細(xì)菌的生物學(xué)特性

細(xì)菌的生物學(xué)特性細(xì)菌的生物學(xué)特性細(xì)菌的生物學(xué)特性V:1.0精細(xì)整理，僅供參考細(xì)菌的生物學(xué)特性日期：20xx年X月細(xì)菌是一種具有細(xì)胞壁的單細(xì)胞微生物，在適宜條件下，能進(jìn)行無性二分裂繁殖，其形態(tài)和結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。掌握細(xì)菌形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，對(duì)鑒別細(xì)菌，研究致病性，診斷疾病和防治原則等都有重要意義。第一節(jié)細(xì)菌大小與形態(tài)一細(xì)菌的大小細(xì)菌體積微小，一般要用光學(xué)顯微鏡放大幾百倍到一千倍左右才能觀察到。通常以微米(μm)為測(cè)量其大小的單位。細(xì)菌種類不同，大小差異很大，同一種細(xì)菌在不同生長(zhǎng)環(huán)境中，或在同一生長(zhǎng)環(huán)境的不同生長(zhǎng)繁殖階段，其大小也有差別。二細(xì)菌的形態(tài)細(xì)菌的基本形態(tài)有球狀、桿狀及螺旋狀，根據(jù)形態(tài)特征將細(xì)菌分為球菌、桿菌和螺形菌三大類.(一)球菌(coccus)球菌單個(gè)菌細(xì)胞基本上呈球狀。按細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖時(shí)的分裂平面及分裂后排列方式不同，可將球菌分為：1.雙球菌：細(xì)菌在一個(gè)平面分裂，分裂后兩個(gè)菌細(xì)胞成雙排列，如肺炎鏈球菌。2.鏈球菌：細(xì)菌由一個(gè)平面分裂，分裂后菌細(xì)胞連在一起，呈鏈狀，如乙型溶血性鏈球菌。3葡萄球菌：細(xì)菌在多個(gè)不規(guī)則的平面上分裂，分裂后菌細(xì)胞聚集在一起似葡萄串狀，如金黃色葡萄球菌。4.四聯(lián)球菌：細(xì)菌在兩個(gè)相互垂直的平面上分裂，分裂后四個(gè)菌細(xì)胞聯(lián)在一起。5.八疊球菌：細(xì)菌在上下、前后和左右三個(gè)相互垂直的平面上分裂，分裂后八個(gè)菌細(xì)胞聯(lián)在一起。(二)桿菌(bacillus)桿菌呈桿狀，多數(shù)為直桿狀，也有稍彎的。不同桿菌的大小、長(zhǎng)短、粗細(xì)差異很大。大桿菌如炭疽桿菌長(zhǎng)3～10μm，中等的如大腸桿菌長(zhǎng)2～3μm，小的如流感桿菌長(zhǎng)0.7～1.5μm。菌體粗短呈卵園形的稱為球桿菌；菌體末端膨大成棒狀，稱棒狀桿菌；菌體常呈分枝生長(zhǎng)趨勢(shì)，稱為分枝桿菌，大多數(shù)桿菌是單個(gè)、分散排列的，但有少數(shù)桿菌分裂后菌細(xì)胞連在一起呈鏈狀，稱為鏈桿菌。(三)螺形菌(spirillarbacterium)螺形菌菌細(xì)胞呈彎曲或旋轉(zhuǎn)狀，可分為兩類：1.弧菌：菌細(xì)胞只有一個(gè)彎曲呈弧形或逗點(diǎn)狀，如霍亂弧菌。2.螺菌：菌細(xì)胞有多個(gè)彎曲，如鼠咬熱螺菌。彎曲呈“S”或海鷗形者如空腸彎曲菌、幽門螺桿菌等。第二節(jié)細(xì)菌的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成細(xì)菌的基本結(jié)構(gòu)有細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和核質(zhì)四個(gè)部分組成。某些細(xì)菌除具有其基本結(jié)構(gòu)外，還有莢膜、鞕毛、菌毛、芽胞等特殊結(jié)構(gòu)。一、基本結(jié)構(gòu)(一)細(xì)胞壁(cellwall)細(xì)胞壁位于細(xì)菌的最外層，是一層質(zhì)地堅(jiān)韌而略有彈性的膜狀結(jié)構(gòu)，其化學(xué)組成比較復(fù)雜，并隨不同細(xì)菌而異。