高中生物竞赛课件微生物之细菌的细胞壁结构和功能.pptx
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1、第3章 微生物细胞的结构与功能微生物(病毒)古生菌(Archaea)真菌(酵母、霉菌、蕈菌等)、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(Bacteria)细菌(广义的细菌),包括普通细菌(狭义的细菌)、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体等 古生菌在进化谱系上与细菌及真核生物相互并列,且与后者关系更近,而其细胞构造却与细菌较为接近,同属于原核生物 一、一般形态及细胞结构(一)个体形态与排列(二)大小(三)细胞的结构 1、细胞壁 2、细胞质膜 3、细胞质和内含物 4、核区(nuclear region or area)5、特殊的休眠构造芽胞 6、糖被
2、 7、鞭毛 8、菌毛 9、性毛 细菌 细菌一、一般形态及细胞结构(一)个体形态和排列球状杆状螺旋状基本形态 细菌一、一般形态及细胞结构球状双球菌链球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌细胞个体呈球形或椭圆形,不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式,常被作为分类依据(一)个体形态和排列 细菌一、一般形态及细胞结构杆状单芽胞杆菌双杆菌链杆菌球杆菌细胞呈杆状或圆柱形,一般其粗细(直径)比较稳定,而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化,一般不作为分类依据(一)个体形态和排列 细菌一、一般形态及细胞结构螺旋状 弧菌螺旋菌螺旋体菌(一)个体形态和排列 细菌一、一般形态及细胞结构螺旋状 弧菌弧菌:菌
3、体只有一个弯曲,其程度不足一圈,形似“C”字或逗号,鞭毛偏端生霍乱弧菌(一)个体形态和排列 细菌一、一般形态及细胞结构 弧菌螺旋菌螺旋菌:菌体回转如螺旋,螺旋数目和螺距大小因种而异。鞭毛二端生。细胞壁坚韧,菌体较硬。螺旋状(一)个体形态和排列 细菌一、一般形态及细胞结构 弧菌螺旋菌螺旋体菌螺旋体菌:菌体柔软,用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内梅毒密螺旋体螺旋状(一)个体形态和排列 细菌一、一般形态及细胞结构特殊形态和异常形态其他形态柄杆菌(prosthecate bacteria)细胞上有柄(stalk)、菌丝(hyphae)、附器(appendages)等细胞质伸出物,细胞呈杆状或梭状,
4、并有特征性的细柄。一般生活在淡水中固形物的表面,其异常形态使得菌体能有效地吸附在颗粒表面,吸收有限的营养物;(一)个体形态和排列 细菌一、一般形态及细胞结构特殊形态和异常形态其他形态球衣菌(Sphaerotilus)能形成衣鞘(sheath),杆状的细胞呈链状排列在衣鞘内而成为丝状(一)个体形态和排列 细菌一、一般形态及细胞结构特殊形态和异常形态其他形态支原体(Mycoplasma)只有细胞膜,没有细胞壁,故细胞柔软,形态多变,具有高度多形性。即使在同一培养基中,细胞也常出现不同大小的球状、环状、长短不一的丝状、杆状及不规则的多边形态。(一)个体形态和排列 细菌一、一般形态及细胞结构特殊形态和
5、异常形态其他形态环境条件的变化:物理、化学因子的刺激培养时间过长阻碍细胞正常发育细胞衰老营养缺乏自身代谢产物积累过多异常形态正常形态环境条件恢复正常(一)个体形态和排列 细菌一、一般形态及细胞结构(二)大小最小:与无细胞结构的病毒相仿(50 nm)最大:肉眼可见(0.75 mm)3、不同细菌之间的大小悬殊大吗?非常大!为什么细菌细胞一般来说远比真核细胞小?无细胞器,物质运输靠扩散!细菌一、一般形态及细胞结构1、范围费氏刺骨鱼菌(600m长,750m宽)(Epulopiscium fishelsoni)比大肠杆菌大100万倍(1985年发现,1993年确定)Epulopiscium能够克服由扩散
6、作用决定的体积限制,是因为它拥有一个由高度卷曲的质膜组成的外层。该结构增加了细胞表面积,并有助于营养物质的运输。(二)大小 细菌一、一般形态及细胞结构1、范围德国科学家H.N.Schulz等1998年在纳米比亚海岸的海 底 沉 积 物 中 发 现 的 一 种 硫 磺 细 菌(sulfur bacterium),其大小可达0.75 mm,Thiomargarita namibiensis,-“纳米比亚硫磺珍珠菌”体积比E.fishelsoni 还大100倍。该菌细胞内约98的空间都被一个胞液内富含硝酸盐的液泡所占据,而厚度在0.5-2.0 mm、充满硫粒的细胞质层则环绕在液泡的周围。该细胞质层非
