原核微生物是指一大类细胞核无核膜包裹，只有称作核区(nuclear region)的裸露DNA的原始单细胞 生物，包括真细菌和古生南两大群。真细莆的细跑膜含由酯键连接的脂类，细胞壁中含特有的肽聚糖（无 壁的枝原体除外)，DN中一般没有内含子（但近年来也有例外的发现）。细菌、放线菌、蓝细菌、枝原 体、立克次氏体和衣原体等都属于真细菌。以下就以最常见的细菌作主要代表详细阐述原核生物细胞的各 部分构造和功能 细菌细胞的檬式构造见圆-1。其中把一般细菌都有的构造称一般构造，而把部分细菌具有的或一般 细茵在特殊环境下才有的构造称为特殊构造 一、细胞壁 细胞壁(cl1al1)是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固定细胞外 形和保护细胞等多种生理功能。通过染色、质壁分离(plasmolysis)或制成原生质体后再在光学显微镜 下观察，可证实细胞壁的存在：用电子显微镜观察细菌超薄切片等方法，更可确证细胞壁的存在。细胞壁 的主要功能有：①固定细胞外形和提高机械强度，从而使其免受渗透压等外力的损伤。例如，有报道说大 肠杆菌(Escherichia coli)的膨压(turgor)可达2个大气压（相当于汽车内胎的压力）：②为细胞的生 长、分裂和毛坛动所必需。失去了细胸壁的原生质体，也就丧失了这些重要功能：③阻兴南蛋白和某些 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：④赋予细菌具有特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。 原核生物的细胞壁除了具有以上的共性外，在革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和古生菌中，还有其各自 的特性，这就是细胞壁的多样性。图3-2和表3-1就是革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌细胞壁在构造和成分 上的主要差别。 1、革兰氏阳性细菌的细胞壁 革兰氏阳性细菌细胞壁的特点是厚度大(2080m)和化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷蹈 酸。 又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物(mucocomplex),是真细菌细胞壁中的特有 成分。革兰氏阳性菌 金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)具典型的肽聚糖，它的肚聚糖厚约 2080m,由40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。肽聚糖分子是由肽与聚糖两部分组 成，其中的肚有四肽尾和肽桥两种，聚糖则由N乙酰葡糖胺和N乙酰胞壁酸相互间隔连接而成，呈长链 骨架状（图3-3）。看似复杂的肽聚糖分子，若把它的基本组成单位剖析一下，就显得十分简单了（图3-4）。 从图3-4可知，每一肽聚糖单体由三部分组成 ①双糖单位：由一个N-乙酰葡糖胺通过B-1,4糖苷健与另一个N乙酰胞壁酸相连，后者为原核生物 所特有的己糖。这一双糖单位中的B-1,4糖苷键很容易被一种广泛分布于卵清、人的泪液和鼻涕以及部 分细菌和噬菌体中的溶菌酶(1 ysozyme)所水解（水解位点在N-乙酰胞壁酸的1碳和N-乙酰萄糖胺的4碳 间)，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。 ②四肽尾或四肽侧链(tetrapeptide side chain):是由四个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接 而成。在金黄色葡萄球菌中，接在乙酰胞壁酸上的四肽尾为L-ala→Dglu→L-1ys→Dala,其中 两种D型氨基酸在细菌细胞壁之外很少出现！ ③肽桥或肽间桥(peptide interbridge)):在金黄色葡萄球菌中，肽桥为甘氨酸五肽，它起者连接前 后两个四肽尾分子的“桥梁”作用。目前所知的肽聚糖己超过10种，在这一“肽聚糖的多样性”中，主 要的变化发生在肽桥上。 (2)磷壁酸(teichoic acid) 20