用革蘭染色法可將細(xì)菌分為革蘭陽性菌和革蘭陰性菌兩大類。兩類細(xì)菌細(xì)胞壁的共有組分為肽聚糖，但各自還有其特殊組成成分。1.肽聚糖(peptidoglycan)細(xì)菌細(xì)胞壁的基本結(jié)構(gòu)是肽聚糖，又稱粘肽。它是原核生物細(xì)胞所特有的物質(zhì)，不同種類的細(xì)菌，其組成與連接的方式亦有差別。革蘭陽性菌的肽聚糖由聚糖骨架、四肽側(cè)鏈和五肽交聯(lián)橋三部分組成(圖11-3，a)，革蘭陰性菌的肽聚糖由聚糖骨架和四肽側(cè)鏈兩部分組成(圖11-3，b)。聚糖骨架由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸交替間隔排列，經(jīng)β-1，4糖苷鍵聯(lián)結(jié)成的聚糖鏈。每種細(xì)菌細(xì)胞壁的聚糖骨架均相同，但四肽側(cè)鏈的組成和聯(lián)結(jié)方式隨菌種不同而異。如葡萄球菌(革蘭陽性菌)的四肽側(cè)鏈的氨基酸依次序排列為L(zhǎng)-丙氨酸、D-谷氨酸、L-賴氨酸和D-丙氨酸；四肽側(cè)鏈連接在N-乙酰胞壁酸上，再由五個(gè)甘氨酸組成的五肽交聯(lián)橋，將相鄰的四肽側(cè)鏈一側(cè)的第三位賴氨酸與另一側(cè)的第四位丙氨酸交聯(lián)起來，從而構(gòu)成機(jī)械強(qiáng)度十分堅(jiān)韌的三維立體結(jié)構(gòu)，再聚合成多層框架。如大腸桿菌(革蘭陰性菌)的四肽側(cè)鏈的氨基酸依秩序排列為L(zhǎng)-丙氨酸、D-谷氨酸、二氨基庚二酸(DAP)和D-丙氨酸；第三位的二氨基庚二酸與相鄰四肽側(cè)鏈末端的D-丙氨酸直接連接，因?yàn)闆]有五肽交聯(lián)橋，所以只形成單層平面網(wǎng)絡(luò)的二維結(jié)構(gòu)。2.革蘭陽性菌細(xì)胞壁組成細(xì)胞壁較厚(20～80nm)。肽聚糖約有15～50層，占細(xì)胞壁干重的50%～80%。其余成分是磷壁酸，磷壁酸按結(jié)合部位分壁磷壁酸和膜磷壁酸兩種。磷壁酸是革蘭陽性菌細(xì)胞壁所特有，它是重要的表面抗原。3.革蘭陰性菌細(xì)胞壁組成細(xì)胞壁較薄(10～15nm)，肽聚糖僅1～2層，不含磷壁酸，在肽聚糖層之外有由脂蛋白、脂質(zhì)雙層和脂多糖三部分組成的外膜，約占細(xì)胞壁干重的80%(圖11-5)。最外層的脂多糖是細(xì)菌內(nèi)毒素的主要成分，它由脂質(zhì)A、核心多糖和特異多糖三部分組成。革蘭陽性菌與陰性菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致兩類細(xì)菌的染色性、抗原性、致病性和免疫性以及對(duì)抗生素的敏感性存在差異，從而在診斷方法及防治原則方面也不相同。如青霉素和頭孢菌素能抑制革蘭陽性菌肽聚糖的五肽交聯(lián)橋，萬古霉素和桿菌肽可抑制四肽側(cè)鏈的連結(jié)，磷霉素和環(huán)絲氨酸能抑制聚糖骨架的合成，溶菌酶可水解聚糖骨架的β-1，4糖苷鍵而發(fā)揮殺菌作用。革蘭陰性菌細(xì)胞壁有外膜保護(hù)，故青霉素和溶菌酶對(duì)其作用甚微。人體和動(dòng)物細(xì)胞沒有細(xì)胞壁，因此青霉素類對(duì)人體無毒性。(二)細(xì)胞膜(cellmembrane)細(xì)菌細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與真核細(xì)胞膜基本相同，是由磷脂和多種蛋白質(zhì)組成的單位膜，但不含膽固醇。它位于細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)，緊包細(xì)胞質(zhì)，是質(zhì)地柔韌致密而富有彈性的一層半透膜。