第三章真菌的细胞结构(普通真菌学)

一、真菌的细胞结构包括什么？二、细胞壁主要成分是什么？三、粗糙脉孢菌细胞壁的结构如何四、什么是膜边体？什么是泡囊？五、什么是内膜系统？什么是细胞骨架？六、微管、微丝在细胞骨架中的作用如何？七、了解真菌的一些内含体，如微体、伏鲁宁体和壳质体本章要解决的问题第三章真菌的细胞结构第一节细胞壁第二节原生质膜第三节细胞核第四节线粒体和核糖体第五节内膜系统第六节细胞骨架与细胞质的移动第七节其他内含物真菌细胞结构平面图如果从形态上观察各种真菌，可能有较大的差异，但是它们的细胞构造基本上是相同的。第一节细胞壁一、细胞壁的主要成分多糖、蛋白质、脂类、无机离子1、多糖1）大多数真菌细胞壁的主要成分为己糖或氨基己糖构成的多糖链，如几丁质、脱乙酰几丁质、纤维素、葡聚糖、甘露聚糖、半乳糖等，2）一种真菌的细胞壁组分并不是固定的，在其不同生长阶段，细胞壁的成分有明显不同。3）低等真菌（卵菌纲、前毛壶菌纲、粘菌目和子囊菌个别种）的细胞壁成分以纤维素为主，酵母菌以葡聚糖为主，而高等真菌（子囊菌、担子菌、半知菌和低等的壶菌）则以几丁质为主β-1，4-N-乙酰胺基葡糖为单元的无支链多聚体。•几丁质(Chitin)又称甲壳素或甲壳质,是由N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖以β-1,4糖苷键连接而成的高分子生物多聚体,广泛分布于自然界中，是真菌、甲壳类动物和藻类等生物的重要结构物质。•几丁质酶(Chitinase,Ec.3.2.14)是一类能催化降解几丁质β-1,4糖苷键的水解酶,许多微生物、植物和动物都可产生几丁质酶，由于几丁质酶是几丁质生物降解过程中的关键酶,因此,研究和利用几丁质酶降解几丁质不仅对几丁质资源的利用有重大意义,而且在植物真菌病害防治方面也具有广泛的应用前景。•真菌几丁质酶的作用2、蛋白质1）不超过细胞壁组分的10%2）既是细胞壁结构的组成又起着酶的功能。3）啤酒酵母和卡尔酵母细胞壁中甘露糖通过N-乙酰葡糖胺与蛋白相连4）有些糖蛋白存在于皮肤真菌的细胞壁外。如毛藓菌属（Trichophyton）、曲霉菌属（Aspergillus）和小孢子菌属（Microsporum）他门可以引起人的变态反应和动物的过敏性反应。5）一些水解酶如磷酸酶。Α-淀粉酶和蛋白酶都位于细胞壁，这些酶能使周围环境中的底物水解成亚单位，以便运输到细胞中。3、脂类1）通常不超过细胞壁的8%，有一例外，三孢布拉霉（Blakesleatrispora）总脂量30%2）主要有饱和脂肪酸组成，普遍是磷脂。但是有些酵母中存在糖脂和鞘氨醇如热带假丝酵母（Cadidatropicalis）存在甘露聚糖与脂肪酸4、无机离子其中磷含量较丰富，其次是钙、镁总之，细胞壁成分随着菌类的不同而不同，而且每种菌体的细胞壁在其生活周期过程中也存在着差异。壶菌纲Allomyces卵菌纲Phytophthora接合菌纲Mucor子囊菌纲/半知菌Aspergillus酵母菌（子囊菌）Saccharomyces担子菌门Schizophyllum葡聚糖16540432961纤维素—360000几丁质580919110聚氨基葡糖—10330—甘露聚糖—〈12231〈3蛋白质105611137脂类—38593注：数字为细胞壁总干重的质量百分比真菌细胞壁的化学成分胞壁成分酵母形菌丝形孢子囊孢囊孢子几丁质8.49.4182.1脱乙酰几丁质27.932.720.69.5甘露糖8.91.60.91.8墨角藻糖3.23.82.10半乳糖1.11.60.80葡糖醛酸12.211.8251.9葡萄糖000.142.6蛋白质10.36.39.216.1脂类5.77.84.89.8磷22.123.30.82.6黑色素00010.3鲁氏毛霉生活史中细胞壁化学组成的差异注：数值为细胞总干重的质量分数二、细胞壁的结构•由微纤丝成分的混合物镶嵌在无定形的基质化合物中组成的。•微纤丝是由不同的多糖链相互缠绕所组成的一股又粗又壮的链，这些链构成的网络系统嵌入在蛋白质及类脂和一些小分子的多糖的基质中。疏水蛋白胶原层肽聚糖脂蛋白磷脂三、脉胞菌细胞壁由四层组成•A层无定形葡聚糖，约87nm厚•B层网状结构由葡聚糖、蛋白质结合，厚度49nm;•C层蛋白质层，约9nm,可能还有其他成分，尚未检出。