微生物學考研筆記(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 作用原理：β內酰胺環的結構與肽聚糖單體五肽尾末端DAla DAla二肽結構相近，因而可競爭性地抑制轉肽酶的活性，抑制肽聚糖單體間的交聯，形成缺損的細胞壁。作用特點：對生長旺盛的革氏陽性菌有明顯的抑制作用。青霉素b內酰胺環結構與D丙氨酸末端結構相似，從而能占據D丙氨酸的位置與轉肽酶結合，并將酶滅活，肽鏈之間無法彼此連接，抑制了細胞壁的合成。溶菌酶的作用：通過水解N乙酰葡萄糖胺與N乙酰胞壁酸間的β1,4糖苷鍵，引起細胞壁“散架”，形成細胞壁完全脫去或部分除去的原生質體（革氏陽性菌）或球狀體（革氏陰性菌）。在低滲溶液中，原生質體或球狀體因吸水膨脹并最終導致破裂而死亡；在等滲蔗糖溶液中，能得到原生質體或球狀體。古生菌的細胞壁（周德慶p16）古生菌除了熱原體屬沒有細胞壁外，其余都有與真細菌類似功能的細胞壁。古生菌細胞壁中沒有真正的肽聚糖，而是由假肽聚糖、糖蛋白或蛋白質構成。假肽聚糖：雙糖單位：N乙酰葡糖胺 β –1，3糖苷鍵 N乙酰塔羅糖胺 （不被溶菌酶水解）肽尾：LGlu, LAla, LLys 3個肽橋：LGlu 1個氨基酸組成 細胞膜（cell membrane）細胞質膜（cytoplasmic membrane），又稱質膜（plasma membrane）、細胞膜（cell membrane）或內膜（inner membrane），是緊貼在細胞壁內側、包圍著細胞質的一層柔軟、脆弱、富有彈性的半透性薄膜，厚約7～8nm，由磷脂（占20%～30%）和蛋白質（占50%～70%）組成。觀察方法：質壁分離后結合鑒別性染色在光學顯微鏡下觀察；原生質體破裂；超薄切片電鏡觀察；電鏡觀察到的細胞質膜，是在上下兩暗色層之間夾著一淺色中間層的雙層膜結構，這與細胞膜的化學組成有關。（1）化學組成：磷脂（20~30%）；蛋白質（50~70%）A. 磷脂親水的極性端；疏水的非極性端在極性頭的甘油3C上，不同種微生物具有不同的R基，如磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸或磷脂酰肌醇等。非極性尾則由長鏈脂肪酸通過酯鍵連接在甘油的C1和C2位上組成，其鏈長和飽和度因細菌種類和生長溫度而異。在生理溫度下，脂肪酸末端排列成固定的晶格。不飽和脂肪酸的雙鍵可導致膜結構的變形。當磷脂分子中二者同時存在時，在一定條件下就阻礙了形成晶格結構所需要的有秩序排列。膜的流動性很大程度上取決于不飽和脂肪酸的結構和相對含量。細胞膜上長鏈脂肪酸的鏈長和飽和度因細菌種類和生長溫度而異，通常生長溫度要求越高的種，其飽和度也越高，反之則低。甾醇類物質由磷脂分子形成的雙分子膜中加入甾醇類物質可以提高膜的穩定性B. 膜蛋白約占細菌細胞膜的50%～70%，比任何一種生物膜都高，而且種類也多。細胞膜是重要的代謝活動中心。根據作用 功能蛋白：擔負生理機能（轉運蛋白、電子傳遞蛋白、ATP合成酶、合成細胞壁及糖被的酶） 結構蛋白：維持膜結構根據分布 整合蛋白（integral protein）或內嵌蛋白（intrinsic protein） 周邊蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白(extrinsic protein)（２）結構液態鑲嵌模型(fluid mosaic model) P24①膜的主體是脂質雙分子層；②脂質雙分子層具有流動性；③整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂質雙分子層的疏水性內層中；④周邊蛋白表面含有親水基團，故可通過靜電引力與脂質雙分子層表面的極性頭相連；⑤脂質分子間或脂質與蛋白質分子間無共價結合；⑥脂質雙分子層猶如一“海洋”，周邊蛋白可在其上作“漂浮”運動，整合蛋白則似“冰山”狀沉浸在其中作橫向移動。細胞膜是高度有序且不對稱的系統，同時又是柔韌、動態的。流動性：1）膜經受一定程度變形而不被破壞 2）膜中各種成分按需要調整分布，表現出膜的多種功能不對稱性：保證膜的方向性功能 如：能量轉換中質子梯度產生物質的傳遞（３）細胞膜的生理功能（參見P 24）①物質運輸,選擇性地控制營養物質和代謝產物的運送；②滲透屏障,維持細胞內正常的滲透壓；③合成細胞壁和糖被的各種組分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、莢膜多糖等）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謝的酶系，是細胞的產能場所；⑤鞭毛基體的著生部位和鞭毛旋轉的供能部位；（４）間體（mesosome）：細胞質膜內褶而形成的泡囊狀、管狀或層狀的構造。