【广西医药大学】优质课《微生物学》第七章微生物原核生物的功能.ppt
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1、【广西医药大学】优质课全国特级教师江新欢博士教授微生物学微生物学第第七七章章 原核生物的原核生物的形态、构造与功能形态、构造与功能 微生物分为微生物分为 三大类群三大类群(根据进化地位、根据进化地位、性状上明显差别)性状上明显差别)3.非细胞生物非细胞生物(acellular microorganisms)细胞型生物细胞型生物1.原核生物原核生物(prokaryotes)2.真核微生物真核微生物(eukaryotic microorganisms)原核生物的定义及种类原核生物的定义及种类原核生物:原核生物:指一大类细胞核无核膜包裹,指一大类细胞核无核膜包裹,只存在称作核区的裸露只存在称作核区的
2、裸露DNA的原始单细的原始单细胞生物。胞生物。包括包括 真细菌(真细菌(eubacteria)域域 古生菌(古生菌(archaea)域域古生菌域虽然在进化上和若干生化反应与真核生物关系较为密切,但其细胞构造属于原核生物。真细菌包括真细菌包括6种类群:种类群:“三菌三菌三菌三菌”化能营养化能营养化能营养化能营养 细菌细菌细菌细菌 放线菌放线菌放线菌放线菌 光能营养:光能营养:光能营养:光能营养:蓝细菌蓝细菌蓝细菌蓝细菌 “三体三体三体三体”人工培养人工培养人工培养人工培养 :支原体支原体支原体支原体 专性细胞寄生专性细胞寄生专性细胞寄生专性细胞寄生 衣原体衣原体衣原体衣原体 立克次氏体立克次氏体
3、立克次氏体立克次氏体第一节第一节 细菌(细菌(bacteria,bacterium 单数)单数)一、细胞的形态、构造及功能一、细胞的形态、构造及功能 二、细菌的繁殖二、细菌的繁殖 三、细菌的群体形态三、细菌的群体形态 四、食品发酵工业、医药上常用的细菌四、食品发酵工业、医药上常用的细菌球状球状杆状杆状螺旋状螺旋状基基本本形形态态一、细胞的形态、排列方式和大小一、细胞的形态、排列方式和大小(一)个体形态和排列(一)个体形态和排列1、球状、球状(球菌球菌coccus)一、细胞的形态、排列方式和大小一、细胞的形态、排列方式和大小(一)个体形态和排列(一)个体形态和排列一、细胞的形态、排列方式和大小一
4、、细胞的形态、排列方式和大小(一)个体形态和排列(一)个体形态和排列2、杆状(杆菌、杆状(杆菌bacillus,bacilli)一、细胞的形态、排列方式和大小一、细胞的形态、排列方式和大小(一)个体形态和排列(一)个体形态和排列3、螺旋状(螺旋菌、螺旋状(螺旋菌spirilla,spirilla)霍乱弧菌霍乱弧菌梅毒密螺旋体梅毒密螺旋体一、细胞的形态、排列方式和大小一、细胞的形态、排列方式和大小(一)个体形态和排列(一)个体形态和排列4、其它形状、其它形状1)柄杆菌柄杆菌(prosthecate bacteria)2)星形细菌星形细菌(star-shaped bacteria)3)方形细菌方形
5、细菌(square-ahaped bacteria)(二)大小(二)大小一、细胞的形态、排列方式和大小一、细胞的形态、排列方式和大小测量单位:测量单位:um(微米)微米)(Thiomargarita namibiensis)纳米比亚硫磺珍珠状菌纳米比亚硫磺珍珠状菌不同细菌的大小差别很大不同细菌的大小差别很大二、细菌细胞的构造与功能二、细菌细胞的构造与功能二、细菌细胞的构造与功能二、细菌细胞的构造与功能(三)构造(三)构造二、细菌细胞的构造与功能二、细菌细胞的构造与功能二、细菌细胞的构造与功能二、细菌细胞的构造与功能(一)(一)(一)(一)细胞壁细胞壁细胞壁细胞壁(cell wallcell w
