第三章 微生物的形态结构（形态与细胞壁）

细菌的形态

• 球状
• 杆状
• 螺旋状

形状和排列方式

• 球状
• 杆状
• 菌丝状：放线菌
• 螺旋状
• 螺旋体状
• 多形态

原核微生物的细胞结构

细胞壁

证明其存在的方法

1. 细菌超薄切片的电镜直接观察
2. 质壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁
3. 机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁
4. 制备原生质体，观察细胞形态的变化

细胞壁的作用

1. 固定细胞外形和提高机械结构
2. 为细胞生长、分裂和鞭毛运动所必需
3. 渗透屏障，阻挡酶蛋白和某些抗生素等大分子物质进入细胞，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. 细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础

细菌的细胞壁

革兰氏阳性菌

主要结构组成：

• 肽聚糖
  • 糖骨架
    • N-乙酰葡糖胺，NAG
    • N-乙酰胞壁酸，NAM
  • 四肽侧链
  • 肽桥
• 磷壁酸
  • 核糖醇（一种酸性多糖）

磷壁酸主要的生理作用：

• 细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收
• 储藏磷元素
• 增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用
• 革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础
• 噬菌体的特异性吸附受体

革兰氏阳性菌的周质空间非常小：

革兰氏阳性细菌的细胞壁结构：

• 壁磷壁酸:：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%
• 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

磷壁酸主要的生理功能：

• 细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收
• 储藏磷元素
• 增强某些致病菌对宿主细胞的黏连，避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用
• 革兰氏阳性细菌表面特异性抗原的物质基础
• 噬菌体的特异性吸附受体

胞外酶：因为没有足够大的周质空间，所以革兰氏阳性菌只能释放胞外酶，其作用和功能与革兰氏阴性菌的周质酶类似

革兰氏阴性菌

革兰氏阴性菌的细胞被膜由内向外依次分为三层：

1. 细胞质膜 (Inner Membrane/Plasma Membrane)：最底下的磷脂双分子层
2. 周质空间 (Periplasmic Space)：中间的空隙，里面悬浮着薄薄的肽聚糖层
3. 外膜 (Outer Membrane)：最上面的一层膜（这是 G⁻ 菌独有的特征）

注意：通常定义中，G⁻ 的“细胞壁” = 肽聚糖 + 外膜

革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的比较

革兰氏染色

抗酸细菌的细胞壁

• 具分枝菌酸和索状因子
• 肽聚糖结构类似革兰氏阴性细菌
• 革兰氏染色阳性
• 抗酸染色阳性（红色）
• 代表细菌：结核分枝杆菌、麻风分枝杆菌

古生菌的细胞壁

• 缺乏肽聚糖
• 蛋白质、糖蛋白、多糖

缺壁细胞

题目

细菌细胞壁具有哪些主要功能？

细菌细胞壁的主要功能包括：固定细胞外形，提高机械强度；保护细胞免受渗透溶解和有害物质（如某些抗生素、溶菌酶）的损伤；为细胞生长、分裂和鞭毛运动所必需；并且是细菌特定抗原性、致病性的物质基础。

革兰氏阳性菌和阴性菌的细胞壁在肽聚糖层的厚度和复杂性上有何根本区别？

革兰氏阳性菌的细胞壁有一个厚（20-80nm）且层次多的肽聚糖层，约占细胞壁干重的50-90%。相比之下，革兰氏阴性菌的肽聚糖层非常薄（2-3nm），通常只有单层，约占细胞壁干重的10%以下。

简述肽聚糖（Peptidoglycan）的基本分子结构

肽聚糖的基本结构是一个由两种交替糖类——N-乙酰葡糖胺（NAG）和N-乙酰胞壁酸（NAM）——通过β-1,4-糖苷键连接形成的多糖骨架。在NAM分子上连接有四肽侧链，相邻的四肽侧链通过肽桥或直接连接，形成一个坚固的网状结构。

什么是磷壁酸（Teichoic acids）？它在哪类细菌中发现，并起到什么作用？

磷壁酸是革兰氏阳性菌细胞壁特有的一种酸性多糖，由甘油或核糖醇通过磷酸二酯键聚合而成。其主要功能包括：为细胞壁提供负电荷环境以吸收阳离子、贮藏磷、增强细菌对宿主的粘附能力、作为表面抗原以及噬菌体的吸附受体。

解释革兰氏染色的基本原理，即为什么阳性菌呈紫色而阴性菌呈红色？

革兰氏染色的原理在于细胞壁结构的差异。阳性菌厚实的肽聚糖层在酒精脱色时会脱水收缩，将结晶紫-碘复合物牢牢锁在壁内，因此保持紫色。而阴性菌薄的肽聚糖层无法阻挡复合物，且其外膜的类脂被酒精溶解，导致结晶紫脱色，随后被复染剂（如番红）染成红色。

革兰氏阴性菌细胞壁特有的“外膜”由哪些关键化学成分组成？

革兰氏阴性菌的外膜是一个复杂的结构，其主要化学成分包括：磷脂、脂多糖（LPS）、脂蛋白（Lipoproteins）和孔蛋白（Porins）。

什么是周质空间（Periplasmic space）？它主要存在于哪类细菌中？

周质空间是位于细胞质膜和外膜之间的间隙，主要存在于革兰氏阴性菌中。这个空间内含有多种水解酶、合成酶、结合蛋白和受体蛋白，参与营养物质的获取与加工、电子传递、肽聚糖合成等重要生理过程。

脂多糖（LPS）由哪三个部分构成？其中哪个部分是内毒素的物质基础？

脂多糖（LPS）由三个部分组成：类脂A（Lipid A）、核心多糖（Core polysaccharide）和O-特异侧链（O side chain）。其中，深埋于外膜的类脂A是革兰氏阴性菌致病物质——内毒素的物质基础。

古生菌（Archaea）的细胞壁与普通细菌的细胞壁最主要的区别是什么？

古生菌细胞壁与细菌细胞壁最主要的区别在于其完全缺乏肽聚糖。古生菌的细胞壁可以由蛋白质、糖蛋白或多糖（如假肽聚糖）构成。

什么是支原体（Mycoplasma）？它们如何在没有细胞壁的情况下维持细胞膜的机械强度？

支原体是在自然进化中形成的、一类缺乏细胞壁的原核生物。它们之所以能在没有细胞壁保护的情况下生存，是因为其细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，这些甾醇能够提高细胞膜的机械强度。