17菌第节细CH,C=0(β1-3)NHCH,OH0--HOH/C/HH0YHONHILC=0N-乙酰葡萄糖胺L-GhuCH,L-AlaL-Lys-L-GluI. LysL-AlaI-GluN-乙酰塔罗糖胺糖醛酸N-乙酰葡糖胺图1-7Methanobacterium细胞壁中假肽聚精的结构（单体）1白发缺壁突变：1型细菌1实验室中形成“人T.方法去懂【彻底除尽：原生质体1缺壁细菌部分去除：球状体1自然界长期进化中形成：支原体11①L型细菌（L-formofbacteria）：由英国李斯特（Lister）研究所的学者于1935年发现，故称"L"型细菌。当时发现--株杆状细菌Streptohacilus moniliformis（念珠状链杆菌）发生自1发突变、成为细胞膨大、对渗透敏感、在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小荫落，经研究，1它是一种细胞壁缺损细菌。后来发现，许多G*或G-细菌在实验室或宿主体内都可产生1L型突变。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1传性稳定的细胞壁缺损菌株。②原生质体（protoplast）：指在人为条件下，用溶菌酶除尽原1有细胞壁或用背霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仪有一层细胞膜包裹的圆球状渗1透敏感细胞。G*细菌最易形成原生质体，这种原生质体除对相应的噬菌体缺乏敏感性/不能进行正常的鞭毛运动和细胞不能分裂外，仍保留着正常细胞所具有的其他正常功能，1不同菌种或菌株的原生质体间易发生细胞融合，因而可用于杂交育种；另外，原生质体比1正常细菌更易导入外源遗传物质，故有利于遗传学基本原理的研究。③球状体1（sphaeroplast）：又称原生质球，指还残留了部分细胞壁（尤其是G-细菌外膜层）的原生质1体。④支原体（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1的原核生物，因为它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的鱼醇，故即使缺乏细胞壁，其1//
第一章原核生物的形态构造和功能18细胞膜仍有较高的机械强度。有关支原体的详细内容，可见本章第四节。5革兰民染色的机制：这微生物学中最重要的染色方法，其机制直全在该法发明100年后才得到了确切的证明，1983年，T.Beveridge等人用铂代替革兰氏染色中原有媒染剂碘的作用，再用电镜观察到结晶紫与铂复合物可被细胞壁阻留，从而证明了G*和G-细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，正由于这一物理特性的不同才决定了最终染色反应的不同。其中细节为：通过结晶紫液初染和碘液媒染后，在细菌的细胞膜内可形成不溶于水的结晶紫与碘的复合物（CVI dyecomplex)。G+细菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密，故遇脱色剂乙醇（或丙酮）处理时，因失水而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇的处理不会溶出缝隙，因此能把结晶紫与碘的复合物牢牢留在壁内，使其保持紫色。反之，C-细菌因其细胞壁薄、外膜层类脂含量高、肽聚糖层薄和交联度差，遇脱色剂乙醇后，以类脂为主的外膜迅速溶解，这时薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，因此细胞退成无色。这时，再经沙黄等红色染料复染，就使G-细菌呈现红色，而G+细菌则仍保留最初的紫色（实为紫加红色）了。(2）细胞膜（cellmembrane）又称细胞质膜（cytoplasmicmembrane）、质膜（plasmamembrane）或内膜（innermembrane），是一层紧贴在细胞壁内侧，包围着细胞质的柔软、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。通过质壁分离、鉴别性染色或原生质体破裂等方法可在光镜下观察到；若用电镜观察细菌的超薄切片，则可更清楚地观察到它的存在。用电镜观察到的细胞膜，是在内外两暗色层之间夹着一浅色中间层的一种双层膜结构。这是因为，组成细胞膜的主要成分是磷脂，而膜是由两层磷脂分子整齐地对称排列而成的。其中每一个磷脂分子由一个带正电荷且能溶于水的极性头（磷酸端）和一个不带电荷、不溶于水的非极性端（烃端）所构成。