Microsoft PowerPoint - M&H-Chapter 2-Microorganism-part 1-Procaryotes-2014

Size: px

Start display at page:

Download "Microsoft PowerPoint - M&H-Chapter 2-Microorganism-part 1-Procaryotes-2014"

霞钭
5 years ago
Views:

1 微生物与人类 An Overview of Microbial Life Wei Hu State Key Laboratory of Microbial Technology Shandong University Tel: (O) Microbiology Building-Lab Lady Science 第二章 : 微生物的主要类群 2.1 原核微生物和真核微生物概念 2.2 细菌古菌细胞壁细胞膜内含物 ( 各类贮存物, 气泡 ) 芽孢鞭毛菌毛性毛荚膜古菌发现及其特点 2.3 酵母霉菌酵母个体形态培养特征霉菌个体形态培养特征 2.4 病毒病毒概念病毒主要类群及其结构特征 2.1 原核微生物和真核微生物概念 2.1 原核微生物和真核微生物概念原核微生物 : 指细胞核无核膜包裹, 只存在由裸露 DNA 组成的拟核 (nucleoid) 的原始单细胞生物 not 图解 a nucleus, 类核或拟核细胞核核仁核膜真核生物 (Eukaryotes) 标尺凡是细胞核具有核膜, 能进行有丝分裂细胞质中存在线粒体或者同时存在叶绿体等多种细胞器的生物原核微生物细胞模式图真核生物细胞模式图标尺 2.2 细菌古菌细菌细胞结构 2.1 原核微生物和真核微生物概念列表表解 2.2 细菌古菌细胞壁细胞膜内含物 ( 各类贮存物, 气泡 ) 芽孢鞭毛菌毛性毛荚膜古菌发现及其特点一般构造 : 一般细菌细胞都有的结构细胞壁细胞膜核区内含物鞭毛荚膜细菌 : 又称真细菌 (eubacteria), 包括普通细菌放线菌蓝细菌支原体立克次氏体和衣原体等 ( 三菌三体 ) 古生菌 : 在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列, 且与后者关系更近, 而其细胞构造却与真细菌较为接近, 同属于原核生物特殊构造 : 部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境条件下才具有的结构芽孢菌毛性毛位置 : 细胞壁 (cell wall) 是位于细胞表面, 内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧, 略具弹性的细胞结构 1

2 细胞壁的功能 (1) 固定细胞外形和提高机械强度, 使其免受渗透压等外力的影响 ; (2) 为细胞的生长分裂和鞭毛运动所必需, 失去了细胞壁的原生质体, 也就丧失了这些重要功能 ; (3) 渗透屏障, 阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质 ( 分子量大于 800) 进入细胞, 保护细胞免受消化酶和青霉素等有害物质的损伤 ; (4) 细菌特定的抗原性致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础 ; Gram Stain( 革兰氏染色 ) 细胞壁细胞膜核区 1. G + 细胞壁 ; 内含物 2. G - 细胞壁 ; 鞭毛 3. 缺壁细菌 ; 荚膜 4. 抗酸细菌的细胞壁 ; 芽孢 5. 古生菌细胞壁菌毛性毛 1. G + 菌细胞壁 1. G + 菌细胞壁 M G M G M G 内肽聚糖 ( 厚 ) 主要化学成分肽聚糖磷壁酸 M G n 双糖单位 : 聚糖骨架的基本结构单元肽聚糖 : 又称粘肽胞壁质或粘质复合物, 是细菌细胞壁中的特有成分革兰氏阳性菌细胞壁示意图磷壁酸 : 是结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖, 为 G + 细菌特有双糖单位中的 β-1,4- 糖苷键 [ M(1)-G(4)] 很容易被溶菌酶 (lysozyme) 所水解, 从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的散架而死亡四肽侧目前所知的肽聚糖已超过 100 种, 肽聚糖的多样性中, 主要的变化发生在肽桥上 1. G + 菌细胞壁 G + 菌细胞壁 - 总结特点 : 1. 结构特点 : 厚度大 (20-80nm); 2. 化学组成特点 : 组分简单, 只含 50-90% 肽聚糖和 10-50% 磷壁酸链肽侧链中的 D 型谷氨酸和 D 型丙氨酸未在蛋白质中发现, 有利于保护肽聚糖免受大多数肽酶的攻击肽聚糖 : 厚约 20-80nm, 由 40 层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上功能 : 决定了细胞壁的形状和强度 2

