第二单元 细菌的形态与结构 考点: 1.细菌的形态 | 细菌的三种形态及测量单位 | 2.细菌的基本结构 | (1)细菌基本结构的构成
(2)肽聚糖的结构
(3)革兰氏阳性菌和阴性菌细胞壁的结构和医学意义
(4)细菌胞质内与医学有关的重要结构与意义 | 3.细菌的特殊结构 | (1)荚膜及其与细菌致病性的关系
(2)鞭毛及其与医学的关系
(3)菌毛的定义、分类及其与医学的关系
(4)芽孢及其与医学的关系 | 4.细菌形态与结构的检查法 | 革兰氏染色的步骤、结果判定和医学意义 |
第一节 细菌的形态
细菌是单细胞原核型微生物,有广义和狭义两种范畴。广义包括细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体。狭义专指细菌。
观察细菌最常用的仪器是光学显微镜,其大小一般以微米为单位。
细菌为无色半透明体,一般采用革兰染色法染色后可以清楚地观察细菌的形态,并可将细菌分为两大类:革兰阳性菌、革兰阴性菌。细菌按其外形,主要有球菌、杆菌、螺形菌三大类。
细菌的基本形态 | 排列 | 代表菌 |
球菌
| | 肺炎链球菌
淋病奈瑟菌
脑膜炎奈瑟菌 | | 四联球菌八迭球菌 | | 化脓性链球菌 | | 葡萄球菌
微球菌 |
杆菌
| | 多数的杆菌 | | 流感嗜血杆菌
百日咳鲍特菌 | | 梭状芽胞杆菌 | | 炭疽杆菌
枯草杆菌 | | 白喉棒状杆菌
结核分枝杆菌 |
弧菌、弯曲菌
| | 霍乱弧菌
副溶血弧菌
幽门螺杆菌 |
螺菌、螺旋体
| | 鼠咬热螺菌
钩端螺旋体
梅毒螺旋体 |
第二节 细胞的基本结构
细胞壁、细胞膜、细胞质和核质为各种细菌都有,是细菌的基本结构;荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞仅某些细菌具有,为其特殊结构。
细菌基本结构包括:
细胞壁:位于菌细胞的最外层,包绕在细胞膜的周围。革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞壁的共有组分为肽聚糖,但各自有其特殊组分。
| 革兰阳性菌(G+) | 革兰阴性菌(G-) | 共有成分 | 肽聚糖(但结构不完全相同) | 特殊成分 | 磷壁酸 | 外膜层 |
革兰阳性菌 肽聚糖(又称粘肽)是细菌细胞壁中的主要组分,为原核细胞所特有。
革兰阳性菌的肽聚糖由聚糖骨架(由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸交替间隔排列)、四肽侧链和五肽交联桥三部分组成,构成机械强度十分坚韧的三维立体结构。
磷壁酸:分为壁磷壁酸和膜磷壁酸两种。磷壁酸有很强的抗原性,是革兰阳性菌重要的表面抗原,可用于细菌的血清学分型。 革兰阴性菌 革兰阴性菌没有五肽交联桥,其肽聚糖仅由聚糖骨架和四肽侧链两部分组成,只形成单层平面网络的二维结构。 外膜由脂蛋白、脂质双层和脂多糖三部分组成。脂多糖(LPS)由脂质A、核心多糖和特异多糖三部分组成,即革兰阴性菌的内毒素。毒性部分是脂质A,无种属特异性,故不同细菌产生的内毒素的毒性作用均相似。
核心多糖有属特异性,同一属细菌的核心多糖相同。特异多糖是革兰阴性菌的菌体抗原(0抗原),具有种特异性。特异多糖的缺失,细菌从光滑(S)型变为粗糙(R)型。
革兰阳性菌和阴性菌细胞壁结构差异见表。 细胞壁的主要功能是:①维持菌体固有的形态;
②保护细菌抵抗低渗环境;
③具有抗原性,与血清型分类有关;
④屏障结构,使细菌不易受到杀菌物质作用。
细菌细胞壁缺陷型(细菌L型):细菌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,这种细胞壁受损的细菌在高渗环境下仍可存活,能够生长和分裂,称为细菌细胞壁缺陷型或细菌L型。
细菌L型呈多形性,具有一定的致病力,通常引起慢性感染,如尿路感染、骨髓炎、心内膜炎等,并常在使用作用于细胞壁的抗菌药物(β内酰胺类抗生素等)治疗过程中发生。
细胞膜:结构为典型的“单位膜”,与真核细胞基本相同,由磷脂和多种蛋白质组成,但不含胆固醇。有物质转运、生物合成、呼吸和分泌等作用。
细胞质:细胞膜包裹的溶胶状物质,组分与真核细胞类似,但其中含有一些重要结构:
(1)核蛋白体:核蛋白体是蛋白质的合成场所。细菌核糖体沉降系数为70S,由50S和30S两个亚基组成。有些抗生素如链霉素或红霉素能分别与细菌核糖体的30S亚基或50S亚基结合,干扰其蛋白质合成,从而杀死细菌;
(2)质粒:是细菌染色体(核质)以外的遗传物质,为双链闭环DNA分子,携带遗传信息,控制细菌某些特定的遗传性状。
质粒能独立自行复制,随细菌分裂转移到子代细胞中。
质粒不是细菌生长所必不可少的,失去质粒的细菌仍能正常存活。
