第二章原核微生物

二1第二章：原核微生物真核微生物：有细胞核，有核膜，核仁，有染色体（DNA）原核微生物：是指一大类仅含有一个DNA分子的原始核区,而无核膜包裹的原始单细胞微生物。无核膜、核仁，无染色体。属于原核微生物的有：细菌，放线菌，立克次氏体，支原体，衣原体，兰细菌。古细菌：20世纪70年代发现，在极端环境下的古老微生物。古核细胞（古核生物、古细菌、原细菌）是20世纪80年代出现的名称。古细菌：是一些生长在极端特殊环境中的细菌，过去归属于原核细胞。归属原因：（1）形态、结构、DNA结构和基本生活方式与原核细胞相似。（2）其16SrRNA与原核生物相差很远。（产甲烷细菌）种类：100多种，在特殊环境中生活与人类关系不大。（高温、高盐）第一节：细菌是一大类群结构简单、种类繁多、主要以二分分裂法繁殖和水生性较强的单细胞原核微生物。一、细菌的形态与结构（一）细菌细胞形态1、细菌的大小：在显微镜下用测微尺测量，单位是：μm1）球菌：测量直径，一般为：Φ=0.5-2μm2）杆菌：测长度和宽度，一般为：长1-5μm，宽0.5-1μm表示方法：长×宽，即：1-5×0.5-1μm3）旋菌：测量长度及宽度，在一定条件培养大小比较稳定。细菌形态及大小受培养温度、时间、培养基组成及浓度的影响，也受染色方法等影响，所以同一菌种在不二2同时期、形态、大小不同。所以，同一菌种在同时期、不同培养条件其形态、大小不同。2.细菌细胞的基本形态和排列方式形状（细菌的基本形态）1）杆菌：细胞呈杆状或圆柱状（短的：近似球形。长的：呈丝状。）①数量：细菌中种类最多。②长短：短的近似球形，长的呈丝状。③两端：平齐（如：炭疸芽孔杆菌），稍尖（如：鼠疫巴斯德菌）④菌体：有的直，有的弯排列方式：单个，链状，栅栏状，八字形。多数分散存在。如：E。coli，少特殊形态：链状——链杆菌。2）球菌：菌体呈球形或扁球形（近似球形）①单球菌：只有一个分裂面，分裂后细胞分散独立存在。如：尿素球菌。②双球菌：只有一个分裂面，分裂后细胞两两成对存在。如：肺炎双球菌。③链球菌：只有一个分裂面，分裂后细胞排成链状。如乳链球菌。④四联球菌：有二个相互垂直的分裂面，分裂后四个细胞联在一起。如：四联小球菌。⑤八叠球菌：有三个相垂直的分裂面，分裂后八个细胞联在一起。如：八叠球菌。⑥葡萄球菌：分裂面不规则，无定向分裂，细胞不规则，聚在一起，似一串葡萄。如：金黄色葡萄球菌。3、菌或弧菌：菌体弯曲呈螺旋状，分为弧菌和螺旋菌。i.弧菌：弯曲不足一周，呈方形或逗号形。二3如霍乱弧菌。ii.螺旋菌：弯曲超过一圈而呈螺旋状，（二）细菌细胞的结构细菌细胞具有细胞壁，细胞膜、细胞质、细胞核、核糖体、内含物。有的还有特殊结构：荚膜、鞭毛、微毛、芽孢等。细菌细胞的基本结构1、细胞壁：是细菌细胞最外一层坚韧并富有弹性的外被（除支原体外）。①位置（概念）：15-30nm，占菌体干重10-25%。位于细菌表面的一层坚韧而具有弹性的结构。②功能：i、保护细菌细胞。维持细胞外形、渗透压。如：大肠杆菌的膨压：2.03*105Pa,机械力。ii、屏障保护：阻挡大分子物质出细胞。iii、为细胞生长、分裂、运动、鞭毛着生（是鞭毛支点）必须。V、与菌体抗原性，致病性有关，与对抗生素（噬）等敏感性有关。（1）革兰氏染色方法：1884年由丹麦病理学家革兰（ChristianGram）创立的，通过染色将细菌分为二类。G-，G+。步骤：动染（草酸铵结晶紫）→媒染（I2液）→脱色（乙醇，95%）→复染（沙黄）→紫色G+，红色G-。（2）（细菌）细胞壁的构造和化学组成：主要成分是：肽聚糖，脂多糖，脂Pr和垣酸。①肽聚糖：双糖：由二种氨基糖（N-乙酰胞壁酸、N-乙酰葡萄糖胺）肽尾：4肽-Ala，D-Glu，L-lys（M-DAP），D-Ala肽桥：5个Gly。NAG与NAM之间通过β-1.4糖苷键相连，构成主链骨架NAM与AA之间通过肽键相连接。P14②垣酸——磷壁酸，是革兰氏阳性菌特有，G+二4ⅰ.