第一章原核微生物的形態和構造

原核微生物指的是一類細胞核無核膜包裹，細胞內只存在被稱作是擬核的裸露DNA的原始單細胞生物。主要介紹細菌、放線菌、藍細菌、支原體及衣原體等。第一節細菌

一細菌定義二細菌的應用三細菌的形態及大小四細菌的細胞結構五細菌的繁殖六細菌的群體形態一細菌的定義定義：細菌（bacteria）——細而短，結構簡單，細胞壁堅韌，以二分分裂方式繁殖，水生性較強的一類原核微生物。生存環境：溫暖潮濕、富含有機物的地方，都有大量細菌活動。有特殊的臭味或酸敗味，發粘、發滑。二細菌的應用工業上——生產各種氨基酸、核苷酸、酶制劑、有機酸和抗生素等。農業上——生產殺蟲劑、細菌肥料，沼氣發酵等。醫藥上——菌苗、類毒素、代血漿等。環保方面——處理污廢水及土壤修復三細菌的形態及大小1球菌（Coccus）

菌體呈球形或近似球形,以典型的二分裂殖方式繁殖,分裂后產生的新細胞常保持一定的空間排列方式。

根據細胞分裂的方式及分裂后的各子代細胞的空間排列狀態不同,可將球菌分為以下幾種:單球菌、雙球菌、鏈球菌、四鏈球菌、八疊球菌、葡萄球菌等。

一）形態單球菌：細胞分裂沿一個平面進行，新個體單獨分散存在。如：尿素小球菌雙球菌：分裂沿一個平面進行，新個體成對存在。如：肺炎雙球菌(Diplococcus

Pneumoniae)鏈球菌：沿一個面分裂，新個體不分開呈鏈狀存在。如：乳酸鏈球菌（StreptococcusLactics）四鏈球菌：沿兩個垂直面分裂，四個新個體特征性的連在一起，呈“田”字形。如：四鏈小球菌（MicrococcusTetragenus）八疊球菌：沿三個互相垂直的面分裂，八個新個體特征性的連在一起呈一立方體。如：藤黃八疊球菌（Sarcina

Lutea）葡萄球菌：無定向分裂，多個新個體不規則的聚集在一起，形似葡萄串。如：金黃色葡萄球菌（Straphylococcus

Aureus）

長桿菌短桿菌2桿菌：（Bacillus）分為長桿菌（1.0-1.5×4-8μm）、短桿菌(0.6-0.7×0.9-1.0μm)

形狀：平直、稍彎曲、具原始分支，兩端平齊、半圓等排列方式：散在、鏈狀、八字形等常見的桿菌舉例：枯草芽孢桿菌(BacillusSubtilis)分解長的淀粉鏈,產生大量的各種酶。北京棒桿菌(CorebacteriumPecinensis)生產谷氨酸。蘇云金芽孢桿菌(BacillusThuringiensis)殺玉米蟲、棉鈴蟲等鱗翅目昆蟲。雙歧桿菌（Bifidobacterium）

：胃腸道正常菌群

3螺旋菌（Spirilla)

弧菌(Vibrio)（螺旋不滿一環）偏端生鞭毛或眾生鞭毛如霍亂弧菌。螺旋菌(Spirillum)（2-6環，小型、堅硬的）兩端都有鞭毛如減少螺菌。螺旋體(Spirochaeta)（超過6環，柔軟）如奮森氏螺旋體。

Vibriocholerae弧菌

細菌的形態觀察：

用染色法來實現觀察，分為活體染色和死菌染色常見的染色方法有革蘭氏染色和芽孢染色等

二）細菌的大小1長度單位：微米(μm)2表示方法：球菌：直徑桿菌：寬×長螺菌：寬、長、螺距通常球菌直徑：0.2-1.5

μm，

桿菌:長1-5μm,寬0.5-1μm。例如：E.coli：平均長度-2μm；寬-0.5μm1500個大腸桿菌頭尾相接等于3mm;109個大腸桿菌重1mg.菌名直徑或寬×長/（μm×μm）乳鏈球菌金黃色葡萄球菌大腸桿菌枯草芽孢桿菌霍亂弧菌0.5~10.8~10.5×(1~3)(0.8~1.2)×(