•D层为最内层放射状排列的几丁质，可能还有蛋白成分，厚度约为18nm•E层质膜粗糙脉胞菌菌丝胞壁结构β－(13)葡聚糖，链状，含量高葡聚糖β－(16)葡聚糖，分支，含量低甘露聚糖是甘露糖α－(16)相连的分支聚合物。蛋白夹在两者之间，少数结构蛋白质，多数是多糖，如：葡聚糖E、甘露聚糖E、蔗糖E、碱性磷酯E等。•酵母菌的细胞壁厚约25nm，结构似三明治——外层为甘露聚糖，内层为葡聚糖，中间为蛋白质分子。•几丁质很少，在形成芽体时合成。•不同种属差异差异较大，如：裂殖酵母细胞壁含葡聚糖和较多几丁质；点滴酵母细胞壁以葡聚糖为主，少量甘露聚糖。四、酵母菌细胞壁五、孢壁组分与真菌分类的关系•细胞壁内的微纤丝及其基质多糖的存在可作为真菌分类的一个重要依据•几丁质是绝大多数真菌细胞壁的主要成分•纤维素孢壁组分只是在前毛壶菌纲和卵菌纲中存在•不同纲的真菌细胞壁成分是不同的，各纲的真菌细胞壁有一些固定的成分，但也并非固定不变。（表3-4）P29胞壁成分分类单元被分析的标本纤维素，糖原集胞菌目盘基网柄菌纤维素，葡萄糖卵菌纲德巴利腐菌纤维素，几丁质前毛壶菌纲根前毛菌属几丁质，脱乙酰几丁质接合菌纲鲁氏毛菌几丁质，葡聚糖壶菌纲，大型异水霉子囊菌纲（菌丝），粗糙脉胞菌担子菌纲(菌丝），裂褶菌半知菌类黑曲霉葡聚糖，甘露聚糖子囊菌（酵母）啤酒酵母半知菌类（酵母）产朊假丝酵母几丁质，甘露聚糖担子菌纲掷孢酵母半乳聚糖，多聚半乳糖胺毛菌纲变形毛菌胞壁成分与分类单元之间的关系第二节细胞膜一、细胞膜(cellmembrane)概述细胞膜又称细胞质膜（plasmamembrane），是细胞表面的一层薄膜。有时称为细胞外膜或原生质膜。原始生命向细胞进化所获得的重要形态特征之一，细胞膜位于细胞表面，厚度通常为7～8nm，由脂类和蛋白质组成。它最重要的特性是半透性，或称选择透过性，对进出入细胞的物质有很强的选择透过性。具有相同的基本结构特征。主要成分是脂类、蛋白、糖类。形状：一般为波浪状，厚度：8~10nm,如终极腐霉Pythiumultimum7.3nm,大刀镰刀菌Fusariumoulmorum9.1nm，酿酒酵母菌8nm作用：吞噬作用、胞吞作用、胞吐作用,物质转运、能量转换、激素合成、核酸复制及生物进化等作用(1)是细胞外溶质运送到细胞内的渗透屏障；(2)是细胞壁等大分子成分的生物合成和装配基地(3)是部分酶的合成和作用场所。细胞膜的功能二、细胞膜的基本结构•厚约7.5nm，流动镶嵌模型，具有典型的三层结构，主要成分是磷脂分子和蛋白质。•主要结构成份一般是蛋白质占60%-80%，类脂占20%-40%，碳水化合物约占5%(分布在类脂和蛋白质之间)。1、脂类•真菌细胞中脂类的主要成分是磷脂和鞘脂类，它们都是由一个亲水性的头部和一个疏水性的尾部组成的极性分子。1)磷脂：最常见的是磷脂铣胆碱和磷脂酰乙醇胺，磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇微量存在。磷脂中脂肪酸与进化关系基本一致。•高等真菌中糖类尾巴倾向于由多个碳组成。可以是饱和的或是单不饱和酸。•低等真菌中主要是奇数脂肪酸而且大多是不饱和脂肪酸。2)鞘脂类由一个脂肪酸、一个极性头部和一个长链鞘氨醇乙醇胺或它的衍生物组成。鞘脂又称为神经酰胺，如果极性头部为一个糖类分子则称作脑苷脂。虽然目前真菌细胞膜中的鞘脂类结构尚不明确，但已从许多真菌的膜中分离出神经酰胺和脑苷脂。2、蛋白细胞膜蛋白质（包括酶）膜蛋白质主要和磷脂双分子层镶嵌排列，镶嵌在磷脂双分子层的蛋白所受的约束不同，因此分为内在蛋白，外在蛋白和整合蛋白三种。1）内在蛋白以疏水的部分直接与磷脂的疏水部分共价结合，两端带有极性，贯穿膜的内外，所受约束作用较大；2）外在蛋白以非共价键结合在固有蛋白的外端上，或结合在磷脂分子的亲水头上。所受的约束较小，在盐和螯合剂作用下容易被除去；如载体、特异受体、酶、表面抗原。占20%～30%的表面蛋白质（外周蛋白质）以带电的氨基酸或基团——极性基团与膜两侧的脂质结合；占70%～80%的结合蛋白质（内在蛋白质）通过一个或几个疏水的α-螺旋即膜内疏水羟基与脂质分子结合。