第二讲细菌细胞壁的结构
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细菌细胞壁结构细菌细胞壁结构引言:细菌是一种单细胞生物,其细胞壁是一个重要的结构,不仅可以保护细胞免受外界环境的侵害,还可以提供机械支撑和形态稳定性。
本文将详细介绍细菌细胞壁的结构、组成和功能。
一、细菌细胞壁的概述1.1 细菌细胞壁的定义1.2 细菌细胞壁的分类1.3 细菌细胞壁与其他生物体的区别二、细菌细胞壁的主要成分2.1 多糖类物质2.2 蛋白质2.3 脂类三、细菌不同类型的细胞壁结构3.1 典型革兰氏阳性菌的结构3.2 典型革兰氏阴性菌的结构3.3 不完全革兰氏阳性菌和不完全革兰氏阴性菌的结构四、细菌细胞壁对于生命活动的影响4.1 保护作用4.2 形态稳定性和机械支撑4.3 抗生素作用机制五、细菌细胞壁在医学和工业上的应用5.1 抗生素研究和开发5.2 工业上的应用六、细菌细胞壁的破坏与修复6.1 细菌细胞壁的破坏方式6.2 细菌细胞壁的修复方式七、结论引言:细菌是一种单细胞生物,其细胞壁是一个重要的结构,不仅可以保护细胞免受外界环境的侵害,还可以提供机械支撑和形态稳定性。
本文将详细介绍细菌细胞壁的结构、组成和功能。
一、细菌细胞壁的概述1.1 细菌细胞壁的定义在所有原核生物中,包括真核生物中有一些原核类群(如放线菌),都存在一个共同点:它们都拥有一个由多种化合物组成的外层结构,称之为“外膜”或“外被薄膜”。
而这个结构在大多数情况下就是指“细胞壁”(cell wall)。
1.2 细菌细胞壁的分类根据革兰染色法的结果,可以将细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。
这两类细菌的细胞壁结构有所不同。
1.3 细菌细胞壁与其他生物体的区别与真核生物不同,细菌的核糖体没有被膜包围,而是直接悬浮在质粒中。
此外,细菌还缺乏线粒体、叶绿体和内质网等器官。
二、细菌细胞壁的主要成分2.1 多糖类物质多糖类物质是构成大多数细菌细胞壁的主要成分。
其中最常见的是聚糖肽(peptidoglycan),也称为穿透素(murein),它是一种由N-乙酰葡萄氨酸和N-乙酰半乳糖胺交替排列而成的高分子化合物。
细胞壁是位于细胞最外层的一层坚韧而略具弹性的结构。
它约占细胞干重的10%—25%。
通过特殊染色方法或质壁分离法可在光学显微镜下看到细胞壁的存在。
它具有固定菌体外形和保护菌体的作用。
对有鞭毛的细菌来说,它又是鞭毛运动的必需条件。
细菌细胞壁的主要化学成分是肽聚糖。
肽聚糖是由N—乙酰葡糖胺、N—乙酰胞壁酸以及短肽聚合而成的多层网状结构大分子化合物,其中的短肽一般由4个氨基酸组成,而且常有D一氨基酸和二氨基庚二酸存在。
不同种类细菌细胞壁中肽聚糖的结构与组成不完全相同,一般是由N—乙酰葡糖胺与N —乙酰胞壁酸重复交替连接构成骨架。
短肽接在胞壁酸上,相邻的短肽又交叉相连,形成网状结构。
相邻的短肽连接方式随细菌种类不同而有差别,如在大肠杆菌中是由相邻的短肽直接相连;在金黄色葡萄球菌中则是通过甘氨酸组成的五肽与相邻的短肽相连。
各种细菌的细胞壁厚度不等,化学成分不完全相同。
革兰氏阳性细菌的细胞壁较厚,约20—80nm,肽聚糖含量高,约占壁重的40%—90%;另外还含有磷壁酸质。
革兰氏阴性细菌的细胞壁较薄,约10nm。
壁虽薄,但结构与化学组成却比革兰氏阳性细菌复杂得多。