3 2. G - 菌细胞壁 G+ 细胞壁细胞膜 G- 核区 1. G + 细胞壁 ; 内内含物鞭毛 2. G - 细胞壁 ; 3. 缺壁细菌 ; G- 荚膜芽孢菌毛性毛 4. 抗酸细菌的细胞壁 ; 5. 古生菌细胞壁 G+ 内肽聚糖层结构层次多 : A. 肽聚糖层 B. 外膜层 C: 周质空间肽聚糖基本结构单元 : 双糖单位 (M-β-1,4-G) G- 没有特殊的肽桥, 四肽侧链链间直接连接结构层次多 : A. 肽聚糖层 B. 外膜层 C: 周质空间结构层次多 : A. 肽聚糖层 B. 外膜层 C: 周质空间只形成较为疏稀机械强度较差的肽聚糖网套内消旋二氨基庚二酸 (m-dap) 只在原核微生物细胞壁上发现 G+ B 外膜层: 位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层, 由脂多糖磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜, 有时也称为外壁层特点 : 组成成分复杂脂多糖结构脂多糖的细胞位置 O- 特异多糖或 O- 抗原核心多糖类脂 A 伸出外膜表面伸出外膜表面包埋于脂层中脂多糖 (LPS): Lipo-Poly-Saccharide G - 细菌细胞壁最外层的一层较厚的 (8-10 nm ) 的类脂多糖类物. 简化为细胞定位 3

4 脂多糖的功能 O- 抗原实例 : E. coli O157:H7 O- 抗原实例 : E. coli O157:H7 1. 根据测定, 沙门氏菌属的抗原型多达 2107 种, 一般都源自 O- 特异侧链种类的变化 Escherichia coli O157:H7 是引起肠道出血的一种食源性致病菌株其感染会导致出血性腹泻和肾衰, 主要是儿童和老年人多数情况下是吃了未烹饪的受污染的碎牛肉污染蔬菜喝了未消毒的牛奶污染水等 O- 特异侧链糖种类的变化, 决定了 G- 细菌细胞表面抗原决定簇的多样性此多变性是 G- 细菌躲避宿主免疫系统攻击, 保持感染成功的重要手段依此用灵敏的血清学方法对病原菌鉴定, 在传染病的诊断中有其重要意义检测试剂盒显色培养基 : 大肠杆菌 O157: 品 ( 紫 ) 红色, 大肠杆菌 ATCC25922: 蓝绿色脂多糖的功能脂多糖的功能脂多糖的功能 2. 核心多糖 : 具有带电荷的糖基和磷酸基团是细胞表面负电荷来源, 与磷壁酸相似, 也有吸附 Mg 2+ Ca 2+ 等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用, 对细胞膜结构起稳定作用 3. 革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础 -- 类脂 A 4. 许多噬菌体在细胞表面的吸附受体 ; T 偶数噬菌体感染大肠杆菌的电镜照片 5. 具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能 ; 可透过若干种较小的分子 ( 嘌呤嘧啶双糖肽类和氨基酸等 ), 但能阻拦溶菌酶抗生素 ( 青霉素等 ) 去污剂和某些染料等较大分子进入细胞膜结构 : 2. G - 菌细胞壁 A. 肽聚糖层又称壁膜间隙在革兰氏阴性细菌中, B. 外膜层一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空 C: 周质空间间 ( 宽约 12-15nm) 或者肽聚糖层与细胞膜之间的空间, 呈胶状周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所周质空间中, 存在着多种周质蛋白, 誉为酶口袋, 包括 : 水解酶类合成酶类结合蛋白受体蛋白结构 : A. 肽聚糖层 B. 外膜层 C: 周质特点 : 1. 肽聚糖层薄 (2-3nm); 2. 层次多 ; 3. 化学组分复杂 ; 4. 厚度薄 ; 5. 强度低 4