两个极性头分别朝向内外两表面，呈亲水性，而两个非极性端的疏水尾则埋入膜的内层，于是形成了一个磷脂双分子层。在极性头的甘油分子C3位上，不同种类微生物具有不同的R基团，如磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸或磷脂酰肌醇等（图18）。在所有细菌的细胞膜上都含磷脂酰甘油；而在C-细菌中，通常还富含磷脂酰乙醇胺；在Mycobacteriumspp(若于分枝杆菌）中，则可发现磷脂酰肌醇；磷脂酰胆碱偶尔存在于G-细菌中，而未见于G*细菌中。在常见细菌E，coli中，其细胞膜主要含磷脂酰乙醇胺，还含少量磷脂酰甘油和罕见的二磷脂酰甘油成分。而非极性尾则由长链脂肪酸通过酯键连接在甘油分子的C1和C2位上组成，其链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异，通带生长温度要求较高的种，其饱度就越高，反之则低。在常温下，磷脂双分子层呈液态，其中嵌埋着许多具运输功能、有时分子内还存在运输通道的整合蛋白（integral protein）或内嵌蛋白（intrinsic protein），而在磷脂双分子层的外表面则“漂浮着”许多具有酶促作用的周边蛋白（peripheralprotein）或膜外蛋白（extrinsicprotein)。它们都可在磷脂表层或内层作侧向运动，以执行其相应的生理功能。有关细胞膜的结构与功能的解释，较多的学者仍倾向于1972年由J.S.Singer和C.LNicolson所提出的液态镶嵌模型（fluidmosaicmodel)，其要点为：①膜的主体是脂质双分子
第节细菌:19?CH,-0--CH--0-2人0=1R-0--0-CH21OH甘油-3-磷酸长链脂肪酸R有多种形式：①-H(磷脂酸),②-CH-CH,-NH,（磷脂酰乙醇胺)?-CH-CH,-NCH）（磷脂酰胆碱）-CH,-CHOH-CH,OH(磷脂酰甘油)OH OH?-CH-OH（磷脂酰肌醇)OHOH图！-8磷脂的分子结构层；脂质双分子层具有流动性；③整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层的疏水性内层中；④周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连；③脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合：③脂质双分子层犹如“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”运动，而整合蛋自则似“冰山”沉浸在其中作横向移动。有关细胞膜的模式构造见图1-9。整合蛋白周边蛋白脂双一极性头分子层非极性尾周边蛋白整合蛋白图1-9细胞膜的模式构造图细胞膜具有以下生理功能：①能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结构屏障；是合成细胞壁和糖被有关成分（如肽聚糖、磷壁酸、LPS和英膜多糖等)的重要场所：①膜上含有与氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢有关的酶系，故是细胞的产能基地：③是鞭毛基体的着生部位，并可提供鞭毛旋转运动所需的能量。原核生物的细胞膜上一般不含胆固醇等留醇，因此与真核生物恰恰相反。只有缺乏细胞壁的原核生物-一支原体（Mycoplasma)是个例外，原因是含留醇的细胞膜具有较坚韧的物理强度，在进化过程中，在一定程度上弥补了因缺壁而带来的不足。在讨论细胞膜时，还应介绍与此相关的结构一一间体（mesnsome，或中体），它是一种由细胞膜内褶而形成的囊状构造，其内充满着层状或管状的泡囊。多见于G*细菌。每
20第--章原核生物的形态，构造和功能个细胞含一至数个。着生部位可在表层或深层，前者可能与某些酶如青霉素酶的分泌有关，后者可能与DNA复制、分配及细胞分裂有关。近年来也有学者提出不同观点，认为“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种魔像，总之，对于间体还缺乏深入的研究。在介绍原核生物细胞膜的同时，不能忽略近20年来新发现的些古生菌细胞膜所具有的某些独特性和多样性：①其磷脂的亲水头仍由甘油组成，似疏水尾却由长链烃组成，-般都是异戊二烯的重复单位（如四体植烷、六聚体鲨烯等）；②亲水头与疏水尾间通过特殊的醚键（一C—一O一C一)连接成甘油二醚或甘油四醚，而在其他原核生物或真核生物中则是通过酯键（一C—0—C—）把甘油与脂肪酸连在一起的；③古生菌的细胞膜中存在着独特的单分子层或单、双分子层混合膜。