在电子显微镜下可见紧靠细胞质膜外有2—3nm厚的肽聚糖层,最外面还有一较厚(7—9nm)的外壁层。
肽聚糖含量低,占5%—10%,所以肽聚糖层薄。
外壁层主要由脂蛋白、脂多糖组成。
类脂的含量大大高于革兰氏阳性细菌,但不含磷壁酸质。
革兰氏染色法可以将细菌分成两大类:革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。
革兰氏染色方法是丹麦的医生革兰氏(C.Gram)在1884年首创。
现在它是细菌学中一种重要的常用的染色方法。
它的程序如下:先用草酸铵结晶紫液染色,再加碘液,使细菌着色,继而用乙醇脱色,最后用蕃红(沙黄)复染。
如果用乙醇脱色后,仍保持其初染的紫色,称为革兰氏染色反应阳性;如果用乙醇处理后迅速脱去原来的颜色,而染上蕃红的颜色,称为革兰氏染色反应阴性。
关于革兰氏染色的原理,目前一般认为与细菌细胞壁的化学组成、结构和渗透性等有关,主要是物理作用。
细菌细胞壁的结构组成细菌是一类微小的单细胞生物,广泛存在于自然界中。
细菌细胞壁是细菌细胞的外部保护层,它不仅能提供细胞形状和结构的支持,还能保护细胞免受外界环境的侵害。
细菌细胞壁的结构组成与其功能密切相关,下面将详细介绍细菌细胞壁的组成和特点。
1. 基本结构细菌细胞壁主要由两个主要成分组成:胞壁多糖和胞壁蛋白。
胞壁多糖是细菌细胞壁的主要组分,包括肽聚糖和多聚糖。
肽聚糖是由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰葡萄糖组成的聚糖链,通过肽链相互连接起来。
多聚糖是由N-乙酰葡萄糖和N-乙酰甘露糖组成的聚糖链,通过β-1,4-糖苷键连接起来。
胞壁蛋白则是通过共价键与胞壁多糖结合在一起,形成细菌细胞壁的网状结构。
2. 不同细菌的细胞壁结构细菌细胞壁的结构在不同的细菌中存在差异。
根据细菌细胞壁的特点,可以将细菌分为两类:革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。
革兰氏阳性细菌的细胞壁结构相对简单。
其细胞壁主要由肽聚糖和多聚糖组成,肽聚糖链与多聚糖链交错排列形成网状结构。
此外,革兰氏阳性细菌的细胞壁中还含有大量的胞壁蛋白。
这种细胞壁结构使得革兰氏阳性细菌在革兰染色中会呈现紫色。
相比之下,革兰氏阴性细菌的细胞壁结构更加复杂。
革兰氏阴性细菌的细胞壁由内膜、外膜和中间的边缘层组成。
内膜是细菌细胞内部的脂质双层,外膜则是细菌细胞壁的外层保护层。
中间的边缘层主要由肽聚糖和多聚糖组成。
由于外膜的存在,革兰氏阴性细菌在革兰染色中会呈现红色。
3. 细菌细胞壁的功能细菌细胞壁具有多种重要功能。
细菌细胞壁能够提供细胞形状和结构的支持。
细菌细胞壁的网状结构能够保持细胞的形态稳定,使细菌能够适应不同的环境。
细菌细胞壁能够保护细胞内部免受外界环境的侵害。
细菌细胞壁的多聚糖和肽聚糖能够形成一个密实的屏障,阻止有害物质进入细胞。
细菌细胞壁还能够参与细菌的营养吸收和代谢过程。
细菌细胞壁上的一些蛋白质可以与外界环境中的营养物质结合,促进细菌的吸收和利用。
4. 细菌细胞壁与抗生素的关系细菌细胞壁的结构和功能对抗生素的作用具有重要影响。
细胞壁是位于细胞最外层的一层坚韧而略具弹性的结构。
它约占细胞干重的10%—25%。
通过特殊染色方法或质壁分离法可在光学显微镜下看到细胞壁的存在。
它具有固定菌体外形和保护菌体的作用。
