《结构与功能》PPT课件.ppt

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1、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。（P49 第二大段）,3、细胞质和内含物,1）概念：,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%。,2）颗粒状贮藏物(reserve materials)：,贮藏物：不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能：贮存营养物。（P49 第三大段）,磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌,氮源类,贮藏物,碳源及能源类,糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等,聚-羟丁酸（PHB）：固

2、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,藻青素：蓝细菌,藻青蛋白：蓝细菌,聚-羟丁酸(poly-hydroxybutyrate,PHB),巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）在含乙酸或丁酸的培养基中生长时，细胞内贮藏的PHB可达其干重的60%。,类脂性质的碳源类贮藏物,PHB于1929年被发现，至今已发现60属以上的细菌能合成并贮藏。,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。,多糖类贮藏物,在真细菌中以糖原为多糖原粒较小，不染色需用电镜观察，用碘液染成褐色，可在光学显微镜下看到。（50 第二大段）,淀粉粒,有的细菌积累淀粉粒，

3、用碘液染成深兰色。,糖原粒,异染粒(metachromatic granules),颗粒大小：0.51.0m，无机偏磷酸的聚合物，一般在含磷丰富的环境下形成，功能：贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。,硫粒（sulfur globules）,一些化能自养菌通过氧化还原性的硫化物如H2S，硫代硫酸盐等产能。环境中硫素丰富时，胞内以折光性很强的硫粒形式积累硫元素。环境中还原性硫缺乏时硫粒被细菌重新利用。,微生物储藏物的特点及生理功能：,不同微生物其储藏性内含物不同,（例如厌氧性梭状芽孢杆菌只含PHB，大肠杆菌只储藏糖原，但有些光合细菌二者兼有）,微生物合理利用营养物质的一种调节方式,当环境中缺

4、乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内含物，甚至达到细胞干重的50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时，这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应。,储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。,（例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-羟丁酸（PHB）就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。）,储藏物在细菌细胞中大量积累，是重要的自然资源。,3）磁小体(megnetosome),趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的Fe3O4颗粒，外有一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹。,功能是导向作用，即借鞭毛游向对该菌最有利的

5、泥、水界面微氧环境处生活。,实用前景，包括生产磁性定向药物或抗体，以及制造生物传感器等。,4）羧酶体(carboxysome),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。,5）气泡（gas vocuoles）,许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小为0.21.0m75nm，内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包裹。（P 51 第三段）,功能：调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质,专性好氧的盐杆菌属（Halobacterium）

6、的细菌，却生活在含氧极少的饱和盐水中，它们细胞中气泡显著，其作用被认为是使菌体浮于盐水表面，以保证细胞更接近空气。,有些厌氧性光和细菌利用气泡集中在水下10-30米深处，这样既能吸收适宜的光线和营养进行光和作用，又可以避免直接与氧接触。,蓝细菌生长时依靠细胞内的气泡而漂浮于湖水表面，并随风聚集成块，常使湖内出现“水花”。,气泡的膜只含蛋白质而无磷脂。二种蛋白质相互交连，形成一个坚硬的结构，可耐受一定的压力。膜的外表面亲水，而内侧绝对疏水，故气泡只能透气而不能透过水和溶质。,（三）细胞的结构,6）载色体（Chromatophore）,光和细菌进行光和作用的部位相当于绿色植物的叶绿体,4、核区（n

7、uclear region or area）,（参见P51）,原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核,5、特殊的休眠构造芽孢,（参见P51）,1）概念,某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成的 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”）。,（P51 倒数第一段）,芽孢的构造,产芽孢细菌,芽孢囊：产芽孢菌的营养细胞外壳,芽孢,孢外壁：主要含脂蛋白，透性差,芽孢衣：,主要含疏水性蛋白，抗酶解、抗药物，多价阳离子难通过,皮层：,主要含芽孢肽聚糖及DPA-Ca体积大、渗透压高,核心,核区：含DNA,芽孢质：,芽孢膜

8、：含磷脂、蛋白质,芽孢壁：含肽聚糖,含DPA-Ca、核糖体、RNA和酶类,芽孢的形成DNA浓缩，束装染色质形成细胞膜内陷，细胞发生不对称分裂，其中小体积部分即为前芽孢前芽孢的双层隔膜形成，芽孢的抗辐射性提高在隔膜间充填芽孢肽聚糖，之后合成DPA，累积钙离子,再经脱水，使折光率增高芽孢衣合成结束皮层合成完成，芽孢成熟，抗热性出现芽孢囊裂解，芽孢游离外出,3）芽孢的形成与芽孢的萌发过程,芽孢的萌发,活化：短期热处理或用低pH、强氧化剂处理 出芽：芽孢衣中富含cys的蛋白质的三维结构发生可逆性变化，透性增加,促进与发芽有关的蛋白酶活动；蛋白质降解，外界阳离子不断进入皮层，皮层消失；核心吸水膨胀，酶被