5 革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁的比较 G + or G -? 结晶紫初染碘液媒染酒精脱色番红复染革兰氏染色过程 Gram Staining 细胞壁 3. 细胞壁缺陷细菌细胞膜核区内含物鞭毛荚膜芽孢菌毛 1. G + 细胞壁 ; 2. G - 细胞壁 ; 3. 缺壁细菌 ; 4. 抗酸细菌的细胞壁 ; 5. 古生菌细胞壁性毛 3. 细胞壁缺陷细菌 _L- 型细菌 3. 细胞壁缺陷细菌 _ 原生质体 (G+) 3. 细胞壁缺陷细菌 _ 球状体 (G-) 因英国李斯特 (Lister) 预防研究所首先发现而得名. G+ G- 特点没有完整而坚韧的细胞壁, 细胞呈多形态 ; 有些能通过细菌滤器, 故又称滤过型细菌 ; 对渗透敏感, 在固体培养基上形成油煎蛋似的小菌落 ( 直径在 0.1mm 左右 ) G+ 在人为条件下 : (1) 溶菌酶处理 (2) 青霉素处理形成的仅由一层细胞膜包裹的圆球形对渗透压变化敏感的细胞. G+ 在人为条件下 : (1) 溶菌酶处理 (2) 青霉素处理获得残留部分细胞壁 ( 外壁层 ) 的球形体它具有一定的刚性, 对外界环境具有一定的抗性, 可在普通培养基上生长 5

6 3. 细胞壁缺陷细菌 _ 支原体 3. 细胞壁缺陷细菌 _ 支原体长期进化中形成的适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物因其细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇, 即使缺乏细胞壁, 其细胞膜仍有较高的机械强度引起肺与泌尿系等统感染缺少细胞壁但能够在合适的条件下独立生存导致形态和大小的多样性和繁殖 - 形成典型油浸蛋菌落引起人与动物感染预防检测与治疗支原体与首例人造生命首例 " 人造生命 " 诞生超越自然还是毁灭克雷格文特尔 ( 左 ) 和密尔顿史密斯是这一划时代实验的负责人示意图 : 酵母中人造丝状山羊支原体的组成创造辛西娅团队的主要成员项目负责人文特尔把这一人造生命命名为辛西娅 (Synthia, 即人造儿 ) 其实, 这个人造儿只是由人工合成的基因组产生的一些最简单的生命科学家首先对一种名为丝状支原体 (M.mycoides) 细菌的基因组进行解码并复制, 由此产生人工合成的基因组然后, 他们把合成基因组移植入一种相似的细菌山羊支原体 (M.capricolum) 中, 通过重启动程序, 细胞内的人造基因组开始主导细胞的分裂和复制, 最终形成一种全新的生命合成的丝状山羊支原体和野生丝状山羊支原体的表型图片 4. 抗酸细菌的细胞壁细胞壁细胞膜核区内含物鞭毛荚膜芽孢菌毛性毛 1. G + 细胞壁 ; 2. G - 细胞壁 ; 3. 缺壁细菌 ; 4. 抗酸细菌的细胞壁 ; 5. 古生菌细胞壁抗酸细菌 (Acid-Fast bacteria): 名称来源于抗酸染色 The Acid- Fast Stain 是指一类在细胞壁中含有大量分枝菌酸等蜡质状物质, 因而在抗酸染色的酸性复红染色后, 不能够被盐酸乙醇脱色的特殊革兰氏阳性菌涂片干燥固定染色水洗干燥观察石炭酸复红初染 3% 盐酸酒精脱色碱性美蓝复染结果抗酸染色法抗酸脱色非 - 抗酸红色蓝色 6