对有鞭毛的细菌来说,它又是鞭毛运动的必需条件。
细菌细胞壁的主要化学成分是肽聚糖。
肽聚糖是由N—乙酰葡糖胺、N—乙酰胞壁酸以及短肽聚合而成的多层网状结构大分子化合物,其中的短肽一般由4个氨基酸组成,而且常有D一氨基酸和二氨基庚二酸存在。
不同种类细菌细胞壁中肽聚糖的结构与组成不完全相同,一般是由N—乙酰葡糖胺与N —乙酰胞壁酸重复交替连接构成骨架。
短肽接在胞壁酸上,相邻的短肽又交叉相连,形成网状结构。
相邻的短肽连接方式随细菌种类不同而有差别,如在大肠杆菌中是由相邻的短肽直接相连;在金黄色葡萄球菌中则是通过甘氨酸组成的五肽与相邻的短肽相连。
各种细菌的细胞壁厚度不等,化学成分不完全相同。
革兰氏阳性细菌的细胞壁较厚,约20—80nm,肽聚糖含量高,约占壁重的40%—90%;另外还含有磷壁酸质。
革兰氏阴性细菌的细胞壁较薄,约10nm。
壁虽薄,但结构与化学组成却比革兰氏阳性细菌复杂得多。
在电子显微镜下可见紧靠细胞质膜外有2—3nm厚的肽聚糖层,最外面还有一较厚(7—9nm)的外壁层。
肽聚糖含量低,占5%—10%,所以肽聚糖层薄。
外壁层主要由脂蛋白、脂多糖组成。
类脂的含量大大高于革兰氏阳性细菌,但不含磷壁酸质。
革兰氏染色法可以将细菌分成两大类:革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。
革兰氏染色方法是丹麦的医生革兰氏(C.Gram)在1884年首创。
现在它是细菌学中一种重要的常用的染色方法。
它的程序如下:先用草酸铵结晶紫液染色,再加碘液,使细菌着色,继而用乙醇脱色,最后用蕃红(沙黄)复染。
如果用乙醇脱色后,仍保持其初染的紫色,称为革兰氏染色反应阳性;如果用乙醇处理后迅速脱去原来的颜色,而染上蕃红的颜色,称为革兰氏染色反应阴性。
关于革兰氏染色的原理,目前一般认为与细菌细胞壁的化学组成、结构和渗透性等有关,主要是物理作用。
细菌细胞壁的组成结构细胞壁的观察方法:①质壁分离+染色②电镜观察G+与Gˉ细菌cw的模式结构★共有组分—肽聚糖★特有组分—G+磷壁酸Gˉ脂多糖细胞壁是位于菌体的外层,内侧紧贴细胞膜的一层无色透明,坚韧而有弹性的结构。
细胞壁约占细胞干重的10%—25%。
细胞壁是位于菌体的外层,内侧紧贴细胞膜的一层无色透明,坚韧而有弹性的结构。
细胞壁约占细胞干重的10%—25%。
概念:肽聚糖是由N—乙酰胞壁酸(NAM)和N—乙酰葡糖胺(NAG)以及短肽链(主要是四肽)组成的亚单位聚合而成的大分子聚合物。
肽聚糖网格状结构﹙2﹚G+菌的细胞壁肽聚糖(peptidoglycan):磷壁酸(teichoic acid)细胞壁厚度较厚,20~30nm 细胞壁分层不分层肽聚糖含量含量高(30-70)肽聚糖层数层数多交联度交联度高磷壁酸有脂多糖无DAP 无肽聚糖:含量高,占壁重的30~70% ;不同菌种中肽聚糖(肽链)组分不同,具重要分类意义◆革兰氏阳性细菌肽聚糖(peptidoglycan)的结构(幻灯片015.016.017.018)以Staphylococcus aureus为代表。
肽聚糖层厚度为20~80nm,由约40层网状分子组成。
网状的肽聚糖大分子是由大量小分子单体聚合而成的。
每一肽聚糖单体含有三个组成部分:a) 双糖单位,N-乙酰葡萄糖胺与N-乙酰胞壁酸分子通过B-1,4-糖苷键连接而成;b) 短肽尾,由四个氨基酸连起来的短肽连接在N-乙酰胞壁酸分子上。