成分：是丙三醇磷酸或核糖醇磷酸为亚基的聚合物(8-50个)。ⅱ.结构：金黄色葡萄球菌的细胞壁中是以核糖醇磷酸为亚基。ⅲ.作用：a加固细胞壁，b垣酸与Mg2+等阳离子结合，增强膜稳定性，调节膜结合酶活性。C贮藏磷元素D调节细胞壁的增长E形成表面抗原F构成噬菌体吸附的受体。是G+重要的表面按原及噬菌体的受体。③脂多糖（LPS）：P16。是革兰氏阴性菌特有成分（G-）。成分是由脂类A。核心多糖及0侧链组成。（P17）。作用：a构成肉毒素的基础物质。B保护作用：防止溶菌酶、抗生素等侵入菌体。C吸附Mg、Ca等离子，增强细胞壁稳定性。D重要的抗原E吸附的受体。④脂蛋白：E.coli脂Pr由58个AA组成，占细胞总Pr的5--7%。G-特有脂蛋白，G+没有脂蛋白。AA中无His.Trp.Gly.The.Pro。c-端：Lys的ε-NH2连列短肽的DAP羧基上。N-端：Lys的氨基与脂肪酸相连。Lys的-SH连一个3-d-甘油二脂。（3）古生细菌细胞壁：多有细胞壁，少无（热原体属）。细胞壁中没有肽聚糖，由拟胞壁质、糖蛋白或蛋白质构成。有四种类型：类型I：最普遍。多为G+古生菌，细胞膜外10-20nm均一电子致密层，主要成分为坚硬的拟胞壁质或杂多糖。类型II：只存在于炽热甲烷嗜热菌中（G+），在坚硬的拟胞壁质外有蛋白质表层。类型III：G—中，存在于嗜热嗜酸菌、嗜盐古生菌和产甲烷中，细二5胞膜外只有一个由蛋白质或糖蛋白构成的表层。类型IV：最复杂。见于甲烷螺菌属和甲烷丝菌属，细胞膜外除有电子致密的弹性层外（10nm），还有蛋白原纤维鞘。拟胞壁质：拟胞壁质的聚糖由N-乙酰葡萄糖胺（或N—乙酰半乳糖胺）和N—乙酰氨基塔罗糖醛酸以β—1.3糖苷键连接，G+菌中无磷壁醛酸或磷壁酸（垣酸）。（4）细胞壁缺损型：有原生质体、球形体、细菌L型三种。1）原生质体：用溶菌酶处理G+（在等渗蔗糖aq中），可得到无细胞壁的原生质体。2）球形体：用溶菌酶处理G-（EDTA），可得到除去部分细胞壁的细菌--球形体。球形体和原生质体有生物流行性，可再生，是生物工程、DNA提取中的材料。3）细菌L型（L型-细菌）:没有细胞壁的细菌.有些细菌在低浓度表霉素或高渗溶液中,失去合成肽聚糖的能力,而没有细胞壁.细菌L型较柔软,有球形、杆形、丝状。可通过细菌滤器。直径在0.05-5um。分为：原生小体：直径在0.05-0.5um。圆球体：直径在1um左右。巨形体：直径在1.5-5um。细菌L型在无青霉素等的培养基中可恢复正常的为L型回复，不易回复的叫稳定L型，易回复的叫不稳定L型。G+与G-细菌细胞壁的差异：G+G-细胞壁厚度20-80nm10-13nm肽聚糖多40-90%,20-80nm少5-4-15%2-3nm组成成分蛋白质少10%多60%脂类少2%多20%脂多糖无有垣酸有无对溶菌酶反应可除去细胞壁得到原生质体可除去部分细胞壁得到球形体对青霉素敏感性高低碱性染料抑制性高低二6对物理因素抗性强弱营养多数复杂较简单(4)革兰氏染色机理.G-:细胞壁薄,肽聚糖含量少,交连程度低,网孔大.又由于有类物质含量高,乙醇溶解了脂类后,网孔更大.所以:结晶紫和碘易被从细胞中抽提出来,速度快,而呈复染沙黄的颜色-红色.G+:细胞壁厚,肽聚糖含量高,网孔小,经乙醇脱水后,使网孔更小,结晶紫,碘不能被抽提出来,速度慢,而呈紫色.2、细胞质膜：“单位膜”ⅰ.位置：是在细胞壁内侧（在细胞壁与细胞质之间）的一层柔软而富有弹性的具高度选择透过性的膜。ⅱ.厚度：约为7.5nm，占干重的10%~30%ⅲ，成分：由蛋白质（60~70%）和磷脂（20~30%）构成。少量：糖（蛋白、脂）类，核酸。ⅳ，结构：与真核生物相同，3层。即：由磷类构成骨架和蛋白质。脂类：主要是双分子磷脂层，细菌主要是磷酸甘油酯（不同细菌G+G—不同，表P19，温度高，饱和脂肪酸高），古细菌为异戊烯甘油醚，P20。蛋白质：蛋白质镶嵌，贯穿或覆盖在磷脂分子层之中或表面。（整合蛋白、跨膜蛋白、周缘蛋白），转运蛋白、酶（200种）等。