7 4. 抗酸细菌的细胞壁结果分枝菌酸层抗酸脱色红色分枝杆菌诺卡氏菌非 - 抗酸蓝色组织或其他细菌阿拉伯 - 半乳糖肽聚糖层细胞膜细胞壁细胞膜核区 1. G + 细胞壁 ; 结核分枝杆菌 : 是肺结核的病原菌用抗酸性染色对宿主体内的分枝杆菌病原体进行检测 M. tuberculosis ( 结核分枝杆菌 ) M. leprae ( 麻风分枝杆菌 ) 结核分枝杆菌种主要的分枝菌酸抗酸染色的基础与其细胞壁中具有蜡质的疏水性的分支菌酸 ( 一种长链脂肪酸 ) 有关内含物鞭毛荚膜芽孢菌毛性毛 2. G - 细胞壁 ; 3. 缺壁细菌 ; 4. 抗酸细菌的细胞壁 ; 5. 古生菌细胞壁 5. 古生菌细胞壁 β-1,3 糖苷键不被溶菌酶水解其中热原体属 (Thermoplasma) 没有细胞壁 ; 细胞壁其它具有与真细菌类似功能的细胞壁 ; 细胞壁的结构和化学成分均差别甚大研究过的一些古生菌, 其细胞壁中没有真正的肽聚糖. 3 个氨基酸肽侧链全部为 L- 型氨基酸 1 个氨基酸肽桥由 L-glu 组成细胞膜核区内含物鞭毛而是由 : 假肽聚糖 or 糖蛋白 or 蛋白质 or 多糖构成的假肽聚糖结构特点聚糖链荚膜芽孢菌毛性毛位置 : 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 7~8nm, 由磷脂 ( 占 20%~ 30%) 蛋白质( 占 50%~70%) 和类何帕烷组成细菌细胞膜结构与功能磷脂分子细菌细胞膜结构与功能亲水的极性头疏水的非极性尾由磷脂 ( 占 20%~30%) 蛋白质 ( 占 50%~70%) 酯键脂双层结构细菌膜蛋白约占细菌细胞膜的 50%~70%, 比任何一种生物膜中的蛋白含量都高, 种类多除运输蛋白外, 还具有能量产生相关蛋白 * 细菌细胞膜是一个重要的代谢活动中心 * 7

8 细菌细胞膜结构与功能 1 选择性地控制细胞内外的营养物质和代谢产物的运送 ; 2 是维持细胞内正常渗透压的屏障 ; 3 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 ; 4 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 ; 5 是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位 ; 古菌细胞膜结构与功能醚键与细菌细胞膜的差异 1 化学成分 2 键型 3 结构组织方式植烷醇植烷醇甘油二醚四植烷二甘油四醚具有双五环的四植烷二甘油四醚古菌细胞膜结构与功能与细菌细胞膜的差异 1 化学成分 2 键型组分 80% DNA 3 结构组织方式细胞壁拟核 : 无核膜包裹, 只由裸露 DNA 组成的核区 10% RNA 细胞膜 10% protein 双分子层膜结构核区单分子层膜结构 ( 广泛存在于高度嗜热菌中 ) 内含物鞭毛荚膜结构特点 : 闭合环状双链 DNA 分子 + 少量蛋白质分子单双分子层混合膜结构芽孢菌毛性毛核区是负载遗传信息的物质基础每个细胞中一般含有 1-4 个核区, 核数与生长速度有关. 内含物 - 颗粒储存物细胞壁细胞膜核区内含物 : 指胞质内较大的颗粒状构造, 包括各种贮藏物羧酶体和气泡等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, 如 : 内含物鞭毛荚膜芽孢菌毛性毛贮藏物糖原碳源 or 能源类聚 β- 羟丁酸 (PHB) 硫粒藻青素氮源类藻青蛋白磷源 : 异染颗粒 8

