微生物细胞的结构与功能

2.革兰氏阴性细菌的细胞壁 2.革兰氏阴性细菌的细胞壁 肽聚糖 外膜 外膜蛋白
周质空间
1~2层肽 （1）肽聚糖：埋藏在外膜层之内，是仅由1~2层肽 ）肽聚糖：埋藏在外膜层之内，是仅由1~2 聚糖网状分子组成的薄层(2~3nm)， 聚糖网状分子组成的薄层(2~3nm)，约占细胞壁总重的 (2~3nm) 10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。 10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。 没有特殊的肽桥,只形成较为稀 没有特殊的肽桥 只形成较为稀 疏、机械强度较差的肽聚糖网套
（3）外膜蛋白
嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白， 20余种， 嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白，有20余种， LPS和磷脂层外膜上的蛋白 余种 但多数功能尚不清楚。 但多数功能尚不清楚。
孔蛋白(porins)是由三个相同分子量蛋白亚基组成的 孔蛋白(porins)是由三个相同分子量蛋白亚基组成的 (porins) 一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm的孔道， 一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm的孔道， 1nm的孔道 通过孔的开、 可对进入外膜层的物质进行选择。 通过孔的开、闭，可对进入外膜层的物质进行选择。 非特异性孔蛋白 可通过分子量小于 800~900的任何亲水性 的任何亲水性 分子 特异性孔蛋白 只容许一种或少数几 种相关物质通过， 种相关物质通过，如 维生素B12和核苷酸等。 维生素 和核苷酸等。 和核苷酸等
革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的比较
成分
革兰氏阳性细菌 肽聚糖 磷壁酸 类脂质 蛋白质
占细胞壁干重的 %
革兰氏阴性细菌 含量很低（~10） 无 含量较高（~20） 含量较高
含量很高（50~90） 含量较高（＜50） 一般无（＜2） 无
3. 抗酸细菌的细胞壁： 抗酸细菌的细胞壁：
某些分枝杆菌和诺卡氏菌的细胞壁主要由一 类被称为分支菌酸(Mycolic acid)的支链羟基 类被称为分支菌酸(Mycolic acid)的支链羟基 分支菌酸 脂肪酸组成， 脂肪酸组成，后者被认为与这些细菌感染能力 有关。 有关。 如结核分枝杆菌 麻风分枝杆菌
双糖单位
原核生 物所特 有的已 糖
双糖单位中的β 1,4双糖单位中的β-1,4-糖苷键很容易被溶菌 酶所水解， 酶所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的 散架”而死亡。 “散架”而死亡。 四尾肽：由四个氨基酸分子按L型与D 四尾肽：由四个氨基酸分子按L型与D型交替 方式连接而成。 方式连接而成。 目前所知的肽聚糖已超过100种 目前所知的肽聚糖已超过100种，在 “肽聚糖 100 的多样性”中，主要的变化发生在肽桥上。 的多样性” 主要的变化发生在肽桥上。
第一节 原核微生物
一般构造： 一般构造：
一般细菌都有的 构造
特殊构造： 特殊构造：
部分细菌具有的 或一般细菌在特 殊环境下才有的 构造
细胞壁（cell wall)
细胞壁的结构 细胞壁的功能 细胞壁的化学组成 细胞壁与革兰氏染色 无壁细胞与原生质体
高等植物 霉菌 酵母
纤维素 几丁质 甘露聚糖，葡聚糖 N－乙酰葡萄糖胺
5. 缺壁细菌： 缺壁细菌：
实验室或Biblioteka Baidu 主体内形成 缺壁 细菌
缺壁突变---L型细菌 型细菌 缺壁突变 人工去壁
基本去尽---原生质体 基本去尽 原生质体 （G+） 部分去除---球状体 部分去除 球状体 （G-）
在自然界长期进化中形成——支原体 支原体 在自然界长期进化中形成
型细菌（ （1）L型细菌（L-form of bacteria） ） 型细菌 ）
磷壁酸(Teichoic acids)结构
种类
壁磷壁酸 膜磷壁酸
磷壁酸主要生理功能： 磷壁酸主要生理功能：
形成负电荷环境, 形成负电荷环境,增强细胞膜对二价阳离子 的吸收,维持一些合成酶的高活性。 （ Mg2＋ ）的吸收,维持一些合成酶的高活性。 贮藏磷元素； 贮藏磷元素； 增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被 增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、 白细胞吞噬以及抗补体的作用； 白细胞吞噬以及抗补体的作用； 革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础； 革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础； 噬菌体的特异性吸附受体； 噬菌体的特异性吸附受体； 能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力， 能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，防止细 (autolysin)的活力 胞因自溶而死亡。 胞因自溶而死亡。 可作为细菌分类、 可作为细菌分类、鉴定的依据
