微生物学与免疫学绪论细菌Word格式文档下载.docx
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②能在体外获得病原菌的纯培养物，并能传代；
③这种纯培养物接种于易感动物能引起同种疾病，并从感染的实验动物中能重新分离出相同的病原菌。
（4）1929年英国弗莱明发现了青霉素。
第十章细菌学概论
★细菌（bacteria）
一类具有细胞壁，单细胞、以无性二分裂方式进行繁殖的原核细胞型微生物。
★细菌的大小
细菌以微米（μm）为测量单位；
病毒以纳米（nm）为测量单位。
★细菌的测量方法
（1）显微照相后根据放大倍数进行测算。
（2）显微镜测微尺。
细菌大小测量结果的影响因素
（1）个体差异。
（2）干燥、固定后的菌体会一般由于脱水而比活菌体缩短1/3-1/4。
（3）染色方法的影响，一般用负染色法观察的菌体较大。
（4）幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大。
（5）环境条件，如：
渗透压
★细菌的基本形态
（1）球菌（coccus）
细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。
单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌
（2）杆菌（bacillus）
杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。
（3）螺形菌（spiralbacterium）弧菌、螺菌
（4）环境条件的变化会引起形态改变，当环境条件恢复正常，细菌又恢复到正常形态。
★细胞壁（cellwall）
位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构，占细胞干重10%-25%。
★证实细胞壁存在的方法
（1）细菌超薄切片的电镜直接观察。
（2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁。
（3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁。
（4）制备原生质体，观察细胞形态的变化。
★细胞壁的功能
（1）固定细胞外形和提高机械强度。
（2）保护细菌抵抗低渗的外环境。
（3）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需。
（4）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量大于800）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。
（5）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础。
★革兰染色
（1）初染：
碱性染料结晶紫初染。
（2）媒染：
加碘液。
提高染料和细胞间的相互作用使二者结合得更牢固。
（3）脱色：
酒精或丙酮。
脱色后将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色。
（4）复染：
用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对涂片进行复染。
沙黄使原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色。
★革兰染色机制
（1）C.Gram1884发明的鉴别方法。
（2）主要依据CW结构不同。
（3）结晶紫初染，碘媒染形成不溶的结晶紫—碘复合物。
G+因CW厚，肽聚糖交联密，乙醇脱色使孔紧密，不含脂类不被乙醇溶解，故为紫色。
（4）G-正相反。
★G+细菌的CW
厚（20-80nm），化学成分简单，含90%肽聚糖和10%磷壁酸。
★肽聚糖（peptidoglycan）
又称粘肽、胞壁质或粘质复合物，是真细菌细胞壁中的特有成分。
（eg.金葡菌肽聚糖厚20-80nm，40层左右的网格分子交集覆盖细胞上。
）
★革兰阳性菌肽聚糖的结构（以金黄色葡萄糖菌为例）
G+的肽聚糖是由约40层的网状分子交织而成的三维立体网状结构，由聚糖骨架、四肽侧链和五肽交联桥组成。
聚糖骨架由N-乙酰胞壁酸和N-乙酰葡糖胺通过β-1,4糖苷键交替间隔排列而成。
四肽侧链的组成和排列方式随菌种不同而异。
如金黄色葡萄糖菌四肽侧链的氨基酸残基依次为：
L-丙氨酸—D-谷氨酸—L-赖氨酸—D-丙氨酸。
四肽侧链链接在N-乙酰胞壁酸上。
五肽交联桥由5个甘氨酸组成，一端连接于四肽侧链的第三位的L-赖氨酸，另一端连接于相邻聚糖骨架四肽侧链末端的D-丙氨酸上，从而构成机械强度坚韧的三维立体结构。
双糖单位中的β-1,4糖苷键很容易被溶菌酶所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。
（图P122）
★磷壁酸（teichoicacid）
结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖。
是革兰阳性细菌细胞壁上所特有的化学成分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。
★G+磷壁酸的主要生理功能
（1）细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收。
二价阳离子，特别是高浓度的Mg2+的存在，对于保持膜的硬度，提高细胞膜上需Mg2+的合成酶的活性极为重要。
（2）增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用。
（3）储存磷元素。
（4）革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；
又称H-抗原。
（5）噬菌体的特异性吸附受体。
★G-细菌的CW
（1）肽聚糖层（内壁层）
埋藏在外膜层之内，是仅由1-2层肽聚糖网状分子组成的薄层（2-3nm），含量约占细胞壁总重的10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。
单体结构与G+基本相同。
（2）外膜层（外壁层）
