第三章微生物細胞的結(jié)構(gòu)及功能(沈萍版)

1、教師：李懿教師：李懿微生物細胞的結(jié)構(gòu)與功能微生物細胞的結(jié)構(gòu)與功能 微生物的細胞結(jié)構(gòu)和動植物的細胞結(jié)微生物的細胞結(jié)構(gòu)和動植物的細胞結(jié)構(gòu)有一些共同特征，同時也存在許多不同的地構(gòu)有一些共同特征，同時也存在許多不同的地方。方。 具有細胞結(jié)構(gòu)的微生物中，按細胞核具有細胞結(jié)構(gòu)的微生物中，按細胞核的結(jié)構(gòu)和進化水平的差別可以分為原核微生物的結(jié)構(gòu)和進化水平的差別可以分為原核微生物和真核微生物和真核微生物2大類。大類。前言：前言：原核微生物 原核微生物指一大類細胞核無核膜包原核微生物指一大類細胞核無核膜包裹的原始單細胞生物。裹的原始單細胞生物。 它與真核微生物的主要區(qū)別有：它與真核微生物的主要區(qū)別有：基因組由無核

2、膜包裹的雙鏈環(huán)狀基因組由無核膜包裹的雙鏈環(huán)狀DNA組成。組成。缺乏由單位膜分割，包圍的細胞器。缺乏由單位膜分割，包圍的細胞器。1. 核糖體為核糖體為70S型。型。原核生物細胞構(gòu)造原核生物細胞構(gòu)造細胞壁細胞壁 細胞壁概念：細胞壁概念：是細胞最外的一層厚實、堅韌的外是細胞最外的一層厚實、堅韌的外被，主要成分為肽聚糖，具有固定外形和保護細被，主要成分為肽聚糖，具有固定外形和保護細胞等多種功能。胞等多種功能。 細胞壁功能：細胞壁功能：固定細胞外形和提高機械強度，固定細胞外形和提高機械強度，保護細胞免受外力的損傷；為細胞生長、分裂保護細胞免受外力的損傷；為細胞生長、分裂和鞭毛運動所必需；阻攔酶蛋白或抗生

3、素等有和鞭毛運動所必需；阻攔酶蛋白或抗生素等有害物質(zhì)進入細胞；賦予細菌特有的抗原性和致害物質(zhì)進入細胞；賦予細菌特有的抗原性和致病性病性( (如內(nèi)毒素如內(nèi)毒素) )，并與細菌對抗生素和噬菌體的，并與細菌對抗生素和噬菌體的敏感性密切相關(guān)。敏感性密切相關(guān)。1、革蘭氏陽性細菌的細胞壁結(jié)構(gòu)特點：細胞壁厚度大，2080 nm；化學組分簡單，一般含90%肽聚糖和10%磷壁酸。由一層壁構(gòu)成。(1)肽聚糖：肽聚糖是由多糖鏈經(jīng)短肽相交聯(lián)而形成的網(wǎng)絡(luò)狀分子，是真細菌細胞壁特有的成分，構(gòu)成細菌細胞壁堅硬的骨架部分。多糖鏈 短肽交聯(lián) 革蘭氏陽性細菌細胞壁肽聚糖的單體圖解革蘭氏陽性細菌細胞壁肽聚糖的單體圖解左：簡化的單體

4、分子間的連接；右：單體的分子構(gòu)造。箭頭示溶菌酶的水解位點左：簡化的單體分子間的連接；右：單體的分子構(gòu)造。箭頭示溶菌酶的水解位點表表 肽聚糖分子中的四種主要肽橋類型肽聚糖分子中的四種主要肽橋類型類型類型 甲肽尾上連接點甲肽尾上連接點 肽橋肽橋 乙肽連接點乙肽連接點 例例 I 第四氨基酸第四氨基酸 -CO.NH-直接相連直接相連 第三氨基酸第三氨基酸 E. coli (G-)II 第四氨基酸第四氨基酸 -(Gly)5 第三氨基酸第三氨基酸 S. aureus (G+)III 第四氨基酸第四氨基酸 -(肽尾肽尾)12- 第三氨基酸第三氨基酸 M. luteus (G+) IV 第四氨基酸第四氨基酸

