微生物细胞
微生物细胞的显微和亚显微结构
4.功能
5.利用
不动杆菌
三叶草根瘤菌
1.概 念
•夹膜：细菌在一定营养条件下在细胞外形成的 一层无色透明的边缘明显的胶状物质。
•粘液：细菌在一定营养条件下在细胞外形成的
一层无色透明的边缘不明显、向基质扩
散的胶状物质。
•菌胶团：多个细胞被包裹在一个共同的夹膜中。
Байду номын сангаас
2.特 性
• 不易染色，需用负染色将其衬托出来。
2.类囊体
类囊体是蓝细菌细胞膜折叠内陷形 成，其上有光和作用酶系，是光和作用 的场所。
3.载色体
载色体是光和细菌的内膜系统， 上有进行光和作用的色素和酶系。
4.羧酶体
羧酶体是自养细菌中一种由蛋白 质为主的单层膜包围的小体，内含固 定CO2的酶类。
5.气泡
气泡是水生细菌中由蛋白质形成 的膜状体，内贮气体，调节细菌在水 层中的位置。
质粒的特性
• 是细菌中控制次 要性状的非必要 的遗传物质 • 大质粒较少而小 质粒较多 • 具互不相容性 •可转移 •可整合 •可重组 •可消除 •耐碱性
本章复习思考题
1.试叙原核细胞和真核细胞的区别。
2.试叙鞭毛的结构与功能。 3.试叙菌毛的结构与功能。 4.试叙细胞壁的结构与功能。 5.试叙细胞膜的结构与功能。 6.试叙间体的作用。 7.试叙核糖体的作用及组成。 8.线粒体从细菌进化而来的理由及例证。
鼠疫杆菌
白喉棒状杆菌
磁细菌
质 粒
质粒是细菌染色体以外的能独立复 制的小分子，为共价闭合环状双链DNA。 分子量一般在1-100 × 106，约含几个到 几百个基因，是遗传工程中重要的工具。
)
质粒的种类
• • • • • • 接合质粒 抗性质粒 降解质粒 致瘤质粒 共生固氮质粒 细菌素质粒
第三章__微生物细胞的结构与功能
除病毒外，微生物都具有细胞结构。
一个细胞
营养功能 生长能力 分化（形态和功能的变化） 信号传导 进化
第一节 原核微生物细胞的结构和功能 第二节 真核微生物细胞的结构和功能 第三节 真核生物和原核生物的比较
第一节 原核微生物细胞的结构和功能
一 一般构造
（一）细胞壁 （二）细胞质膜 （三）细胞质 （四）核质 （五）内含体
周质蛋白可用“冷休克”方法释放。
（3）古生菌的细胞壁
除热原体属（Thermoplasma ）无细胞壁外。
➢假肽聚糖细胞壁（pseudopeptidoglycan）
类脂A
核心多糖 O-特异侧链（O-多糖、O-抗原）
Lipid A core polysaccharide
O-specific side chain
O-特异侧链 核心多糖 类脂A
LPS中的类脂 A即是内毒素
LPS的主要功能：
◆ 类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质—— 内毒素的物质基础
◆ 吸附Mg 2+、Ca 2+阳离子提高在细胞表面的浓度 ◆ 革兰氏阴性菌表面抗原决定簇具多样性——
素和噬菌体的敏感性。
2 原核微生物细胞壁的多样性★
（1）革兰氏阳性细菌的细胞壁 （2）革兰氏阴性细菌的细胞壁 （3）古生菌的细胞壁 （4）缺壁细菌 （5）革兰氏染色的机制
（1）革兰氏阳性细菌的细胞壁
特点：
■厚度大（20~80nm） ■只有一层——90%肽聚糖，10%磷壁酸
❖ 肽聚糖（peptidoglycan）
稀疏、机械强度差
❖ 外膜 outer membrane
革兰氏阴性细菌细胞壁外层
外膜outer membrane
第一章微生物细胞的结构与功能