细菌在某些环境条件下(实验室或宿主体内 通过自发 细菌在某些环境条件下 实验室或宿主体内)通过自发 实验室或宿主体内 突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。 突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。
因英国李斯德(Lister)预防研究所首先发现而得名。 预防研究所首先发现而得名。 因英国李斯德 预防研究所首先发现而得名
特点： 特点：
• 没有完整而坚韧的细胞壁 细胞呈多形态； 没有完整而坚韧的细胞壁,细胞呈多形态 细胞呈多形态；
• 有些能通过细菌滤器 故又称“滤过型细菌”； 有些能通过细菌滤器,故又称 滤过型细菌” 故又称“ • 对渗透敏感 在固体培养基上形成“油煎蛋”似的 对渗透敏感,在固体培养基上形成 油煎蛋” 在固体培养基上形成“ 小菌落（直径在 左右）。 小菌落（直径在0.1mm左右）。 左右
LPS结构的多变，决定了G-细菌细胞表面抗原决定簇 结构的多变，决定了 结构的多变 的多样性； 的多样性； LPS负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg2＋ 、 负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg 负电荷较强 等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用， Ca2＋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。 胞膜结构起稳定作用。 类脂A 细菌致病物质—内毒素的物质基础 内毒素的物质基础。 类脂A是G-细菌致病物质 内毒素的物质基础。 具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能； 具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能 是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。 是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。
(2)磷壁酸: 革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成 (2)磷壁酸: 磷壁酸
分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。 主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。 膜磷壁酸( 膜磷壁酸(脂磷 壁酸) 壁酸)跨越肽聚 糖层并与细胞 膜相交联, 膜相交联,由甘 油磷酸链分子 与细胞膜上的 磷脂进行共价 结合形成。 结合形成。其 含量与培养条 件关系不大， 件关系不大， 可用45% 45%热酚 可用45%热酚 水提取, 水提取,也可用 热水从脱脂的 冻干细菌中提 取。 壁磷壁酸,它 壁磷壁酸 它 与肽聚糖分子 间进行共价结 合,含量会随 培养基成分而 改变, 改变,一般占 细胞壁重量的 10%,有时可 10%,有时可 接近50% 50%。 接近50%。 用稀酸或稀碱 可以提取。 可以提取。
根据LPS抗原性的测定，沙门氏菌的抗原型多达2107种 根据LPS抗原性的测定，沙门氏菌的抗原型多达2107种，一般 LPS抗原性的测定 2107 都源自O 特异侧链种类的变化。这种多变性是G 都源自O-特异侧链种类的变化。这种多变性是 -细菌躲避宿 主免疫系统攻击,保持感染成功的重要手段。 主免疫系统攻击,保持感染成功的重要手段。可依此用灵敏的 血清学方法对病原菌进行鉴定，在传染病诊断中有重要意义。 血清学方法对病原菌进行鉴定，在传染病诊断中有重要意义。
第三章 微生物细 胞的结构与功能
原核微生物
• 细胞壁 细胞壁的结构、功能、 细胞壁的结构、功能、化学组成 细胞壁与革兰氏染色 无壁细胞与原生质体 • 细胞壁以内的构造—原生质体 细胞壁以内的构造— 细胞质膜 细胞质和内含物 特殊的休眠构造— 核区 特殊的休眠构造—芽孢
真核微生物
• 原核细胞与真核细胞的比较 • 真核微生物的细胞构造 细胞壁 鞭毛与纤毛 细胞质膜 细胞核 细胞质和细胞器
4 .古生菌的细胞壁 .古生菌的细胞壁