6、all)是紧贴细胞质膜外侧的一层厚实、坚韧的外被,主要由肽是紧贴细胞质膜外侧的一层厚实、坚韧的外被,主要由肽聚糖构成,有固定细胞外形和保护细胞等多种生理功能。聚糖构成,有固定细胞外形和保护细胞等多种生理功能。1 1)细菌超薄切片的电镜直接观察;)细菌超薄切片的电镜直接观察;)细菌超薄切片的电镜直接观察;)细菌超薄切片的电镜直接观察;2 2)质、壁分离与适当的染色,可以在光学显微镜下看到细胞壁;)质、壁分离与适当的染色,可以在光学显微镜下看到细胞壁;)质、壁分离与适当的染色,可以在光学显微镜下看到细胞壁;)质、壁分离与适当的染色,可以在光学显微镜下看到细胞壁;3 3)机械法破裂细胞后,分离得到纯
7、的细胞壁;)机械法破裂细胞后,分离得到纯的细胞壁;)机械法破裂细胞后,分离得到纯的细胞壁;)机械法破裂细胞后,分离得到纯的细胞壁;4 4)制备原生质体,观察细胞形态的变化;)制备原生质体,观察细胞形态的变化;)制备原生质体,观察细胞形态的变化;)制备原生质体,观察细胞形态的变化;细胞壁怎么被发现的细胞壁怎么被发现的细胞壁怎么被发现的细胞壁怎么被发现的?二、细菌细胞的构造与功能二、细菌细胞的构造与功能二、细菌细胞的构造与功能二、细菌细胞的构造与功能(一)(一)(一)(一)细胞壁细胞壁细胞壁细胞壁(cell wallcell wall)1.G+细菌细胞壁细菌细胞壁G+细菌的细胞壁细菌的细胞壁肽聚糖
8、肽聚糖(peptidoglycan)(90%)磷壁酸(磷壁酸(teichoic acid)(10%)又称粘肽又称粘肽又称粘肽又称粘肽(mucopeptidemucopeptide)、胞胞胞胞壁质壁质壁质壁质(mureinmurein)或粘质复合物或粘质复合物或粘质复合物或粘质复合物(mucocomplexmucocomplex),是真细菌细是真细菌细是真细菌细是真细菌细胞壁中的特有成分胞壁中的特有成分胞壁中的特有成分胞壁中的特有成分。肽聚糖只存在于真细菌中,肽聚糖只存在于真细菌中,古生菌和真核生物细胞壁古生菌和真核生物细胞壁中没有肽聚糖。中没有肽聚糖。二、细菌细胞的构造与功能二、细菌细胞的构造
9、与功能二、细菌细胞的构造与功能二、细菌细胞的构造与功能(一)(一)(一)(一)细胞壁细胞壁细胞壁细胞壁(cell wallcell wall)1.G+细菌细胞壁细菌细胞壁(1)肽聚糖)肽聚糖金黄色葡萄球菌为代表金黄色葡萄球菌为代表肽聚糖分子由肽聚糖分子由肽肽与与聚糖聚糖两部分组成,其中的两部分组成,其中的肽有四肽尾和肽桥肽有四肽尾和肽桥,聚糖,聚糖由由N乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺和和N乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸间隔连接,呈间隔连接,呈长链骨架长链骨架。原核生物所特有的已糖原核生物所特有的已糖原核生物所特有的已糖原核生物所特有的已糖:N N乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸 双糖单位中的双糖单位中
10、的双糖单位中的双糖单位中的-1,4-1,4-糖苷键很容易被糖苷键很容易被糖苷键很容易被糖苷键很容易被溶菌酶溶菌酶溶菌酶溶菌酶(lysozymelysozyme)所水解,从而引起所水解,从而引起所水解,从而引起所水解,从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的细菌因肽聚糖细胞壁的细菌因肽聚糖细胞壁的细菌因肽聚糖细胞壁的“散架散架散架散架”而死亡。而死亡。而死亡。而死亡。肽聚糖单体由三部分组成:肽聚糖单体由三部分组成:肽聚糖单体由三部分组成:肽聚糖单体由三部分组成:(1)(1)双糖单位双糖单位双糖单位双糖单位 (2)(2)四肽尾四肽尾四肽尾四肽尾 (3)(3)肽肽肽肽 桥桥桥桥()磷壁酸()磷壁酸 1.G1.G