20 原核微生物是指一大类细胞核无核膜包裹，只有称作核区(nuclear region)的裸露 DNA 的原始单细胞 生物，包括真细菌和古生菌两大群。真细菌的细胞膜含由酯键连接的脂类，细胞壁中含特有的肽聚糖（无 壁的枝原体除外），DNA 中一般没有内含子（但近年来也有例外的发现）。细菌、放线菌、蓝细菌、枝原 体、立克次氏体和衣原体等都属于真细菌。以下就以最常见的细菌作主要代表详细阐述原核生物细胞的各 部分构造和功能。 细菌细胞的模式构造见图 3-1。其中把一般细菌都有的构造称一般构造，而把部分细菌具有的或一般 细菌在特殊环境下才有的构造称为特殊构造。 一、细胞壁 细胞壁（cell wall）是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固定细胞外 形和保护细胞等多种生理功能。通过染色、质壁分离（plasmolysis）或制成原生质体后再在光学显微镜 下观察，可证实细胞壁的存在；用电子显微镜观察细菌超薄切片等方法，更可确证细胞壁的存在。细胞壁 的主要功能有：①固定细胞外形和提高机械强度，从而使其免受渗透压等外力的损伤。例如，有报道说大 肠杆菌（Escherichia coli）的膨压(turgor)可达 2 个大气压（相当于汽车内胎的压力）；②为细胞的生 长、分裂和鞭毛运动所必需。失去了细胞壁的原生质体，也就丧失了这些重要功能；③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；④赋予细菌具有特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。 原核生物的细胞壁除了具有以上的共性外，在革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和古生菌中，还有其各自 的特性，这就是细胞壁的多样性。图 3-2 和表 3-1 就是革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌细胞壁在构造和成分 上的主要差别。 1、革兰氏阳性细菌的细胞壁 革兰氏阳性细菌细胞壁的特点是厚度大（20~80nm）和化学组分简单，一般只含 90%肽聚糖和 10%磷壁 酸。 又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物(mucocomplex)，是真细菌细胞壁中的特有 成分。革兰氏阳性菌——金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）具典型的肽聚糖，它的肽聚糖厚约 20~80nm，由 40 层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。肽聚糖分子是由肽与聚糖两部分组 成，其中的肽有四肽尾和肽桥两种，聚糖则由 N-乙酰葡糖胺和 N-乙酰胞壁酸相互间隔连接而成，呈长链 骨架状（图 3-3）。看似复杂的肽聚糖分子，若把它的基本组成单位剖析一下，就显得十分简单了（图 3-4）。 从图 3-4 可知，每一肽聚糖单体由三部分组成： ①双糖单位：由一个 N-乙酰葡糖胺通过β-1,4-糖苷键与另一个 N-乙酰胞壁酸相连，后者为原核生物 所特有的已糖。这一双糖单位中的β-1,4-糖苷键很容易被一种广泛分布于卵清、人的泪液和鼻涕以及部 分细菌和噬菌体中的溶菌酶(lysozyme)所水解（水解位点在 N-乙酰胞壁酸的 1 碳和 N-乙酰葡糖胺的 4 碳 间），从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。 ②四肽尾或四肽侧链(tetrapeptide side chain)：是由四个氨基酸分子按 L 型与 D 型交替方式连接 而成。在金黄色葡萄球菌中，接在 N-乙酰胞壁酸上的四肽尾为 L-ala →D-glu → L-lys → D-ala，其中 两种 D 型氨基酸在细菌细胞壁之外很少出现。 ③肽桥或肽间桥(peptide interbridge)：在金黄色葡萄球菌中，肽桥为甘氨酸五肽，它起着连接前 后两个四肽尾分子的“桥梁”作用。目前所知的肽聚糖已超过 100 种，在这一“肽聚糖的多样性”中，主 要的变化发生在肽桥上。 （2）磷壁酸（teichoic acid）
是结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。磷壁酸可 分两类，其一为壁磷壁酸，它与肽聚糖分子间进行共价结合，含量会随培养基成分而改变，一般占细胞壁 重量的10%，有时可接近50%。用稀酸或稀碱可以提取。其二为跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的膜磷 酸（又称脂磷壁酸），由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合后形成。其含量与培养条件关系 不大。可用45%热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。