微生物学复习资料

1微生物学复习资料绪论微生物：是一切肉眼看不见或看不清的微笑生物的总称。其特点有：小（个体微小，一般小于0.1mm）微米级：光学显微镜下可见（细胞）纳米级：电子显微镜下可见（下抱起、病毒）简（构造简单）单细胞简单多细胞非细胞（即“分子生物”）低（进化地位低）原核类：三菌（放线菌、蓝细菌、支原体），三体（支原体、立克次氏体、衣原体）真核类：真菌（酵母菌、霉菌），原生动物，显微藻类。非细胞类：病毒，亚病毒（类病毒、拟病毒、阮病毒）微生物的五大共性：体积小，面积大：因此微生物必然有一个巨大的营养物质吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的交换面，并由此而产生其余4个共性。吸收多，转化快：这个特性为微生物的高速生长繁殖和合成大量代谢产物提供了充分的物质基础，从而使微生物能在自然界和人类实践中更好地发挥其小型“活的化工厂”。生长旺，繁殖快：在发酵工业中有重要意义，主要体现在它的生产效率高、发酵周期短上。同时对基本理论的研究也带来极大的优越性，使科学研究周期大为缩短、空间减少、经费降低、效率提高。也有些病菌危害着人类的健康。适应强，易变异：有益的变异可为人类创造巨大的经济和社会效益（如产青霉素的菌种的变异，使产量大大提升）。有害的变异则是人类的公敌（如禽流感病毒的变异可怕）。分布广，种类多：主要体现有物种的多样性、生理代谢类型的多样性、代谢产物的多样性、遗传基因的多样性、生态类型的多样性学习目标：了解微生物的基本特点，了解微生物学的发展历程，掌握微生物的五大共性及其功能。了解当代微生物学的发展状况，及当代微生物学的应用方向。了解微生物学与那些学科有联系和交叉。思考：1、微生物给人类带来了那些利和弊？2、你对当代微生物学有那些憧憬？3、你对目前那些微生物感兴趣，在哪方面，说说理由？4、你认为当什么样的微生物对人类的危害最大？第一章原核生物的形态、构造和功能第一节细菌原核生物：即广义的细菌，指一大类细胞核无核膜包囊，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物，包过真细菌和古生菌两大类群。根据外表特征把原核生物粗分为：三菌三体。细菌：是一类细胞细短（直径约0.5微米，长度约0.5-5微米）、结构简单、胞壁坚韧、多以2二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。杆菌：短杆（球杆）状、棒杆状、梭状、梭杆状、分支状、螺杆状、足按形态、节状和弯月状。结构球菌：单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、链球菌和葡萄球菌。可分为：螺旋菌：弧菌（螺旋不足一环的）、螺菌（螺旋满2-6环的小型、坚硬的螺旋状细菌）、螺旋体（螺旋周数多的体长、柔软的螺旋状细菌）。简单染色法为紫色：革兰氏阳性菌死菌正染色法革兰氏染色法鉴别染色法抗酸性染色法为红色：革兰氏阴性菌芽孢染色法细菌染色法：姬姆萨染色法负染色法：荚膜染色法活菌：用美兰或TTC（氯化苯基四氮唑）等活菌染色细菌的构造：一般构造：一般细菌都有的构造（细胞壁、细胞膜、细胞质、核区）。1、细胞壁：位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被主要成分为肽聚糖。主要功能：1）固定细胞外星和提高机械强度，使其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）阻拦大分子有害物质（某些抗生素和水解酶）进入细胞；4）赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体敏感性。（1）G+细菌的细胞壁：G细菌细胞壁的特点是厚度答（20-80nm）和化学组分简单，一般寒90%肽聚糖和10%磷壁酸。肽聚糖：又称粘肽、胞壁质或粘质复合物。①是真细菌细胞壁中的特有成分。②其分子有肽（四肽尾和肽桥）和聚糖（N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸）两部分组成。③四肽尾：是由4个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成。并连在N-乙酰胞壁酸上：L-Ala→D-Glu→L-Lys→D-Ala④肽桥：为甘氨酸五肽，变化甚多，形成了肽聚糖的多样性。磷壁酸：是结合在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。分为两类：壁磷壁酸（是与肽聚糖，其含量会随培养基成分而改变）；膜磷壁酸（是跨越肽聚糖曾并与细胞膜相交）。