多見于革蘭氏陽性細菌。不同看法：青霉素酶分泌、DNA復制、分配以及細胞分裂有關；“間體”僅是電鏡制片時因脫水操作而引起的一種贗像（5）古生菌細胞膜的獨特性和多樣性 參見周德慶p20① 古生菌與真細菌細胞膜中的磷脂有明顯差異真細菌：磷酸甘油酯古生菌：異戊二烯甘油醚② 古生菌細胞膜中存在著獨特的單分子層或單、雙分子層混合膜細胞質和內含物P25細胞質（cytoplasm）是細胞質膜包圍的除核區外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質的總稱。含水量約80%。細胞質的主要成分為核糖體、貯藏物、酶類、中間代謝物、各種營養物和大分子的單體等，少數細菌還有類囊體、羧酶體、氣泡或伴孢晶體等有特定功能的組分。一些內含物無膜包裹，自由存在于細胞質中，如多聚磷酸鹽顆粒、藻青素顆粒和一些糖原顆粒；另一些內含物則由單層膜（不是典型的雙層膜）所包裹，如聚β羥丁酸顆粒、某些糖原和硫粒、羧酶體及氣泡等。內含物膜在組成上各不相同，有些為蛋白質，而另一些則包含脂類。（１）顆粒狀貯藏物(reserve materials) P26各種有機或無機物質的顆粒，主要功能是貯存（碳化合物、無機物和能源），也可將分子連接為特定的形式來降低滲透壓。糖原：大腸桿菌、克雷伯氏菌、芽孢桿菌和藍細菌等 碳源及能源類 聚β羥丁酸（PHB）：固氮菌、產堿菌和腸桿菌等 硫粒：紫硫細菌、絲硫細菌、貝氏硫桿菌等貯藏物 氮源類 藻青素：藍細菌 藻青蛋白：藍細菌 磷源（異染粒）：迂回螺菌、白喉棒桿菌、結核分枝桿菌A. 聚β羥丁酸 ( polyβhydroxybutyrate, PHB) （P26）細菌特有的一種類脂性質的碳源類貯藏物。PHB于1929年被發現，至今已發現60屬以上的細菌能合成并貯藏。巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium）在含乙酸或丁酸的培養基中生長時，細胞內貯藏PHB可達其干重的60%。作用：細菌特有的碳源和能源儲藏物；維持胞內中性環境；降低胞內滲透壓用途：它無毒、可塑、易降解，被認為是生產醫用塑料、生物降解塑料的良好原料。B. 多糖類貯藏物（糖原粒和淀粉粒）在真細菌中以糖原為多糖原粒較小，不染色需用電鏡觀察，用碘液染成紅棕色，可在光學顯微鏡下看到。有的細菌積累淀粉粒，用碘液染成深蘭色。C. 異染粒(metachromatic granules)，又稱迂回體或捩轉菌素（參見P26）用蘭色染料染色后呈紅紫色組成：無機偏磷酸的聚合物（一般在含磷豐富的環境下形成。）功能：磷源和能量；可降低細胞的滲透壓（sulfur globules）很多光合細菌（紫硫細菌、紫色細菌、綠色細菌和藍細菌），在進行產能代謝或生物合成時，常涉及對還原性的硫化物（H2S，硫代硫酸鹽等）的氧化，所產生的折光性很強的硫粒，可在周質空間或細胞質中積累。功能：硫元素儲藏物；參與產能代謝和生物合成E. 藻青素（cyanophycin）氮源貯藏物，同時還兼有貯存能源的作用。通常存在于藍細菌中。微生物儲藏物的特點及生理功能：①不同微生物其儲藏性內含物不同（例如厭氣性梭狀芽孢桿菌只含PHB，大腸桿菌只儲藏糖原，但有些光和細菌二者兼有）②微生物合理利用營養物質的一種調節方式：當環境中缺乏能源而碳源豐富時，細胞內就儲藏較多的碳源類內含物，甚至達到細胞干重的50%，如果把這樣的細胞移入有氮的培養基時，這些儲藏物將被作為碳源和能源而用于合成反應。③儲藏物以多聚體的形式存在，有利于維持細胞內環境的平衡，避免不適合的pH，滲透壓等的危害。（例如羥基丁酸分子呈酸性，而當其聚合成聚β羥丁酸（ PHB）就成為中性脂肪酸了，這樣便能維持細胞內中性環境，避免菌體內酸性增高。）儲藏物在細菌細胞中大量積累，還可以被人們利用。（2）磁小體(megnetosome) P26趨磁細菌細胞中含有的大小均勻、數目不等的Fe3O4顆粒，外有一層膜包裹。存在：少數水生螺菌屬等。功能：導向作用。即借鞭毛游向對該菌最有利的泥、水界面微氧環境處生活。實用前景：生產磁性定向藥物或抗體，制造生物傳感器等。