其功能主要是物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，生物合成、分泌和呼吸等作用，亦是細(xì)菌滲透屏障和賴以生存的重要結(jié)構(gòu)之一。(三)細(xì)胞質(zhì)(cytoplasm)細(xì)胞質(zhì)是細(xì)胞膜所包裹的溶膠狀物質(zhì)，其基本成分是水、蛋白質(zhì)、核酸和脂類，也含有少量的糖和無機(jī)鹽。細(xì)胞質(zhì)中RNA含量很多，可達(dá)菌體固體成分的15%～20%，使菌體嗜堿性較強(qiáng)，易被堿性染料均勻著色。細(xì)胞質(zhì)是細(xì)菌的合成代謝和分解代謝的場(chǎng)所，含有多種酶系統(tǒng)，細(xì)菌蛋白質(zhì)、酶、核酸的合成在其中進(jìn)行。細(xì)胞質(zhì)是細(xì)菌生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，其中與醫(yī)學(xué)有關(guān)的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)亞結(jié)構(gòu)主要有核蛋白體、質(zhì)粒、胞質(zhì)顆粒等。1.核蛋白體(ribosome)核蛋白體又稱核糖體，是細(xì)菌蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所，每個(gè)菌體內(nèi)可達(dá)數(shù)萬個(gè)。其化學(xué)組成70%是RNA，30%為蛋白質(zhì)。其沉降系數(shù)為70S，由50S和30S兩個(gè)亞基組成，鏈霉素或紅霉素能分別與30S亞基或50S亞基結(jié)合，干擾蛋白質(zhì)合成，從而殺死細(xì)菌。2.質(zhì)粒(plasmid)質(zhì)粒是細(xì)菌染色體以外的遺傳物質(zhì)，存于細(xì)胞質(zhì)中，其化學(xué)成分是閉合環(huán)狀的雙股DNA分子，帶有遺傳信息，控制著某些特定的遺傳性狀。質(zhì)粒能自我復(fù)制，可隨細(xì)菌分裂轉(zhuǎn)移到子代細(xì)胞中，也能通過接合等方式在菌體間傳遞。醫(yī)學(xué)上重要的質(zhì)粒有耐藥性R質(zhì)粒，產(chǎn)生性菌毛的F質(zhì)粒，使大腸埃希菌產(chǎn)生細(xì)菌素的Col質(zhì)粒，產(chǎn)腸毒素的ST、LT質(zhì)粒等。質(zhì)粒被廣泛用作分子生物學(xué)研究的載體，但質(zhì)粒不是細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖所必不可少的，失去質(zhì)粒的細(xì)菌仍能正常生存。3.胞質(zhì)顆粒細(xì)菌胞質(zhì)中常含有多種顆粒，多為細(xì)菌貯備的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如多糖、脂類及多磷酸鹽等。有細(xì)菌胞質(zhì)中含有由RNA和偏磷酸鹽成分組成的胞質(zhì)顆粒，經(jīng)美藍(lán)染色，著色較深呈深藍(lán)色，與菌體其他部分不同，故名為異染顆粒，如白喉棒狀桿菌、鼠疫耶爾森菌和結(jié)核分枝桿菌等。(四)核質(zhì)(nuclearmaterial)細(xì)菌不具有成形的核，無核仁和核膜，其遺傳物質(zhì)稱核質(zhì)或擬核，主要成分是DNA。細(xì)菌的核質(zhì)具有細(xì)胞核的功能，決定細(xì)菌的生命活動(dòng)，控制細(xì)菌的生長(zhǎng)、繁殖、遺傳、變異等多種遺傳性狀。二、特殊結(jié)構(gòu)(一)莢膜(capsule)某些細(xì)菌在生長(zhǎng)過程中在細(xì)胞壁外形成一層界限較明顯，質(zhì)地均勻的粘液性物質(zhì)，其厚度大于0.2μm稱莢膜；小于0.2μm稱微莢膜。