具有与真细菌类似功能的细胞壁； 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； 细胞壁的结构和化学成分均差别甚大； 已研究过的一些古生菌,它们细胞壁中没有 已研究过的一些古生菌, 真正的肽聚糖，而是由多糖(假肽聚糖) 真正的肽聚糖，而是由多糖(假肽聚糖)、 糖蛋白或蛋白质构成的。 糖蛋白或蛋白质构成的。 热原体属(Thermoplasma)没有细胞壁。 热原体属(Thermoplasma)没有细胞壁。 (Thermoplasma)没有细胞壁
内消旋二氨基庚二酸(m-DAP) 内消旋二氨基庚二酸 (只在原核微生物细胞壁上发现 只在原核微生物细胞壁上发现) 只在原核微生物细胞壁上发现
（2）外膜位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层,由 外膜位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层, 脂多糖、 脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的 有时也称为外壁。 膜，有时也称为外壁。
细胞壁的功能
固定细胞外形 协助鞭毛运动 保护细胞免受外力的损伤 为正常细胞分裂所必需 阻拦有害物质进入细胞 与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性 密切相关
1. 革兰氏阳性细菌的细胞壁
肽聚糖 磷壁酸
特点： 特点：
厚度大 (20~80nm) 化学组分简单， 化学组分简单， 一般只含90% 90%肽 一般只含90%肽 聚糖和10% 10%磷壁 聚糖和10%磷壁 酸。
存在着多种周质蛋白： 存在着多种周质蛋白： 水解酶类；合成酶类； 水解酶类；合成酶类； 结合蛋白；受体蛋白。 结合蛋白；受体蛋白。
（5）外膜与内膜间的黏合位点 ） • 外膜与内膜的直接接触点。 外膜与内膜的直接接触点。 • 直径约20～100nm 。 直径约 ～ • 促进营养物质直接进入细胞内。 促进营养物质直接进入细胞内。
脂多糖（ 脂多糖（lipopolysaccharide, LPS） ）
位于革兰氏阴性 细菌细胞壁最外 层的一层较厚(8 层的一层较厚(8 10nm)的类脂 ～10nm)的类脂 多糖类物质， 多糖类物质，由 类脂A、核心多 类脂A 糖和O 糖和O-特异侧链 三部分组成。 三部分组成。
脂多糖（ 的主要功能： 脂多糖（ LPS ）的主要功能：
总结： 总结：革兰氏阳性和阴性细菌的比较 P45
项 目 1、革兰氏染色反应 2、肽聚糖层 3、磷壁酸 4、外膜 5、脂多糖（LPS） 6、类脂和脂蛋白含量 7、鞭毛结构 8、产毒素 9、对机械力的抗性 10、细胞壁抗溶菌酶 11、对青霉素和磺胺 革兰氏阳性菌 能阻留结晶紫而染成紫色 厚，层次多 多数含有 无 无 低（仅抗酸性细菌含类脂） 基体上着生两个环 以外毒素为主 强 弱 敏感 革兰氏阴性菌 可经脱色而复染成红色 薄，一般单层 无 有 有 高 基体上着生四个环 以内毒素为主 弱 强 不敏感
脂蛋白(lipoprotein)是一种通过共价键使外膜层牢 是一种通过共价键使外膜层牢 脂蛋白 固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白,分子量约为 固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白 分子量约为7200。 分子量约为 。
（4）周质空间 ）周质空间(periplasmic space)
又称壁膜间隙，在革兰氏阴性细菌中 一般指其外膜与 又称壁膜间隙，在革兰氏阴性细菌中,一般指其外膜与 细胞膜之间的狭窄空间(宽约 细胞膜之间的狭窄空间 宽约12~15nm)，呈胶状。 宽约 ，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。 转站和反应场所。
细 胞 壁 化学组成
肽聚糖 N－乙酰胞壁酸 细菌 磷壁酸 短肽 脂多糖
Cell Walls of Bacteria
肽聚糖
细胞质膜
外壁层 Gram positive bacteria, G+ Gram negative bacteria, G—
•Peptidoglycan is found only in bacteria •Keeps cells from lysing, due to turgor pressure 细菌的细胞壁
(1)肽聚糖:结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸 肽聚糖: 肽聚糖
性多糖，又称粘肽、胞壁质，是真细菌细胞壁中的特 真细菌细胞壁中的特 有成分。 有成分 厚约20~80nm, 25~40层左右的网状分子交织成的 20~80nm,由 厚约20~80nm,由25~40层左右的网状分子交织成的 网套覆盖在整个细胞上。 网套覆盖在整个细胞上。