真核细胞细胞核的核小体
真核细胞有复杂的内膜系统
内质网：内质网有光滑内质网和粗糙内质网
真核细胞由单位膜组成的细胞器
线粒体
叶绿体
高尔基体
溶酶体
真核细胞的细胞骨架
真核细胞的运动靠鞭毛或纤毛
鞭毛构造是9+2型
真核细胞的细胞周期
G1期（复制前期）：细胞分裂完成DNA开始复制以前。 S期（复制期）：DNA复制开始到复制完成。 G2期（复制后期）：DNA复制完成到细胞分裂的一段间隙
管状蛋白质丝
细胞膜
细胞中的线粒体上
谢谢各位的聆听
质粒的功能： 1、质粒控制细菌的某一遗传状 2、可作为基因转移的载体
• 核糖体
由RNA和蛋白质组成,存在于细菌细胞质中的颗粒状亚显 微结构。它的沉降系数为70S。核糖体的结构如下图：
RNA（占65%） 1、化学组成
蛋白质（占35%）
2、70S由50S和30S两个亚基组成 3、50S亚基由5SrRNA、23SrRNA和34种蛋白质组成 4、30S亚基由16SrRNA和21种蛋白质组成。
荚膜的化学组成：多糖；多肽；多糖＋多肽。
荚膜的功能： 1、可作碳源储藏物质； 2、可以抗干燥； 3、抗吞噬细胞的吞噬。
巨大芽孢杆菌的荚膜如右 图所示：
（八）鞭毛（flagellum）和菌毛（pilus） 有的细菌在细胞表面长有鞭毛和菌毛。
•鞭 毛
鞭毛是细菌的运动器官，它是一根中空的管状蛋白质丝。 由三条线状的蛋白质亚基围绕着一个中空的核心组装成螺旋 链。
（九）芽 胞
某些细菌生长发育到一定时候,在细胞内形成的一种内生胞 子,它对不良环境条件有抗性。芽胞的超薄切片：
芽孢的亚显微结构由内膜，皮层，孢子衣，外孢子衣四层组成。
第三章-微生物细胞的结构与功能
第三章微生物细胞的结构与功能第一节原核微生物一大类细胞微小、细胞核无核膜包裹的原始单细胞生物。
与真核微生物的区别：基因组由无核膜包裹的双链环状DNA组成；缺乏由单位膜分割包围的细胞器；核糖体为70S。
原核微生物分为：细菌域：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体。
共同点：细胞壁含肽聚糖；细胞膜含有由酯键连接的脂质，DNA一般无内含子。
古生菌域。
一、细胞壁位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成。
主要功能：固定细胞外形和提高机械强度，免受外力损伤；为细胞的生长、分裂、鞭毛运动所需；阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤；赋予细胞特定抗原性、致病性、对抗生素和噬菌体的敏感性。
1、革兰氏阳性菌的细胞壁厚度大、化学组分简单。
90%肽聚糖、10%磷壁酸。
（1）肽聚糖（粘肽、胞壁质、粘质复合物）由肽和聚糖两部分组成，肽有四肽尾和肽桥，聚糖由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸相互间隔连接而成，呈长链骨架状。
1)双糖单位由N-乙酰葡糖胺通过β-1,4-糖苷键与N-乙酰胞壁酸相连。
β-1,4-糖苷键容易被溶菌酶水解。
2)四肽尾或四肽侧链由4个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成。
L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala3)肽桥或肽间桥肽聚糖的多样性主要变化发生在肽桥上。
（2）磷壁酸酸性多糖，主要成分甘油磷酸或核糖醇磷酸。
