，相当于高等生物、呼吸作用电子传递系统的中心，相当于高等生物的线粒体，间体上有细胞色素氧化酶，玻珀酸脱氢的线粒体，间体上有细胞色素氧化酶，玻珀酸脱氢酶等呼吸酶系。酶等呼吸酶系。2)、与合成细胞壁，特别是横隔壁有关，因间体常出、与合成细胞壁，特别是横隔壁有关，因间体常出现于细胞分裂时新形成的横隔壁处。现于细胞分裂时新形成的横隔壁处。3)、参与遗传物质的复制与核分裂有关，因、参与遗传物质的复制与核分裂有关，因DNA的复的复制点和间体结合在一起。制点和间体结合在一起。4)、间体一边和膜相连，另一侧和核物质紧密接触，、间体一边和膜相连，另一侧和核物质紧密接触，起着向核运送营养物质和能量的作用。起着向核运送营养物质和能量的作用。5)、芽孢的形成也与间体有关。、芽孢的形成也与间体有关。2载色体载色体chromatophore，亦，亦称色素体或叫光合膜称色素体或叫光合膜是光合细菌进行光合作用的场所，相当于绿色是光合细菌进行光合作用的场所，相当于绿色植物的叶绿体。植物的叶绿体。主要化学成分是蛋白质和脂类。主要化学成分是蛋白质和脂类。载色体在有的细菌细胞中是由内膜内陷延伸而载色体在有的细菌细胞中是由内膜内陷延伸而成的囊状，管状或层状结构如在红硫菌科中成的囊状，管状或层状结构如在红硫菌科中，而在有的细菌细胞中那么是由单层膜组成，而在有的细菌细胞中那么是由单层膜组成的囊状结构，独立分布于细胞质中如在绿硫的囊状结构，独立分布于细胞质中如在绿硫菌科中。菌科中。3羧酶体羧酶体carboxysome、又、又称多角体称多角体Polyhedral body自养细菌特有的内膜结构，由厚的蛋白自养细菌特有的内膜结构，由厚的蛋白质单层膜包围，是自养细菌固定质单层膜包围，是自养细菌固定CO2的场的场所。所。羧酶体中含有卡尔文循环中固定羧酶体中含有卡尔文循环中固定CO2的关的关键性酶键性酶二磷酸核酮糖羧化酶二磷酸核酮糖羧化酶。4类囊体类囊体thylakoid是蓝细菌进行光合作用的场所，由单位是蓝细菌进行光合作用的场所，由单位膜组成。膜组成。类囊体中含有叶绿素，胡罗卜素及辅助类囊体中含有叶绿素，胡罗卜素及辅助色素藻胆蛋白体，前两者位于类囊体中，色素藻胆蛋白体，前两者位于类囊体中，后者位于类囊体的外外表上。后者位于类囊体的外外表上。五细胞核五细胞核 细胞长约细胞长约2um，DNA拉直后其长为拉直后其长为11001400umum。细菌染色体通常是一个环状的细菌染色体通常是一个环状的DNA分子。分子。例外：放线菌染色体是线状的例外：放线菌染色体是线状的DNA分子分子原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核，又称原核、拟核或细菌染色体。原始细胞核，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。细菌细胞它位于细胞质内，没有核膜、核仁。细菌细胞核的化学成分为双链核的化学成分为双链DNA，没有组蛋白。，没有组蛋白。细胞核细胞核 细菌细胞核功能：细菌生长、新陈代细菌细胞核功能：细菌生长、新陈代谢、遗传变异的控制中心。谢、遗传变异的控制中心。六细胞质及内含物六细胞质及内含物 包包围围在在细细胞胞膜膜内内的的物物质质称称为为细细胞胞质质，由由于于细细胞胞核核是是细细菌菌细细胞胞的的重重要要结结构构成成分分，因因此此细细胞胞质质通通常常是是指指细细胞胞膜膜包包围围的的除除细细胞胞核核以外的物质。以外的物质。细胞质中有如下重要的内含物细胞质中有如下重要的内含物:1 1、质粒；、质粒；2 2、核糖体；、核糖体；3 3、储储藏颗粒藏颗粒(碳素储藏颗粒、氮素储藏颗粒、磷素储藏颗粒碳素储藏颗粒、氮素储藏颗粒、磷素储藏颗粒)4 4、多种酶类和中间代谢物、各种营养物和大分子的单体等，少多种酶类和中间代谢物、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有气泡或伴孢晶体等。