7、常薄,其厚度类同于大多数细菌,足以保证适当的扩散速率。液泡中的硝酸盐则被用作硫氧化的电子受体,以产生能量。(二)大小 细菌一、一般形态及细胞结构1、范围1999年,芬兰科学家 E O Kajander等发现了一种能引起尿结石的纳米细菌(nanobacteria),其细胞直径最小仅为50 nm(1 mm=1000 nm),甚至比最大的病毒更小一些。这种细菌分裂缓慢,三天才分裂一次,是目前所知最小的具有细胞壁的细菌。(二)大小 细菌一、一般形态及细胞结构1、范围(二)大小 细菌一、一般形态及细胞结构1、范围(二)大小 细菌一、一般形态及细胞结构1、范围0.5 1 mm(直径)0.2 1 mm(直径
8、)1 80 mm(长度)0.3 1 mm(直径)1 50 mm(长度)(长度是菌体两端点之间的距离,而非实际长度)(二)大小 细菌一、一般形态及细胞结构2、测量方法显微镜测微尺显微照相后根据放大倍数进行测算(二)大小 细菌一、一般形态及细胞结构2、测量方法细菌大小测量结果的影响因素干燥、固定后的菌体一般会由于脱水而比活菌体缩短1/3-1/4;染色方法的影响,一般用负染色法观察的菌体较大;幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大;环境条件,如培养基中渗透压的改变也会导致细胞大小的变化。(二)大小 细菌一、一般形态及细胞结构(三)细胞的结构特殊构造:部分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
9、:一般细菌都有的构造(三)细胞的结构一、细胞壁细胞壁(cell wall)位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被(位于细胞表面,内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧,略具弹性的细胞结构)细胞壁(三)细胞的结构一、细胞壁2)研究、证实细胞壁的方法:(1)细菌超薄切片的电镜直接观察;(三)细胞的结构一、细胞壁2)研究、证实细胞壁的方法:(1)细菌超薄切片的电镜直接观察;(2)适当的质、壁染色,可以在光学显微镜下看到细胞壁;(3)机械法破裂细胞后,分离得到纯的细胞壁;(4)制备原生质体,观察细胞形态的变化;(三)细胞的结构一、细胞壁3)细胞壁的功能:低渗溶液涨破高渗溶液皱缩(1)固定细胞外形和提高机械强度,免受
10、渗透压等外力的损伤(三)细胞的结构一、细胞壁3)细胞壁的功能:(1)固定细胞外形和提高机械强度,免受渗透压等外力的损伤(2)为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需;(三)细胞的结构一、细胞壁3)细胞壁的功能:(1)固定细胞外形和提高机械强度,免受渗透压等外力的损伤(2)为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需;(3)渗透屏障,阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质(分 子量大于800)进入细胞,保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤;(4)细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的 敏感性的物质基础;(三)细胞的结构一、细胞壁3)细胞壁的功能:(1)固定细胞外形和提高机械强度,免受渗透压等外
11、力的损伤(2)为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需;(3)渗透屏障,阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质(分 子量大于800)进入细胞,保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤;(4)细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的 敏感性的物质基础;结构多变,决定了细胞表面抗原决定簇的多样性(沙门氏菌属的抗原型多达2107种)脂多糖O-特 异 侧 链G-(三)细胞的结构一、细胞壁3)细胞壁的功能:(1)固定细胞外形和提高机械强度,免受渗透压等外力的损伤(2)为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需;(3)渗透屏障,阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质(分 子量大于800)进入细胞,保护细胞免受溶
12、菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤;(4)细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的 敏感性的物质基础;青霉素作用的部位即是细菌的细胞壁(三)细胞的结构一、细胞壁4)革兰氏染色与细胞壁细菌染色法正染色简单染色法鉴别染色法革兰氏染色法抗酸性染色法芽胞染色法姬姆萨染色法死菌 负染色:荚膜染色法等活菌用美蓝或TTC(氧化三苯基四氮唑)等作活菌染色(三)细胞的结构一、细胞壁4)革兰氏染色与细胞壁1、革兰氏染色法C.Gram(革兰)1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法1、碱性染料结晶紫对菌液涂片初染2、碘溶液进行媒染(提高染料和细胞间的相互作用,使二者结合得更牢固)3、乙醇或丙酮冲洗进行