磷壁酸有五种类型，主要为甘油磷壁 酸和核糖醇磷壁酸两类，前者在干乳杆菌（亿actobacillus case)等细菌中存在，后者在金黄色葡萄球 菌和芽孢杆菌属(Baci1us)等细菌中存在。图3-5表示甘油磷壁酸的构造及其与肽聚糖分子中的N-乙酰胞 壁酸的共价连接方式 磷壁酸的主要生理功能为： ①其随酸分子上较多的负电荷可提高细胞周围M世”的浓度，进入细胞后就可保证细胞膜上一些需M世 的合成酯提高活性： ②贮藏砖元素： ③增强某些致病菌如A族链球菌(Streptococeus)对主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体 的作用： ④赋予革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原： ⑤可作为菌体的特异性吸附受体： ⑥能调节细跑内自溶素(autolys)的活力，借以防止细胞因自溶而死亡。因为在细胞正常分裂时， 自溶素可使旧壁适度水解并促使新壁不断插入，而当其活力过强时，则细菌会因细胞壁迅速水解而死亡 2、革兰氏阴性细菌的细胞壁 (1)肽聚糖 革兰氏阴性细菌的肽聚糖可举大肠杆菌为代表。它的肽聚糖埋藏在外膜层之内，是仅由12层肽聚轴 网状分子组成的薄层(23m),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。其 结构单体与上述革兰氏阳性菌基本相同，差别仅在于： ①四肽尾的第3个氨基酸不是-1yS,而是被一种只有在原核微生物细胞壁上才有的内消旋二氨基庚 二酸(mDAP)所代替： ②没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的连接仅通过甲四肽尾的第4个氨基酸 一D-ala的羧基与乙 四肽尾的第3个氨基酸 -mDP的氨基直接相连，因而只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套（图 6) (2)外膜(outer membrane) 位于革兰氏阴性细菌细胞外层，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（见图3-2）。 脂多糖(1 ipopolysaccharide,LPS):是位于革兰氏阴性细茵细胞壁最外层的一层较厚(8IOmm) 的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖(core polysaccharide)和0-特异侧链(0-specific side chain, 或称0-多糖或0-抗原)三部分组成。其主要功能为： ①其中的类脂A是革兰氏阴性细茵致病物质一内蠹素的物质其础 ②因其负电荷较强，故与磷壁酸相似，也有吸附Mg”、C等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用： ③由于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，例如，根据PS抗原 性的测定，国际上己报道过的沙门氏菌属(Sa1mome11a)的抗原型多达2107种(1983年)： ④是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体：
21 是结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。磷壁酸可 分两类，其一为壁磷壁酸，它与肽聚糖分子间进行共价结合，含量会随培养基成分而改变，一般占细胞壁 重量的 10%，有时可接近 50%。用稀酸或稀碱可以提取。其二为跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的膜磷壁 酸（又称脂磷壁酸），由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合后形成。其含量与培养条件关系 不大。可用 45%热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。磷壁酸有五种类型，主要为甘油磷壁 酸和核糖醇磷壁酸两类，前者在干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)等细菌中存在，后者在金黄色葡萄球 菌和芽孢杆菌属(Bacillus)等细菌中存在。图 3-5 表示甘油磷壁酸的构造及其与肽聚糖分子中的 N-乙酰胞 壁酸的共价连接方式。 