微生物的形态、构造、功能及重要的工业微生物.ppt

1.3.2 细菌细胞膜,细胞质膜（cytoplasmic membrane），又称质膜（plasma membrane）、细胞膜（cell membrane）或内膜（inner membrane），是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约78nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白质（占50%70%）组成。,细胞膜,观察方法：,质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察；,原生质体破裂；,超薄切片电镜观察；,在上下两暗色层之间夹着一浅色中间层的双层膜结构,(1)细胞膜的化学组成与结构模型,A、磷脂,在极性头的甘油3C上，不同种微生物具有不同的R基，如磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸或磷脂酰肌醇等。,非极性尾则由长链脂肪酸通过酯键连接在甘油的C1和C2位上组成，其链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异。,磷脂,在生理温度下，脂肪酸末端排列成固定的晶格。,不饱和脂肪酸的双键可导致膜结构的变形。当磷脂分子中二者同时存在时，在一定条件下就阻碍了形成晶格结构所需要的有秩序排列。,膜的流动性很大程度上取决于不饱和脂肪酸的结构和相对含量。细胞膜上长链脂肪酸的链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异，通常生长温度要求越高的种，其饱和度也越高，反之则低。,B、膜蛋白,具运输功能的整合蛋白（integral protein）或内嵌蛋白（intrinsic protein）,具有酶促作用的周边蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白(extrinsic protein),膜蛋白约占细菌细胞膜的50%70%，比任何一种生物膜都高，而且种类也多。-细胞膜是一个重要的代谢活动中心。,（2）液态镶嵌模型(fluid mosaic model),膜的主体是脂质双分子层；,脂质双分子层具有流动性；,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；,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；,脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；,脂质双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。,1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（）,液态镶嵌模型(fluid mosaic model),液态镶嵌模型(fluid mosaic model),（3）甾醇类物质,由磷脂分子形成的双分子膜中加入甾醇类物质可以提高膜的稳定性,（4）细胞膜的生理功能：,选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；,是维持细胞内正常渗透压的屏障；,合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等）的重要基地；,膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所；,是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；,5）间体（mesosome，或中体）：,细胞质膜内褶而形成的囊状构造，其中充满着层状或管状的泡囊。多见于革兰氏阳性细菌。,青霉素酶分泌、DNA复制、分配以及细胞分裂有关,“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像,间体,间体,核质体(nuclear body;nucleoid),细菌DNA：长度：一般为：13mm例：大肠杆菌的DNA长约1mm。生长迅速的细菌在核分裂之后细胞往往来不及分裂,所以细胞中常有24个核，而生长缓慢的细菌细胞中一般只有12个核，不在染色体复制时期一般是单倍体。功能：负载遗传信息。,由大型环状双链DNA纤丝不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域,原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核,细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。,1.3.4 细胞质和内含物,细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。,细胞质功能：细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所。,(1)核糖体（ribosome),是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占60%）和蛋白质（占40%）组成。,细菌的核糖体沉降系数为：70s，由50s大亚基和 30s 小亚基构成。功能：是细胞合成蛋白质的机构。,(2)颗粒状贮藏物(reserve materials)：,贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。,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-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、贝氏硫杆菌等贮藏物 藻青素：蓝细菌 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,氮源类,概念：是普遍存在的贮藏物，大小为0.51m，主要成分是多聚偏磷酸盐的聚合物，分子呈线状，嗜碱性强，用美兰染色时着色较深，呈紫红色，与菌体其他部位不同，故称异染粒。