11、+细菌细胞壁细菌细胞壁细菌细胞壁细菌细胞壁 革氏阳性细菌细胞壁革氏阳性细菌细胞壁 特有的化学成分(酸性多糖)特有的化学成分(酸性多糖)按成分按成分甘油醇型磷壁酸甘油醇型磷壁酸核糖醇型磷壁酸核糖醇型磷壁酸按结合部位按结合部位壁磷壁酸壁磷壁酸膜磷壁酸膜磷壁酸磷壁酸的生理功能:磷壁酸的生理功能:(1)(1)(1)(1)细胞壁形成负电荷环境,增强细胞膜对二价阳离子的吸收,细胞壁形成负电荷环境,增强细胞膜对二价阳离子的吸收,细胞壁形成负电荷环境,增强细胞膜对二价阳离子的吸收,细胞壁形成负电荷环境,增强细胞膜对二价阳离子的吸收,尤其是尤其是尤其是尤其是MgMgMgMg2+2+2+2+,高浓度的,高浓度的,
12、高浓度的,高浓度的MgMgMgMg2+2+2+2+对于保持膜的硬度,提高细胞膜上需对于保持膜的硬度,提高细胞膜上需对于保持膜的硬度,提高细胞膜上需对于保持膜的硬度,提高细胞膜上需MgMgMgMg2+2+2+2+的合成酶的活性极为重要;的合成酶的活性极为重要;的合成酶的活性极为重要;的合成酶的活性极为重要;(2)(2)(2)(2)贮藏磷元素;贮藏磷元素;贮藏磷元素;贮藏磷元素;(3)(3)(3)(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增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬
13、以及抗补体的作用;及抗补体的作用;及抗补体的作用;及抗补体的作用;(4)(4)(4)(4)革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础;革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础;革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础;革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础;(5)(5)(5)(5)噬菌体的特异性吸附受体;噬菌体的特异性吸附受体;噬菌体的特异性吸附受体;噬菌体的特异性吸附受体;(6)(6)(6)(6)能调节细胞内自溶素能调节细胞内自溶素能调节细胞内自溶素能调节细胞内自溶素(autolysin)(autolysin)(autolysin)(autolysin)的活力而调节细胞壁的增的活力而调节细胞壁的增的活力而调
14、节细胞壁的增的活力而调节细胞壁的增长,防止细胞因自溶而死亡。长,防止细胞因自溶而死亡。长,防止细胞因自溶而死亡。长,防止细胞因自溶而死亡。细菌分类细菌分类鉴定依据鉴定依据肽聚糖肽聚糖外膜外膜外膜蛋白外膜蛋白周质空间周质空间 2.G2.G-细菌细胞壁细菌细胞壁细菌细胞壁细菌细胞壁 2.2.2.2.G G-细菌细胞壁细菌细胞壁细菌细胞壁细菌细胞壁(1 1)外膜外膜外膜外膜(outer membrane)(outer membrane),又称外壁层又称外壁层又称外壁层又称外壁层 位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层,由位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层,由位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层,由位于革兰氏阴性细菌细胞壁外
15、层,由脂多糖脂多糖脂多糖脂多糖、磷脂磷脂磷脂磷脂和和和和脂蛋脂蛋脂蛋脂蛋白白白白等若干种蛋白质组成的膜。等若干种蛋白质组成的膜。等若干种蛋白质组成的膜。等若干种蛋白质组成的膜。(2 2)外膜外膜外膜外膜(outer(outer membrane)membrane)脂多糖(脂多糖(脂多糖(脂多糖(lipopolysaccharidelipopolysaccharide,LPSLPS)位于细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质位于细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质位于细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质位于细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质(分子量分子量分子量分子量1 1 1 1万以上万