数细菌还有气泡或伴孢晶体等。1、质粒控制细菌的某一遗传、质粒控制细菌的某一遗传性状；性状；2、可作为基因转移的载体。、可作为基因转移的载体。1、质、质 粒粒 PlasmidProkaryotic cells have small extra-chromosomal genetic elements called plasmids.质粒是独立存在于细菌染色体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。外或附加在染色体上的遗传物质。质粒的功能：质粒的功能：质粒通常不含有细胞初级质粒通常不含有细胞初级代谢的遗传信息代谢的遗传信息,而含有关而含有关于次级代谢的遗传信息于次级代谢的遗传信息1、致育因子(fertility factor,F因子或F质粒)与大肠杆菌的接合作用(conjugation)有关携带F质粒的菌株称为F+菌株相当于雄性，无F质粒的菌株称为F-菌株(相当于雌性)。F质粒整合到宿主细胞染色体上的菌株称为高频重组菌株high frequence recombination,简称Hfr)质粒的类型质粒的类型:2 2、抗性因子、抗性因子(resistance factor,R因子因子)包括包括抗药性和抗重金属抗药性和抗重金属二大类，简称二大类，简称R质粒质粒。带带R质粒质粒细菌有时对几种抗生素或其它药物呈现细菌有时对几种抗生素或其它药物呈现抗性。抗性。例例R1质粒质粒(94kb)可使宿主对五种药物具有抗性：可使宿主对五种药物具有抗性：氯霉素氯霉素、链霉素链霉素、磺胺磺胺、氨苄青霉素氨苄青霉素、卡那霉素卡那霉素 并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于R1抗性抗性质粒上。质粒上。许多许多R质粒能使质粒能使宿主细胞宿主细胞对许多对许多金属离子呈现抗性金属离子呈现抗性，包括碲包括碲(Te6+)、砷砷(As3+)、汞汞(Hg2+)、镍镍(Ni2+)、钴钴(Co2+)、银银(Ag+)、镉镉(Cd2+)等。等。在肠道细菌中发现的在肠道细菌中发现的R质粒，约有质粒，约有25是抗汞离子是抗汞离子的，而铜绿假单胞菌中约占的，而铜绿假单胞菌中约占75。3 3、ColCol质粒质粒含有编码大肠菌素的基因含有编码大肠菌素的基因 4 4、毒性质粒、毒性质粒具有编码毒素的基因具有编码毒素的基因5 5、代谢质粒代谢质粒 也称降解质粒，携带有能降解某些物质的也称降解质粒，携带有能降解某些物质的 酶的基因酶的基因 6 6、共生固氮质粒、共生固氮质粒携带有与固氮有关的基因携带有与固氮有关的基因7 7、隐秘质粒隐秘质粒 不显示任何表型效应，只有通过物理的不显示任何表型效应，只有通过物理的方法检测其存在方法检测其存在 松弛型质粒松弛型质粒relaxed plasmid)：质粒在宿主中可以有：质粒在宿主中可以有10100个拷贝，也称为高拷贝数质粒。个拷贝，也称为高拷贝数质粒。严谨型质粒严谨型质粒(stringent plasmid)：质粒在每个宿主细胞质粒在每个宿主细胞中只有中只有14个拷贝，也叫低拷贝数质粒。个拷贝，也叫低拷贝数质粒。窄宿主范围质粒窄宿主范围质粒：质粒的复制起点较特异，只能在一种：质粒的复制起点较特异，只能在一种特定的宿主细胞中复制。特定的宿主细胞中复制。广宿主范围质粒广宿主范围质粒：质粒的复制起点不太特异，可以在许：质粒的复制起点不太特异，可以在许多中细菌中复制。多中细菌中复制。质粒的特点：质粒的特点：1 1、不亲和性、不亲和性 可可以以共共存存于于同同一一细细胞胞中中的的不不同同质质粒粒彼彼此此是是亲亲和和的的，而而不不能能共共存存于于同同一一细细胞胞的的质质粒粒彼彼此此不不亲亲和和，质质粒粒的这种特性称为不亲和性。的这种特性称为不亲和性。