磷壁酸的主要生理功能为： ①其磷酸分子上较多的负电荷可提高细胞周围 Mg2+的浓度，进入细胞后就可保证细胞膜上一些需 Mg2+ 的合成酶提高活性； ②贮藏磷元素； ③增强某些致病菌如 A 族链球菌(Streptococcus)对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体 的作用； ④赋予革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原； ⑤可作为噬菌体的特异性吸附受体； ⑥能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，借以防止细胞因自溶而死亡。因为在细胞正常分裂时， 自溶素可使旧壁适度水解并促使新壁不断插入，而当其活力过强时，则细菌会因细胞壁迅速水解而死亡。 2、革兰氏阴性细菌的细胞壁 （1）肽聚糖 革兰氏阴性细菌的肽聚糖可举大肠杆菌为代表。它的肽聚糖埋藏在外膜层之内，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。其 结构单体与上述革兰氏阳性菌基本相同，差别仅在于： ①四肽尾的第 3 个氨基酸不是 L-lys，而是被一种只有在原核微生物细胞壁上才有的内消旋二氨基庚 二酸(m-DAP)所代替； ②没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的连接仅通过甲四肽尾的第 4 个氨基酸——D-ala 的羧基与乙 四肽尾的第 3 个氨基酸——mDAP 的氨基直接相连，因而只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套（图 3-6）。 （2）外膜(outer membrane) 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（见图 3-2）。 脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）：是位于革兰氏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(core polysaccharide)和 O-特异侧链（O-specific side chain， 或称 O-多糖或 O-抗原）三部分组成。其主要功能为： ①其中的类脂 A 是革兰氏阴性细菌致病物质——内毒素的物质基础； ②因其负电荷较强，故与磷壁酸相似，也有吸附 Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用； ③由于 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，例如，根据 LPS 抗原 性的测定，国际上已报道过的沙门氏菌属(Salmonella)的抗原型多达 2107 种（1983 年）； ④是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；
⑤具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能，例如，它可透过若干种较小的分子（嘌吟、密 啶、双糖、肽类和氨基酸等)，但能阻拦溶菌酶、抗生素（青霉素等）、去污剂和某些染料等较大分子进 入细胞膜。要维持LPS结构的稳定性，必须有足够的”存在。如果用DTA等整合剂去除Ca产和降低离子键， 就会使LS解体。这时，其内壁层的肽聚糖分子就会暴露出来，因而易被溶菌酶所水解。 LPS的分子结构较为复杂，现表解如下： ,类脂A:2个N-乙酰葡糖胺和5个长链饱和脂肪酸 LPS心多糖 黄6区个2-黄著清 外核心区5个已糖(Hx),包括葡糖胺、半乳糖、葡萄糖 O-特异侧链：多个4Hx单位，内含葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、甘露糖， 以及阿比可糖(Abg)、大肠杆菌糖(colitose)、副伤寒菌糖 (paratose)或泰威糖(yvelose)等 在LS中，类脂A的种类较少（大约有T8种），它是革兰氏阴性细菌内毒素的物质基础，其结构见图3-7。 在LPS的核心多糖区和0-特异侧链区中有几种独特的糖，例如2-酮-3-脱氧辛糖酸(K①0)、L-甘油 -D甘露庚糖和阿比可糖(4b,即3,6-二脱氧-D半乳糖)，它们的结构见图3-8。在沙门氏菌中，LPS中 的0-特异侧链种类极多，因其抗原性的差异故很易用灵敏的血清学方法加以鉴定，这在传染病的诊断中有 其重要意义，例如由此可对某传染病的传染原进行地理定位等。 (3)外膜蛋白(outer membrane protein) 指嵌合在LS和磷脂层外膜上的蛋白。有20余种，但多数外膜蛋白的功能还未清楚。其中的脂蛋白 (1 ipoprotein)是一种通过共价健使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白，分子量约为7200。