第三章微生物细胞的结构和功能第一节原核生物原核生物细菌域：细菌（狭义）、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体等古细菌域1.1细菌细胞的结构细菌细胞的基本结构细菌细胞的特殊结构1.1.1细菌细胞的基本结构1．细胞壁：是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖组成。
作用：维持细胞形状保护细胞：外力，渗透压，有害物协助鞭毛运动某些病原菌细胞壁中某些成分与致病性有关对细菌进行分类（革兰氏染色）成为抗生素作用的靶点》》革兰氏染色根据革兰氏染色的结果可以将细菌分为两个主要的类群紫色－革兰氏阳性细菌（Gram positive, G+)——eg.金黄色葡萄球菌粉红色，红色－革兰氏阴性细菌(Gram negative, G-)——eg.大肠杆菌过程：①结晶紫染色②碘液媒染③乙醇脱色④番红复染革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞壁组成差异：肽聚糖，磷壁酸、脂多糖、分支菌酸》》》肽聚糖（黏肽、胞壁质、粘质复合物）◇肽聚糖肽四肽尾肽桥聚糖N-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸》》》革兰氏阳性细菌的细胞壁结构·很厚的肽聚糖层（peptidoglycan）·磷壁酸（Teichoic acid）革兰氏阳性细菌细胞壁特有的成分通过磷酸基团相互连接的甘油或核糖醇的聚合物根据结合部位不同，分为壁磷壁酸和膜磷壁酸。
磷壁酸的主要生理功能：1.因带负电荷，故可与环境中的Mg 2＋等阳离子结合，提高这些离子在膜周围的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要；2.保证革兰氏阳性致病菌（如A族链球菌）与其宿主间的粘连；3.构成革兰氏阳性细菌表面抗原的主要成分；4.作为噬菌体吸附的受体；5.调节细胞内自溶素的活力；6.贮藏磷元素。
》》》革兰氏阴性细菌的细胞壁结构·外膜（Outer membrane）脂多糖磷脂双分子层脂蛋白——外膜位于细胞壁的最外层，厚18～20nm。
由磷脂双分子层、脂蛋白与脂多糖组成。
因含脂多糖，故常称为脂多糖层磷脂双分子层与细胞膜的脂双层十分相似，只是其中插有跨膜的孔蛋白（porin），脂蛋白位于外壁层内侧，连接着磷脂双分子层与肽聚糖层。
脂多糖位于外壁层的最外层，厚8～10nm。
脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）是革兰氏阴性细菌细胞壁特有的成分。
——脂多糖的主要功能：•细菌内毒素的物质基础；•革兰氏阴性细菌细胞壁表面的抗原决定因子；•作为许多噬菌体的吸附受体；•有吸附Mg 2＋、Ca 2+等阳离子以提高其在细胞表面的浓度的作用；•起保护作用，它可以阻止溶菌酶、抗生素和染料等较大分子的物质的进入菌体。
·质膜与外膜之间的空隙-外周胞质（Periplasm）·很薄的肽聚糖层（Peptidoglycan）·质膜（Cytoplasmic membrane）2.古生菌的细胞壁——假肽聚糖古生菌细胞壁组成多糖独特多糖细胞壁甲烷八叠球菌含半乳糖胺、葡糖醛酸、葡萄糖和乙酸，不含磷酸和硫酸硫酸化多糖细胞壁盐球菌属糖蛋白极端嗜盐古生菌----盐杆菌属的细胞壁是由糖蛋白组成蛋白质少数产甲烷菌的细胞壁是由蛋白质所组成3.无细胞壁的微生物缺壁细菌实验室中形成自发缺壁突变：L型细菌·Lister李斯特（1935年）·专指那些实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺损菌株人工方法去壁彻底去尽（G+）：原生质体部分去除（G-）：原生质体自然界长期进化形成：支原体4.为什么细胞壁可以作为杀死细胞的靶点？·溶菌酶打断N－乙酰胞壁酸和N－乙酰葡糖胺之间的b－1,4 糖苷键，导致细胞破裂，产生原生质体和原生质球体液中的溶菌酶－天然的防护体系·青霉素结构与肽聚糖亚单位的肽侧链末端的D－丙氨酰-D-丙氨酸结构类似，竞争抑制催化转肽反应的酶只能杀死处于活跃生长期的细胞1.2 细胞膜和内膜系统：内膜系统：间体古生菌的细胞膜结构1.2.1细胞膜的结构·紧贴细胞壁内侧的一层由磷脂和蛋白质组成的半透性薄膜·磷脂双分子层厚度为5-10nm带正电荷且溶于水的极性头（磷酸端）不带电荷，不溶于水的非极性尾（烃端）·细胞膜的功能选择地控制细胞内外物质的运送，交换；维持细胞正常渗透压的屏障作用；合成细胞壁各种组分和糖被；产能基地；酶和电子传递链组分所在；为鞭毛的着生点和提供其运动所需能量；与DNA的合成有关1.3．细胞质及内含物：核糖体、气泡、染颗粒、聚β－羟丁酸、淀粉、硫粒、磁小体、羧酶体等细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。
含水量约80%。
