原核生物已修改.ppt
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1、第一章 原核微生物,第一章 原核微生物 微生物类群 细菌 放线菌 蓝细菌 支原体、立克次氏体和衣原体,根据微生物细胞结构上的复杂程度,将其分为原核微生物(具原核细胞结构)、真核微生物(为真核细胞结构)与非细胞微生物(无细胞结构)3大群。它们除细胞结构上有着明显差异外,其生命活动也有本质不同。原核细胞繁殖以直接分裂为主,没有明显的细胞周期各阶段,真核细胞具有严格的阶段性和区域性特点。从进化的角度看,真核细胞是以膜系统分化为基 础,具有各种由膜系统分隔的重要细胞器,由于真核细胞结构与功能的复杂化,它的遗传信 息量,较原核细胞大大增多。遗传信息重复序列与染色体多倍性也是真核细胞区别于原核细胞的重要标
2、志之一。,微生物类群,非细胞型微生物:病毒,亚病毒,细胞型微生物,原核微生物:细菌,放线菌,蓝细菌,古生菌,支原体、立克次氏体和衣原体等。,真核微生物:霉菌,酵母菌,藻类,原生动物等。,微生物,原核微生物定义:原核微生物指一大类细胞核无核膜包裹,只存在称作核区的原核裸露DNA的原始单细胞生物。主要包括:细菌,放线菌,蓝细菌,古生菌,支原体、立克次氏体和衣原体等。,特性 原核微生物 真核微生物核 拟核 完整的核核膜-+核仁-+,原核微生物与真核微生物的比较原核与真核,DNA 只有一条,不与RNA 一至数条,与RNA 和蛋白质结合 和蛋白质结合核糖体 70S,在细胞质中 80S在细胞质中 70S在
3、某些细胞器细胞分裂 二分裂 有丝分裂、减数 分裂有性生殖 通常没有或有+细胞器-线粒体、高尔基体、叶绿体、内质网等细胞膜中甾醇-(除极个别外)+呼吸链位置 细胞膜 线粒体与氧的关系 好氧.兼性好氧厌氧 好氧.少数兼性厌氧,细胞壁组成 肽聚糖或脂多糖 几丁质.多聚糖、纤维素运动器官 较细的鞭毛 较粗的鞭毛(中空管状结构)(9+2结构)细胞大小 1-10m 10-100m原核微生物的共同特点:、个体微小,形态简单、核的结构原始,即细胞内没有真正的细胞核,只有核区,但没有核膜包围,也无细胞器分化3、能量代谢和很多合成代谢均在质膜上进行4、核糖体分布在细胞质中,第一章,第一节 细菌,第一节 细菌,细菌
4、的个体形态和大小 细菌个体细胞的构造 细菌的群体形态(菌落形态)细菌的繁殖方式,细菌的定义:细菌是一类细胞细而短(0.50.55m)、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的单细胞原核微生物。,第一节 细菌,一、细菌的个体形态和大小 1、细菌的个体形态 细菌有一定的细胞形态并基本保持恒定。细菌的三种基本形态:球状(球菌)杆状(球菌)螺旋状(螺旋菌)。,球菌(coccus),菌体呈球形或近似球形。大小以直径表示。由于是圆形,在干燥时较不易变形。(1)单球菌(2)双球菌(3)链球菌(4)四联球菌(5)八叠球菌(6)葡萄球菌,双球菌,链球菌,四链球菌,八叠球菌(Sarcina urea
5、e),葡萄球菌,杆菌(bacillus),是细菌中种类最多作用大的一种,形态呈杆状或圆柱状大小以宽度长度表示。(1)短杆菌:菌体较粗短,似球形,两边钝圆(2)长杆菌:菌体细长(3)链杆菌:杆状的细胞呈链存在,杆菌,(4)棒杆菌:在杆菌细胞的一端或两端膨大。北京棒杆菌。(5)分枝杆菌:细胞细长,有时呈分枝状。也发现了其他形态:三角形、方形、圆盘形的细菌。按杆菌排列则有:链形、栅形、八字形、带衣鞘的丝状等。,短杆菌,链杆菌,大肠杆菌,梭状芽孢杆菌,双歧杆菌,螺旋菌(sprilla),(1)弧菌:螺旋不足一环者,呈弧状(2)螺旋菌:菌体弯曲多,26环,两端鞭毛,菌体有坚硬的细胞壁。产甲烷螺旋菌。(3
6、)螺旋体:螺旋6环以上,菌体无鞭毛,体柔软,有收缩运动的轴丝,无细胞壁或薄。是介于细菌与原生动物之间的单细胞生物。梅毒密螺旋体。,霍乱弧菌,螺旋菌,螺旋体,螺旋体-2,异常形态分为:1、畸形:化学或物理因子刺激阻碍细胞发育引起形态异常 2、衰颓形:培养时间过长,细胞衰老,营养缺乏或自身代谢产物积累过多引起形态异常,古细菌的形态,在显微镜下,古细菌与细菌具有类似的个体形态,如球形、杆形、螺旋形八叠球状、方盒形、叶片状、不规则形等但它们多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中,例如厌氧、高酸、高碱、高盐、高寒等,第一节 细菌,一、细菌的个体形态和大小 2、细菌的大小 一般直径约0.5 m,长度0.