另有 两种蛋白研究得较为清楚，都称孔蛋白(porins)。每个孔蛋白分子是由三个相同分子量(36000)蛋白 亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1m的孔道，通过孔的开、闭，可阻止某些抗生素进入 外膜层。已知有两种孔蛋白，其一是非特异性孔蛋白(nonspecific porin),其充水孔道可通过分子量小 于8009O0的任何亲水性分子，如双糖、氢基酸、二肽和三肽：另一为特异性孔蛋白(specific porin或 specific channel protein),其上存在专一性结合位点，只容许一种或少数几种相关物质通过，其中最 大的孔蛋白可通过分子量较大的物质，如维生素B:和核苷酸等。除脂蛋白和孔蛋白外，还有一些外膜蛋 白与噬菌体的吸附或细菌素的作用有关。 ()周质空间*(periplasmic space,periplasm) 又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约1215m),呈 胶状。在周质空间中，存在着多种周质蛋白(periplasmic proteins),包括： ①水解酶类，例如蛋白酶、核酸酶等： ②合成酶类，例如肽聚糖合成酶： ③结合蛋白（具有运送营养物质的作用）： ④受体蛋白（与细胞的趋化性相关）。周质蛋白可通过渗透休克法(osmotic shock)或称“冷休克 的方法释放。此法系根据突然改变渗透压并使细胞发生物理性裂解的原理。其主要步骤是：将细菌放在用 23
22 ⑤具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能，例如，它可透过若干种较小的分子（嘌呤、嘧 啶、双糖、肽类和氨基酸等），但能阻拦溶菌酶、抗生素（青霉素等）、去污剂和某些染料等较大分子进 入细胞膜。要维持 LPS 结构的稳定性，必须有足够的 2+存在。如果用 EDTA 等螯合剂去除 Ca2+和降低离子键， 就会使 LPS 解体。这时，其内壁层的肽聚糖分子就会暴露出来，因而易被溶菌酶所水解。 LPS 的分子结构较为复杂，现表解如下： 在 LPS 中，类脂 A 的种类较少（大约有 7~8 种），它是革兰氏阴性细菌内毒素的物质基础，其结构见图 3-7。 在 LPS 的核心多糖区和 O-特异侧链区中有几种独特的糖，例如 2-酮-3-脱氧辛糖酸（KDO）、L-甘油 -D-甘露庚糖和阿比可糖（Abq, 即 3,6-二脱氧-D-半乳糖），它们的结构见图 3-8。在沙门氏菌中，LPS 中 的 O-特异侧链种类极多，因其抗原性的差异故很易用灵敏的血清学方法加以鉴定，这在传染病的诊断中有 其重要意义，例如由此可对某传染病的传染原进行地理定位等。 （3）外膜蛋白(outer membrane protein) 指嵌合在 LPS 和磷脂层外膜上的蛋白。有 20 余种，但多数外膜蛋白的功能还未清楚。其中的脂蛋白 (lipoprotein)是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白，分子量约为 7200。另有 两种蛋白研究得较为清楚，都称孔蛋白（porins）。每个孔蛋白分子是由三个相同分子量（36000）蛋白 亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约 1nm 的孔道，通过孔的开、闭，可阻止某些抗生素进入 外膜层。已知有两种孔蛋白，其一是非特异性孔蛋白(nonspecific porin)，其充水孔道可通过分子量小 于 800~900 的任何亲水性分子，如双糖、氨基酸、二肽和三肽；另一为特异性孔蛋白(specific porin 或 specific channel protein)，其上存在专一性结合位点，只容许一种或少数几种相关物质通过，其中最 大的孔蛋白可通过分子量较大的物质，如维生素 B12 和核苷酸等。除脂蛋白和孔蛋白外，还有一些外膜蛋 白与噬菌体的吸附或细菌素的作用有关。 (4）周质空间* (periplasmic space, periplasm) 又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约 12~15nm），呈 胶状。在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins），包括： ①水解酶类，例如蛋白酶、核酸酶等； ②合成酶类，例如肽聚糖合成酶； ③结合蛋白（具有运送营养物质的作用）； ④受体蛋白（与细胞的趋化性相关）。周质蛋白可通过渗透休克法（osmotic shock）或称“冷休克” 的方法释放。此法系根据突然改变渗透压并使细胞发生物理性裂解的原理。其主要步骤是：将细菌放在用