分类：壁磷壁酸，与肽聚糖分子间进行共价结合。
膜磷壁酸，由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合。
主要生理功能：其磷酸分子较多负电荷可提高周围Mg2+浓度，可保证一些需要Mg2+的合成酶提高活性；储藏磷元素；增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬和补抗体作用；特定抗原；作为噬菌体特异性吸附受体；调节自溶素的活力，借以防止细胞因自溶而死亡。
2、革兰氏阴性菌细胞壁（1）肽聚糖与革兰氏阳性菌的差别：四肽尾的第三个氨基酸不是L-Lys，而是m-DAP；没有特殊的肽桥，两个单体间只通过甲四肽尾的第四个氨基酸D-Ala的羧基与乙四肽尾的第三个氨基酸m-DAP的氨基直接相连。
微生物细胞的化学组成
微生物细胞的化学组成1.概述微生物是指那些不能被肉眼直接观测到的生物体，包括细菌、真菌、原生生物和病毒等一系列的微小生物。
微生物在自然界中起着非常重要的作用，既可以优化环境，也可以成为疾病的罪犯。
了解微生物的化学组成对于掌握它们的特性和行为具有重要意义。
2.微生物的化学组成微生物的化学组成与生命的基本化学成分相同，包括蛋白质、核酸、脂质和糖等。
具体来说，微生物细胞中主要包含以下物质：2.1.蛋白质蛋白质是微生物细胞中最重要的有机分子，它占据微生物细胞干重的50％以上。
在微生物中，蛋白质除了作为结构体外，还具有多种生物学作用，例如生物催化、信号传导等。
蛋白质的组成与结构因物种而异，部分蛋白质质量较小，如细菌根瘤菌的欠佳氮酶是由纯白蛋白构成的。
2.2.核酸核酸是微生物细胞DNA和RNA的重要组成部分。
DNA是遗传信息的存储形式，而RNA则在转录和翻译过程中发挥重要作用。
由于微生物细胞无胞器，细胞核区域和其他细胞区域之间的物质交换通过孔径和弯曲的细胞壁完成。
2.3.脂质脂质是微生物细胞膜的主要构成成分，它们包括磷脂、甘油三酯和固醇等多种物质。
微生物膜是细胞与外界之间的界面，它具有过滤、阻挡、传输物质等多种重要生理功能。
2.4.糖类糖类是微生物细胞中的另一重要有机成分，包括单糖、双糖、多糖等。
多糖类物质，在微生物中具有重要的保护细胞、固定细胞和养活细胞的作用。
例如，肠球菌粘附素具有结合肠黏膜细胞蛋白质的能力，从而提供固定的支撑组织，帮助细菌在宿主寄生。
3.微生物细胞外结构细胞外结构，是指细胞壁、胶原、膜、胶囊、鞭毛等骨骼结构和有机分子的物质。
这些结构不仅为微生物提供保护和支撑，还使它们能够在环境中生存和繁殖。
3.1.细胞壁细胞壁是细菌和古生菌细胞外结构的重要组成部分，它具有防御保护、维持形态和形成环节等多种重要生理功能。
在细胞壁中，重要的分子是肽聚糖和多糖。
肽聚糖主要包括N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰甲萘胺作为主要组成成分。
第三章微生物的细胞
生 物
细菌细胞的结构
一般构造
细胞壁 细胞膜 间体 核区 内含物 核糖体
特殊构造
③ 鞭毛 ④ 菌毛 ⑤ 性菌毛
① •②
③ ⑤ ④ ⑥
① 芽孢
微荚膜
•②
荚膜 粘液层
糖被
一、细胞壁
细菌细胞壁（cell wall）是位于 细胞最外的一层（一般结构）厚实、 坚韧的外被，主要成分为肽聚糖。 细菌细胞壁可用电子显微镜直接 观察细菌的超薄切片。 细菌细胞壁绝大多数以肽聚糖为 基本成分，但不同细菌，细胞壁在结 构和成分上各有自己的特点。