1.2~3)(0.2~0.6)×(1~3)四細胞結構

基本結構：細胞壁、細胞質膜、細胞質、核質體等附屬結構：莢膜、鞭毛、芽孢等(一)基本結構

1細胞壁細胞壁（cellwall）：存在于細菌細胞結構最外層，厚實、堅韌，固定外形、保護細胞的結構。細胞壁的功能：A、固定外形B、保護細胞不受破壞C、幫助細胞運動D、參與細胞分裂E、分子篩作用F、抗原性、致病性革蘭氏陽性細菌細胞壁革蘭氏陽性細菌細胞壁1）革蘭氏陽性（G+）:由肽聚糖和磷壁酸構成①肽聚糖：雙糖單位：N-乙酰葡萄糖胺（G）和N-乙酰胞壁酸（M）通過β-1、4糖苷鍵連接而成短肽尾：4個氨基酸構成,L-Ala—D-Glu—L-Lys—D-Ala肽橋：連接D-Ala與L-Lys，不同細菌的肽橋組成不同,主要為多肽。肽聚糖的結構式各種肽橋②磷壁酸：一種酸性多糖，主要成分為甘油磷酸和核糖醇磷酸。根據位置及功能可分為：壁磷壁酸：與肽聚糖共價結合。膜磷壁酸：由甘油磷酸鏈與細胞膜上的磷脂共價結合磷壁酸的功能：1）提高Mg2+的濃度，維持酶的活性。2）與宿主的粘連；3）表面抗原；4）吸附受體磷壁酸有五種類型：甘油磷壁酸、葡糖酰甘油磷壁酸、N-乙酰葡糖胺-磷酸-油磷酸重復單位1、5-聚核糖醇磷酸革蘭氏陰性細菌細胞壁2）革蘭氏陰性（G-）：細胞壁由肽聚糖、脂多糖及蛋白構成①肽聚糖（G-）：與G+的肽聚糖結構基本相同，區別為短肽尾的第三個氨基酸為內消旋二氨基庚二酸(m-DAP)；無肽橋，m-DAP-D-Ala直接相連。直接相連②脂多糖（LPS）：外層的類脂多糖類物質，由類脂A、核心多糖和O-特異側鏈三部分組成脂多糖的功能：

1）G-的致病物質—內毒素的物質基礎

2）導致周圍Mg2+、Ca2+的濃度上升

3）由于LPS的變化，決定了G-表面抗原的多樣性③G-的細胞壁鑲嵌的蛋白有：基質蛋白（Matrixprotein）（如乳蛋白）使外壁層有分子篩的作用外壁蛋白（Outermembraneprotein）多亞基構成，把較大的物質運入細胞內，如：VB12、麥芽寡糖、核酸降解物等物質的運輸。

脂蛋白（Lipoprotein）起到固定作用。細菌細胞壁組成的小結

G＋

G-

相對的簡單，肽聚糖含量高相對復雜，肽聚糖含量低交聯程度高，有磷酸、磷壁酸交聯度低，無磷酸，含脂N－乙酰氨基酸，D-氨基酸是細胞壁所特有的溶菌酶可以破壞β

－1、4糖苷鍵，青霉素可以破壞肽鏈交聯革蘭氏染色機理染色步驟：結果:

陽性菌——紫色

陰性菌——紅色結晶紫初染碘液媒染乙醇脫色番紅復染涂片固定Figure1G+

金黃色葡萄球菌Staphylococcuscells.Figure2G-

大腸桿菌

E.colicellsFigure3）革蘭氏染色的機理：初染、媒染使細胞膜和原生質染上不溶于水的結晶紫與碘的大分子復合物，之后乙醇脫色。G+：細胞壁厚，肽聚糖含量高，交聯度高，用乙醇脫色會使網孔收縮，結晶紫留在細胞壁內，故呈現紫色。G-：網孔不易收縮，易溶于乙醇的類脂含量大，乙醇洗脫會使細胞壁溶出縫隙，復合物流出細胞壁，番紅復染，染液進入細胞，則呈現紅色。4）古生菌的細胞壁組成假肽聚糖：N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔羅糖胺糖醛酸通過β-1,3-糖苷鍵連接而成。肽尾由L-Glu、L-Ala、L-Lys組成，肽橋由L-Glu組成古菌的肽聚糖結構5）無細胞壁的細菌:原生質體：G+破壁后形成的部分球狀體（原生質球）：G-破壁后形成的，殘留部分的細胞壁。L型細菌：由于自發突變而形成的細胞壁缺損的細菌。特性：對滲透壓敏感，不能運動，對噬菌體不敏感，不能分裂。支原體為一類無細胞壁的原核微生物2細胞質膜（Cytoplasmicmembrane）緊貼在細胞壁內側的一層由磷脂和蛋白質組成的柔軟富有彈性的半透性膜。1）細胞質膜的結構：磷脂雙分子層鑲嵌各種蛋白構成。磷脂：甘油的3個羥基被不同集團取代，形成極性頭和非極性尾。蛋白質：若細胞膜的功能多，則蛋白質含量高；若功能少，則含量也低。

細胞膜

認為：膜是由球形蛋白與磷脂按照二維排列方式構成的流體鑲嵌式，流動的脂類雙分子層構成了膜的連續體，而蛋白質象孤島一樣無規則地漂流在磷脂類的海洋當中。2）細胞質膜的功能

①負責物質的交換；②維持細胞內的正常滲透壓；③合成物質的場所；④產能基地；⑤鞭毛基體的著生部位3）古細菌的細胞質膜也是由磷脂組成，但它比真細菌的細胞質膜具有更明顯的多樣性①親水頭與疏水尾是通過醚鍵而不是酯鍵連接的②組成疏水尾的長鏈烴是異戊二烯的重復單位3細胞質（Cytoplasm）