9 内含物 - 颗粒储存物 1 聚 -β- 羟丁酸 (PHB) 功能 : 类脂性质的碳源和能源类贮藏物, 具有降低渗透压的作用应用 : 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糖原颗粒 2 多糖类贮藏物淀粉颗粒在真细菌中以糖原为多, 糖原颗粒较小, 不染色时需用电镜观察, 用碘液染成褐色, 可在光学显微镜下看到有的细菌积累淀粉粒, 用碘液染成深兰色内含物 - 颗粒储存物内含物 - 颗粒储存物储藏物的特点及生理功能 : 3 异染颗粒 )- 磷源不同微生物其储藏性内含物不同是无机偏磷酸的聚合物, 颗粒大小为 0.5~1.0μm, 一般在富磷环境形成用美兰或者甲苯胺兰染色呈现紫红色功能 : 贮藏磷元素和能量, 并可降低细胞的渗透压 4 藻青素 : 通常存在于蓝细菌中由含精氨酸和天冬氨酸残基 (1:1) 的分枝多肽所构成, 分子量在 25000~ 一种内源性氮源贮藏物, 同时还兼有贮存能源的作用 5 硫粒在环境中还原性硫素丰富时, 很多真细菌在氧化 H 2 S, 硫代硫酸盐时, 常在细胞内形成折光性很强的硫粒, 积累硫元素当环境中还原性硫缺乏时, 可被细菌重新利用作能源 ( 例如厌气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乏氮源而碳源丰富时, 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 -β- 羟丁酸 ( PHB) 就储藏物在细菌细胞中大量积累成为中性脂肪酸了, 这样便能维持细胞内中性环境, 还可以被人们利用如, 避免菌体内酸性 PHA or 增高 PHB) 其他内含物其他内含物其他内含物磁小体趋磁细菌细胞中含有的大小均匀数目不等的 Fe 3 O 4 颗粒, 外有一层磷脂蛋白或糖蛋白膜包裹生理功能是导向作用 : 即借鞭毛游向对该菌最有利的泥水界面微氧环境处生活右下图所示为磁细菌在磁场中的波浪形趋磁运动在细胞中成链状排列 2,0-100nm, 形状为平截八面体平行六面体或六棱柱体 5) 气泡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, 由数排柱形小空泡组成, 外有 2nm 厚的蛋白质膜包裹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 5) 气泡生理功能 : 调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中, 获取光能 O 2 和营养物质专性好氧的盐杆菌属 (Halobacterium) 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合细菌利用气泡集中在水下米深处, 这样既能吸收适宜的光线和营养进行光合作用, 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 9

10 鞭毛结构与功能鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义细胞壁细胞膜核区内含物鞭毛荚膜端生单鞭毛两端丛生鞭毛单端丛生鞭毛周生鞭毛芽孢菌毛性毛鞭毛 : 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, 具有推动细菌运动的功能, 为细菌的运动器官鞭毛染色光学显微镜观察暗视野显微镜观察电镜观察鞭毛结构与功能有关鞭毛运动的机制曾有过的争议 : 旋转论和挥鞭论鞭毛结构与功能鞭毛丝鞭毛钩基体三部分结构鞭毛结构与功能逆时针旋转 : 前进一般速度在每秒 20~80μm 范围, 最高可达每秒 100μm( 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 ) 1974 年, 美国学者西佛曼和西蒙曾设计了一个拴菌试验, 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 Fli 蛋白, 开关作用, 控制鞭毛正转或者逆转 Mot 蛋白, 通过消耗能量, 驱动 S-M 环的快速旋转顺时针旋转 : 翻筋斗转向趋避运动 That Crazy Bacterial Flagellum 10