7、5-5 m 细菌长度的单位为微米(m)10-6m,菌体内部结构大小用nm表示10-9m。细菌细胞的个体重量约为:10-910-10mg,,第一节 细菌,对球菌:只测直径,一般在0.21.5微米,杆菌大小:用宽长 或 长宽表示,一般为(0.5-1)(15)大肠杆菌 0.5 2 弧菌:用长 宽()(1-5)螺旋菌:(0.3-1)(1-8),第一章 原核生物,第一节 细菌 二、细菌的个体结构,第一章 原核生物,第一节 细菌 二、细菌的个体结构,二细菌的个体结构,一般结构(基本结构):一般细菌共有的结构:细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体特殊结构:部分细菌才有的或特殊环境下形成的结构:荚膜、鞭毛、菌毛、芽
8、孢,(一)细胞壁,二细菌的个体结构,(一)细胞壁指位于细菌细胞最外层的一层厚实、坚韧而略有弹性的外被,具有固定细胞外形和保护细胞等多种功能,是细胞的重要构造之一。细菌细胞壁约占细胞干重的10-25%,,细菌细胞的结构(一)细胞壁功能:(1)固定细胞外形,保护细胞免受机械性或渗透压的破坏(2)为细胞生长、分裂和鞭毛着生、运动所必需(3)具有一定屏障作用,阻挡溶菌酶、消化酶及抗生素等进入细胞(4)具有一定的抗原性、致病性和对抗生素、噬菌体的敏感性,(一)细胞壁,细胞壁的结构与化学组成:革兰氏阳性菌:肽聚糖(90%)磷壁酸(0%)革兰氏阴性菌:肽聚糖(5-10%)脂多糖 磷脂 蛋白质,革兰氏阳性细菌
9、细胞壁,革兰氏阴性细菌细胞壁,(一)细胞壁1革兰氏阳性菌的细胞壁,肽聚糖(peptidoglycan)的结构 每一个肽聚糖是由三部分组成长链大分子(1)双糖单位:由-1,4糖苷键连接成主链分子(2)四肽尾或四肽侧链;(3)肽桥,1革兰氏阳性菌的细胞壁 肽聚糖(peptidoglycan)的结构,(1)双糖单位 N-乙酰葡萄糖胺(G)和 N-乙酰胞壁酸(M)以-1,4糖苷键相互间隔连接而成,聚合而成的线形大分子,构成了肽聚糖的主链分子,即“聚糖”。MGMGMGMG,1革兰氏阳性菌的细胞壁 肽聚糖(peptidoglycan)的结构,(2)四肽尾或四肽侧链;由四个氨基酸组成(连在N-乙酰胞壁酸 上
10、)L-丙氨酸 D-谷氨酸 L-赖氨酸(G+)或(m-二氨基庚二酸,G-)D-丙氨酸 G+、G-在第三氨基酸不同,但都是碱性氨基酸,L-丙氨酸,D-谷氨酸,m-二氨基庚二酸,D-丙氨酸,赖氨酸,二氨基庚二酸,1革兰氏阳性菌的细胞壁 肽聚糖(peptidoglycan)的结构,(3)肽桥 连接前后2个四肽尾分子的桥梁 肽桥的变化很多 目前超过100种 金黄色葡萄球菌肽桥为甘氨酸5肽,各种肽桥,黄葡菌,直接相连,肽聚糖整体结构示意图,1革兰氏阳性菌的细胞壁 肽聚糖(peptidoglycan)的结构,革兰氏阳性菌与阴性菌肽聚糖结构的不同点,1革兰氏阳性菌的细胞壁 磷壁酸的结构,也称垣酸,是G+菌细胞
11、壁所特有成分;属于高分子酸性多糖;一般占细胞壁含量的10%。分为两类:壁磷壁酸和膜磷壁酸,1革兰氏阳性菌的细胞壁 磷壁酸的结构,壁磷壁酸:与肽聚糖分子(M)共价结合 膜磷壁酸:分子穿过肽聚糖分子层直接与 细胞膜上的磷脂进行共价结合形成,1革兰氏阳性菌的细胞壁 磷壁酸的结构,化学结构由两大类型组成:(1)甘油磷酸重复单位(2)核糖醇磷酸重复单位(一种微生物一般只含一种),1革兰氏阳性菌的细胞壁 磷壁酸的结构,1革兰氏阳性菌的细胞壁 磷壁酸的功能:,(1)带负电荷,可结合Mg2+离子等;(2)保证了G+的致病性(粘宿主);(3)G+的特异表面抗原;(4)噬菌体的吸附受体;(5)贮藏磷元素;(6)调