5、-D-Lys- 第二氨基酸第二氨基酸 C. poinsettiae(G+) （2）磷壁酸（teichoic acid） 磷壁酸是結(jié)合在革蘭氏陽性細菌細胞壁上的一種酸性多糖，是革蘭氏陽性細菌所特有的成分之一。 磷壁酸類型： 根據(jù)糖成分：甘油磷壁酸 核糖醇磷壁酸 根據(jù)與壁中結(jié)合分子類型及分布： 壁磷壁酸 膜磷壁酸 磷壁酸的主要生理作用： 因帶負電荷，故可與環(huán)境中的Mg2+等陽離子結(jié)合，提高這些離子的濃度，以保證細胞膜上一些合成酶維持高活性的需要；對一些革蘭氏陽性致病菌(如A族鏈球菌)而言，可借此(主要為膜磷壁酸)與其宿主粘連；賦予革蘭氏陽性菌以特異的表面抗原；是某些噬菌體特異性吸附受體； 儲藏磷元

6、素；調(diào)節(jié)細胞內(nèi)自溶素的活力，防止細胞因自溶而死亡。2、革蘭氏陰性細菌細胞壁結(jié)構(gòu) 特點：肽聚糖層很?。▋H23nm），在肽聚 糖層外還有一個外膜，成分較復雜， 整個壁厚度較G+菌薄，機械強度較G+ 菌弱。由2層壁組成。格蘭氏陰性菌肽聚糖層的特點（以大腸桿菌為例）：格蘭氏陰性菌肽聚糖層的特點（以大腸桿菌為例）： 肽聚糖層?。?3nm）； 四肽尾的第三個不是L-Lys，而是內(nèi)消旋二 氨基庚二酸（MDAP）； 沒有特殊的肽橋，其前后兩個單體間的聯(lián)系僅由前一肽尾的第4個氨基酸即D丙氨酸的羧基與后一肽尾第3個氨基酸即M DAP的氨基直接連接。（因而只能形成較疏密、機械強度較差的肽聚糖網(wǎng)絡(luò)）。外膜外膜特點：a

7、.是G-細菌細胞壁特有的結(jié)構(gòu)，位于壁的最外層；b. 化學成分是脂多糖、磷脂和若干種外膜蛋白。功能：a. 控制細胞透性; b. 提高Mg2+濃度; c. 決定細胞壁抗原性; d. 類脂A是類毒素的主要成分外壁層可分為外壁層可分為3層，分別是：層，分別是：內(nèi)層：脂蛋白層，以脂類部分與肽聚糖相連；內(nèi)層：脂蛋白層，以脂類部分與肽聚糖相連；中層：磷脂層。中層：磷脂層。外層：脂多糖層，外壁重要成分，外層：脂多糖層，外壁重要成分，8-10 nm。脂多糖脂多糖 lipopolysaccharide（ LPS）G-特有成分特有成分。結(jié)構(gòu)：類脂結(jié)構(gòu)：類脂A + 核心多糖核心多糖 + O-側(cè)鏈。側(cè)鏈。功能：功能：1

8、）內(nèi)毒素物質(zhì)基礎(chǔ)；）內(nèi)毒素物質(zhì)基礎(chǔ)；2）吸附鎂、鈣離子；）吸附鎂、鈣離子；3）決定）決定G-表面抗原；表面抗原；4）噬菌體受體位點。）噬菌體受體位點。 5）有控制物質(zhì)進出細胞的屏障功能。有控制物質(zhì)進出細胞的屏障功能。鈣離子是維持鈣離子是維持LPS穩(wěn)定性所必需的。穩(wěn)定性所必需的。脂多糖(lipopolysaccharide，LPS) 沙門氏菌屬脂多糖中的類脂A結(jié)構(gòu) 外膜蛋白 鑲嵌在脂多糖和磷脂層外膜上的蛋白。有鑲嵌在脂多糖和磷脂層外膜上的蛋白。有20余種，大多數(shù)功能還不清楚。余種，大多數(shù)功能還不清楚。脂蛋白脂蛋白孔蛋白孔蛋白周質(zhì)空間周質(zhì)空間 周質(zhì)空間：在革蘭氏陰性菌中指外膜和細周質(zhì)空間：在革蘭氏