这四个氨基酸是L-丙氨酸-D-谷氨酸-L-赖氨酸-D-丙氨酸;c) 肽桥,S. Aureus的肽桥为甘氨酸五肽。
肽桥的氨基端与前一肽聚糖链中一个肽尾的第四氨基酸——D-丙氨酸的羧基相连接,而它的羧基端则与相邻的肽聚糖链中一个肽尾的第三氨基酸——碱性氨基酸L-赖氨酸的氨基相连接,从而使前后两个肽聚糖链交联起来。
溶菌酶:A. Fleming,1922年发现,存在于卵清、人的泪液和鼻涕、部分细菌和噬菌体内,能有效地水解细菌肽聚糖,作用于肽聚糖骨架上的N-乙酰胞壁酸的C1与N-乙酰葡糖胺C4之间的B-1,4-糖苷键。
有的教材中的定义为细胞壁是细菌最外的一层厚实、坚韧的外被,这个最外层是不够准确的,从图上我们可以看见,有的细菌最外层有荚膜包裹。
细菌呈现各种外形一种很重要的原因就是有细胞壁,比如一个杆状细菌,除去细胞壁后的原生质体会变成球型。
细胞壁的功能:细菌细胞壁坚韧而富有弹性,保护细菌抵抗低渗环境,承受世界杯内的5~25个大气的渗透压,并使细菌在低渗的环境下细胞不易破裂,细菌细胞壁能防止细菌在低渗溶液中涨破是因为它有支持保护的作用,不会导致吸水过多而涨破而它不能保护其在高渗中不死,是因为细胞在外界溶液浓度大于细胞内浓度时,质壁分离,溶液浓度过高的时候,质壁分离不能复原,自己死亡了。
大肠杆菌的膨压可达2个大气压,相当于汽车内胎的压力。
举例:细胞壁就相当于自行车的外车胎,如果外胎破损了,内胎很容易炸。
细菌的生长和细胞壁的生长相配合,有密切关系。
细菌的鞭毛是生长在细胞膜上,但鞭毛的运动支点是由细胞壁提供的。
细菌如果失去细胞壁,它的鞭毛将不能运动。
鞭毛是长在细胞膜上,但细胞壁给它一个运动支点,没有细胞壁不会动。
举例:头发长在头皮上,头发自己是不会动的,但中间加一把梳子就能摆动头发,梳子就相当于细胞壁,头皮就相当于细胞膜。
细胞壁是一层网格状结构,就像一层防护网罩在细胞表面,阻拦抗生素等大分子物质对细菌的伤害。
细胞壁相当于细菌的防盗网。
细胞细胞壁壁通透、有弹性、无生命活性,就像细菌外面罩一个网子。
细菌的抗原性与细胞壁有关,例如一些致病菌侵入人体后会使人产生抗体,促使人产生抗体的物质就是抗原,细菌的抗原就是由细胞壁提供给的。
细菌侵入人体生长繁殖会产生一些对人有刺激性的毒素,这些毒素也是由细胞壁提供的。
一些抗生素如青霉素杀菌原理就是通过破坏细胞壁来杀死细菌。
噬菌体进入细菌内时需要一把钥匙,这把钥匙就存在于细胞壁上,噬菌体需要先识别细胞壁上的这些钥匙才能进入细菌内。
革兰氏染色:正染色和负染色:而背景因未被染色而呈光亮,这种染色称为正染色。
细菌细胞壁的区别与主要功能细菌细胞壁是细菌细胞外膜的一部分,是细菌细胞的重要结构之一。
与真核细胞相比,细菌细胞壁具有独特的结构和功能。
细菌细胞壁的组成细菌细胞壁主要由多糖聚合物和蛋白质组成。
其中,多糖聚合物的主要成分是胞外聚糖,如肽聚糖和聚谷氨酸。
在某些细菌中,细菌细胞壁中还含有脂多糖和脂肽多糖等复合物质。
细菌细胞壁的区别1.厚度不同:细菌细胞壁的厚度相对较薄,一般约为10-50纳米;而真核细胞的细胞壁通常较厚,主要由纤维素和其他支架蛋白构成,厚度可达数百纳米至几微米。
2.细胞壁的化学组成不同:细菌细胞壁的主要成分是多糖聚合物,如肽聚糖和聚谷氨酸等;而真核细胞的细胞壁主要由脂质和蛋白质构成。
3.存在的形式不同:细菌的细胞壁通常被称为“刚性细胞壁”,是细菌细胞的外层,能够解决细胞向外环境提供保护的作用;真核细胞的细胞壁则存在于细胞内侧,通常称为细胞骨架,起到维持形态和支撑细胞的作用。
