【課件】2023年高中生物競賽課件微生物之細(xì)菌的質(zhì)膜及內(nèi)含物

一、一般形態(tài)及細(xì)胞結(jié)構(gòu)（一）個(gè)體形態(tài)與排列（二）大小（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)1、細(xì)胞壁2、細(xì)胞質(zhì)膜3、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物4、核區(qū)（nuclearregionorarea）

細(xì)菌（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)膜(cytoplasmicmembrane)，又稱質(zhì)膜(plasmamembrane)、細(xì)胞膜(cellmembrane)，是緊貼在細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)、包圍著細(xì)胞質(zhì)的一層柔軟、脆弱、富有彈性的半透性薄膜，厚約7～8nm，由磷脂(占20%～30%)和蛋白質(zhì)(占50%～70%)組成。原核生物與真核生物細(xì)胞膜的主要差別是前者的蛋白質(zhì)含量特別高，一般無甾醇(僅支原體例外)，而后者則蛋白質(zhì)含量低并普遍含有甾醇

(1)概念（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)膜(cytoplasmicmembrane)，又稱質(zhì)膜(plasmamembrane)、細(xì)胞膜(cellmembrane)，是緊貼在細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)、包圍著細(xì)胞質(zhì)的一層柔軟、脆弱、富有彈性的半透性薄膜，厚約7～8nm，由磷脂(占20%～30%)和蛋白質(zhì)(占50%～70%)組成。原核生物與真核生物細(xì)胞膜的主要差別是前者的蛋白質(zhì)含量特別高，一般無甾醇(僅支原體例外)，而后者則蛋白質(zhì)含量低并普遍含有甾醇。細(xì)胞膜(1)概念（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜(2)觀察方法1)質(zhì)壁分離、鑒別性染色在光學(xué)顯微鏡下觀察（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜(2)觀察方法1)質(zhì)壁分離、鑒別性染色在光學(xué)顯微鏡下觀察（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜1)質(zhì)壁分離、鑒別性染色在光學(xué)顯微鏡下觀察(2)觀察方法2)原生質(zhì)體破裂在光學(xué)顯微鏡下觀察（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜1)質(zhì)壁分離、鑒別性染色在光學(xué)顯微鏡下觀察(2)觀察方法2)原生質(zhì)體破裂在光學(xué)顯微鏡下觀察3)細(xì)菌的超薄切片用電子顯微鏡觀察(上下兩暗色層之間夾著一淺色中間層的雙層膜結(jié)構(gòu))（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜1)質(zhì)壁分離、鑒別性染色在光學(xué)顯微鏡下觀察(2)觀察方法2)原生質(zhì)體破裂在光學(xué)顯微鏡下觀察3)細(xì)菌的超薄切片用電子顯微鏡觀察(上下兩暗色層之間夾著一淺色中間層的雙層膜結(jié)構(gòu))磷脂雙分子層（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜(3)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型兩層磷脂分子按一定規(guī)律整齊地排列，每一個(gè)磷脂分子由一個(gè)帶正電荷、能溶于水的極性頭(磷酸端)和一個(gè)不帶電荷、不溶于水的非極性尾(烴端)構(gòu)成。極性頭分別朝向內(nèi)外兩表面，呈親水性，而非極性尾則埋入膜的內(nèi)層，從而形成了一個(gè)磷脂雙分子層1）磷脂（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜(3)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型1）磷脂BrockBiologyofMicroorganisms.Pearson.16th.GlobalEdition(2021)p75兩層磷脂分子按一定規(guī)律整齊地排列，每一個(gè)磷脂分子由一個(gè)帶正電荷、能溶于水的極性頭(磷酸端)和一個(gè)不帶電荷、不溶于水的非極性尾(烴端)構(gòu)成。極性頭分別朝向內(nèi)外兩表面，呈親水性，而非極性尾則埋入膜的內(nèi)層，從而形成了一個(gè)磷脂雙分子層極性頭非極性尾(3)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型BrockBiologyofMicroorganisms.Pearson.16th.GlobalEdition(2021)p75極性頭非極性尾在極性頭的甘油C3位，不同種微生物具有不同的R基，形成磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸或磷脂酰肌醇等。原核生物的細(xì)胞質(zhì)膜多數(shù)含磷脂酰甘油非極性尾則由長鏈脂肪酸通過酯鍵連接在甘油的C1和C2位上組成，其鏈長和飽和度因細(xì)菌種類和生長溫度而異。通常生長溫度要求越高的種，其飽和度也越高，反之則低（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜(3)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型2）膜蛋白具運(yùn)輸功能的整合蛋白(integralprotein)或內(nèi)嵌蛋白(intrinsicprotein)外表面“漂浮著”具有酶促作用的周邊蛋白(又稱膜外蛋白)膜蛋白約占細(xì)菌細(xì)胞膜的50%～70%，比任何一種生物膜都高，而且種類也多。------細(xì)胞膜是一個(gè)重要的代謝活動(dòng)中心（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜(3)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型3）液態(tài)嵌合模型1972年辛格尼科爾森模型強(qiáng)調(diào)：(1)膜的流動(dòng)性膜蛋白和膜脂均可側(cè)向運(yùn)動(dòng)