ⅴ，功能：①渗透屏障作用。维持正常渗透压。②物质运输：起着物质运输作用。③生物合成：细胞壁、膜脂、糖被、荚膜等的大分子物质。④参与代谢：是代谢的活性中心—参与能量的产生（ATPE）。在细胞膜上进行电子传递及氧化磷酸化等。⑤分泌物质：细胞壁、糖被、蛋白质、胞外酶等。（同3）⑥与DNA的复制和细胞分离有关。⑦与细胞运动有关：是鞭毛着生位点（ATP）。鞭毛基粒位于细胞膜上。二7ⅵ，细菌细胞膜上与真核生物细胞膜的区别：①．细菌细胞膜不含固醇，而真核生物膜含有固醇。②．细菌细胞膜上含有电子传递系统，相当于真核细胞的线粒体，而真核细胞没有电子传递系统。3、内膜系统：包括：间体，载色体，羧酶体，类囊体等。①间体（中体）（mesosome）：由细胞膜向内凹陷而形成的一个或几个片层状、管状、或囊状的膜性结构。作用：a.呼吸酶系发达，相当于真核细胞的线粒体。b.与细胞分裂、核分裂时隔壁的形成有关——隔壁间体。c.与胞外酶的分泌（向外运输）有关——侧性间体。②载色体（chromatophore）：在紫色光合细菌中，由细胞膜向内凹陷而形成的一个或几个片层状、管状、或囊状的膜性结构。含有菌绿素、胡萝卜素等色素，是光合细菌光合作用的部位。——光合作用膜。③羧酶体：是自养细菌特有的内膜系统（硫杆菌），是固定CO2的场所，内含（5-磷酸核酮糖激酶和）1.5-二磷酸核酮糖羧化酶（RUBP羧化酶）。④类囊体（thylnkoid）：是兰细菌（绿色光合细菌中）光合作用的场所。4、细胞质及内含物：细胞质：是细菌细胞的基础物质，为无色透明的粘稠的胶状物。成分：水80%、蛋白质、核酸、脂类、糖、无机盐、质粒DNA等。细胞质中有RNA。幼龄RNA多易被碱性染料着色，且均匀。老龄RNA减少，着色浅。可溶性、颗粒性成分。（1）核糖体：是核糖核蛋白构成的颗粒状结构——内含物。ⅰ。功能：是合成蛋白质的场所。ⅱ。成分：蛋白质40%，RNA60%，70Sⅲ。结构：大、小亚基，大亚基50S，小亚基30S，核糖体70S，真核生物核糖80S，大亚基60S，小亚基40S。抗生素（链二8霉素，四环素，氯霉素）作用于70S，不作用于80S。ⅳ。数量：一个细菌约有几万个核糖体。（2）贮藏性颗粒（颗粒状内含物）：不同细菌，含有不同种类和数的颗粒状内含物。作用：是细胞的贮藏物质或代谢产物。种类：因细菌种类、生存环境不同而不同。①聚β-羟丁酸（PHB）：是β-羟丁酸的聚合物，是细菌特有的贮存物。ⅰ观察方法：易被脂溶性染料着公。如：苏丹Ⅲ染色。ⅱ作用：作为碳源及能量的贮藏物。ⅲ代表菌：假单胞菌等。②异染（颗）粒：是一种同ATP转化而来的聚磷酸盐颗粒。单体是ATP。ⅰ观察方法：易被兰色碱性染料染成红色。如：甲苯胺兰、甲烯兰。ⅱ作用：是磷酸盐和能量的贮存物，作为细菌生活中磷和能量的补充的来源。ⅲ代表菌：螺菌③多糖（肝糖、糖原）和淀粉粒：是细菌中积累的多聚葡萄糖ⅰ观察方法：用I2溶液染成红棕色的是肝糖（糖原）。染成兰色的是淀粉粒。ⅱ作用：作为细菌的碳源及能量的贮存物。ⅲ代表菌：大肠杆菌、芽孢杆菌、肠道杆菌④硫粒：是硫细菌的贮藏物。作用：是硫及能量的贮藏物，外界缺S时，氧化放能。（3）气泡：存在：光合细菌，水生细菌数量：一个或多个，直径恒定。组成：片状蛋白质膜，蛋白高度疏水，内气体O2、CO2等。形态：纺锤形、圆柱形、球形等。二9作用：增加细胞浮力。如：光合细菌浮在水面，光合作用。5、核区（细胞核）和质粒：位于细胞中央细菌的细胞核没有核膜、核仁，只有一个核质体是由单个环状(布氏疏螺旋体)DNA缠绕而成的质核（拟核或核区）,“类核、核当体、染色质体、核质体、细菌染色体等”。没有染色体时期。（1）细菌染色体（质）DNA：DNA高度折叠缠绕：E.coliDNA，4700Kbp,长度1100-1400μm（1-1.4mm）。而E.coli长度为1-3μm。所以，DNA是高度折叠缠绕在核内的—超螺旋。（2）细菌染色体的组织结构：E.coli染色体DN