12、节细胞内自溶素活力。,第一章 原核生物,第一节 细菌 二、细菌的个体结构,(一)细胞壁2革兰氏阴性菌的细胞壁,厚度:1015nm 组成:外壁层(外膜层)脂多糖 磷脂 外膜蛋白 内壁层(肽聚糖层),(一)细胞壁2革兰氏阴性菌的细胞壁,脂多糖(LPS)位于G-细胞壁的最外层8-10nm;类脂A、核心多糖、O-特异侧链构成;LPS是多变的,决定了G-菌抗原决定簇的多样性,(一)细胞壁2革兰氏阴性菌的细胞壁,外膜蛋白 功能还未清楚,其中脂蛋白作为桥梁把脂多糖和肽聚糖连接起来。另外两种蛋白都称为孔蛋白:一类为特异性孔蛋白 另一类为非特异性孔蛋白 都为三聚体结构,参与物质的运输,(一)细胞壁2革兰氏阴性菌
13、的细胞壁,外壁层的作用:是G-的致病物质内毒素的物质基础;有吸附Mg2+、Ca2+等阳离子的作用;决定了G-的表面抗原性;是许多噬菌体的表面吸附受体。,革蓝氏阳性细菌与革蓝氏阴性细菌细胞壁主要区别,(1)固定细胞外形,保护细胞免受机械性或渗透压的破环(2)为细胞生长、分裂和鞭毛着生、运动所必需(3)具有一定屏障作用,阻挡溶菌酶、消化酶及抗生素等进入细胞(4)具有一定的抗原性、致病性和对抗生素、噬菌体的敏感性,(一)细胞壁3 细胞壁的功能,(一)细胞壁4 细胞壁与革兰氏染色,(1)染料的选择及单、复染色概念 单染色:只用一种染料使菌体着色的方法,为单染色,一般用于形态观察。复染色:用两种或两种以
14、上的染料使菌体着色的方法,主要用于鉴别。,(一)细胞壁4 细胞壁与革兰氏染色,(2)革兰氏染色的步骤及机理 步骤 新鲜纯培养-无菌涂片-固定-染色 l 先用草酸胺结晶紫液进行初染;1min l 再用碘液进行媒染;1min l 继而用95%乙醇脱色;30s l 最后用蕃红(沙黄)复染 1min,(一)细胞壁4 细胞壁与革兰氏染色,细菌用此法染色可分为两大类:一类是经乙醇处理不脱色,而保持其初染的蓝紫色,称为革兰氏染色反应阳性;另一类经乙醇处理就迅速脱去原来的着色,而染成番红的颜色。,革蓝氏染色机制,通过结晶紫液初染和碘液媒染后,在细菌的细胞膜内可形成不溶于水的结晶紫液和碘液的复合物,G+细菌由于
15、其细胞壁较厚,肽聚糖网层次多和交联致密,因此遇脱色剂乙醇处理时,因失水而使网孔缩小,再加上它不含类脂,故乙醇的处理不会溶出缝隙,因此能把结晶紫与碘的复合物牢牢留在壁内,使其保持紫色。反之,G-细菌的细胞壁薄,外膜层类脂含量高,肽聚糖层薄,交联度差,遇脱色剂乙醇后,以类脂为主的外膜迅速溶解,这时薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出,因此细胞褪成无色。再经番红、沙黄等红色染料复染,就使G-细菌呈现红色,而G+细菌则保留紫色.,(一)细胞壁4 细胞壁与革兰氏染色,影响因素:严格控制菌龄标准,培养时间应为18-20小时左右;严格控制脱色时间;控制涂片技术,不要过厚。,(一)细胞壁 5 缺壁
16、细菌,原生质体:G+菌除去细胞壁后剩余的部分。球形体:G-菌处理后细胞壁不能完全除去,为球形体。L型菌:专指那些实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。支原体:自然界自然进化的缺壁细菌是支原体 它细胞膜中含有甾醇,因此仍有较高的机械强度,溶菌酶及青霉素作用原理,溶菌酶能使肽聚糖中G-M-G处断裂,每隔6个左右断裂一次。青霉素能抑制转肽酶的活性,使G+中的短肽不能交联,低渗使细胞膜破裂而死亡。所以青霉素只作用在正在迅速繁殖的细胞中。,(一)细胞壁6 古细菌的细胞壁结构,与真细菌具有类似的功能,但结构组分不是肽聚糖。热原体属-无细胞壁 甲烷杆菌属-假肽聚糖(-1,3键)甲烷