主要功能：①通过分子上的大量负电荷浓缩细胞周围的Mg2+，以提高细胞膜上一些合成酶的活力；②贮藏元素；③调节细胞内自溶素（当培养液中的感受态因子积累到一定浓度后，与细胞表面受体相互作用，通过一系列信号传递系统诱导一些感受态一特异蛋白质(competencespecificprotein））的活力，借以防止细胞自溶而死亡；④作为噬菌体的特异性吸附受体；⑤赋予G+细菌特异的表面抗原，因而可用于菌种鉴定；⑥增强某些致病菌对宿主细胞的粘连，避免被白细胞吞噬，并有抗补体的作用。（2）G¯细菌细胞壁：G—细菌细胞壁的特点是厚度较G+细菌薄，层次较多，成分较复杂，肽聚糖层很薄（仅32-3nm），故机械强度较G+细菌弱。肽聚糖：其肽聚糖层埋藏在外膜脂多糖（LPS）层之内。①四肽尾：其第三个氨基酸分子不是L-Lys，而是被一种存在于原核生物细胞壁上的特殊氨基酸——内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）所代替。②没有特殊的肽桥，故前后两单体间的连接仅通过甲四肽尾的第四个氨基酸（D-Ala）的羧基与乙四肽尾的第三个氨基酸（m-DAP）的氨基直接相怜，因而只形成较稀疏、机械强度较差的肽聚糖网套。外膜：是细菌细胞壁所特有的构造，它位于壁的最外层，化学成分：脂多糖：是位于细菌细胞壁最外层的一层较厚（8-10nm）的脂多糖类物质，由类脂A（是G—病原菌物质内毒素的物质基础）、核心多糖、和O-特异侧链组成。功能：控制细胞的透性、提高Mg2+浓度、决定细胞壁抗原多样性（因而可以用于传染病的诊断和病原的地理定位）。外膜蛋白：指嵌合在LPS和磷脂层外膜上的20余种蛋白。其中的脂蛋白有使外膜层与内膜肽聚糖层紧密连接的功能。孔蛋白：中间有孔道、可控制某些物质进入外膜的三聚体跨膜蛋白。有特异性和非特异性两种。周质空间：在G¯细菌中，其外膜与细胞膜间的狭窄胶质空间。其中存在多种周质蛋白，包括水解酶类、合成酶类和运输蛋白。注：G+和G¯细菌的细胞壁结构和成分间的显著差别不仅反映在染色反应上，更反映在一系列的形态、构造、化学组分、生理生化和致病性等的差别上。（3）古生菌（古细菌或古菌）的细胞壁：古细菌主要包括一些独特生态类型的原核生物，如产甲烷菌及大多数嗜极菌（极端嗜盐菌、极端嗜热菌和Thermoplama（没有细胞壁）（热源体属）等。一些古菌的细胞壁中都不含真正的肽聚糖，而是假肽聚糖（其结构虽与肽聚糖相似，但其多糖骨架则是由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸以β-1，3-糖苷键交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由L-Glu、L-Ala和L-Lys三个L型氨基酸组成，肽桥则由L-Glu一个氨基酸组成。）、糖蛋白或蛋白质。（4）缺壁细菌：①L型细菌，严格的说：L型细菌应专指那些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损菌株。②原生质体，指在人为条件下，用溶菌酶除去原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层细胞膜包囊的圆球状渗透敏感细胞。③球状体，又称原生质球，指还残留了部分细胞壁的原生质体。④支原体，是在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物，因为它的细胞膜中含有一般生物所没有的甾醇，故即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。（5）革兰氏染色的机制：通过结晶紫液初染和碘液媒染后，在细菌的细胞膜内克形成不溶于水的结晶紫和碘的复合物。①G+细菌：由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密，故遇脱色剂乙醇（或丙醇）处理时，因失水而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇的处理不会溶出缝隙，因此能把结晶紫与碘的复合物牢牢留在壁内，使其保持紫色。②G¯细菌：其细胞壁薄、外层类脂含量高、肽聚糖层薄和交联度差，遇脱色剂乙醇后，以类脂为主的外膜迅速溶解，这是薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，因此细胞退成无色。这时，再经沙黄等红色染料复染，就使G¯细菌呈现红色，而G+细菌则保留最初的紫色（实为紫加红）。2、细胞膜：又称细胞质膜、质膜或内膜，是一层紧贴在细胞壁内侧，包围着细胞质的柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜。组成细胞膜的组要成分是磷脂，而膜式由两层磷脂分支整齐地对称排列而成的。