细菌的结构
一、细菌的基本结构
包括:细胞壁、细胞膜、细胞质、核质
细胞壁 是位于细菌细胞最外层,包绕在细胞膜周围,无色透明、坚韧而富有弹性的膜状结构。平均厚度为12——30nm,组成较复杂,并随不同菌种而异。主要成分是肽聚糖。
不同细菌细胞壁的组成不同,根据革兰染色法将细菌分为两大类:革兰阳性菌和革兰阴性菌。
革兰阳性菌:肽聚糖(peptidoglycan)—聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥(三维立体结构)。聚糖骨架是由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸经β-1,4糖苷键连接,在N-乙酰胞壁酸分子上连接四肽侧链,四肽侧链再由五肽交联桥组成。革兰阳性菌细胞壁肽聚糖经这样的三级链接,构成了交叉的、机械强度相当大的空间框架结构,交联率为75%,坚固而致密。这种三维立体结构的肽聚糖在革兰阳性菌中高达50层,为其细胞壁主要成分。
溶菌酶能切断β-1,4糖苷键,引起细菌裂解。青霉素能干扰四肽侧链和五肽交联桥的连接,使细菌不能合成完成的细胞壁,可导致细菌死亡。
革兰阴性菌:肽聚糖(peptidoglycan)—聚糖骨架、四肽侧链(二维平面结构)。聚糖骨架组成与阳性菌相同,也是由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸经β-1,4糖苷键连接,但是缺乏交联桥,只能形成二维平面结构,而且交联率低,只有25%,故多数侧链呈游离状。这种二维平面的肽聚糖在革兰阴性菌中只有1——2层,只作为其细胞壁的组成成分之一。
革兰阳性菌细胞壁特殊组分——磷壁酸(teichoic acid) 磷壁酸为革兰阳性菌特有成分,按结合部位不同分为壁磷壁酸和膜磷壁酸两种。壁磷壁酸结合在细胞壁的肽聚糖的胞壁酸上,另一端游离于细胞外;膜磷壁酸结合在细胞膜上。另一端游离。
革兰阴性菌细胞壁特殊组分——外膜(outer membrane) 外膜位于肽聚糖外侧,由内向外由脂蛋白、脂质双层和脂多糖三部分组成。
革兰阴性菌与革兰阳性菌细胞壁结构比较
细胞壁 |
革兰阳性菌 |
革兰阴性菌 |
强度 |
较坚韧 |
较疏松 |
厚度 |
20-80nm |
10-15nm |
肽聚糖层数 |
可多达50层 |
1-2层 |
肽聚糖含量 |
占细胞壁干重50%-80% |
占细胞壁干重5%-20% |
磷壁酸 |
+ |
— |
脂质双层 |
— |
+ |
脂蛋白 |
— |
+ |
脂多糖 |
— |
+ |
细胞壁的功能
维持菌体固有的形态:细菌一旦失去细胞壁,就变得多形。
保护细菌抵抗低渗环境:菌体内的大气压是外界的5~25倍,没有细胞壁,必将涨破。
参与菌体内外的物质交换:与细胞膜一起参与物质交换,细胞壁上有很多小孔,容许小分子物质通过
菌体表面带有多种抗原分子,可诱发机体的免疫应答。
细菌细胞壁缺陷型或L型(bacterial L form):细胞壁的肽聚糖结构受到理化或生物因素的直接破坏或合成被抑制,受损后的细菌在高渗环境下仍可存活的细菌。
某些L型仍有一定的致病力,通常引起慢性感染。
细菌L型呈高度多形性,大小不一。着色不匀,无论其原为革兰阳性或阴性菌,形成L型大多染成革兰阴性。细菌L型生长缓慢,营养要求高,对渗透压敏感,普通营养基上不能生长,培养时必须用高渗的含血清的培养基。
细菌L型在高渗的含血清的培养基上生长后形成三种类型的菌落
细胞膜
细菌细胞膜的结构与真核细胞者基本相同,由磷脂和多种蛋白质组成,但不含胆固醇。
细菌细胞膜的功能与真核细胞者类似,主要有物质转运、生物合成、分泌和呼吸等作用。
细菌细胞膜可形成一种特有的结构,称为中介体。中介体:是部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物,多见于革兰阳性菌。其功能类似于真核细胞的线粒体,故亦称为拟线粒体。
细胞质
核糖体(ribosome):细菌合成蛋白质的场所,游离存在于蛋白质中。
质粒(plasmid):染色体外的遗传物质,存在于细胞质中。为闭合环状的双链DNA,控制细菌某些特定的遗传特性。
细菌细胞质中含有多种颗粒,大多为贮藏的营养物质。其中有一种主要成分是RNA和多偏磷酸盐的颗粒,其嗜碱性强,用亚甲蓝染色时着色较深呈紫色,称为异染颗粒(metachromatic granule)。常见于白喉棒状杆菌,位于菌体两端,故又称极体(polar body),有助于鉴定。
核质
核质由单一密闭环状DNA分子反复回旋卷曲盘绕组成松散网状结构。细菌是原核细胞,不具有成形的核。细菌的遗传物质称为核质或拟核,无核膜、核仁和有丝分裂器。功能与真核细胞的染色体相似——决定细菌各种遗传性状。
二、特殊结构
荚膜:某些细菌在其细胞壁外包绕一层粘液性物质,当其厚度>=0.2µm,边界明显,光镜下可见时,称为荚膜。厚度< 0.2µm者称为微荚膜。其成分为疏水性多糖或蛋白质的多聚体,用理化方法去除后并不影响细胞的生命活动。
荚膜的功能—与细菌的致病性有关,抗吞噬作用;;粘附作用;抗有害物质的损伤作用。
鞭毛:许多细菌在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物,称为鞭毛,是细菌的运动器官。 鞭毛需用电子显微镜观察,或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在光镜下看到。
菌毛:许多革兰阴性菌和少数革兰阳性菌菌体表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物,与细菌的运动无关。根据功能不同,菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类。普通菌毛是细菌的黏附结构,性菌毛参与F质粒的接合传递。菌毛在普通光学显微镜下看不到,必须用电子显微镜观察。
芽胞:某些细菌在一定的环境条件下,能在菌体内部形成一个圆形或卵圆形小体,是细菌的休眠形式。芽胞形成后细菌即失去繁殖能力,不能再进行二分裂繁殖。产生芽胞的都是革兰阳性菌。芽孢折光性强、壁厚、不易着色,经特殊染色光镜下可见。芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异,有重要的鉴别意义。芽胞的抵抗力强,可在自然界中存在多年,是重要的传染源。但芽胞并不直接引起疾病,只有发芽成为繁殖体后,才能迅速大量繁殖而致病。芽胞抵抗力强,故应以杀灭芽胞作为可靠的灭菌指标。高压蒸汽灭菌法是杀灭芽孢最有效的方法。
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