17、八叠球菌-独特多糖细胞壁 盐球菌属-硫酸化多糖细胞壁 盐杆菌属-糖蛋白细胞壁 甲烷球菌、甲烷微菌、甲烷螺菌属-蛋白质细胞壁,某古细菌细胞壁,第一章,第一节 细 菌(二)细胞膜,第一节 细 菌(二)细胞膜,是紧贴在细胞壁内侧、包围细胞质的一层柔软而富有弹性的半透性薄膜 厚7-8nm,占细胞干重的10%。,第一节 细 菌(二)细胞膜,1细胞膜化学组成与结构 蛋白质50-70%,磷脂20-30%,少量的糖2%细胞膜基本骨架为磷脂双分子层。而蛋白质则“漂浮”或“沉浸”在其中。,第一节 细 菌(二)细胞膜,磷脂:磷酸(带负电)甘油 脂肪酸(疏水性R1、R2)含氮碱基(带正电)磷脂结构见书19页,液态镶嵌
18、模型,第一节 细 菌(二)细胞膜,2、细胞膜的功能(1)是运输物质的载体,具有选择透性,控制营养物质及代谢产物进出细胞。(2)维持细胞内正常渗透压的屏障作用。(3)是能量代谢和合成代谢的場所。膜上有丰富的酶系,如电子传递链及氧化磷酸化酶。合成细胞壁组分的酶()鞭毛的着生点并提供其运动能量。,(二)细胞膜,3、内 膜 系 统 间体:由细胞膜局部内陷折叠而成的一种管状、层状、囊状结构,它与细胞壁合成、核质分裂、细胞呼吸、及芽孢形成有关。在革兰氏阳性菌中间体较为明显是光合作用场所。类囊体:常存在于蓝细菌细胞中的囊状体,单位膜组成,其上有叶绿素、藻胆色素等光合色素和有关酶类。是光合作用的场所。载色体:
19、是一些不放氧光合细菌细胞膜多次凹陷折叠而成的片层、微管和囊状结构,含有菌绿素和类胡萝卜素等光合色素酶类和电子传递体,是光合作用场所。羧酶体;是自养细菌所特有的内膜结构、单层膜围成的多角体,内含固定co2所需的酶,是自养细菌定co2的场所。,(二)细胞膜 间体,是由细胞膜内褶形成的一种管状、层状或囊状的结构。一般位于细胞分裂或其邻近部位 功能主要是促进细胞间隔的形成并与遗传物质的复制及其相互分离有关。在革兰氏阳性菌中间体较为明显。,、古细菌的细胞质膜,也是有磷脂组成,但它比真细菌的细胞质膜具有更明显的多样性(1)亲水头与疏水尾是通过醚键而不是酯键连接的(2)组成疏水尾的长链烃是异戊二烯的重复单位
20、,4 古细菌的细胞质膜,(3)古细菌细胞膜中含有独特的单分子层膜或单、双分子层混合膜,目前发现,单分子层膜多存在于嗜高温的古细菌中,其原因可能是这种膜的机械强度要比双分子层质膜更高(4)在甘油3C上可连接不同的基团(5)细胞膜上含有多种独特的脂类。,第一章,第一节 细菌 二、细菌的个体结构(三)核质体(四)细胞质,(三)核质体或核区、原核,实际是一巨大的、连续的、环状的双链DNA,其长度可达0.253.0mm,比细菌本身长1000倍 它分散于细胞质中,没有真正的核膜、核仁,(三)核质体或核区、原核,它在细胞内是高度折叠缠绕。核区一般呈球状、棒状、哑铃状 生长迅速时可在一个细胞内找到几个(24个
21、)(一般1-2个),(三)核质体或核区、原核 功能,细菌染色体是遗传信息的主要载体,能够自我复制。双螺旋结构。,(三)核质体或核区、原核 质粒,质粒:在许多细菌细胞质中除核区外,还存在着有一种遗传物质,它是存在于细胞染色体外或附加于染色体上的遗传物质,称为质粒。,(三)核质体或核区、原核 质粒,质粒能够自我复制。绝大多数质粒是由共价闭合环状双螺旋DNA分子构成(cccDNA),分子量比细菌染色体小。每个菌体内有一个或多个质粒,而每个质粒有1-100个基因,质粒分类,抗药性质粒(R因子),致育因子 大肠杆菌素质粒(Col因子)质粒是遗传工程中最重要的运载工具,(四)细胞质,细胞质是细胞膜包围的除
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