例如，当磷脂为二甘油四醚时，连接两端两个甘油分子间的两个植烷侧链间会发生共价结合，形成了二植烷，从而出现了独特的单分子层膜（图1－10）。目前发现，这类单分子层膜多存在于嗜高温的古生菌中，原因可能是这种膜有较双分了层膜更高的机械强度：④在甘油分子的C3位上，可连接多种与真细菌和真核生物细胞膜上不同的基团，如磷酸酯基、硫酸酯基以及多种糖基等；③细胞膜上含有多种独特脂类，仅在各种嗜盐菌中就已发现有细菌红素、α和β胡萝卜素、番茄红素、视黄醛（可与蛋白质结合成视紫红质）和萘醒等。蛋白质签白质植烷植烷图】-10甘油"醚和甘油四醚的分子构造及由其形成的双层和单层膜（3）细胞质和内含物细胞质（cytoplasm）是指被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明、胶体状、颗粒状物质的总称。其含水量约为80%。与真核生物明显不同的是，原核生物的细胞质是不流动的。细胞质的主要成分为核糖体（由50S大业基和30S小亚基组成）、贮物、酶类、中间代谢物、质粒、各种营养物质和大分子的单体等，少数细菌还含类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等有特定功能的细胞组分。细胞内含物（inclusionbody）指细胞质内一些形状较大的颗粒状构造，主要有：①贮藏物（reservematerials）：一类由不同化学成分累积而成的不溶性颗粒，主要功能是贮存营养物，种类很多，现表解如下：
第一节细菌糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等碳源及能源类聚β-羟T酸（PHB）：固氨菌、产碱菌和肠杆菌等硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝日阿托氏菌等此藏物藻背素：蓝细菌氮源类藻青蛋白：蓝细菌磷源（异染粒）：迁回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌例1：聚-β-羟丁酸（poly-β-hydroxybutyrate，PHB），是一种存在于许多细菌细胞质内属于类脂性质的碳源类贮藏物，不溶于水，而溶于氯仿，可用尼罗蓝或苏丹黑染色，具有贮藏能量、碳源和降低细胞内渗透压等作用。当Bucillusmegaterium（巨大芽孢杆菌）生长在含乙酸或丁酸的培养基中时，其PHB含量可达于重的60%左右。Azotobacteruinelandi（棕色固氮菌）的孢囊中也含有PHB。其化学结构式（式中的n一般大于10°）为：HHH0-HCHHPHB自1925年在B.megaterium中被发现以来，至今已在60属以上的细菌中确定其存在，产量较高的如Alcaligenes（产碱菌属）、Azotobacter（固氮菌属）和Pseudomonas（假单胞菌属)的某些菌种等。近年来，在一些G*和G-细菌以及某些光合厌氧菌中，已发现有多种与PHB相类似的化合物，统称为聚羟链烷酸（polyhydroxyalkanoate，PHA），它们与PHB的差异仅在甲基上，若甲基用"R（radical的简称，指某基团）取代，就成了PHA。由于PHB和PHA是由生物合成的高聚物，具有无毒、可塑和易降解等特点，因此正在大力开发用于制造医用塑料和快餐盒等的优质原料，并试图以此来克服当前危害严重的"白色污染”（指由大量不可降解的塑料包装材料和制品所引起的环境污染）。例2：异染粒（metachromaticgranules），又称迁回体或换转菌素（volutingranules）。因最初是在Spirllum woluans（迁回螺菌）中被发现，并可用美蓝或甲苯胺蓝染成红紫色，故名。颗粒大小为0.5~1.0μum，是无机偏磷酸的聚合物，分子呈线状。一般在含磷丰富的环境中形成。具有贮藏磷元素和能量以及降低细胞渗透压等作用。在Corymebacteriumdiphtheriae（白喉棒杆菌）和Mycobacteriumtuberculosis（结核分枝杆菌）中极易见到，故可用于这类细菌的鉴定。它的化学结构式为（n值在2~10°间）：OHYH0CH0①磁小体（magnetosome）：存在于少数Aquaspirilum（水生螺菌属）和Bilophococcus（嗜胆球菌属）等趋磁细菌中，大小均匀（20~100nm），数目不等（2~20颗），形状为平截八面体、平行六面体或六棱柱体等，成分为Fe,04，外有一层磷脂、蛋白质或糖蛋白膜包裹，无毒，具有导向功能，即借鞭毛引导细菌游向最有利的泥、水界面微氧环境处生活。趋磁细菌还有一定的实用前景，包括用作磁性定向药物和抗体，以及制造生物传感器等。羧酶体（carboxysome）：又称羧化体，是存在于一些自养细菌细胞内的多角形或六角