16、以上万以上万以上),是革兰氏是革兰氏是革兰氏是革兰氏阴性细菌细胞壁特有的成分阴性细菌细胞壁特有的成分阴性细菌细胞壁特有的成分阴性细菌细胞壁特有的成分。三部分组成:三部分组成:类脂类脂A(内毒素的主要成分)内毒素的主要成分)内毒素的主要成分)内毒素的主要成分)核心多糖核心多糖 O-特异侧链(特异侧链(O-多糖,多糖,O-抗原)抗原)外膜蛋白外膜蛋白外膜蛋白外膜蛋白(outer membrane(outer membrane protein)protein)磷脂磷脂磷脂磷脂 2 2.G G-细菌细胞壁细菌细胞壁细菌细胞壁细菌细胞壁(2)肽聚糖)肽聚糖埋藏在外膜层之内,由埋藏在外膜层之内,由埋藏在外
17、膜层之内,由埋藏在外膜层之内,由1212层肽聚糖网状分子层肽聚糖网状分子层肽聚糖网状分子层肽聚糖网状分子(交联交联交联交联度度度度30%30%)组成的薄层组成的薄层组成的薄层组成的薄层(23nm)(23nm),约占细胞壁总重约占细胞壁总重约占细胞壁总重约占细胞壁总重10%10%。对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。没有特殊的肽桥,只形成较为疏稀、没有特殊的肽桥,只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套机械强度较差的肽聚糖网套内消旋二氨基庚二酸内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)(只在原核生物
18、细(只在原核生物细胞壁上发现)胞壁上发现)()()G-菌的周质空间菌的周质空间(periplasmic space,periplasm)周质空间是进出细胞的周质空间是进出细胞的周质空间是进出细胞的周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反物质的重要中转站和反物质的重要中转站和反物质的重要中转站和反应场所。应场所。应场所。应场所。GG+菌菌菌菌 GG-菌菌菌菌 单层,厚(单层,厚(单层,厚(单层,厚(2080nm2080nm),),),),组分简单组分简单组分简单组分简单 多层,薄(多层,薄(多层,薄(多层,薄(1015nm1015nm),组分复杂,组分复杂,组分复杂,组分复杂 90%90%肽聚糖
19、(含量高,交联紧密)肽聚糖(含量高,交联紧密)肽聚糖(含量高,交联紧密)肽聚糖(含量高,交联紧密)内壁层内壁层内壁层内壁层 肽聚糖肽聚糖肽聚糖肽聚糖(含量低含量低含量低含量低,交联疏松)交联疏松)交联疏松)交联疏松)10%10%磷壁酸磷壁酸磷壁酸磷壁酸 (2 7 nm)(2 7 nm)脂多糖脂多糖脂多糖脂多糖 外膜外膜外膜外膜 磷脂磷脂磷脂磷脂 由外向内由外向内由外向内由外向内 (8nm)(8nm)脂蛋白脂蛋白脂蛋白脂蛋白GG+细菌与细菌与细菌与细菌与GG-细菌细胞壁组成与构造比较细菌细胞壁组成与构造比较细菌细胞壁组成与构造比较细菌细胞壁组成与构造比较 G G G G+细菌与细菌与细菌与细菌与
20、G G G G-细菌细胞壁组成与构造比较细菌细胞壁组成与构造比较细菌细胞壁组成与构造比较细菌细胞壁组成与构造比较3.3.革兰氏染色革兰氏染色革兰氏染色革兰氏染色 简单染色法简单染色法 正染色正染色 革兰氏染色法革兰氏染色法 鉴别染色法鉴别染色法 抗酸性染色法抗酸性染色法 芽孢染色法芽孢染色法 死菌死菌 姬姆萨染色法姬姆萨染色法 负染色负染色:荚膜染色法等荚膜染色法等细菌染色法细菌染色法 活菌:活菌:用美蓝或用美蓝或TTCTTC(氧化三苯基四氮唑)染色氧化三苯基四氮唑)染色常用的染色方法:常用的染色方法:C.GramC.Gram(革兰)于革兰)于18841884年年发明的一种鉴别不同类型发明的一