13、脱色。在经历脱色后仍将结晶紫保留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4、沙黄染料对涂片进行复染,革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色,而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色水清洗水清洗(三)细胞的结构一、细胞壁4)革兰氏染色与细胞壁1、革兰氏染色法(三)细胞的结构一、细胞壁4)革兰氏染色与细胞壁1、革兰氏染色法G+G-(三)细胞的结构一、细胞壁4)革兰氏染色与细胞壁1、革兰氏染色法细胞壁的差别(三)细胞的结构一、细胞壁4)革兰氏染色与细胞壁壁厚,结构简单,主要由肽聚糖(90%)和磷壁酸(10%)组成壁薄,结构复杂,肽聚糖含量低,无磷壁酸,类脂质含量高,含蛋白质磷壁酸肽聚糖
14、G+G-(三)细胞的结构一、细胞壁4)革兰氏染色与细胞壁2、革兰氏阳性菌的细胞壁肽聚糖(peptidoglycan)磷壁酸(teichoic acid)肽聚糖又称胞壁质,是细菌细胞壁中的特有成分厚约2080nm,由2540层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上 每一个肽聚糖单体由3部分组成:双糖单位四肽尾或四肽侧链肽桥或肽间桥(三)细胞的结构一、细胞壁4)革兰氏染色与细胞壁2、革兰氏阳性菌的细胞壁肽聚糖(peptidoglycan)磷壁酸(teichoic acid)肽聚糖又称胞壁质,是细菌细胞壁中的特有成分双糖单位:N N-乙酰胞壁酸和N N-乙酰葡糖胺,-1,4-糖苷键相连易被溶菌
15、酶水解,引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡双糖单位之间也通过-1,4-糖苷键相连,但不被溶菌酶降解原核生物所特有的已糖(三)细胞的结构一、细胞壁4)革兰氏染色与细胞壁2、革兰氏阳性菌的细胞壁肽聚糖(peptidoglycan)磷壁酸(teichoic acid)肽聚糖又称胞壁质,是细菌细胞壁中的特有成分四肽尾或四肽侧链:p连在N N-乙酰胞壁酸上p4个氨基酸组成,L型与D型氨基酸交替p金黄色葡萄球菌:L-AlaD-GluL-LysD-Ala(三)细胞的结构一、细胞壁4)革兰氏染色与细胞壁2、革兰氏阳性菌的细胞壁肽聚糖(peptidoglycan)磷壁酸(teichoic acid)肽聚糖又
16、称胞壁质,是细菌细胞壁中的特有成分肽桥或肽间桥:p金黄色葡萄球菌:Gly五肽(连接前后两个四肽尾)p肽聚糖主要的变化发生在肽桥上青霉素作用部位(三)细胞的结构一、细胞壁4)革兰氏染色与细胞壁2、革兰氏阳性菌的细胞壁肽聚糖(peptidoglycan)磷壁酸(teichoic acid)磷壁酸:结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多糖,主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸壁磷壁酸膜磷壁酸壁磷壁酸:与肽聚糖分子间进行共价结合,含量会随培养基成分而改变,一般占细 胞 壁 重 量 的10%,有时可接近50%。用稀酸或稀碱可以提取膜磷壁酸:跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联,由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂共价结合形成
17、,含量与培养条件关系不大。可用45%热酚水提取,也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取(三)细胞的结构一、细胞壁4)革兰氏染色与细胞壁2、革兰氏阳性菌的细胞壁肽聚糖(peptidoglycan)磷壁酸(teichoic acid)磷壁酸:结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多糖,主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸壁磷壁酸膜磷壁酸主要生理功能:1、细胞壁形成负电荷环境,增强细胞膜对二价阳离子(Mg2+)的吸收2、贮藏磷元素(DNA,RNA.)3、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4、G+细菌特异表面抗原的物质基础5、噬菌体的特异性吸附受体6、能调节细胞内自溶素的活力,防止细胞因自
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