细胞质膜
肽聚糖
1、G+细胞壁成分
肽聚糖单体
双糖单位 • N-乙酰葡萄糖胺(G) • N-乙酰胞壁酸(M) 肽尾 • 短肽(4~5个氨基酸) 肽桥 • 1~5个氨基酸
磷壁酸(两种）
是一类
G+细胞壁成分
G+特有的 同肽聚糖混在一起的 分子比较短(6~9个) 的阴离子多聚物 以 甘油磷壁酸 为主链 核糖醇磷壁酸
细菌细胞壁主要成分为 肽聚糖
真菌细胞壁主要成分为 几丁质
真 原 核 生 物 的 核 糖 体
50S 60S
30S 40S
80S 70S
原核生物的核糖体是怎样的？
内含物
包括气泡、羧基化体、绿色体、 磁石体、和各种储存物质。
请说出下面细菌菌体从内到外的结构
菌毛 鞭毛
拟核
细胞质
cytoplasm
细胞质膜 细胞壁
真核细胞结构示意图
内含物
气泡 类囊体 羧酶体
• （1）储藏物
1）聚β -羟丁酸
由β -丁酸单位形成 的直链聚合物，集合 成高度折射性的小球 状物，随细胞老化更 加突出。
第三章微生物细胞的结构与功能
抗酸细菌细胞壁得构造
4、 古生菌
古生菌(Archaea,又称古细菌Archaebacteria,古菌): 就是一个在进化途径上很早就与真细菌和真核
生物相互独立得生物类群,主要为一些独特生态类型 得原核生物。如产甲烷菌和大多数嗜极菌 (extremophile)。
单、双分子层混合膜 而单分子层膜多存在于嗜高温古生菌
甘油二醚和甘油四醚得分子构造及由其形成得双层和单层膜
2、 细胞质和内含物
细胞质(cytoplasm):被细胞膜包围得除核质以外得一切
半透明、胶体状、颗粒状物质得总称。含水量约80％。
主要成分:核糖体(50S＋30S)、储藏物、酶类、中间代
谢物、质粒、营养物质和大分子单体等;少数细菌还含有 类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等特殊功能得细胞组分。
在产碱菌属(Alcaligenes)、 假单胞菌属(Pseudomonas)
和固氮菌属(Azotobacter) 等60属菌中存在。
染色性:
可用尼罗蓝或苏丹黑染色。
聚－ß－羟丁酸(PHB)和聚羟链烷酸(PHA)
功能:
类脂性质得碳原类储藏物,具有储藏能量、碳源和降低胞内渗透压 得作用。
意义:
聚－ß－羟丁酸(PHB) 和聚羟链烷酸(PHA)为生物 合成得高聚物,具有无毒、可 塑和易降解等优点,可取代塑 料,用于制造医用塑料、快餐 盒等。
磷壁酸得种类:
壁磷壁酸 膜磷壁酸
磷壁酸得生理功能
结合镁离子(Mg2＋),提高胞膜合成酶活力; 储藏磷元素; 增强细菌与宿主细胞粘连、抗吞噬和抗补体; 表面抗原; 噬菌体受体; 调节胞内自溶酶(autolysin)活力,防自溶。
2、 G－菌细胞壁
第三章-微生物细胞的结构与功能
结合； ⑥脂质双分子层犹如一“海洋”,周边蛋白可在
其
上作“漂浮”运动,而整合蛋白则沉 浸在其中
作
横向移动。
细胞膜的生理功能
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。 ⑥ 膜上某些蛋白受体与趋化性有关。
壁酸),由甘油
基成分而改变,
磷酸链分子与
一般占细胞壁
细胞膜上的磷 脂进行共价结 合后形成。其 含量与培养条
重量的10%,有 时可接近50%. 用稀酸或稀碱 可以提取。
件关系不大.可
用45%热酚水提取,也可用热水从脱脂的冻干细菌
中提取。
磷壁酸(Teichoic acids)结构
壁磷壁酸 种类 膜磷壁酸