(2)膜蛋白分布的不對(duì)稱性（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜(3)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型①膜的主體是脂質(zhì)雙分子層②脂質(zhì)雙分子層具有流動(dòng)性③整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂質(zhì)雙分子層的疏水性內(nèi)層中④周邊蛋白表面含有親水基團(tuán)，故可通過靜電引力與脂質(zhì)雙分子層表面的極性頭相連⑤脂質(zhì)分子間或脂質(zhì)與蛋白質(zhì)分子間無共價(jià)結(jié)合⑥脂質(zhì)雙分子層猶如一“海洋”，周邊蛋白可在其上作“漂浮”運(yùn)動(dòng)，而整合蛋白則似“冰山”狀沉浸在其中作橫向移動(dòng)1972年

辛格和尼科爾森3）液態(tài)嵌合模型（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜(3)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型4）甾醇類物質(zhì)由磷脂分子形成的雙分子膜中加入甾醇類物質(zhì)可以提高膜的穩(wěn)定性（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜(3)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型4）甾醇類物質(zhì)由磷脂分子形成的雙分子膜中加入甾醇類物質(zhì)可以提高膜的穩(wěn)定性真核生物細(xì)胞膜中一般含有膽固醇等甾醇，含量為5%-25%原核生物與真核生物的最大區(qū)別就是其細(xì)胞膜中一般不含膽固醇(支原體例外)，而是含有hopanoid(藿烷類化合物或類何帕烷)，具有維持膜穩(wěn)定的作用菲律賓霉素、制霉菌素和殺假絲酵母菌素等多烯類抗生素因可破壞含甾醇的細(xì)胞質(zhì)膜，故可抑制支原體和真核生物，但對(duì)其他的原核生物則無抑制作用（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞質(zhì)膜(3)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型細(xì)胞膜的生理功能：①選擇性地控制細(xì)胞內(nèi)、外的營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的運(yùn)送②維持細(xì)胞內(nèi)正常滲透壓的屏障③合成細(xì)胞壁和糖被的各種組分(肽聚糖、磷壁酸、LPS、莢膜多糖等)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謝的酶系，是細(xì)胞的產(chǎn)能場所⑤鞭毛基體的著生部位和鞭毛旋轉(zhuǎn)的供能部位⑥膜上某些蛋白受體與趨化性有關(guān)（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物（1）概念細(xì)胞質(zhì)(cytoplasm)是細(xì)胞質(zhì)膜包圍的除核區(qū)外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱。含水量約70％～80%。原核生物的細(xì)胞質(zhì)是不流動(dòng)的，這點(diǎn)和真核生物明顯不同細(xì)胞質(zhì)的主要成分為核糖體(70S，大小約14~15nm×20nm，分子質(zhì)量約2.7×106Da，數(shù)量很多)、貯藏物、質(zhì)粒、酶類、中間代謝物和吸入的營養(yǎng)物等，少數(shù)細(xì)菌還有類囊體、羧酶體、氣泡、伴胞晶體或磁小體等。形狀較大的顆粒狀或泡囊狀構(gòu)造，稱為內(nèi)含體(inclusionbody)（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物（1）概念細(xì)胞質(zhì)(cytoplasm)是細(xì)胞質(zhì)膜包圍的除核區(qū)外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱。