第三章 微生物的形态（细胞膜、细胞质）
原核动物的细胞膜
细菌的细胞质膜
概念
细胞质膜，又称质膜、细胞膜或内膜，是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约7~8nm，含有磷脂和蛋白质
观察方法
- 质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察
- 超薄切片电镜观察
- 原生质体破裂
化学组成与结构模型
- 包含磷脂和蛋白质
- 细胞膜内外是不对称的，动态的
- 流动镶嵌模型
磷脂
膜蛋白
膜蛋白约占细菌细胞膜50%~70%，比任何一种生物膜都高，而且种类也多
细胞膜是一个重要的代谢活动中心
- 周边蛋白：具运输能力
- 整合蛋白：具有酶促作用
甾醇类物质
真核生物细胞膜中一般含有胆固醇等甾醇，含量为5%~25%
原核生物与真核生物的最大区别就是其细胞膜中一般不含有胆固醇，而是含有藿烷类化合物
虽然成分不同，但胆固醇和藿烷类化合物起到的作用其实非常相似，它们都是细胞膜的“调节剂”：
- 功能： 它们夹在磷脂分子中间，像“缓冲剂”一样调节细胞膜的流动性和硬度。
- 温度高时，防止膜变得太稀（太软）
- 温度低时，防止膜冻结（太硬）
细胞膜的生理功能
- 选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送
- 是维持细胞内正常渗透压的屏障
- 合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等）的重要基地
- 膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所
- 是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位
- 膜上某些蛋白受体和趋化性有关
古菌的细胞膜
- 独特脂类
- 质膜有单层膜或单、双层混合膜存在
- 甘油和烃链间由醚键相连
内膜系统
间体
细胞质膜内褶而形成的囊状结构，其中充满了层状或管状的囊泡，多见于革兰氏阳性菌
载色体
光合作用的场所
- 紫色光合细菌
- 绿色光合细菌（绿色体）
- 羧酸体（在自养细菌的
固定中起着关键作用）
流动镶嵌模型
- 膜的主体是磷脂双分子层
- 磷脂双分子层具有流动性
- 整合蛋白因其表面呈现疏水性，故可镶嵌于脂质双分子层的疏水性内层中
- 周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂类双分子层表面的极性头相连
- 脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价连接
细胞质
细胞质是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称
细胞质的主要成分为核糖体、储藏体、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等
有机内含体
- 气泡
- 藻青素颗粒
- 多糖类储藏物
- 糖原粒
- 淀粉粒
无机内含体
- 多聚磷酸盐颗粒
- 迂回体
- 异染粒：颗粒大小为0.5~1.0
，一般在含磷丰富的情况下形成，目的是储藏磷元素和能量
- 硫粒
- 磁小体
颗粒状储藏物
储藏物是一类由不同化学成分积累而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是储藏营养物
核糖体
- 原核生物核糖体 → 70S
- 真核生物核糖体 → 80S
拟核
原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核
原核细胞的染色体
- 闭合环状双链DNA分子
- 环状超螺旋结构
质粒
- 通常是小的，闭环的DNA分子
- 不需要细菌增值就能复制
- 可以利用质粒来赋予细菌抗药性
芽孢
某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、壁厚、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢或者内生孢子
- 生物界中抗逆性最强的生命体
- 细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转换成营养态细胞，产芽孢细菌的保藏多用其芽孢
- 产芽孢的细菌多为杆菌
- 芽孢和营养细胞的化学组成也有较大差异
芽孢的结构和耐热机制
芽孢的形成
芽孢的萌发
- 活化
- 萌发
- 生长
伴孢晶体
问题
原核生物（细菌）与真核生物的细胞膜在化学组成上最主要的区别是什么？
最主要的区别在于甾醇类物质。真核生物细胞膜中通常含有胆固醇（cholesterol），而原核生物的细胞膜中一般不含胆固醇，而是含有功能类似的藿烷类化合物（hopanoid），用于稳定细胞膜结构。
什么是液态镶嵌模型？请简述其核心内容
液态镶嵌模型是描述生物膜结构的理论。其核心内容是：膜的主体是具有流动性的脂质双分子层，蛋白质分子（整合蛋白和周边蛋白）以镶嵌的方式分布其中，并且蛋白质和脂质分子都能够运动，使得整个膜结构处于动态、不对称的状态。
什么是内含体？请列举两种有机内含体和两种无机内含体
内含体是细胞质中由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。有机内含体包括糖原（glycogen）和聚-β-羟丁酸（PHB）；无机内含体包括多聚磷酸盐颗粒（异染粒）和磁小体（magnetosomes）。
气泡（Gas vacuoles）在水生原核生物中扮演什么角色？它是由什么结构聚集而成的？
气泡主要存在于蓝细菌等水生原核生物中，其功能是为细胞提供浮力，使其能够在水体中调节自身位置。气泡是由许多中空的圆柱形结构——气泡囊（gas vesicles）聚集而成的。
什么是芽孢（Endospore）？它最显著的特点是什么？
芽孢是某些细菌在生长后期于细胞内形成的厚壁、低含水量的休眠体。其最显著的特点是具有极强的抗逆性，能抵抗热、辐射、化学品和干燥等多种恶劣环境，是生物界中抗逆性最强的生命体。
简述芽孢的五种主要抗逆性（耐热）机制
- 核心中含有大量的吡啶二羧酸钙盐（DPA-Ca）；
- 存在酸溶性DNA结合蛋白保护DNA；
- 核心高度脱水；
- 具有坚固且通透性差的芽孢衣；
- 拥有DNA修复酶系统
在光学显微镜下观察细菌芽孢时，通常采用什么方法？为什么芽孢与营养细胞在显微镜下容易区分？
观察芽孢可直接使用相差显微镜，或采用鉴别性染色法（芽孢染色法）。由于芽孢与营养细胞的化学组成和结构差异巨大，芽孢壁厚且透性差，不易着色，但在染色后不易脱色，因此在显微镜下与营养细胞颜色不同，容易区分。
请按顺序简述细菌芽孢形成的七个主要阶段
I. 轴丝形成 (Axial filament formation)；
II. 隔膜形成 (Septum formation)；
III. 前芽孢被吞噬 (Engulfment of forespore)；
IV. 皮层形成 (Cortex formation)；
V. 芽孢衣合成 (Coat synthesis)；
VI. 芽孢成熟 (Completion of coat synthesis)，抗性增加；
VII. 芽孢从母细胞（芽孢囊）中释放 (Spore liberation)。
什么是伴孢晶体？它有什么重要的应用价值？
伴孢晶体是一些芽孢杆菌（如苏云金芽孢杆菌）在形成芽孢的同时，在芽孢旁形成的一种碱溶性蛋白晶体，即δ-内毒素。它对鳞翅目等多种昆虫幼虫具有强烈的毒杀作用，因此可被制成高效环保的生物农药。
细菌的拟核（Nucleoid）与真核生物的细胞核有何根本区别？
最根本的区别在于有无核膜。细菌的拟核是一个不规则的区域，没有核膜包围，其染色体（通常为单个闭合环状DNA）直接存在于细胞质中。而真核生物的细胞核具有双层核膜，将遗传物质与细胞质清晰地分隔开。