•细胞质膜 •细胞质和内含物 •核区 •特殊的休眠构造—芽孢
细胞质膜：紧贴在细胞壁内侧，包围着细胞质 的柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约 7-8nm，由磷脂(占20%～30%)和蛋白质(占 50%～70%)组成。 磷脂：极性头，非极性尾(长链脂肪酸，其链 长和饱和度因细菌种类和生长温度而异） 原核生物细胞膜一般不含甾醇（支原体除外） 液态镶嵌模型
LPS负电荷较强，与磷壁酸相似，也有 吸附Mg2＋ 、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。
类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质 ——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；
是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。
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肽聚糖单体之间相互关联， 构成了致密的网状结构
磷壁酸（Teichoic acid）
磷壁酸是酸性的多糖类（ polysaccharides）物质，有 两种：多聚磷酸甘油和多聚磷酸核醇。
通常带负电荷。
有的与质膜上的磷脂相连，形成脂磷壁酸 (lipoteichoic acid)
磷壁酸的功能：
•与环境中的阳离子结合，保证细胞膜上一些合成酶的活性
肽间桥不同，G+菌为甘氨酸五肽，G-菌无肽间桥，为 肽键相连。
肽聚糖单体之间相互关联， 构成了致密的网状结构
G+细菌的肽聚糖交联度高，肽聚 糖厚，如枯草杆菌达40层； 而G-细菌的交联度低，肽聚糖薄， 如大肠杆菌只有1-2层
脂多糖(LPS)
G- 细菌细胞壁的特殊成份。
位于细胞壁最外面 一层， 由类脂 A(Lipid A)和 多糖 (polysacchride)组 成。多糖又由0-特 异多糖(O-specific polysacchride)和 核心多糖(core polysacchride)组 成.
革兰氏染色（Gram stain）
• 1884年，丹麦医生Christian Gram 通过革兰氏染色法 将细菌细胞壁分为革兰氏阳性(G＋)和革兰氏阴性(G-)。
• 染色过程：结晶紫初染→碘液媒染→乙醇脱色 →蕃红复染
Procedures of Gram Staining
Gram positive or Gram negative?
➢ 脂肪酸和脂类
类脂特点是既含高度亲水区，又含高度疏水区，使之成为细 胞膜的主要结构成份。
➢ 核苷酸和核酸
碱基、五碳糖和磷酸构成核苷酸，核苷酸之间磷酸二脂键相 连形成RNA和DNA，遗传信息载体。
➢ 氨基酸和蛋白质
氨基酸构成蛋白质 • 结构蛋白：组成细胞结构 • 催化蛋白（酶）：催化有机体各种生化反应
水份：细菌的含水量是细胞鲜重的75％－85％；酵母 菌为70％－85％；丝状真菌为85％－90％
• 各 种 离 子 ： K+、NH4+、Mg2+、Ca2+、Cl -、SO42、 PO43-
二、有机物 有机单体 → 大分子有机物
➢ 碳水化合物和多糖
五碳糖：构成核苷酸的主链
六碳糖：a-1,4糖苷键形成糖原或淀粉 β-1,4糖苷键形成纤维素
苏云金芽孢杆菌B.t.
大肠杆菌 E.coli.