含水量約70％～80%。原核生物的細(xì)胞質(zhì)是不流動(dòng)的，這點(diǎn)和真核生物明顯不同。細(xì)胞質(zhì)的主要成分為核糖體(70S，大小約14~15nm×20nm，分子質(zhì)量約2.7×106Da，數(shù)量很多)、貯藏物、質(zhì)粒、酶類、中間代謝物和吸入的營養(yǎng)物等，少數(shù)細(xì)菌還有類囊體、羧酶體、氣泡、伴胞晶體或磁小體等。形狀較大的顆粒狀或泡囊狀構(gòu)造，稱為內(nèi)含體(inclusionbody)（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物(2)顆粒狀貯藏物(reservematerials)貯藏物：不同化學(xué)成分累積而成的不溶性沉淀顆粒，主要功能是貯存營養(yǎng)物貯藏物糖原：大腸桿菌、克雷伯氏菌、芽胞桿菌和藍(lán)細(xì)菌等聚-β-羥丁酸(PHB)：固氮菌、產(chǎn)堿菌和腸桿菌等硫粒：紫硫細(xì)菌、絲硫細(xì)菌、貝氏硫桿菌等藻青素：藍(lán)細(xì)菌藻青蛋白：藍(lán)細(xì)菌磷源(異染粒)：迂回螺菌、白喉棒桿菌、結(jié)核分枝桿菌碳源及能源類氮源類（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物(2)顆粒狀貯藏物(reservematerials)①聚-β-羥丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)巨大芽胞桿菌(Bacillusmegaterium)在含乙酸或丁酸的培養(yǎng)基中生長時(shí)，細(xì)胞內(nèi)貯藏的PHB可達(dá)其干重的60%1929年發(fā)現(xiàn)類脂性質(zhì)的碳源類貯藏物作用：貯藏能量、碳源和降低細(xì)胞內(nèi)滲透壓（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物(2)顆粒狀貯藏物(reservematerials)①聚-β-羥丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)巨大芽胞桿菌(Bacillusmegaterium)在含乙酸或丁酸的培養(yǎng)基中生長時(shí)，細(xì)胞內(nèi)貯藏的PHB可達(dá)其干重的60%1929年發(fā)現(xiàn)類脂性質(zhì)的碳源類貯藏物作用：貯藏能量、碳源和降低細(xì)胞內(nèi)滲透壓（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物(2)顆粒狀貯藏物(reservematerials)①聚-β-羥丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)巨大芽胞桿菌(Bacillusmegaterium)在含乙酸或丁酸的培養(yǎng)基中生長時(shí)，細(xì)胞內(nèi)貯藏的PHB可達(dá)其干重的60%1929年發(fā)現(xiàn)類脂性質(zhì)的碳源類貯藏物作用：貯藏能量、碳源和降低細(xì)胞內(nèi)滲透壓應(yīng)用：無毒、可塑、易降解，是生產(chǎn)醫(yī)用塑料、生物降解塑料的良好原料(產(chǎn)堿菌、固氮菌和假單胞菌)（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物(2)顆粒狀貯藏物(reservematerials)BrockBiologyofMicroorganisms.Pearson.16th.GlobalEdition(2021)p89近年來，又發(fā)現(xiàn)在一些革蘭氏陽性和陰性好氧菌、光合厭氧細(xì)菌中，都存在PHB類化合物，它們與PHB僅是R基不同(R=CH3時(shí)即為PHB)。這類化合物可通稱為聚羥鏈烷酸(PHA)PHB化學(xué)結(jié)構(gòu)