Tris缓冲液配制、含EDTA的20%蔗糖溶液中保温，使其发生质壁分离(plasmolysis),接着快速地用4℃ 的0.005ol几MgC1z溶液稀释并降温，使细胞外膜突然破裂并释放周质蛋白。经离心即可从上清液中提取 周质蛋白 革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌间由于细胞壁和其他构造的不同，就产生了一系列形态、构造、化 学组分、染色反应、生理功能和致病性等的差别，这些差别对微生物学的研究和实际应用都十分重要，现 列表如下（表3-2）。 3、古生菌的细胞壁 在古生菌中，除了热原体屈(Thermop1asm)没有细胞壁外，其余都具有与直细南类似功能的细胞壁」 然而，从细胞壁的化学成分来看，则差别甚大。己研究过的一些古生菌，它们细胞壁中没有真正的肽聚糖， 而是由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成的。例如 (1)假肽聚糖(pseudopeptidoglycan)细胞壁 甲烷杆菌属(ethanobacterium)古生菌的细胞壁是由假肽聚糖组成的（图3-9）。它的多糖骨架是由 N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸(N-acetyltalosaminouronic acid)以B-l,3糖苷键（不被溶菌酶 水解！）交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由L-glu、L-ala和L-1ys三个L型氨基酸组成，肽桥 则由L-g1u一个氨基酸组成 (2)独特多糖细胞壁 甲烷八叠球菌(Methanosarcina)的细胞壁含有独特的多糖，并可染成革兰氏阳性。这种多糖含半乳糖 胺、葡糖醛酸、葡萄糖和乙酸，不含磷酸和硫酸。 (3)硫酸化多糖细胞壁 一属极端嗜盐古生菌 一盐球菌属（胎lococcus)的细胞壁是由硫酸化多糖组成的。其中含葡萄糖、甘 露糖、半乳糖和它们的氨基糖，以及糖醛酸和乙酸。 (4)糖蛋白(glycoprotein) 细胞壁极端嗜盐的另一屈古生菌一 一盐杆菌属(alobacterium)的细胞壁是由糖蛋白组成的，其中包 括葡萄糖、葡糖胺、甘露糖、核糖和阿拉伯糖，而它的蛋白部分则由大量酸性氨基酸尤其是天冬氨酸组成。 这种带强负电荷的细胞壁可以平衡环境中高浓度的Na',从而使其能很好地生活在20%一25%高盐溶液中」 (5)蛋白质细胞壁 少数产甲烷菌的细胞壁是由蛋白质组成的。但有的是由几种不同蛋白组成，如甲烷球菌 (fethanococcus)和甲烷微菌(Methanomicrobium),而另一些则由同种蛋白的许多亚基组成，例如甲烷螺 南属(lethanospiri1lu圆 4、缺壁细菌 虽然细胞壁是原核生物的最基本构造，但在自然界长期进化中和在实验室菌种的自发突变中都会发 生缺细胞壁的种类：此外，在实验室中，还可用人为的方法抑制新生细胞壁的合成或对现成细胞壁进行酶 解而获得缺壁细菊。现把四类缺壁细南归纳如下： 23
23 Tris 缓冲液配制、含 EDTA 的 20%蔗糖溶液中保温，使其发生质壁分离（plasmolysis），接着快速地用 4℃ 的 0.005mol/L MgCl2 溶液稀释并降温，使细胞外膜突然破裂并释放周质蛋白。经离心即可从上清液中提取 周质蛋白。 革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌间由于细胞壁和其他构造的不同，就产生了一系列形态、构造、化 学组分、染色反应、生理功能和致病性等的差别，这些差别对微生物学的研究和实际应用都十分重要，现 列表如下（表 3-2）。 3、古生菌的细胞壁 在古生菌中，除了热原体属(Thermoplasma)没有细胞壁外，其余都具有与真细菌类似功能的细胞壁。 然而，从细胞壁的化学成分来看，则差别甚大。已研究过的一些古生菌，它们细胞壁中没有真正的肽聚糖， 而是由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成的。例如： （1）假肽聚糖(pseudopeptidoglycan)细胞壁 甲烷杆菌属(Methanobacterium)古生菌的细胞壁是由假肽聚糖组成的（图 3-9）。它的多糖骨架是由 N-乙酰葡糖胺和 N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸(N-acetyltalosaminouronic acid)以β-1,3 糖苷键（不被溶菌酶 水解！）