11 荚膜结构与功能荚膜结构与功能细胞壁细胞膜核区内含物鞭毛荚膜芽孢菌毛性毛荚膜 : 包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质按其有无固定层次层次厚薄又可细分为荚膜微荚膜粘液层粘液层厚 : 大荚膜荚膜薄 : 微荚膜主要成分 : 多糖多肽或蛋白质尤以多糖居多经特殊的荚膜染色, 特别是负染色 ( 又称背景染色 ) 后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在菌胶团 : 包裹在细胞群上 (1) 产生糖被是微生物的一种遗传特性, 其菌落特征及血清学反应是是细菌分类鉴定的指标之一 (2) 荚膜等并非细胞生活的必要结构, 但它对细菌在环境中的生存有利 (3) 细菌糖被与人类的科学研究和生产实践有密切的关系糖被类物质的应用肠膜状明串珠菌的糖被中提取葡聚糖以制备代血浆或者 Sephadex 等葡聚糖凝胶 ; 利用野油菜黄单胞菌 Xanthomonas campestris 的粘液层提取黄原胶 (Xanthan,Xanthangum,Xc). 可用于石油廾采, 印染. 食品等工业中 ; 产生菌胶团的细菌在污水的微生物处理过程中具有重要的作用黄原胶黄原胶的工业重要性质是基于它的特殊性质即 : 在水溶液中因分子间相互排斥而形成稳定的胶体, 可作为流变控制剂及乳状液和悬浮液的稳定剂其优异性能体现在 : 1 黄原胶无味无臭使用安全性强美国食品药物管理局于 1969 年批准黄原胶用于食品中 2 低浓度时具有高粘性, 与其它多糖溶液相比, 即使是低粘度也会产生很高的粘度,1% 的水溶液粘度相当于明胶的 100 倍, 从而可作为良好的增稠剂和稳定剂 3 独特的流变性 - 假塑性 ; 表现为粘度和剪切速率成反比, 使之在许多领域得到广泛的应用 4 良好的热稳定性在一定的温度范围内反复受热冷冻, 粘度基本不变 5 酸碱稳定性 :ph 不影响粘度,pH6~9 范围内粘度无变化,pH 1~11 有轻微变化 6 具有极强的抗氧化和抗酶解作用 7 具有广泛的相溶性, 良好的配伍性, 可与大多数合成的或天然的增稠剂配伍, 混合后粘度显著增加 8 与高浓度盐类糖类共存时, 仍保持稳定的增稠体系 9 对不溶性固体颗粒和油滴具有较好的悬浮性 10 微波稳定性污水处理 11

12 细胞壁细胞膜核区内含物芽孢 : 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折光性极强抗逆性极强的休眠体, 称为芽孢鞭毛荚膜芽孢菌毛性毛芽孢的结构与功能芽孢的结构与功能芽孢的结构与功能 _ 芽孢的耐热机制 1 芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差 1 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指标参照系 : 抗热性最强的嗜热脂肪芽孢杆菌 2 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 3 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 4 由于芽孢耐热性, 在筛选产芽孢的细菌时, 采用高温处理样品可以富集芽孢菌, 提高筛选效率 2 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含水量约 70%. 3 核心部分的细胞质变得高度失水, 含水量极低 (10%~25%), 因此, 具极强的耐热性核心部分含有酸溶性小分子蛋白稳定 DNA 结构, 防止损伤渗透调节皮层膨胀学说芽孢的结构与功能 _ 芽孢的耐热机制其他学说 : 芽孢皮层和孢质中含有特殊的砒啶二羧酸钙盐针对在芽孢形成过程中会合成大量的为营养细胞所没有的 DPA-Ca, 不少学者提出 Ca 2+ 与 DPA 的螯合作用会使芽孢中的生物大分子形成一种稳定而耐热性强的凝胶但也有实验证明砒啶二羧酸钙缺陷株仍保持抗热性伴孢晶体 (parasporal crystal) 如苏云金芽孢杆菌 (Bacillus thuringiensis,bt 杀虫剂 ) 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 δ 内毒素, 称为伴孢晶体砒啶二羧酸钙总之, 有关芽孢耐热机制是一个重要的有待进一步深入研究的基础理论问题 12

13 伴孢晶体 (parasporal crystal) 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 ) 细胞壁细胞膜核区内含物吸附于上皮细胞, 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鞭毛荚膜芽孢菌毛性毛菌毛性毛 2.2 细菌古菌古菌发现及其特点细胞壁细胞膜核区内含物鞭毛荚膜菌毛 ( 左 ): 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每个细菌约有 250~300 条菌毛 2.1 原核微生物和真核微生物概念列表表解 2.2 细菌古菌细胞壁细胞膜内含物 ( 各类贮存物, 气泡 ) 芽孢鞭毛菌毛性毛荚膜古菌发现及其特点古菌概念的提出 1977 年,Carl Woese 以 16S rrna 序列比较为依据, 提出的独立于真细菌和真核生物之外的生命的第三种形式 - 古菌 (Archaea) 芽孢菌毛性毛性菌毛 ( 右 ): 构造和成分与菌毛相同, 但比菌毛长, 数量仅一至几根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细菌 : 又称真细菌 (eubacteria), 包括普通细菌放线菌蓝细菌支原体立克次氏体和衣原体等 ( 三菌三体 ) 古生菌 : 在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列, 且与后者关系更近, 而其细胞构造却与真细菌较为接近, 同属于原核生物古菌发现及其特点 2.2 细菌古菌 t 在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域 (Domain), 并且在进化谱系上更接近真核生物 t 古菌的特点在细胞构造上与真细菌较为接近, 同属原核生物 t 多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中, 例如高温高盐高酸等 t 原名 : 古细菌 (Archaebacteria); 后改名 : 古生菌 (Archaea), 表明其独立性 2.1 原核微生物和真核微生物概念列表 / 表解 2.2 细菌古菌细胞壁细胞膜内含物 ( 各类贮存物 / 气泡 ) 芽孢鞭毛菌毛性毛荚膜古菌发现及其特点 ( 个体与群体 ) 普通细菌放线菌蓝细菌支原体立克次氏体衣原体古生菌 : 个体特征 : 形状排列大小群体特征 : ( 菌落 ) 常被作为分类依据不同微生物在特定培养基上生长形成的菌落或菌苔一般都具有稳定的特征 ( 形状颜色等 ), 可以成为对该微生物进行分类鉴定的重要依据 13