位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜，有时也称为外壁。
（3）周质间隙
周质空间含许多周质蛋白，如：
水解酶、合成酶、运送物质的结合蛋白、受体蛋白（与细胞趋化性有关）。
（G-的外膜与细胞膜之间存在着占细胞体积20%～40%的狭窄空间，称为周质间隙，又称壁膜间隙。
该间隙含有多种蛋白酶、核酸酶、解毒酶或特殊结合蛋白，在细菌获取营养、解除有害物质毒性等方面都发挥着重要作用。
在革兰阳性细菌的细胞膜与细胞壁之间也可以观察到类似的周质空间。
★G-肽聚糖与G+的差别
（1）四肽尾第三个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸。
（2）没有特殊肽桥，两单体连接前一四肽尾的第四个氨基酸D-Ala羧基与后一个四肽尾第三氨基酸m-DAP氨基直接连接。
★脂多糖（LPS）
位于革兰阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚（8～10nm）的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖和O-特异侧链（或称O-多糖或O-抗原）三部分组成。
（脂质A是内毒素发挥毒性和生物学活性的主要组成部分，无种属特异性，故不同细菌产生的内毒素，其毒性作用基本相似。
核心多糖有属特异性，同一属细菌的核心多糖相同。
不同类型G-的LPS中，特异性多糖中所含单糖的种类、数目、排列及空间构型各不相同，表现为种属特异性。
★脂多糖的主要功能
（1）LPS结构的多变，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性。
（2）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。
（3）类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质——内毒素的物质基础。
（4）许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。
革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁构造的比较
★青霉素、溶菌酶对细菌细胞壁的作用
青霉素对G+和G-的抑菌机制相同，但作用位点不同。
G-对青霉素不如G+敏感。
（青霉素与细菌竞争合成肽聚糖过程中所需的转肽酶，干扰肽交联桥或DAP与四肽侧链上D-丙氨酸之间的连接，使细菌不能合成完整的细胞壁，而导致细菌死亡。
溶菌酶专一性地水解细菌细胞壁肽聚糖中的β-1，4糖苷键，破坏肽聚糖骨架，引起细菌细胞裂解，达到杀菌作用。
人和动物的细胞无细胞壁，也无肽聚糖结构，故溶菌酶、青霉素对人体细胞无毒性作用。
（图P123）
★革兰阳性和阴性细菌的比较
项目
G+
G-
1、革兰染色反应
能阻留结晶紫而染成紫色
可经脱色而复染成红色
2、肽聚糖层
厚、层次多
薄、一般单层
3、磷壁酸
多数含有
无
4、外膜
有
5、脂多糖（LPS）
6、类脂和脂蛋白含量
低（仅抗酸性细菌含类脂）
高
7、鞭毛结构
基本上着生两个环
基本上着生四个环
8、产毒素
以外毒素为主
以内毒素为主
9、对机械力的抗性
强
弱
10、细胞壁抗溶菌酶
11、对青霉素和磺胺
敏感
不敏感
细胞壁缺陷细菌
★L型细菌
（1）细菌在某些环境条件下（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陷变异型。
（2）特点：
①没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态。
②有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”。
③对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落。
（直径在0.1mm左右）
（3）大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌等20多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗有关。
★原生质体（protoplast）
（1）在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。
①对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至通气等都易引起其破裂。
②有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应噬菌体所感染。
③在适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖，形成菌落，形成芽孢，及恢复成有细胞壁的正常结构。
④比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。
★球状体（sphaeroplast）,又称原生质球
针对革兰氏阴性细菌加溶菌酶和EDTA处理后而获得的残留部分细胞壁（外壁层）的球形体。
与原生质体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。
★支原体（mycoplasma）
在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。
因它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。
★细胞质膜（Cytoplasmicmembrane）
又称质膜、细胞膜、或内膜，是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、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。
细胞膜是一个重要的代谢活动中心。
★细胞膜的化学组成与结构模型
组分：
磷脂和蛋白质
（1）磷脂
甘油-3-磷酸——亲水的极性端、长链脂肪酸——疏水非极性端
（2）膜蛋白
整合蛋白或内嵌蛋白——运输功能、周边蛋白或膜外蛋白——酶促作用
★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。