莢膜化學(xué)成分在多數(shù)菌為多糖，少數(shù)菌為多肽，一般隨細(xì)菌種類、型別不同而異。莢膜充當(dāng)分子篩和粘附素的作用，并具有抗原性及抗吞噬功能。細(xì)菌莢膜是鑒別細(xì)菌的指標(biāo)之一?，F(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)某些細(xì)菌細(xì)胞壁外雖然沒有明顯的莢膜，但存在著與莢膜功能相似的粘層和S層。(二)鞭毛(flagellum)弧菌、螺菌、許多桿菌及少數(shù)球菌的菌體上有細(xì)長(zhǎng)彎曲的絲狀物，稱為鞭毛。鞭毛起始于細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)的基礎(chǔ)小體(又稱基體或基粒)，穿過細(xì)胞壁后成為鉤狀體，由此向外伸出絲狀體。G-菌與G+菌鞭毛的基礎(chǔ)小體結(jié)構(gòu)不同。G-菌的基礎(chǔ)小體上有兩對(duì)環(huán)，一對(duì)為L(zhǎng)環(huán)和P環(huán)扣著細(xì)胞壁外膜，一對(duì)為S環(huán)和M環(huán)扣著細(xì)胞壁；G+菌的基礎(chǔ)小體只有S環(huán)和M環(huán)。鞭毛的化學(xué)組成是單一蛋白亞單位，稱為鞭毛素。鞭毛素氨基酸組成與橫紋肌動(dòng)蛋白相似，與鞭毛的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。有鞭毛的細(xì)菌能在液體環(huán)境中自由游動(dòng)，有利于其趨向營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而逃避有害物質(zhì)。鞭毛有抗原性，稱為H抗原，腸道桿菌的鞭毛抗原在其菌群鑒定和分型有重要意義。根據(jù)鞭毛在菌體上的位置和數(shù)量不同，分為單毛菌、雙毛菌、叢毛菌和周毛菌(圖11—7)，并借此作為鑒別細(xì)菌的指標(biāo)之一。(三)菌毛(Pilus)許多G-菌與少數(shù)G+菌表面有細(xì)而短，多而直的蛋白性絲狀體，稱為菌毛。它必須在電子顯微鏡下才能觀察到(圖11-9)，其化學(xué)成分為蛋白質(zhì)，稱菌毛素。菌毛依形態(tài)、分布和功能不同分為普通菌毛與性菌毛兩類。普通菌毛遍布菌體表面，具有普通菌毛的細(xì)菌，可吸附于粘膜上皮細(xì)胞受體上，構(gòu)成細(xì)菌的一種侵襲力，若其菌毛消失，侵襲力也隨之喪失。性菌毛僅見于少數(shù)G-菌，一個(gè)菌體只有1～4根，比普通菌毛長(zhǎng)而粗，它通過接合方式在細(xì)菌間傳遞遺傳物質(zhì)。(四)芽胞(spore)某些細(xì)菌在一定條件下胞質(zhì)脫水濃縮，在菌體內(nèi)形成具有多層膜包裹，通透性低的圓形或橢圓形小體（圖11-9），稱為芽胞。細(xì)菌是否形成芽胞是由菌體內(nèi)的芽胞基因和芽胞形成條件決定的。不同芽胞菌形成芽胞的大小、形態(tài)和位置不同，是鑒別細(xì)菌的指標(biāo)之一。一個(gè)細(xì)菌繁殖體只能形成一個(gè)芽胞。芽胞成熟后，菌體可崩解，芽胞可從菌體脫落、游離。一般認(rèn)為，芽胞是細(xì)菌的休眠狀態(tài)，能保存細(xì)菌的全部生命活動(dòng)的必需物質(zhì)，但不能繁殖。細(xì)菌芽胞并不直接引起疾病，只有在條件適宜時(shí)芽胞出芽，一個(gè)芽胞形成一個(gè)繁殖體，繁殖體大量繁殖而致病。例如人體外傷形成深部創(chuàng)口，若被泥土中的破傷風(fēng)梭菌芽胞污染，創(chuàng)面上的芽胞出芽成繁殖體，繁殖體在傷口內(nèi)大量生長(zhǎng)繁殖,產(chǎn)生毒素進(jìn)入血液使人致病。芽胞的結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)是芽胞外衣、芽胞殼、外膜、皮質(zhì)、芽胞壁、內(nèi)膜和芽胞的核