9、活化，开始合成细胞壁；芽孢特有的耐热性、光密度和折射率逐步下降，DPA-Ca、氨基酸和多肽逐步释放小酸溶性芽孢蛋白（SASPs）迅速下降。生长：合成新的DNA、RNA和蛋白质，出现发芽并很快变成新的营养细胞,4）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。渗透压可高达20个大气压左右，含水量约70%，略低于营养细胞（约80%），但比芽孢整体的平均含水量（40%左右）高出许多。,核心部分的细胞质却变得高度失水，因此，具极强

10、的耐热性。含水量：10%25%，因而特别有利于抗热、抗化学药物（如H2O2），并可避免酶的失活。,5）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,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

11、，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,苏云金芽孢杆菌杀虫剂（Bt 生物杀虫剂）的研究与应用：,1、液体或固体发酵生产菌体在农田直接施用；,2、将毒蛋白克隆到植物中构建基因工程抗虫作物；,3、研究如何提高Bt杀虫剂的生产与应用水平,6、细菌细胞壁以外的构造 糖被（glycocalyx）,1)概念,包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜（capsule或macrocapsule，大荚膜）、微荚膜(microcapsule)、粘液层(slime layer)和菌胶团(zoogloea)。,2）荚

12、膜的功能,（1）保护作用,（2）贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用,（3）作为透性屏障或（和）离子交换系统，保护细菌免受重金属离子的毒害,（6）堆积代谢废物,（5）细菌间的信息识别作用,（4）表面附着作用,7、细菌细胞壁以外的构造 鞭毛(flagellum,复flagella),1)概念,（参见P59）,某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物，具有推动细菌运动功能，为细菌的“运动器官”。（P59 第一段）,单端鞭毛,端生丛毛,两端生鞭毛,周生鞭毛,鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义,3）鞭毛的结构及其运动机制,问题1：鞭毛如何运动？,鞭毛是如此的细小，根本无法对其运动情

13、况进行直接观察！,鞭毛运动机制：“旋转论”（rotation theory）“挥鞭论”（bending theory）,有关鞭毛运动的机制曾有过“旋转论”（rotation theory）和“挥鞭论”（bending theory）的争议。1974年，美国学者西佛曼（M.Silverman）和西蒙（M.Simon）曾设计了一个“拴菌”试验(tethered-cell experiment)，设法把单毛菌鞭毛的游离端用相应抗体牢牢“拴”在载玻片上，然后在光学显微镜下观察细胞的行为。结果发现，该菌是在载玻片上不断打转（而非伸缩挥动），从而肯定了“旋转论”是正确的。,问题2：鞭毛如何生长？,鞭毛的生

14、长方式是在其顶部延伸,4）鞭毛推动细菌运动的特点,（1）速度,一般速度在每秒2080m范围，最高可达每秒100m（每分钟达到3000倍体长），超过了陆上跑得最快的动物猎豹的速度（每分钟1500倍体长或每小时110公里）。,（参见P60）,（2）方式,细菌以推进方式做直线运动（逆时针方向旋转）以翻腾形式做短促转向运动（顺时针方向旋转）,8、细菌细胞壁以外的构造 菌毛(fimbria，复数fimbriae),长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。,（参见P60）,（参见P60）,每个细菌约有250300条菌毛。有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居

15、多，借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病。（P 60）,淋病奈瑟氏球菌,9、细菌细胞壁以外的构造 性毛(pili,单数pilus),构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根。,性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。,（参见P60）,第一节 真细菌一、一般形态及细胞结构（一）个体形态与排列（二）大小（三）细胞的结构 1、细胞壁 2、细胞质膜 3、细胞质和内含物 4、核区（nuclear region or area）5、特殊的休眠构造芽孢 6、糖被 7、鞭毛 8、菌毛 9、性毛,第一节 真细菌一、一般形态及细胞结构二、放线菌三、支原体、立克次氏体和衣原体四、粘细菌五、蛭弧菌六、蓝细菌重点：细胞的结构与功能，各种真细菌的基本特性,二、放线菌,（一）概念,（参见P 358）,（参见P30，图2-21）,放线菌是具有菌丝、以孢子进行繁殖、革兰氏染色阳性的一类原核微生物，属于真细菌范畴。（P 358 第一大段）,