细菌细胞壁的主要功能1.提供结构支持:细菌细胞壁是细菌细胞的外层,具有支撑细胞的作用,使细胞能够保持特定的形状。
细菌细胞壁的多糖聚合物能够形成网状结构,提供高度的结构支持。
2.维持细胞形态:细菌细胞壁可以保持细胞的形态稳定,防止细胞在环境变化下失去形状,保障其正常生长和分裂。
3.保护细胞内环境:细菌细胞壁可以防止有害物质进入细胞,起到一种保护作用。
它可以通过选择性通透性,调节物质的进出,保持细胞内稳定的环境。
4.抗药性:细菌细胞壁在抵御抗生素的作用上很重要。
细菌细胞壁的刚性结构可以阻止抗生素进入细胞内部,从而提供细菌抵御抗生素的能力。
5.与环境作用:细菌细胞壁上的一些复合物质可以与环境中的其他物质相互作用,从而实现对外界信号的感知和对应的应答。
这种与环境的作用是细菌生活在各种环境中的重要原因。
总结细菌细胞壁是细菌细胞的外层,具有保护细胞、支撑细胞、保持细胞形态、维持细胞内环境稳定以及抗药性等重要功能。
与真核细胞相比,细菌细胞壁的化学组成和结构有所不同,具有自身的特点。
细胞壁(cell wall)是植物细胞外围的一层壁,具一定弹性和硬度,界定细胞形状和大小。
一、细胞壁的组成(一)细胞壁的结构典型的细胞壁是由胞间层(intercellular layer)、初生壁(primary wall)以及次生壁(secondary wall)组成(图1-4)。
图1-4 细胞壁的亚显微结构图解S 1次生壁外层;S2次生壁中层;S3次生壁内层;CW1初生壁;ML 胞间层1胞在分裂时,最初形成的一层是由果胶质组成的细胞板(cell plate),它把两个子细胞分开,这层就是胞间层,又称中层(middle lamella)。
随着子细胞的生长,原生质向外分泌纤维素,纤维素定向地交织成网状,而后分泌的半纤维素、果胶质以及结构蛋白填充在网眼之间,形成质地柔软的初生壁。
很多细胞只有初生壁,如分生组织细胞、胚乳细胞等。
但是,某些特化的细胞,例如纤维细胞、管胞、导管等在生长接近定型时,在初生壁内侧沉积纤维素、木质素等次生壁物质,且层与层之间经纬交错。
由于次生壁质地的厚薄与形状的差别,分化出不同的细胞,如薄壁细胞、厚壁细胞、石细胞等.(二)细胞壁的化学组成构成细胞壁的成分中,90%左右是多糖,10%左右是蛋白质、酶类以及脂肪酸等(表1-3)。
细胞壁中的多糖主要是纤维素、半纤维素和果胶类,它们是由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸等聚合而成。
次生细胞壁中还有大量木质素。
1.纤维素纤维素(cellulose)是植物细胞壁的主要成分,它是由1 000~10 000个β-D-葡萄糖残基以β-1,4-糖苷键相连的无分支的长链。
分子量在50 000~400 000之间。
纤维素内葡萄糖残基间形成大量氢键,而相邻分子间氢键使带状分子彼此平行地连在一起,这些纤维素分子链都具有相同的极性,排列成立体晶格状,可称为分子团,又叫微团(micellae)。
微团组合成微纤丝(microfibril),微纤丝又组成大纤丝(macrofibril),因而纤维素的这种结构非常牢固,使细胞壁具有高强度和抗化学降解的能力(图1-4)。
细胞壁的组成(完整版)细菌细胞壁主要成分是肽聚糖(peptidoglycan),又称粘肽(mucopetide)。
细胞壁的机械强度有赖于肽聚糖的存在。