★间体（mesosome），又称中介体
细胞质膜内褶而形成的囊状构造，其中充满着层状或管状的泡囊。
多见于革兰氏阳性细菌。
青霉素酶分泌、DNA复制、分配以及细胞分裂有关。
★细胞质和内含物
（1）概念：
细胞质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%。
（2）内含物
A.颗粒状贮藏物（reservematerials）
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。
分为碳源及能源类、氮源类、磷源（异染粒）
①聚-β-羟丁酸（PHB）
类脂性质的碳源类贮藏物。
无毒、可塑、易降解，被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。
②多糖类贮藏物
③异染粒
B.磁小体（megnetosome）
作用：
导向，借鞭毛游向有利其生长环境。
★微生物储藏物的特点及生理功能
（1）不同微生物其储藏性内含物不同。
（2）微生物合理利用营养物质的一种调节方式。
当环境中缺乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内含物，甚至达到细胞干重的50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时，这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应。
（3）储藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH，渗透压等的危害。
例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-β-羟丁酸就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。
★核糖体（ribosome）
是游离于细胞质中的微小颗粒（10-20nm），由rRNA（70%）和蛋白质（30%）组成，是合成蛋白质的场所。
★核糖体分子大小
（1）原核细胞和真核细胞都含核糖体，但其分子大小不同。
（2）分子大小可以由沉降系数表示：
细胞类型
沉降系数
原核细胞
核糖体70s
大亚基50s
小亚基30s
真核细胞
核糖体80s
大亚基60s
小亚基40s
（3）核糖体解离的条件是Mg浓度低。
★核糖体的功能
（1）合成蛋白质。
在原核细胞中，mRNA与几个核糖体连成多聚核糖体进行合成蛋白质。
一般mRNA的长短决定蛋白质分子的大小。
（2）细菌的核糖体常是某些抗菌药物选择性的作用部位。
如链霉素。
★核区的形态结构
核区：
原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核。
（1）细菌的细胞核是由裸露的细长的环状双链DNA分子经高度折叠缠绕而形成的超螺旋结构，多呈球状、棒状或哑铃状。
（2）正常情况下，一个细菌只含一个核，处于分裂活泼期的细菌可含2-4个核，因DNA复制先于细胞分裂。
★核区的功能
是细菌遗传变异的物质基础，是细菌细胞蕴藏遗传信息的场所，控制细胞的代谢、生长与繁殖。
★芽孢——休眠构造
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、后壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢。
★细菌芽孢的特点
（1）整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。
（2）芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；
产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。
（3）产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。
芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。
（4）芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。
（相差显微镜直接观察；
芽孢染色）
★芽孢的构造
芽孢囊：
产芽孢菌的营养细胞外壳
孢外壁：
脂蛋白，透性差
芽孢衣：
疏水角蛋白，抗酶解、抗药、阳离子
皮层：
芽孢肽聚糖、DPA-Ca（吡啶二羧酸钙盐），体积大渗透压高
芽孢壁：
肽聚糖
芽孢质膜：
磷脂与蛋白
芽孢质：
DPA-Ca、E
核区：
DNA
（1）皮层（cortex）：
占芽孢体积36%～60%，含水量约70%，含芽孢肽聚糖，可被溶菌酶水解。
7%～10%DPA-Ca，不含磷壁酸，渗透压高。
（2）核心（core）：
含水低（10%～25%），利于抗热、抗化学物质、酶失活。
除DPA-Ca外，其他与一般细胞类似。
芽孢的形成与萌发
（1）芽孢的形成：
环境缺乏营养或有害物质过多时。
（2）芽孢的萌发：
有休眠状态的芽孢变成营养状态的细菌的过程。
在萌发过程中芽孢所特有的耐热性、难渗性、光密度和折光率等特性都逐步下降，DPA-Ca、耐热酶等逐步分解释放。
（3）芽孢萌发的过程：
活化、出芽、生长
（4）由于每个细菌细胞内只能形成一个芽孢，在适宜的条件下，一个芽孢只能重新萌发成为一个菌体细胞，因此芽孢不是细菌的繁殖体，而是休眠状态。
★芽孢的耐热机制----渗透调节皮层膨胀学说
芽孢与母细胞相比化学组成，细微结构，生理功能等方面都完全不同。
（1）芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差。
（2）皮层的离子强度很高，产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分，结果造成皮层的充分膨胀。
（3）核心部分的细胞质却变得高度失水，因此，具极高的耐热性。
（4）再者皮层中合成大量营养细胞所没有的DPA-Ca，使芽孢中的生物大分子形成一种稳定而耐热性强的凝胶。
★伴孢晶体（parasporalcrystal）
（1）少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体——δ内毒素，称为伴孢晶体。
（2）如何杀虫？