9、陰性菌中指外膜和細胞膜間的空隙，呈膠狀，肽聚糖薄層夾在胞膜間的空隙，呈膠狀，肽聚糖薄層夾在其中。其中。 周質(zhì)空間中有許多周質(zhì)蛋白。周質(zhì)空間中有許多周質(zhì)蛋白。 一般認為革蘭氏陽性菌沒有周質(zhì)空間，一一般認為革蘭氏陽性菌沒有周質(zhì)空間，一些水解酶無法保留在周質(zhì)空間只能釋放到些水解酶無法保留在周質(zhì)空間只能釋放到外環(huán)境。外環(huán)境。 外膜與內(nèi)膜的粘合位點 革蘭氏陰性菌存在許多外膜和內(nèi)膜直接接觸的位點，每點直徑約20-100nm，其功能是促進營養(yǎng)物質(zhì)直接進入細胞。成成 分分 革蘭氏陽性細菌革蘭氏陽性細菌 革蘭氏陰性細菌革蘭氏陰性細菌革蘭氏染色反應(yīng)革蘭氏染色反應(yīng)肽聚糖含量肽聚糖含量肽聚糖結(jié)構(gòu)肽聚糖結(jié)構(gòu)細胞壁厚度及

10、層細胞壁厚度及層次次磷壁酸磷壁酸脂多糖與類脂質(zhì)脂多糖與類脂質(zhì)脂蛋白質(zhì)脂蛋白質(zhì)對溶菌酶對溶菌酶對青霉素和磺胺對青霉素和磺胺與細胞膜的關(guān)系與細胞膜的關(guān)系菌體呈紫色菌體呈紫色含量高，占細胞壁干重的含量高，占細胞壁干重的3095%)多層多層,緊密緊密20-80nm,單層單層多數(shù)有多數(shù)有,含量較高含量較高(5um)5um)較小較小( (一般一般5um)5um)細胞壁的主要成分細胞壁的主要成分纖維素，幾丁質(zhì)纖維素，幾丁質(zhì)肽聚糖肽聚糖 細胞質(zhì)細胞質(zhì)線粒體線粒體+ +間體間體+ +溶酶體溶酶體+ +高爾基體高爾基體+ +微管微管+ +儲藏物儲藏物淀粉等淀粉等聚聚b b羥丁酸羥丁酸核糖體核糖體80S80S 70

11、S70S 細胞核細胞核核膜核膜+ + 核仁核仁+ + 染色體染色體 11數(shù)條，與數(shù)條，與RNARNA和組蛋白結(jié)合和組蛋白結(jié)合1 1條，不與條，不與RNARNA和組蛋白結(jié)合和組蛋白結(jié)合 一一 原核微生物與真核微生物的比較原核微生物與真核微生物的比較二、真核微生物的細胞構(gòu)造1 1、細胞壁、細胞壁酵母菌酵母菌:甘露聚糖和葡聚糖甘露聚糖和葡聚糖低等真菌：主纖維素；高等真菌：幾丁質(zhì)低等真菌：主纖維素；高等真菌：幾丁質(zhì)2、鞭毛鞭毛3、細胞膜、細胞膜4、細胞質(zhì)和細胞核、細胞質(zhì)和細胞核“9+2”型：中間型：中間1對微管，外圍對微管，外圍9個微管二聯(lián)體個微管二聯(lián)體有甾醇、無電子傳遞鏈有甾醇、無電子傳遞鏈 質(zhì)膜與

12、胞壁之間，可能與分泌水解酶或細胞壁質(zhì)膜與胞壁之間，可能與分泌水解酶或細胞壁 合成有關(guān)合成有關(guān)1）溶酶體（）溶酶體（lysosome）2）微體（）微體（microbody）3）膜邊體（）膜邊體（lomasome） 單膜包裹，內(nèi)含單膜包裹，內(nèi)含40多種酸性水解酶，多種酸性水解酶，氧化酶和過氧化氫酶，保護細胞免受氧化酶和過氧化氫酶，保護細胞免受H2O2毒害毒害厭氧性原生動物和真菌中。厭氧性原生動物和真菌中。氫化酶、鐵氧還蛋白、氧化還原酶等氫化酶、鐵氧還蛋白、氧化還原酶等鞭毛基體附近，鞭毛運動提供能量鞭毛基體附近，鞭毛運動提供能量5）液泡）液泡一般在老齡細胞中大而明顯一般在老齡細胞中大而明顯內(nèi)含各種內(nèi)含各種酶酶（蛋白酶、纖維素酶等）（蛋白酶、纖維素酶等） 儲藏物儲藏物（糖原、脂肪等）（糖原、脂肪等）液泡破碎，細胞自溶液泡破碎，細胞自溶4）氫化酶體（）氫化酶體（hydrogenosome）