质粒编码的细菌性状有菌毛、细菌素、毒素和耐药性的产生等;
(3)胞质颗粒:又称内含物,细胞质中含有多种胞质颗粒,多数为细菌暂时贮存的营养物质。异染颗粒是胞质颗粒的一种,常见于白喉棒状杆菌的菌体两端,异染颗粒是鉴定细菌的依据之一。
(4)中介体:是部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物,多见于革兰阳性细菌。其作用类似于真核细胞的线粒体,提供细菌的能量,称为拟线粒体。细胞分裂时中介体亦一分为二,各携一套核质进入子代细胞,类似真核细胞的纺锤体。
核质:细菌的染色体集中于细胞质的某一区域,多在菌体中央,无核膜、核仁和有丝分裂器,称为核质或拟核;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,DNA分子比真核细胞小得多。核质决定细菌性状和遗传特征,是细菌的主要遗传物质。
第三节 细菌的特殊结构
荚膜:某些细菌在其细胞壁外包绕一层粘液性物质,为多糖或多肽的多聚体。有荚膜的细菌在固体培养基上形成粘液(M)型或光滑(s)型菌落,失去荚膜后其菌落变为粗糙(R)型。
荚膜的功能包括:①抗吞噬作用;②粘附作用;③抗有害物质的损伤作用。
鞭毛:是菌体上细长并呈波状弯曲的丝状物,是细菌的运动器官。
根据鞭毛的数量和部位,可将鞭毛菌分成4类:①单毛菌;②双毛菌;③丛毛菌:菌体一端或两端有一丛鞭毛;④周毛菌:菌体周身遍布鞭毛。
鞭毛功能是:
①鉴定价值,鞭毛是细菌的运动器官,细菌能否运动可用于鉴定。
②致病作用:鞭毛运动能增强细菌对宿主的侵害,因运动往往有化学趋向性,可避开有害环境或向高浓度环境的方向移动。
③抗原性:鞭毛具有特殊H抗原,可用于血清学检查。
菌毛:菌体表面一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物。菌毛在普通光学显微镜下看不到,必须用电子显微镜观察。菌毛由结构蛋白亚单位菌毛蛋白(pilin)组成,具有抗原性。
根据功能不同,菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类:
①普通菌毛:能与宿主细胞表面的特异性受体结合,是细菌感染的第一步,菌毛和细菌的致病性密切相关;
②性菌毛:比普通菌毛长而粗,中空呈管状。见于少数革兰阴性菌,数量少,一个菌只有1~4根。由F质粒编码,又称F菌毛。带有性菌毛的细菌称为F+菌或雄性菌,无性菌毛者称为F-菌或雌性菌。当F+菌与F-菌相遇时,F+菌的性菌毛与F一菌相应的性菌毛受体结合,F+菌体内的质粒或染色体DNA可通过中空的性菌毛进入F-菌体内。介导细菌遗传物质在细菌间的转移。 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。产生芽胞的细菌都是革兰阳性菌,重要的有芽孢杆菌属(炭疽芽孢杆菌等)和梭菌属(破伤风梭菌等)。
芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异,有重要的鉴别价值。
细菌的芽胞对热力、干燥、辐射、化学消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力。一般消毒方法不易将芽胞杀死,杀灭芽胞最可靠的方法是高压蒸气灭菌。当进行消毒灭菌时,应以芽胞是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。
芽胞不直接引起疾病,仅当发芽成为繁殖体而致病。
第四节 细菌形态与结构的检查法
一、显微镜
细菌形体微小,肉眼不能直接看到,必须借助显微镜放大后才能看到。显微镜包括普通光学显微镜、电子显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜和共聚焦显微镜等,适用于观察不同情况下的细菌形态或结构。
二、染色法
细菌体小半透明,经染色后才能观察较清楚。
染色法有多种,最常用的分类鉴别染色法是革兰染色法。
革兰染色法:
1.方法是固定的细菌标本先用碱性染料结晶紫初染,再加碘液媒染,使之生成结晶紫-碘复合物;此时不同细菌均被染成深紫色。然后用95%乙醇处理,最后用稀释复红或沙黄复染。
2.结果判断可将细菌分为两大类:不被乙醇脱色仍保留紫色者为革兰阳性菌,被乙醇脱色后复染成红色者为革兰阴性菌。
3.医学意义:①鉴别细菌:通过革兰染色将所有细菌分为G+菌和G-菌两大类,可初步识别细菌,缩小范围,有助于进一步鉴定。②选择药物参考:G+菌与G-菌对一些抗生素表现出不同的敏感性。③与致病性有关:大多G+菌的致病物质是外毒素,而G-菌大多能产生内毒素,两种致病作用不同。
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