交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由 L-glu、L-ala 和 L-lys 三个 L 型氨基酸组成，肽桥 则由 L-glu 一个氨基酸组成。 （2）独特多糖细胞壁 甲烷八叠球菌(Methanosarcina)的细胞壁含有独特的多糖，并可染成革兰氏阳性。这种多糖含半乳糖 胺、葡糖醛酸、葡萄糖和乙酸，不含磷酸和硫酸。 （3）硫酸化多糖细胞壁 一属极端嗜盐古生菌——盐球菌属(Halococcus)的细胞壁是由硫酸化多糖组成的。其中含葡萄糖、甘 露糖、半乳糖和它们的氨基糖，以及糖醛酸和乙酸。 （4）糖蛋白(glycoprotein) 细胞壁 极端嗜盐的另一属古生菌——盐杆菌属(Halobacterium)的细胞壁是由糖蛋白组成的，其中包 括葡萄糖、葡糖胺、甘露糖、核糖和阿拉伯糖，而它的蛋白部分则由大量酸性氨基酸尤其是天冬氨酸组成。 这种带强负电荷的细胞壁可以平衡环境中高浓度的 Na +，从而使其能很好地生活在 20%～25%高盐溶液中。 （5）蛋白质细胞壁 少数产甲烷菌的细胞壁是由蛋白质组成的。但有的是由几种不同蛋白组成，如甲烷球菌 (Methanococcus)和甲烷微菌(Methanomicrobium)，而另一些则由同种蛋白的许多亚基组成，例如甲烷螺 菌属(Methanospirillum)。 4、缺壁细菌 虽然细胞壁是原核生物的最基本构造，但在自然界长期进化中和在实验室菌种的自发突变中都会发 生缺细胞壁的种类；此外，在实验室中，还可用人为的方法抑制新生细胞壁的合成或对现成细胞壁进行酶 解而获得缺壁细菌。现把四类缺壁细菌归纳如下：
,缺壁突变—L型细菌 ,实验室或宿主体内形成 基本去尽一原生质体(G*) 人工去壁 缺壁细南 部分去掉 -球状体(G) 在自然界长期进化中形成 一支原体 (1)L型细南(L-form of bacteria) 1935年，在英国李斯德预防研究所中发现一种由自发突变而形成的细胞壁缺损细菌 一念珠状链杆 菌(Streptobacillus moniliformis),它的细胞膨大，对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似 的小菌落。由于李斯德(Lister)研究所的第一字母是“L”,故称L型细菌。后来发现，许多革兰氏阳 性或阴性细菌在实验室或宿主体内都可形成L型。严格地说，L型细菌应专指那些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菌株。 (2)原生质体(protop1ast) 指在人为条件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层 细胞膜包裹者的圆球状渗透敏感细胞， 一般由革兰氏阳性细菌形成。 (3)球状体(sphaeroplast) 又称原生质球，指还残留者部分细胞壁，尤其是革兰氏阴性细菌外膜的原生质体。 上述原生质体和球状体的共同特点是：无完整的细胞壁，细胞呈球状，对渗透压极其敏感，革兰氏染 色阴性，即使有鞭毛也无法运动，对相应噬菌体不敏感，细胞不能分裂，等等。当然，如在形成原生质体 或球状体以前已有噬菌体侵入，则它仍能正常复制、增殖和裂解：同样，如在形成原生质体前正在形成芽 孢，则该芽孢也仍能正常形成。原生质体或球状体比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，故是研 究遗传规律和进行原生质体有种的良好实验材料。 (4)枝原体(vcoplasma) 是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 原核生物所没有的缁应，所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强府。 5、革兰氏染色的机制 通过一个多世纪的实践证明，由革兰(C.Gram)于1884年发明的革兰氏染色法是一种极其重要的鉴别 染色法，它不仅可用于鉴别真细南，也可鉴别古生菌。60年代初，萨顿(Salton)曾提出细胞壁在革兰氏染 色中的关键作用。至1983年，彼弗里奇(T.Beveridge)等用铂代替革兰氏染色中媒染剂碘的作用，再用电 子显微镜观察到结品紫与铂复合物可被细胞壁阻留，这就进一步证明了革兰氏阳性和阴性菌主要由于其细 胞壁化学成分的差异而引起了物理特性（脱色能力）的不同，正是这一物理特性的不同才决定了染色反应 的不同。其中细节为：通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞膜内形成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物 (CVI dye complex)。