细胞质的主要成分为:核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等》》颗粒状贮藏物(reserve materials)：贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物》》异染粒：颗粒大小为0.5～1.0μm，是无机偏磷酸的聚合物，一般在含磷丰富的环境下形成。
功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。
》》硫粒：硫素丰富时，常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。
当环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用。
1.4．拟核和质粒拟核质粒：F质粒（F因子）R质粒（R因子）col质粒（col因子）Ti质粒（诱癌质粒）Ri质粒mega质粒（巨大质粒）降解性质粒（书P199）1.2 细菌细胞的特殊结构糖被（荚膜）鞭毛菌毛、性菌毛芽孢及其他休眠结构1.2.1 糖被定义：包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。
糖被的分类：↓主要成分：多糖、多肽或蛋白质，多糖居多；观察荚膜：负染色法——利用荚膜能排斥微细碳粒；用碳素墨水对产荚膜菌进行染色；光学显微镜下观察；<粘液层因其结构疏松而不能排斥碳粒，故不能用负染色法染色>荚膜的功能：保护作用，其上大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤；表面附着作用，如引起龋齿的唾液链球菌；贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用；作为透性屏障，可保护细菌免受重金属离子的毒害；细菌间的信息识别作用，如根瘤菌属；堆积代谢废物。
>>龋齿产生的原因：口腔内的唾液链球菌和变异链球菌会在牙表面形成一层薄膜，医学上称之为牙菌斑，细菌分解糖类产生乳酸等酸性物质使其逐渐分解破坏，而咀嚼食物的磨耗对牙齿的消耗是很小的。
1.2.2 鞭毛定义：生长在某些细菌体表的长丝状、波曲形的蛋白质复合物；观察鞭毛：电子显微镜/光学显微镜（鞭毛染色法加粗后的鞭毛）肉眼判断鞭毛有无：①在半固体直立柱中用穿刺法接种某一细菌，经培养后，若在穿刺线周围有浑浊的扩散区，说明该菌有运动能力，可推测其长有鞭毛；反之，则无鞭毛。
②根据某菌在平板培养基上的菌落外形也可推断它有无鞭毛：若该菌落形状大、薄且不规则，边缘极不圆整，说明该菌运动能力很强；反之，若菌落外形圆整、边缘光滑、厚度较大，则说明无鞭毛。
构造基体钩型鞘鞭毛丝鞭毛运动机制：挥鞭论×旋转论√——“拴菌”实验>>把单毛菌鞭毛的游离端用相应抗体拴在载玻片上，在光学显微镜下观察细胞行为；发现，该菌在载玻片上不断打转，而非伸缩运动；1.3.3 菌毛定义：一种长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。
特点：每个细菌约有250～300根菌毛革兰氏阴性致病菌居多形成菌膜、粘附1.3.4 性菌毛构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，较粗；数量仅一至少数几根；功能是向受体菌传递遗传物质；有的性菌毛还是RNA噬菌体吸附受体。
1.3.5 芽孢定义：某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量低、抗逆性极强的休眠体。
芽孢形成过程：①DNA浓缩，束状染色质形成；②细胞膜内陷，细胞发生不对称分裂，形成前芽孢；③前芽孢的双层隔膜形成，这时芽孢的抗辐射性提高；④上述两层隔膜间充填芽孢肽聚糖后，开始形成皮层；⑤芽孢衣合成结束；⑥皮层合成完成，芽孢成熟，抗热性出现；⑦芽孢囊裂解，芽孢游离外出。
芽孢的耐热机制：较新学说——渗透调节皮层膨胀学说芽孢的耐热性在于芽孢衣对于多价阳离子和水分的透性很差和皮层的离子强度很高，从而使皮层产生极高的渗透压去夺取芽孢核心中的水分，其结果导致皮层的充分膨胀，而核心部分的细胞质却变得高度失水，因此，导致核心具有极强的耐热性。
研究芽孢（形成）的意义具有高度耐热性——高温处理含菌试样，提高筛选芽孢产生菌的效率；其它抗逆性——是否消灭一些代表菌的芽孢成为衡量各种消毒灭菌手段的指标；Eg.肉毒梭菌的芽孢在pH>7,100℃下煮沸5.0~9.5h才能消灭→要求食品加工厂在对肉类罐头进行灭菌时，应在121℃下维持20Min以上；代谢活动基本停止——休眠期长，可长期保藏；伴孢晶体定义：少数芽孢杆菌，在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体。
1.3 细菌的繁殖裂殖二分裂三分裂复分裂芽殖真核微生物：真菌、单细胞藻类和原生动物1 细胞壁具有细胞壁的真核生物主要是真菌和藻类；2 其他结构鞭毛与纤毛细胞质膜细胞核细胞质和细胞器真核生物与原核生物的比较DNA DNA无无如有，则细而简单无无多数为肽聚糖70S有有如有，则粗而复杂有有纤维素、几丁质等80S蛋白质含量高，一般无甾醇蛋白质含量低，普遍有甾醇。