細胞膜包裹的透明、膠狀、顆粒狀物質部分，主要由水構成，RNA含量高，還含脂類物質，呈堿性。

基本上包含：核糖體、貯藏物、各種酶類、中間代謝產物、無機鹽、載色體和質粒等。1）核糖體：合成蛋白質的場所。核酸65%蛋白35%沉降系數：70S（30S、50S兩個亞基）存在形式：分散存在，或是聚合成念珠狀（代謝快）

原核生物的核糖體與真核生物的核糖體2）貯藏物細菌在營養條件充足而不均衡時形成的顆粒，以貯藏一定的營養。在營養匱乏時可以重新利用。①聚-β-羥基丁酸（poly-β-hydroxybutirate，PHB）：

聚β－羥基丁酸（PHB）顆粒是許多細菌細胞質內常含有的碳源類儲藏物.PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如蘇丹黑)著色。現表示為PHAs(聚-β-羥基鏈烷酸)功能:貯存碳源、能源和降低滲透壓。許多好氧菌和光合厭氧菌都含有聚β－羥丁酸顆粒。上節課要點回顧細菌的形態細胞壁：G+、G-的組成；革蘭氏染色機理；無細胞壁的細胞細胞膜：組成；細胞質：性質；核糖體、PHB②異染粒（metachromaticgranule）主要成分為多聚偏磷酸鹽，含有RNA、蛋白、脂類、Mg2+等貯藏磷元素和能量，并降低滲透壓的作用甲苯胺蘭（甲烯蘭）染色呈紫色ppppppp+ATP+ADP()

n+ATP()+ADPn+1多聚偏磷酸鹽：3）羧酶體（Carboxysome）多角形內含物內含1、5-二磷酸核酮糖羧化酶存在于自養微生物細胞內，與二氧化碳固定有關

4）磁小體(magnetosome)：存在于趨磁細菌中,主要成分Fe3O4,外有磷脂、蛋白質等包裹,具有導向功能,即借鞭毛引導細菌游向最有利的泥、水界面微氧環境處生活。趨磁細菌可以應用到磁性定向藥物和抗體,以及制造生物傳感器等.5）氣泡（gasvaluoles）:存在于光合營養型無鞭毛運動的水生細菌細胞內充滿氣體的小泡囊，由僅2納米厚的蛋白質膜包圍。具有調節細胞比重以使其漂浮在合適水層中的作用。另外還有肝糖粒、淀粉粒、硫粒等4核質體（nuclearbody）原核生物的核無核膜包被，因此不應稱為細胞核，被稱為核質體或稱為核心，擬核等。環狀雙鏈DNA分子。負載遺傳信息細菌染色體DNA質粒(Plasmid)：存在于細胞染色體外或附加于染色體上的遺傳物質，絕大多數為共價閉合環狀雙螺旋DNA分子（CCCDNA-covalently

closedcircleDNA

）特點：能進行獨立復制，穩定遺傳。不同質粒的基因可以發生重組，可通過轉化、轉導、接合作用單獨轉移，也可攜帶染色體片段轉移。主要包含F因子、R因子、col因子等。F因子致育性示意圖（二）附屬結構1鞭毛（Flagellum）：存在于細菌表面的長絲狀、波曲的蛋白質結構。長約15-20μm,直徑0.01-0.02μm。1）作用：運動的功能，趨向營養，逃避有害物質。大部分桿菌、弧菌及少數球菌有鞭毛。2）化學組成：主要成分為蛋白，少量的脂、糖等鞭毛形態3)著生部位：單端鞭毛（桿菌）、兩端生鞭毛（螺菌）、周身鞭毛（普通變形桿菌）、側生鞭毛周生鞭毛4）鞭毛的結構：①絲狀物(filament)(3股鞭毛蛋白鏈扭曲而成)；②鉤形鞘（hook）相對于細胞壁來運動從而帶動鞭毛運動；③基體（basalbody）L環（連接LPS）P環（連接肽聚糖部位）S環（連接細胞膜表面）M環（在細胞膜內）；其中L、P環為G-所特有5）鞭毛的運動方式

1974年，美國學者M.Silverman和M.Simon設計了一個巧妙的“拴菌”試驗，即設法把單毛菌鞭毛的游離端用相應抗體牢固的“拴”在載玻片上，然后在光鏡下觀察該細胞的行為，結果發現，該菌只能在載玻片不斷打轉而未作伸縮“揮動”，因而肯定了“旋轉輪”的正確性。2菌毛（Ｐillus）存在于細菌表面，相對于鞭毛短、細、多的結構，直徑3-10nm，長度0.2—20μm，在同一細胞上菌毛的長度不一。數量：250-300根/個菌，如腸道細菌，假單孢菌。功能：1）性菌毛：F因子、R因子的轉移通道2）附著點（M13）3）吸附在腸道上（末端為球狀）普通菌毛性菌毛3糖被（Glycocalyx）：細胞外厚度不定的膠狀物