（３）羧酶體(carboxysome) （參見周德慶P21）一些自養細菌（藍細菌、硝化細菌和硫桿菌）細胞內由單層膜圍成的多角形或六角形內含物內含1,5二磷酸核酮糖羧化酶（卡爾文循環的關鍵酶）作用：自養細菌的CO2固定場所（4）氣泡（gas vocuoles）（參見P25） 許多光合營養型、無鞭毛運動的水生細菌中存在的充滿氣體的泡囊狀內含物，～75nm，內由數排柱形小空泡組成，外有2nm厚的蛋白質膜包裹。功能：調節細胞比重以使細胞漂浮在最適水層中獲取光能、O2和營養物質專性好氧的鹽桿菌屬（Halobacterium）的細菌，卻生活在含氧極少的飽和鹽水中，它們細胞中氣泡顯著，其作用被認為是使菌體浮于鹽水表面，以保證細胞更接近空氣。有些厭氧性光合細菌利用氣泡集中在水下1030米深處，這樣既能吸收適宜的光線和營養進行光合作用，又可以避免直接與氧接觸。藍細菌生長時依靠細胞內的氣泡而漂浮于湖水表面，并隨風聚集成塊，常使湖內出現“水花”。氣泡的膜只含蛋白質而無磷脂。二種蛋白質相互交連，形成一個堅硬的結構，可耐受一定的壓力。膜的外表面親水，而內側絕對疏水，故氣泡只能透氣而不能透過水和溶質。（5）核糖體（ribosome）原核生物核糖體的沉降系數是70S 50S大亞基 30S小亞基在細菌中，80%~90%核糖體串連在mRNA上，以多聚體的形式存在。功能：合成蛋白質的場所鏈霉素等抗生素通過作用于細菌核糖體的30S亞基而抑制細菌蛋白質的合成，而對人的80S核糖體不起作用，故可治療細菌引起的疾病，而對人體無害。（6）質粒（plasmid）（放第八章“微生物學遺傳學”講）核區（nuclear region or area）又稱核質體，原核，擬核、核基因組、細菌染色體無核膜、無固定形態的原始細胞核細菌染色體DNA：1個環狀雙鏈（通常），高度折疊細菌染色體DNA也與一些堿性蛋白結合（不是組蛋白，稱為類組蛋白），這種結合使DNA 得以超螺旋，具有穩定細菌染色體DNA 、適應和調節DNA復制、轉錄、轉譯的作用。細菌染色體的組織結構： 大腸桿菌染色體由50~100個結構域（domain）或環（loop）組成。其固定在蛋白質膜的核心或支架上，而此核心或支架又與內膜系統中的間體相連，起著阻止DNA旋轉的屏障作用，以確保結構域在拓撲學上相互獨立。功能：負載遺傳信息的主要物質基礎芽孢（spore）P331）概念某些細菌在其生長發育后期，在細胞內形成一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強的休眠體，稱為芽孢（偶譯“內生孢子” ，endospore ）。2）芽孢的特點 P25（熱、干燥、輻射等）。 整個生物界中抗逆性最強的生命體，是否能消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標。，不是繁殖體。在適宜的條件下可以重新轉變成為營養態細胞（每個細胞只形成一個芽孢，一個芽孢萌發也只形成一個營養體細胞，所以，芽孢僅僅是芽孢細菌生活史中一部分）。產芽孢細菌的保藏多用其芽孢。C. 折光性強，不易著色（芽孢染色法）。3）形成條件A. 由菌種的遺傳特性決定B. 所需條件因種而異必需的養料（碳源和/或氮源）耗盡而停止生長時（既進入穩定期時）形成；富含有機氮的培養基（蘇云金芽孢桿菌）；培養基中加入Mn2+溫度改變 各種細菌有其形成芽孢的最適條件，包括pH、供氧情況、溫度、營養、培養基中的離子濃度和種類等。4）形成芽孢的菌種產芽孢的細菌多為G+桿菌，也有一些球菌桿菌 （好氣性）芽孢桿菌屬（Bacillus）主要產芽孢菌 （厭氣性）梭菌屬(Clostridium)球菌：芽孢八疊球菌屬5）構造與耐熱機制 P34芽孢與母細胞相比不論化學組成（皮層含吡啶二羧酸鈣DPACa，芽孢肽聚糖）、細微結構、生理功能等方面都完全不同：（參見P33圖2－27）芽孢衣結構致密對多價陽離子和水分的透性很差皮層的離子強度很高，產生極高的滲透壓奪取芽孢核心的水分，結果造成皮層的充分膨脹。核心部分的細胞質卻變得高度失水，因此，具極強的耐熱性。滲透調節皮層膨脹學說芽孢抗熱性的可能原因①芽孢衣的不通透性；②原生質體的高度脫水狀態；③含高濃度的吡啶二羧酸鈣DPACa（形成耐熱凝膠樣的物質）；④存在酸溶性結合蛋白對DNA的穩定作用；⑤含DNA修復酶，可對核心復活后的出芽和生長過程中的DNA進行修復。⑥與所含的一些酶有關。這些酶本身并不抗熱，只是在芽孢中與一些物質結合之后才有抗熱性。（如蠟狀芽孢桿菌中的丙氨酸消旋酶附著在芽孢衣上時抗熱，與芽孢衣分離后不抗熱。）6）芽孢形成與萌發萌發：3 個階段活化：加熱、化學物質（Mn2+, 表面活性劑，氨基酸，糖