合成肽聚糖是原核生物特有的能力。
肽聚糖是由n-乙酰葡萄糖胺和n-乙酰胞酸两种氨基糖经β-1.4糖苷键连接间隔排列形成的多糖支架。
在n-乙酰胞壁酸分子上连接四肽侧链,肽链之间再由肽桥或肽链联系起来,组成一个机械性很强的网状结构。
各种细菌细胞壁的肽聚糖支架均相同,在四肽侧链的组成及其连接方式随菌种而异。
植物细胞的细胞壁主要成分是纤维素和果胶。
植物细胞壁是植物细胞区别于动物细胞的主要特征之一。
由三部分组成:1、胞间层2、初生壁3、次生壁1。
胞间层又称中胶层。
位于两个相邻细胞之间,为两相邻细胞所共有的一层膜,主要成分为果胶质。
有助于将相邻细胞粘连在一起,并可缓冲细胞间的挤压。
2、初生壁细胞分裂后,最初由原生质体分泌形成的细胞壁。
存在于所有活的植物细胞。
位于胞间层内侧。
通常较薄,约1~3微米厚。
具有较大的可塑性,既可使细胞保持一定形状,又能随细胞生长而延展。
主要成分为纤维素、半纤维素,并有结构蛋白存在。
细胞在形成初生壁后,如果不再有新的壁层积累,初生壁便是他们的永久的细胞壁。
如薄壁组织细胞。
3、部分植物细胞在停止生长后,其初生壁内侧继续积累的细胞壁层。
位于质膜和初生壁之间。
主要成分为纤维素,并常有木质存在。
通常较厚,约5~10微米,而且坚硬,使细胞壁具有很大的机械强度。
大部分具次生壁的细胞在成熟时,原生质体死亡。
纤维和石细胞是典型的具次生壁的细胞。
在作植物原生质体培养时,常用含有果胶酶和纤维素酶的酶混合液处理植物组织,以破坏胞间层和去掉细胞的纤维素外壁,得到游离的裸露原生质体。
真菌细胞壁中主要成分为几丁质,厚约 100~250nm, 它占细胞干物质的 30% 。
细胞壁的主要成分为多糖,其次为蛋白质、类脂。
在不同类群的真菌中,细胞壁多糖的类型不同。
真菌细胞壁多糖主要有几丁质 ( 甲壳质 ) 、纤维素、葡聚糖、甘露聚糖等,这些多糖都是单糖的聚合物,如几丁质就是由 N- 乙酰葡萄糖胺分子,以 b -1 , 4 葡萄糖苷键连接而成的多聚糖。
有的教材中的定义为细胞壁是细菌最外的一层厚实、坚韧的外被,这个最外层是不够准确的,从图上我们可以看见,有的细菌最外层有荚膜包裹。
细菌呈现各种外形一种很重要的原因就是有细胞壁,比如一个杆状细菌,除去细胞壁后的原生质体会变成球型。
细胞壁的功能:
细菌细胞壁坚韧而富有弹性,保护细菌抵抗低渗环境,承受世界杯内的5~25个大气的渗透压,并使细菌在低渗的环境下细胞不易破裂,细菌细胞壁能防止细菌在低渗溶液中涨破是因为它有支持保护的作用,不会导致吸水过多而涨破而它不能保护其在高渗中不死,是因为细胞在外界溶液浓度大于细胞内浓度时,质壁分离,溶液浓度过高的时候,质壁分离不能复原,自己死亡了。
大肠杆菌的膨压可达2个大气压,相当于汽车内胎的压力。
举例:细胞壁就相当于自行车的外车胎,如果外胎破损了,内胎很容易炸。
细菌的生长和细胞壁的生长相配合,有密切关系。
细菌的鞭毛是生长在细胞膜上,但鞭毛的运动支点是由细胞壁提供的。
细菌如果失去细胞壁,它的鞭毛将不能运动。
鞭毛是长在细胞膜上,但细胞壁给它一个运动支点,没有细胞壁不会动。
举例:头发长在头皮上,头发自己是不会动的,但中间加一把梳子就能摆动头发,梳子就相当于细胞壁,头皮就相当于细胞膜。
细胞壁是一层网格状结构,就像一层防护网罩在细胞表面,阻拦抗生素等大分子物质对细菌的伤害。
细胞壁相当于细菌的防盗网。
细胞细胞壁壁通透、有弹性、无生命活性,就像细菌外面罩一个网子。