2 2、可消除性、可消除性 3 3、能自我复制，稳定的遗传、能自我复制，稳定的遗传 4 4、没有质粒的细菌不能自发产生质粒、没有质粒的细菌不能自发产生质粒,但可以通过转但可以通过转化、转导或接合作用获得质粒化、转导或接合作用获得质粒 5 5、质粒可以携带供体细胞的、质粒可以携带供体细胞的DNADNA转移。转移。质粒的功能：质粒的功能：2 2、可作为基因转移的载体。、可作为基因转移的载体。1 1、质粒控制细菌的某一遗传性状；、质粒控制细菌的某一遗传性状；l细胞质中核糖核蛋白的颗粒状物质细胞质中核糖核蛋白的颗粒状物质l由核糖核酸由核糖核酸RNA(65%)和蛋白质和蛋白质(35%)组成组成l常以游离状态或多聚核糖状态分布于细胞质中常以游离状态或多聚核糖状态分布于细胞质中l沉降系数沉降系数70s，由由50S和和30S两个亚基组成两个亚基组成 l50S亚基由亚基由5SrRNA、23SrRNA和和34种蛋白质组成种蛋白质组成l30S亚基由亚基由16SrRNA和和21种蛋白质组成。种蛋白质组成。l蛋白质的合成场所蛋白质的合成场所2 2、核糖体、核糖体(ribosomes)ribosomes)3 3、储藏颗粒、储藏颗粒(reserve materials)贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。1碳素储藏颗粒碳素储藏颗粒聚聚-羟丁酸羟丁酸(poly-hydroxybutyrate,PHB)类脂性质的碳源类贮藏物类脂性质的碳源类贮藏物巨大芽孢杆菌巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium在含乙酸或丁在含乙酸或丁酸的培养基中生长时，细胞内贮藏的酸的培养基中生长时，细胞内贮藏的PHB可达其干重可达其干重的的60%。多糖类贮藏物多糖类贮藏物在真细菌中以糖原为多在真细菌中以糖原为多糖原粒较小，不染色需用电镜观察，糖原粒较小，不染色需用电镜观察，用碘液染成褐色，可在光学显微镜下看到。用碘液染成褐色，可在光学显微镜下看到。糖原粒糖原粒淀粉粒淀粉粒有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。2 2氮素储藏颗粒氮素储藏颗粒 藻青素藻青素cyanophycin(cyanophycin(藻青蛋白藻青蛋白)-)-蓝细菌中内源蓝细菌中内源性氮素储藏颗粒，同时兼有贮存能源的作用。性氮素储藏颗粒，同时兼有贮存能源的作用。3 3磷素储藏颗粒磷素储藏颗粒 异染粒异染粒:细菌细胞中多聚偏磷酸盐的颗粒细菌细胞中多聚偏磷酸盐的颗粒,遇蓝遇蓝色染料染成紫红色。在含磷丰富的环境下形成。色染料染成紫红色。在含磷丰富的环境下形成。功能功能:贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压 由含精氨酸和天冬氨酸残基由含精氨酸和天冬氨酸残基1:1的分枝多肽所构成，分的分枝多肽所构成，分子量在子量在25000125000。Chromatium buderi很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时,常涉及对常涉及对复原性的硫化物如复原性的硫化物如H2S,硫代硫酸盐等的氧化。硫代硫酸盐等的氧化。在环境中复原性硫素丰富时在环境中复原性硫素丰富时,常在细胞内以折光性很常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。强的硫粒的形式积累硫元素。当环境中环境中复原性硫缺乏时当环境中环境中复原性硫缺乏时,可被细菌重新利用可被细菌重新利用4 4硫素储藏颗粒硫素储藏颗粒4、气泡、气泡gas vocuoles 许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充m75nm，内由数排柱形小空泡组成，外有内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包厚的