21、种鉴别不同类型细菌的染色方法。细菌的染色方法。革兰氏染色过程:革兰氏染色过程:革兰氏染色过程:革兰氏染色过程:1)结晶紫结晶紫初染初染2)碘溶液碘溶液媒染媒染3)乙醇乙醇脱色脱色 革兰氏阴性细菌呈革兰氏阴性细菌呈红色红色 革兰氏阳性细菌呈革兰氏阳性细菌呈深紫色深紫色4)沙黄沙黄复染复染革兰氏染色原理:革兰氏染色原理:革兰氏染色原理:革兰氏染色原理:革兰氏染色的阳性或阴性,与细胞壁的化学组成和结构有关。革兰氏染色的阳性或阴性,与细胞壁的化学组成和结构有关。革兰氏染色的阳性或阴性,与细胞壁的化学组成和结构有关。革兰氏染色的阳性或阴性,与细胞壁的化学组成和结构有关。革氏阳性菌革氏阳性菌革氏阳性菌革氏
22、阳性菌革氏阴性菌革氏阴性菌革氏阴性菌革氏阴性菌肽聚糖肽聚糖肽聚糖肽聚糖含量高,交联密含量高,交联密含量高,交联密含量高,交联密含量低,交联疏松含量低,交联疏松含量低,交联疏松含量低,交联疏松脂类脂类脂类脂类一般无一般无一般无一般无含量高含量高含量高含量高乙醇作用乙醇作用乙醇作用乙醇作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脂溶作用脂溶作用脂溶作用脂溶作用孔径缩小,结构更紧密孔径缩小,结构更紧密孔径缩小,结构更紧密孔径缩小,结构更紧密 孔径增大,结构变得疏松孔径增大,结构变得疏松孔径增大,结构变得疏松孔径增大,结构变得疏松大分子复合物滞留大分子复合物滞留大分子复合物滞留大分子复合物滞留大分子复合物溶出
23、大分子复合物溶出大分子复合物溶出大分子复合物溶出结果结果结果结果紫色紫色紫色紫色红色红色红色红色细胞壁结构与革兰氏染色的关系细胞壁结构与革兰氏染色的关系细胞壁结构与革兰氏染色的关系细胞壁结构与革兰氏染色的关系 革氏阳性菌与革氏阴性菌之间的区别在于细胞壁的物理性质。革氏阳性菌与革氏阴性菌之间的区别在于细胞壁的物理性质。细胞壁中的肽聚糖本身并不被染上颜色,但它可作为渗透性屏细胞壁中的肽聚糖本身并不被染上颜色,但它可作为渗透性屏障阻止结晶紫与碘大分子复合物的流失。障阻止结晶紫与碘大分子复合物的流失。4.4.细胞壁缺陷细菌细胞壁缺陷细菌细胞壁缺陷细菌细胞壁缺陷细菌青霉素的杀菌作用原理:青霉素的杀菌作用
24、原理:青霉素的杀菌作用原理:青霉素的杀菌作用原理:青霉素青霉素青霉素青霉素b b b b-内酰胺环结构与内酰胺环结构与内酰胺环结构与内酰胺环结构与D-D-丙氨酸末端结构相似丙氨酸末端结构相似丙氨酸末端结构相似丙氨酸末端结构相似,占据,占据,占据,占据D-D-丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸的位置与转肽酶结合,肽链无法连接,抑制细胞壁的合成。的位置与转肽酶结合,肽链无法连接,抑制细胞壁的合成。的位置与转肽酶结合,肽链无法连接,抑制细胞壁的合成。的位置与转肽酶结合,肽链无法连接,抑制细胞壁的合成。溶菌酶的作用:溶菌酶的作用:溶菌酶的作用:溶菌酶的作用:通过水解肽聚糖分子中通过水解肽聚糖分子中通过水解肽聚糖
25、分子中通过水解肽聚糖分子中N-N-乙酰葡萄糖胺与乙酰葡萄糖胺与乙酰葡萄糖胺与乙酰葡萄糖胺与N-N-乙酰胞壁酸间乙酰胞壁酸间乙酰胞壁酸间乙酰胞壁酸间的的的的-1,4-1,4-糖苷键糖苷键糖苷键糖苷键,引起细胞壁,引起细胞壁,引起细胞壁,引起细胞壁“散架散架散架散架”,形成细胞壁完全脱,形成细胞壁完全脱,形成细胞壁完全脱,形成细胞壁完全脱去或部分除去的原生质体(革氏阳性菌)或球状体(革氏阴去或部分除去的原生质体(革氏阳性菌)或球状体(革氏阴去或部分除去的原生质体(革氏阳性菌)或球状体(革氏阴去或部分除去的原生质体(革氏阳性菌)或球状体(革氏阴性菌)性菌)性菌)性菌)。在低渗溶液中,原生质体或球状体
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