混合涂片
根据革兰氏染色结果，将细菌分为两大类：
染色结果为紫色的细菌称为革兰氏阳性细菌， 简写为G+ 染色结果为红色的细菌称为革兰氏阴性细菌， 简写为G-
？
为什么有革兰氏阳性和 革兰氏阴性细菌的区别？
革兰氏阳性和阴性细胞壁的主要结构
▪ 革兰氏阳性细胞壁主要由厚而致密的肽 聚糖层组成，成分更单一。
一、 细胞壁
• 细胞膜外具有一定硬度和韧性的结构。 • 基本功能：支持和保护细胞，维持细胞形状，帮
助细胞维持一定的渗透压，防止细胞裂解。 • 原核细胞除支原体和某些古菌，一般均具有细胞
壁。 • 原核细胞壁具有特殊ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ组成、结构和功能。
1.原核细胞壁的组成和结构
革兰氏阳性（Gram-positive） 和革兰氏 阴性（ Gram-negative） 细菌
通道蛋白（ porin）
Molecular Model of E.coli Lipopolysaccharide
脂多糖的功能
• 是革兰氏阴性细菌的致病物质 • 与磷壁酸相似，有吸附阳离子的功能 • LPS结构的变化，决定了G-性细菌表
面抗原簇的多样性
！ 外壁层与细胞膜的区别。 都是双分子层结构； 化学本质不同； 部位不同，功能也不同。
▪ 革兰氏阴性细胞壁是复杂的多层结构。
Gram+
Gram-
革兰氏阳性细菌和 阴性细菌细胞壁的化学组成
肽聚糖：是原核生物特有的成份 G + 磷壁酸：G+细菌细胞壁特有成份
肽聚糖——内壁层
脂多糖
G- 脂蛋白
外壁层(外膜)
类脂 蛋白质
孔蛋白 外壁蛋白
革兰氏阳性菌细胞壁结构
磷壁酸
肽聚糖层
质膜
壁膜间隙
G+的细胞壁由一层组成，厚20—80nm，其化学组成为 肽聚糖和磷壁酸。
back
肽聚糖( peptidoglycan)的基本结构
肽聚糖是由组成肽聚糖的单体聚合而成的大分子网状化合物。
肽聚糖的单体结构由三部分组成： 1. N-乙酰葡萄糖胺(G)和N-乙酰胞壁酸(M)通过ß-1,4糖苷键组成的双糖 2. 胞壁酸上的四肽(L-Ala — D-Glu—L-Lys —D-Ala) 3. 两四肽间的肽间桥
类似于质膜的脂类双分子层，外面含有 脂多糖 (Lipopolysacchrides ，LPS) 脂蛋白如通道蛋白 (Porin)等。 2） 肽聚糖（peptidoglycan）： 由一至几层的肽聚糖 构成内壁层，厚2-3nm 3） 壁膜间隙（periplasm）
G+与G-菌肽聚糖亚单位的异同
四肽上的第三个氨基酸不同，G+菌为L-赖氨酸，G菌为二氨基庚二酸。
第二节 原核微生物细胞的结构和功能
微生物除病毒外，都具有细胞结构，是细胞 型生物。 细胞分为原核和真核两类。 细菌和古菌为原核细胞。
本章集中介绍细菌细胞。
单细胞原核生物， 一个细胞即为独 立的生活个体
原核细胞的结构
基本构造：细胞壁、细胞膜、原核、核糖体、颗粒状内含物。所 有细胞都具有的基本结构。 特殊构造：质粒、间体、芽孢、荚膜、鞭毛与菌毛等。一些细胞 在特殊的环境下或生长的特定时期具有的结构。
第一章 微生物细胞
目录
1 微生物细胞的化学性质 2 原核微生物细胞的结构和功能 3 原核微生物与真核微生物的比较
• 教学目标：掌握原核细胞的结构与功 能，并能运用这些知识做细菌显微观 察实验。
• 重点：原核细胞的结构与功能及其与 真核细胞的区别。
第一节 微生物细胞的化学性质
➢ 细胞的化学成分：无机物、有机物 一、无机物 • 小分子无机物： O2，CO2，水
•担供某些噬菌体以特异的吸附受体
•赋于G+以特异的表面抗原
back
•带给某些细菌致病性
革兰氏阴性菌细胞壁结构
脂蛋白
O-侧链
外壁层 内壁层
脂多糖 磷脂
肽聚糖
质膜
壁膜间隙
G - 细胞壁由两层构成：内壁层和外壁层，其化学 组成较为复杂。
结构复杂，由三部分组成：
1） 外膜（The outer membrane）：厚810nm。