革兰氏阳性细菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密，故遇乙醇或丙 酮作脱色处理时，因失水反而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇处理不会溶出缝隙，因此能把结品 紫与碘复合物牢牢留在壁内，使其仍呈紫色。反之，革兰氏阴性细菌因其细胞壁薄、外膜层的类脂含量高、 肽聚糖层薄和交联度差，在遇脱色剂后，以类脂为主的外膜迅速溶解，薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶 紫与碳复合物的溶出，因此，通过乙醇脱色后细胞退成无色。这时，再经沙黄等红色染料进行复染，就使 革兰氏阴性菌呈现红色，而革兰氏阳性菌则仍保留紫色（实为紫加红色）了。 24
24 （1）L 型细菌（L-form of bacteria） 1935 年，在英国李斯德预防研究所中发现一种由自发突变而形成的细胞壁缺损细菌——念珠状链杆 菌（Streptobacillus moniliformis），它的细胞膨大，对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似 的小菌落。由于李斯德（Lister）研究所的第一字母是“L”，故称 L 型细菌。后来发现，许多革兰氏阳 性或阴性细菌在实验室或宿主体内都可形成 L 型。严格地说，L 型细菌应专指那些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菌株。 （2）原生质体（protoplast） 指在人为条件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层 细胞膜包裹着的圆球状渗透敏感细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。 （3）球状体(sphaeroplast) 又称原生质球，指还残留着部分细胞壁，尤其是革兰氏阴性细菌外膜的原生质体。 上述原生质体和球状体的共同特点是：无完整的细胞壁，细胞呈球状，对渗透压极其敏感，革兰氏染 色阴性，即使有鞭毛也无法运动，对相应噬菌体不敏感，细胞不能分裂，等等。当然，如在形成原生质体 或球状体以前已有噬菌体侵入，则它仍能正常复制、增殖和裂解；同样，如在形成原生质体前正在形成芽 孢，则该芽孢也仍能正常形成。原生质体或球状体比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，故是研 究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。 （4）枝原体(Mycoplasma) 是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。 5、革兰氏染色的机制 通过一个多世纪的实践证明，由革兰(C.Gram)于 1884 年发明的革兰氏染色法是一种极其重要的鉴别 染色法，它不仅可用于鉴别真细菌，也可鉴别古生菌。60 年代初，萨顿(Salton)曾提出细胞壁在革兰氏染 色中的关键作用。至 1983 年，彼弗里奇(T.Beveridge)等用铂代替革兰氏染色中媒染剂碘的作用，再用电 子显微镜观察到结晶紫与铂复合物可被细胞壁阻留，这就进一步证明了革兰氏阳性和阴性菌主要由于其细 胞壁化学成分的差异而引起了物理特性（脱色能力）的不同，正是这一物理特性的不同才决定了染色反应 的不同。其中细节为：通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞膜内形成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物 （CVI dye complex）。革兰氏阳性细菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密，故遇乙醇或丙 酮作脱色处理时，因失水反而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇处理不会溶出缝隙，因此能把结晶 紫与碘复合物牢牢留在壁内，使其仍呈紫色。反之，革兰氏阴性细菌因其细胞壁薄、外膜层的类脂含量高、 肽聚糖层薄和交联度差，在遇脱色剂后，以类脂为主的外膜迅速溶解，薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶 紫与碘复合物的溶出，因此，通过乙醇脱色后细胞退成无色。这时，再经沙黄等红色染料进行复染，就使 革兰氏阴性菌呈现红色，而革兰氏阳性菌则仍保留紫色（实为紫加红色）了