尼羅紅染色的含PHA的細(xì)菌

①聚-β-羥丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物(2)顆粒狀貯藏物(reservematerials)②多糖類貯藏物糖原粒淀粉粒在細(xì)菌中以糖原為多糖原粒較小，不染色需用電鏡觀察，用碘液染成褐色，可在光學(xué)顯微鏡下看到有的細(xì)菌積累淀粉粒，用碘液染成深藍(lán)色（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物(2)顆粒狀貯藏物(reservematerials)②多糖類貯藏物糖原粒淀粉粒在細(xì)菌中以糖原為多糖原粒較小，不染色需用電鏡觀察，用碘液染成褐色，可在光學(xué)顯微鏡下看到有的細(xì)菌積累淀粉粒，用碘液染成深蘭色（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物（2）顆粒狀貯藏物(reservematerials)③異染粒(metachromaticgranules)又稱迂回體，最早在迂回螺菌中發(fā)現(xiàn)，被亞甲藍(lán)(美藍(lán))或甲苯胺藍(lán)染成紫紅色顆粒大?。?.5～1.0μm無機(jī)偏磷酸的聚合物，一般在含磷豐富的環(huán)境下形成功能：貯藏磷元素和能量(核酸和磷脂生物合成ATP)，并可降低細(xì)胞的滲透壓常見：白喉棒桿菌，結(jié)核分枝桿菌應(yīng)用：細(xì)菌鑒定BrockBiologyofMicroorganisms.Pearson.16th.GlobalEdition(2021)p89多聚磷酸鹽顆粒嗜中溫螺旋桿菌（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物（2）顆粒狀貯藏物(reservematerials)④硫粒(sulfurglobules)一些化能自養(yǎng)菌(G-和古生菌)通過氧化還原的硫化物，如H2S，被稱為“硫細(xì)菌”，由謝爾蓋·維諾格拉斯基發(fā)現(xiàn)環(huán)境中硫素豐富時(shí)，胞內(nèi)以折光性很強(qiáng)的硫粒形式積累硫元素環(huán)境中還原性硫缺乏時(shí)硫粒被細(xì)菌重新利用BrockBiologyofMicroorganisms.Pearson.16th.GlobalEdition(2021)p89布氏紅硫菌（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物（2）顆粒狀貯藏物(reservematerials)④硫粒(sulfurglobules)一些化能自養(yǎng)菌（G-和古生菌）通過氧化還原的硫化物，如H2S，被稱為“硫細(xì)菌”，由謝爾蓋·維諾格拉斯基發(fā)現(xiàn)環(huán)境中硫素豐富時(shí)，胞內(nèi)以折光性很強(qiáng)的硫粒形式積累硫元素環(huán)境中還原性硫缺乏時(shí)硫粒被細(xì)菌重新利用BrockBiologyofMicroorganisms.Pearson.16th.GlobalEdition(2021)p89布氏紅硫菌化能自養(yǎng)菌貝日阿托氏菌屬（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物（2）顆粒狀貯藏物(reservematerials)⑤藻青素(cyanophycin)一種內(nèi)源性氮源貯藏物，同時(shí)還兼有貯存能源的作用，通常存在于藍(lán)細(xì)菌中由含精氨酸和天冬氨酸殘基(1:1)的分枝多肽所構(gòu)成，分子量在25000～125000（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物（3）磁小體(megnetosome)1975年，由布萊克莫爾在折疊螺旋體(Spirochaetaplicatilis)的趨磁細(xì)菌中首先發(fā)現(xiàn)趨磁細(xì)菌細(xì)胞中含有的大小均勻、數(shù)目不等的Fe3O4或Fe3S4顆粒，外有一層磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹BrockBiologyofMicroorganisms.Pearson.16th.GlobalEdition(2021)p91趨磁細(xì)菌磁小體分離的磁小體50nm磁小體的膜90nm（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)三、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物（3）磁小體(megnetosome)每個(gè)細(xì)胞內(nèi)有2~20顆，呈鏈狀排