细菌的抗原性与细胞壁有关,例如一些致病菌侵入人体后会使人产生抗体,促使人产生抗体的物质就是抗原,细菌的抗原就是由细胞壁提供给的。
细菌侵入人体生长繁殖会产生一些对人有刺激性的毒素,这些毒素也是由细胞壁提供的。
一些抗生素如青霉素杀菌原理就是通过破坏细胞壁来杀死细菌。
噬菌体进入细菌内时需要一把钥匙,这把钥匙就存在于细胞壁上,噬菌体需要先识别细胞壁上的这些钥匙才能进入细菌内。
革兰氏染色:
正染色和负染色:而背景因未被染色而呈光亮,这种染色称为正染色。
而负染色则相反,由于染液中某些电子密度高的物质(如重金属盐等)"包埋"低电子密度的样品,结果在图像中背景是黑暗的,而样品像"透明"地光亮。
两者之间的反差正好相反,故称为负染色。
革兰氏染色在细菌分类上的地位就像把人分成男女,把动物分成雌雄一样。
在脱色过程中,可能因为脱色过度,将革兰氏阳性菌脱色,也可能脱色不够,革兰氏阴性菌未脱色,所以做革兰氏染色时注意作对照,对照有两种方法,一种是混合法,就是找一种和要鉴定的菌不同形状的已知菌作对照,混合染色。
另一种是在同一个载玻片上设对照。
指导1983年,用铂代替碘液对细菌进行染色后在电镜下观察,发现染色的不同跟细胞壁的构造有关。
革兰氏阳性菌的细胞壁结构:
成分的区别:细菌-肽聚糖,真菌-几丁质,植物细胞-纤维素和果胶质。
细胞壁的机械强度有赖于肽聚糖的存在。
合成肽聚糖是原核生物特有的能力。
细胞壁的厚度一般在10~25纳米之间,约占细胞总体积的20%。
凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质,大多能损伤细菌细胞壁而杀伤细菌,如溶菌酶、青霉素等。
溶菌酶水解的是β-1,4糖苷键,青霉素攻击肽尾和肽桥连接的部分转肽酶。
肽桥就像钢筋把各条聚糖N-乙酰胞壁酸上的肽尾连接起来,形成一种牢固的网状结构。
N-乙酰胞壁酸是原核生物特有的己糖。
只有细菌的细胞壁含有肽聚糖。
磷壁酸使细胞壁形成一个负电荷环境,所以碱性燃料更有利于染色。
细菌的抗原性
抗原性是指抗原刺激细菌机体产生免疫反应的能力,如细菌受到一些杀菌药的刺激后产生抗药性。
抗原是诱导细菌产生抗体,并与这个抗体发生反应的物质。
刚才讲到细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖,除了它还有其他物质,比如革兰氏阳性细菌细胞壁还有磷壁酸,而阴性细菌细胞壁还有一些类脂和蛋白质组成。
组成细胞壁的磷壁酸和蛋白质就是抗原。
S .aureus 金黄葡萄球菌
在N - 乙酰胞壁酸上的四肽尾为L-Ala(丙氨酸)→ D-Glu(谷氨酸)→ L-Lys(赖氨酸)→ D-Ala(丙氨酸)
金黄色葡萄球菌的肽桥为五个甘氨酸组成的五肽,交联的肽链占肽链总数的 75~100%。
立体的交联使肽聚糖形成多层次网状结构。
肽键(peptide bond)一分子氨基酸的α-羧基和一分子氨基酸的α-氨基脱水缩合形成的酰胺键,即-CO-NH-。
氨基酸借肽键联结成多肽链。
一个氨基酸不能称为肽,也不能合成肽,必须是两个或两个以上氨基酸以肽键相连的化合物。
两个氨基酸以肽键相连的化合物称为二肽;三个氨基酸以肽键相连的化合物称为三肽,以此类推。
α/β指C1、C5基团同侧/异侧位。
一个手性碳原子可以有两种构型,所以,含有一个手性碳原子的化合物有两种构型不同的分子,它们组成一对对映异构体,一个使偏振光右旋D,另一个使偏振光左旋L。
人体是左旋还是右旋?