14 个体特征球培养特征培养特征普通细菌普通细菌普通细菌放线菌蓝细菌杆放线菌蓝细菌放线菌蓝细菌支原体立克次氏体衣原体古生菌 : + 螺旋其他支原体立克次氏体衣原体古生菌 : 支原体立克次氏体衣原体古生菌 : 普通细菌放线菌蓝细菌支原体立克次氏体衣原体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, 属于真细菌范畴特点 : t 单细胞, 形态多样 t 从简单的杆状菌, 到大多由分支发达的菌丝组成 t 菌丝直径与杆菌类似, 约 1µm t 细胞壁组成与细菌类似, 革兰氏染色阳性 ( 少数阴性 ) t 细胞的结构与细菌基本相同古生菌 : 菌丝按形态和功能可分为营养气生和孢子丝三种个体特征培养特征普通细菌放线菌蓝细菌普通细菌放线菌蓝细菌普通细菌放线菌蓝细菌 1. 能产生大量分枝和气生菌丝 ( 如链霉菌 ) 2. 不产生大量菌丝体 ( 如诺卡氏菌 ) 支原体支原体支原体粘着力差, 粉质, 针挑起易粉碎立克次氏体琼脂表面立克次氏体立克次氏体菌落质地致密, 与培养基结合紧密, 小而不蔓延, 不易挑起衣原体衣原体衣原体或挑起后不易破碎古生菌 : 古生菌 : 菌丝直径约 1µm 孢子的形状颜色和表面纹饰也是分类的特征之一古生菌 : 14

细胞壁 1. G + 细胞壁 ; 2. G - 细胞壁 ; 3. 缺壁细菌 ; 4. 抗酸细菌细胞壁 ; 5. 古生菌细胞壁 G+ 菌细胞壁肽聚糖 G- 菌细胞壁磷壁酸外膜细胞壁 - 肽聚糖肽聚糖真细菌细胞壁的特有成分 ( 粘肽胞壁质粘质复合物 ) 肽聚糖是聚合物, 由肽和聚糖组成网格状

细胞壁 1. G + 细胞壁 ; 2. G - 细胞壁 ; 3. 缺壁细菌 ; 4. 抗酸细菌细胞壁 ; 5. 古生菌细胞壁 G+ 菌细胞壁肽聚糖 G- 菌细胞壁磷壁酸外膜细胞壁 - 肽聚糖肽聚糖真细菌细胞壁的特有成分 ( 粘肽胞壁质粘质复合物 ) 肽聚糖是聚合物, 由肽和聚糖组成网格状 2.1 原核微生物和真核微生物概念微生物与人类凌建亚博士教授生命科学学院微生物技术国家重点实验室原核微生物 (Prokaryotic microbe) 细胞核无核膜包裹, 只存在由裸露 DNA 组成的核区 (nuclear region) 的原始单细胞生物真核生物 (Eukaryotes) 凡是细胞核具有核膜, 能进行有丝分裂细胞质中存在线粒体或者同时存在叶绿体等多种细胞器的生物 2.1