在常温下，磷脂双分子层呈液态，其中嵌埋着许多具有运输功能、有时还存在运输通道的整合蛋白或内嵌蛋白，而在其外层有许多具有酶促作用的周边蛋白或膜外蛋白。液态镶嵌模型的要点：（1）膜的主体式脂质双分子层；4（2）脂质双分子层具有流动性；（3）整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层的疏水性内层中；（4）周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连；（5）脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；（6）脂质双分子层犹如海洋，周边蛋白可以在其上浮动。细胞膜具有以下生理功能：（1）能选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；（2）是维持细胞内正常渗透压的结构屏障；（3）是合成细胞壁和糖被有关成分（如肽聚糖、磷壁酸、LPS和荚膜多糖）的重要场所；（4）膜上含有与氧化磷酸化火光合磷酸化等能量代谢有关的酶，故是细胞的产能基地；（5）是鞭毛基体的着生部位，并可提供鞭毛旋转运动所需的能量。间体：是一种由细胞膜内褶而形成的囊状构造，其内充满着这层或管状的泡囊。古生菌细胞膜所具有的某些独特性和特异性：（1）其磷脂的亲水头仍由甘油组成，但疏水尾却由长链烃组成，一般都是异戊二烯的重复单位（如四聚体植烷、六聚体鲨稀等）；（2）亲水头与疏水尾间通过特殊的醚键连接成甘油二醚或甘油四醚，而在其他原核生物或真核生物中则是通过酯键把甘油与脂肪酸连在一起；（3）古生菌的细胞膜中存在着独特的单分子层或单、双分子层混合膜。（4）在甘油分子的C3位上，可连接多种与真细菌有多种独特脂类（如在嗜盐菌中就发现有细菌红素、视黄醛和萘醌等）。3、细胞质和内含物细胞质：是指被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明、胶体状、颗粒状物质的总称。（含水量约80%，与真核生物明显不同的是，原核生物的细胞质是不流动的。）细胞内含物：是指细胞质内一些形状较大的颗粒状构造，主要有：（1）贮藏物：一类由不同化学成分累积和成德不溶性颗粒，主要功能是贮存营养物，种类很多糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等碳源及能源类聚β-羟丁酸（PHB）：固氮菌、产碱菌和肠杆菌等硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等氮源类：①藻青素：蓝细菌；②藻青蛋白：蓝细菌磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌异染粒：又称迂回体最初在迂回螺菌中发现，并能用美篮或甲苯胺蓝染成紫色。具有贮藏磷元素和能量以及降低细胞渗透压等作用。还可用于鉴定白喉棒杆菌和结核分枝杆菌。注：由于PHB和PHA（聚烃链烷酸）是由生物合成的高聚物，具有无毒、可塑和易降解等特点，因此正在大力开发用于制造医用塑料盒和快餐盒等优质原料，并试图以此来克服当前危害严重的白色污染。（2）磁小体：存在于少数水生螺菌属等趋磁细菌中，性状为平截八面体、平行六面体或六棱柱等，成分Fe3O4，外有一层磷脂、蛋白质或糖蛋白膜包囊，无毒，具有导向功能。趋磁细菌还有一定的适用作磁性定向药物和抗体，以及制造生物传感器。（3）羧酶体：一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物其大小与噬菌体相仿，约10nm，内含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。（4）核区：指原核生物所特有的无核膜包囊、无固定形态的原始细胞核。主要有，环状双链DNA分子。每个细胞所含的核区数目与该细菌的生长速度密切相关。核区除在染色体复制的短时间内呈双倍体外，一般均为单倍体。微生物贮藏物的特点及生理功能：5（1）不同微生物其储藏性内含物不同；（2）微生物合理利用营养物质的一种调节方式；（3）贮藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH，渗透压等的危害。（4）贮藏物在细菌细胞中大量积累，还可以被人们利用。特殊构造：仅在部分细菌中才有的或在特殊环境条件下才形成的构造（鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被（包括荚膜和粘液层）和芽孢）。1、糖被：包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不