生命最基本的东西氨基酸也有手性(左右)之分。
检验手性的最好方法就是,让一束偏振光通过它,使偏振光发生左旋的是左旋氨基酸,反之则是右旋氨基酸。
通过这种方法的检验,人们发现了一个令人震惊的事实,那就是除了少数动物或昆虫的特定器官内含有少量的右旋氨基酸之外,组成地球生命体的几乎都是左旋氨基酸,而没有右旋氨基酸!
右旋体有什么危害?
右旋分子是人体生命的克星,因为人是由左旋氨基酸组成的生命体,它不能很好地代谢右旋分子,所以食用含有右旋分子的药物就会成为负担,甚至造成对生命体的损害。
上个世纪60年代,有一个叫典子的日本姑娘,她天生没有双臂,可是她用双脚学会了写字、做饭、穿衣,而且还学会了游泳,完全做到了生活自理。
她的事迹感动了许许多多的人,人们在关心典子的同时也不禁会问;典子的父母都是健康的正常人,为什么典子会天生没有双臂呢?与不幸的典子一样来到这个世界的残疾婴儿在全世界有好几万。
后来发现,之所以会发生这样的悲剧只因为她的母亲服用了一种叫“反应停”的药物。
反应停里的一种分子具有治疗作用,可以减轻孕妇的早期妊娠反应,但是它的对映体(右旋体)却使用药的母亲生下了残疾的孩子。
为什么药物必须考虑手性问题?
正是有了60年代的这个教训,所以现在的药物在研制成功后,都要经过严格的生物活性和毒性试验,以避免其中所含的另一种手性分子对人体的危害。
在化学合成中,这两种分子出现的比例是相等的,所以对于医药公司来说,每生产一种药物,最好要把另一半分离出来。
但是,这个造福人类的技术还被某些国家所垄断,人们只好多花钱才能享受到。
如已经用于临床的降血压“左旋氨氯地平”,治疗甲减的“左旋甲状腺素”,抗菌的“左旋氧佛沙星”等。
甘油磷酸是细菌细胞壁磷壁酸的主要成分之一。
细菌保存法:时间最久的是冻干保存法,将菌液和脱脂奶粉混合冻干真空,-80℃保存。
Mg2+是酶的一种辅助因子,没有它,酶的活性发挥不出来;两者必须在适当的比例下,才能发挥出良好的功效;
磷壁酸抗原性很强,是革兰氏阳性菌的重要表面抗原;在调节离子通过粘液层中起作用;也可能与某些酶的活性有关;某些细菌的磷壁酸,能粘附在人类细胞表面,其作用类似菌毛,可能与致病性有关。
自溶素是细菌自身产生的可降解细菌细胞壁的蛋白水解酶,与细菌细胞分裂、生物膜形成、表面黏附、遗传感受态和细胞壁更新有关。
自溶素的活性受到严格调控。
周质酶位于细菌细胞壁和细胞膜之间的酶。
一般细菌毒素可分为两类,一类为外毒素(Exotoxin);它是一种毒性蛋白质,是细菌在生长过程中分泌到菌体外的毒性物质。
产生外毒素的细菌主要是革兰氏阳性菌。
如白喉杆菌、破伤风杆菌、肉毒杆菌、金黄色葡萄球菌以及少数革兰氏阴性菌。
另一类为内毒素(Endotoxin)。
是革兰氏阴性菌的细胞壁的产物。
细菌在生活状态时不释放出来,只有当细菌死亡自溶或粘附在其它细胞时,才表现其毒性,内毒素的主要化学成分是脂多糖中的类脂A成分。
类脂A 是脂化的葡萄胺二糖,通过焦磷酸酯键组成的一种独特的糖脂化合物,具有致热作用,是革兰氏阴性细菌内毒素的毒性成分。
抗原决定簇(antigenic determinant):决定抗原性的特殊化学基团。
又称抗原表位。
抗原决定簇大多存在于抗原物质的表面,有些存在于抗原物质的内部,须经酶或其他方式处理后才暴露出来。
一个天然抗原物质可有多种和多个决定簇。
抗原分子越大,决定簇的数目越多。