3）整合蛋白又叫跨膜蛋白或转运蛋白：穿过磷脂双层，在膜的两侧有极性区。细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：载体蛋白（carrierprotein）和通道蛋白（channelprotein）。•载体蛋白又称做载体（carrier）、通透酶（permease）和转运器（transporter），能够与特定溶质结合，通过自身构象的变化，将与它结合的溶质转移到膜的另一侧，载体蛋白有的需要能量驱动，如：各类APT驱动的离子泵；有的则不需要能量，以自由扩散的方式运输物质，如：缬氨酶素。•通道蛋白与所转运物质的结合较弱，它能形成亲水的通道，当通道打开时能允许特定的溶质通过，所有通道蛋白均以自由扩散的方式运输溶质。3、糖膜糖和糖衣：糖蛋白、糖脂细胞膜糖类主要是一些寡糖链和多糖链，它们都以共价键的形式和膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂和糖蛋白；这些糖链绝大多数是裸露在膜的外面（非细胞质）一侧的。（多糖-蛋白质复合物，细胞外壳cellcoat）单糖排序上的特异性作为细胞或蛋白质的“标志、天线”—抗原决定簇（可识别，与递质、激素等结合）。二、物质的穿膜运输细胞膜是防止细胞外物质自由进入细胞的屏障，它保证了细胞内环境的相对稳定，使各种生化反应能够有序运行。但是细胞必须与周围环境发生信息、物质与能量的交换，才能完成特定的生理功能。因此细胞必须具备一套物质转运体系，用来获得所需物质和排出代谢废物，据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的15~30%，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的三分之二。氧气，二氧化碳氮气，苯水，甘油，乙醇氨基酸，葡萄糖核苷酸氢离子，钠离子钾离子，钙离子氯离子，镁离子碳酸氢根物质跨膜运输的方式1、自由扩散•一个分子没有在其他分子的协助下顺电化学梯度进入一个细胞称为自由扩散，这是一个主动的过程，没有能量消耗。一旦分子进入细胞致使梯度不再存在扩散过程停止。一些脂类和脂溶性分子，如co2和o2，能直接溶于质膜，并以溶解的方式从一端运到另一端。2、协助扩散物质被特异的运输蛋白协助而通过质膜这一过程被称为协助扩散特点•顺化学梯度；•需要载体蛋白的协助；•不需要能量（ATP)。如：大多数营养物质，如糖类，氨基酸和各种不同的离子等极性分子•总结：协助扩散和自由扩散都是物质顺浓度梯度的扩散过程，主要动力是质膜两侧的浓度差。但是，协助扩散是在质膜上载体蛋白的协助下进行的。因此，协助扩散的速度不仅受溶质的浓度梯度的影响，还取决于质膜上特定载体蛋白数目的多少。现在已知，葡萄糖、氨基酸和甘油等物质都能以协助扩散进入红细胞、肌细胞和脂肪细胞。特点从低浓度到高浓度；需要载体蛋白的协助；需要能量（ATP)。3、主动运输——物质在载体的协助下逆浓度梯度进出细胞的运输如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+等离子通过细胞膜；葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞。第三节细胞核一、细胞核概述细胞核是细胞内遗传信息（DNA）的储存、复制和转录的主要场所，外形为球状或椭圆体状。一切真核生物都有形态完整、有核膜包裹的细胞核，它对细胞的生长、发育、繁殖和遗传、变异等起着决定性的作用。真菌细胞核的特点–细胞核较小，直径2-3nm，每个细胞通常只含一个核，有的含两至多个，例如须霉属(Phycomyces)和青霉属(Penicillium)的真菌，有时每个细胞内竟含20～30个核，占了细胞总体积的20%～25%，而在真菌的菌丝顶端细胞中，常常找不到细胞核–形状变化较大，–酿酒酵母：N=16，DNA长度=14000kb，基因：4000-6500个，已报道2000个。–DNA:真菌DNA是有单拷贝和多拷贝的核苷酸序列构成，单拷贝编码mRNA，tRNA和rRNA必须是多拷贝的