伴孢晶体鳞翅目幼虫口服伴孢晶体在肠道迅速溶解（肠中pH为9.0-10.5）
吸附于上皮细胞，引起渗透压丧失，肠道穿孔肠道中的碱性溶液进入血液，后者pH升高，昆虫全身麻痹而死亡
★荚膜（capsule）
某些细菌在一定条件下向细胞壁外分泌一层疏松透明的黏液性物质，有一定外形，且相对稳定地附于细胞壁外者，称为荚膜。
★荚膜的特点
（1）主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。
经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色）后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。
（2）产生荚膜是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是细菌分类鉴定的指标之一。
（3）荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利。
如抗干燥、储存养料。
（4）荚膜的形成，可以增强细菌的致病性，可以抗白细胞吞噬、抗补体的杀菌作用。
★鞭毛——细菌的运动器官
某些细菌从细胞内向细胞外伸出地细长波状弯曲的丝状物，称为鞭毛。
是细菌的运动器官。
鞭毛的结构——阳性与阴性菌不同；
细菌鞭毛着生于细胞膜上，但运动支点由细胞壁提供。
★观察和判断细菌鞭毛的方法
（1）电子显微镜直接观察。
（2）光学显微镜下观察：
鞭毛染色和暗视野显微镜。
（3）根据培养特征判断：
半固体穿刺、菌落（菌苔）形态。
★菌毛
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。
每个细菌约有250～300条菌毛，有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多，借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病。
★性菌毛
性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。
此过程称接合。
有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。
★营养物质
那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。
★营养
微生物获得和利用营养物质的过程。
★营养物质与营养的区别
营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。
★微生物与动植物营养要素的比较
动物
（异养）
微生物
绿色植物
（自养）
异养
自养
碳源
糖类、脂肪
糖、醇、有机酸等
二氧化碳、碳酸盐等
二氧化碳
氮源
蛋白质及其降解物
蛋白质及其降解物、有机氮
无机氮化物、氮
无机氮化物
能源
与碳源同
氧化无机物或利用日光能
利用日光能
生长因子
维生素
有些需要维生素等生长因子
不需要
无机元素
无机盐
水分
水
★能源
能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养物或辐射能。
★能源谱
有机物化能异养微生物的能源
无机物化能自养微生物的能源
辐射能光能自养和光能异养微生物的能源
★营养物质进入细胞的方式
简单扩散
促进扩散
依赖周质间隙结合蛋白的转运
主动转运化学渗透驱使转运
基因转位
★简单扩散
（1）高浓到低浓，纯物理过程，不耗能，无载体。
（2）影响运输的因素：
分子小、极性小、温度高等。
（3）扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式，水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子。
脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子（O2、CO2）及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。
★促进扩散
（1）被动的物质跨膜运输方式。
（2）物质运输过程中不消耗能量。
（3）参与运输的物质本身的分子结构不发生变化。
（4）不能进行逆浓度运输。
（5）运输速率与膜内外物质的浓度差成正比。
（6）通过促进扩散进行跨膜运输的物质需要借助于载体的作用才能进入细胞，而且每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性。
（7）载体只影响物质的运输速率，并不改变该物质在膜内外形成的动态平衡状态；
这种性质都类似于酶的作用特征，因此载体蛋白也称为透过酶。
（8）透过酶大都是诱导酶，只有在环境中存在机体生长所需的营养物质时，相应的透过酶才合成。
（9）真核生物多见，原核生物少见。
（10）促进扩散运输的营养物质：
氨基酸、单糖、无机盐和维生素等。
★主动运输
在细胞膜上特异性渗透酶的参与下，消耗能量，可以逆浓度差运输营养物质，且被运输物质前后并不发生任何变化的一种物质运输形式，是细菌细胞吸收营养物质的主要方式。
★主动转运特点
（1）在物质运输过程中需要消耗能量。
（2）可以进行逆浓度运输。
（3）需要载体蛋白，载体蛋白通过构象变化而改变与被运输物质的亲和力，使两者之间发生可逆性结合与分离，其构象变化需要消耗能量。
（图P135）
★细菌的主动转运系统有三种类型：
（1）依赖周质间隙结合蛋白的转运。
（2）化学渗透驱使转运。
（3）基团转位。
★基因转位
有一个复杂的运输系统（酶系）来完成物质的运输；
在主送运输的基础上，物质在运输过程中发生化学变化。
主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输。
★细菌营养类型的划分依据
自养型生物
异养型生物
光能营养型
化能营养型
光能自养型：
以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长。
光能异养型：
以光为能源，但生长需要一定的有机营养。
化能自养型：
以无机物氧化获得能量，生长不依赖有机营养物。
化能异养型：
以有机物氧化获得能量，生长依赖于有机营养物。
（绝大多
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