功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。含异染粒的细菌种类:棒状杆菌和某些芽孢杆菌等.,异染粒（metachromatic granule）,在暗视野显微镜下看到的迂回螺菌(Spirillum volutans)异染粒（迂回体）,多聚偏磷酸盐,聚-羟基丁酸（poly-hydroxybutirate，PHB）,聚羟丁酸颗粒是许多细菌细胞质内常含有的碳源类储藏物.PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。功能:贮存碳源、能源和降低渗透压。许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚羟丁酸颗粒。,它无毒、可塑、易降解，被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。,CH3CHOHCH2COOH,PHB,硫粒,是硫元素的贮藏体,功能：a.好氧硫细菌的能源 b.厌氧硫细菌的电子供体,形成：当环境中H2S含量高时，在体内积累S；当H2S不足时,S氧化成硫酸盐，以提供被菌细胞生命活动所需能量：,H2SSSO4-2,淀粉粒和肝糖:都是-1,4或-1,6糖苷键的葡萄糖聚合物。这些贮藏物通常较均匀地分布在细胞质内，颗粒较小。若这类贮藏物大量存在时，用碘使对其染色，肝糖粒能被碘液染成红色，淀粉粒被碘成蓝色。脂肪粒：脂肪粒的折光性较强，它可被脂溶性染料染色；细胞生长旺盛时，脂肪粒增多，细胞遭破坏后，脂肪粒可游离出来。,肝糖、淀粉粒、脂肪滴,气泡,由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细菌细胞质中含有几个或多个气泡。常见于光合细菌和水生细菌。,气泡的功能：调节细胞比重，加大菌体的浮力,借气泡漂浮能力，以使其漂浮在合适的水层中，使无鞭毛菌在合适的环境中生长。气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。例：许多光合细菌和水生细菌、盐杆菌常含有气泡。,质粒(plasmids),细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子分子量约为-100 106 D.携带1-100个基因,一个菌细胞可有一至数十个质粒。,“微生物遗传学”章节中详述,质粒的特点,1、可以在细胞质中独立于染色体之外（即以游离状态）存在，也可以插入到染色体上以附加体的形式存在；2、在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体而独立进行自我复制，也可以插入到细菌染色体中与染色体一道进行复制；3、质粒可以通过转化、转导、或接合作用而由一个细胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；4、质粒对于细胞生存并不是必要的。,大肠杆菌的接合作用,质粒的种类,大肠杆菌的F因子细菌抗药质粒（R因子）大肠杆菌素质粒（Col因子）降解质粒 Vi质粒,质粒应用,1.3.5 芽孢(endospore，spore),某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢（endospore或spore，偶译“内生孢子”）。,芽孢,在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。产生芽孢的几个属：(Bacillus)芽孢杆菌属(Clostridium)梭状芽孢杆菌属(Sporosarcina)芽孢八叠球菌属,1）能形成芽孢的细菌种类,芽孢的结构,芽孢的外壁层厚而致密，主要成分为脂蛋白，通透性差,不易着色。核心含有大量的DNA、RNA、蛋白质酶等物质，还含有2,6吡啶二羧酸（DPA）,DPA是芽孢特有的成分。一般以 DPACa的形式存在。皮层主要含芽孢肽聚糖、DPACa，皮层体积大，比较致密。芽孢平均含水量低,约40%.,芽孢有多层结构，主要包括孢外壁、芽孢衣、皮层和核心：,2)芽孢构造,3）细菌芽孢的特点,整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。,常规加压蒸汽灭菌的条件：121，15 min以上 115，30 min以上,芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。,产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。,芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。（相差显微镜直接观察；芽孢染色）,4）芽孢的形成与芽孢的萌发过程,5）芽孢的耐热机制,芽孢与母细胞相比不论化学组成、细微结构、生理功能等方面都完全不同,渗透调节皮层膨胀学说,芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差,皮层的离子强度很高，产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分，结果造成皮层的充分膨胀。,核心部分的细胞质却变得高度失水，因此，具极强的耐热性。,Transition state,启动芽孢形成,感受态建立,表达稳定期的基因（例如胞外蛋白酶）,spoO簇基因,6）芽孢杆菌（Bacillus）芽孢形成的生理调控,7）伴孢晶体（parasporal crystal）,少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体内毒素，称为伴孢晶体。,伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药细菌杀虫剂。,特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂。,伴孢晶体,伴孢晶体杀虫机理,伴孢晶体,鳞翅目幼虫口服,伴孢晶体在肠道迅速溶解（中肠 pH 为9.0-10.5）,吸附于上皮细胞，引起渗透性丧失，肠道穿孔,肠道中的碱性溶液进入血液，后者 pH升高，昆虫全身麻痹而死亡,7）细菌的其他休眠构造,粘液孢子(myxospore)粘细菌(myxobacteria)产生,