Section D Bacterial structure and function
细菌的结构与功能
D1 Prokaryote taxonomy
原核生物分类学
1.Classification of prokaryotes（ 原核生物的分类）
1.1 细菌分类学的主要目的是建立一个分类系统，根据细菌一般的特征，将
细菌分类至种群。分类的任务是鉴定单个细菌的种或菌株和命名。依表
型特征和大致进化规律分类也用于研究不同细菌类群问的关系。
1.2 在等级分类系统中最重要的单元称作种 (speed)。 由一个特殊微生物单
细胞繁衍而来的培养物，通常称为菌株。菌株也被用来描述一个种的亚
类群，亚类群指种内有相同特征的细菌。从林奈 (1707~1778)开始,—
直以双名法命名。即属名加种名。
1.3 双名法的学名是用拉丁词组成的，所以应用斜体字表示或在学名之下划
一横线。通常，微生物的名字已经写出全文，属名可减至一个字或几个
字，只要不与其他属混淆即可。这样，随后提到大肠杆菌只需写成
E,coli。
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
2.1 DNA tests
比较菌株间 DNA的含量和序列是将微生物分为不同类群和确定它们间的进化
关系 (系统发育的分析 )可信度最高的方法。按惯例，测定 DNA的 G— C含量
(G+C mol ％值 —— 译者注 )或菌株间 DNA同源性。最近，业已应用分析比较
保守的细胞分子中有效的 DNA序列如 16srRNA或蛋白质 如细胞色素 C,ATP
酶，对这类信息进行分析的技术称为分支分类 。
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? 2.2 菌落形态
? 细菌菌落的形状、质地和颜色是鉴定分类的依据。例如，金黄色
葡萄球菌 (Streptococcus aureus),所以这样命名由于菌落是黄颜
色的,aureus来自拉丁词金色的。
Shape of colonies菌落的形状
光滑型菌
落 粗糙型菌落
粘液型菌落
Texture and color of colonies菌落的质地和颜色
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? 2.3 细胞的形态结构和染色反应（ Cell shape,structures and reaction
to stains）
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? Cell shape
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
葡萄球菌 (stapylococcus) 四联球菌 (tetrad)
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
炭疽芽胞杆菌 3-10 μ m
大 中
大肠埃希菌 2-3 μ m
小
布鲁菌 0.6-1.5 μ m
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
弧菌 螺菌 螺杆菌
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
中
大肠埃希菌 2-3 μ m炭疽芽胞杆菌 3-10 μ m
大? Reaction to stains （ Gram-positive or Gram-negative）
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? Cell structures
? spores(（ 孢子）（ malachite green stain孔雀绿染色）
? Unusual cell walls （ 普通细胞壁）（ Ziehl-Neelsen acid-fast stain固
酸染色法）
? Capsules（ 荚膜）（ Indian ink stain黑墨汁染色法）
? Intracellular lipids（ 细胞内的脂类） （ sudan black苏丹黑染色）
? Flagella （ 鞭毛）（ flagellar stain鞭毛染色）
? Metachromatic granules （ 异染颗粒）（ Albert-Leybourne stain）
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
肉毒梭菌
破伤风梭菌
Spores
炭疽芽胞
杆菌
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? 2.4 Growth charateristics（ 生长特征）
? Temperature
? pH
? O2
Oxygen,Aerobic (Pseudomonas,Bacillus)
No Oxygen,Anaerobic (Clostridium)
Either,Facultative Anaerobe (E,coli)
菌膜
菌沉
淀
均匀浑浊
对照
细菌在液体培养基中的生长情况
（ O2的影响）
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? 2.5 Biochemical tests（ 生化检验）
? 利用的碳源和氮源
? 代谢的最终产物，如 3-羟基丁酮，用 V-P试验
? 细菌所产生的酶，如脱羧酶、蛋白酶和 DNA酶
? 其它的分子
? 抗体反应
VP
试
验
阴
性
阳
性
大肠杆菌,—
产气杆菌,+
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
H2S试验
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
尿
素
酶
试
验
对
照
阳
性
阴
性
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? Immunological tests （ 免疫学检验）
? 细胞组分如胞壁脂多糖 O-侧链的抗体或荚膜的抗体常用于区分一
个种中菌株间的差异
3.Current classification of prokaryotes
（ 原核生物的现代分类）
? 3.1 原核生物的门类：
泉古细菌门
广古细菌门 真细菌
产液菌门、异细菌门、
产金色菌门、热微菌门、
蓝细菌门、绿菌门
蛋白细菌门、厚壁菌门、
螺旋体门、丝状杆菌门、
拟杆菌门、黄杆菌门
鞘氨醇杆菌门、梭杆菌门
疣微菌门
古细菌
初生古细菌门
3.Current classification of prokaryotes
（ 原核生物的现代分类）
3.2 16sRNA对原核生物分类
Aquificales（ 产液菌）
Thermatogales（ 热胞菌）
Thermodesulfobacterium（ 嗜热脱
硫细菌）
Green non-sulfur bacteria（ 绿色非
硫细菌）
OP2
Deubiciccus（ 奇异球菌）
Green sulfur bacteria（ 绿色硫细菌）
Cyanobacteria（ 蓝细菌）
Spirochetes（ 螺旋体）
Bacteroides/Flavobacterium（ 拟
杆菌 /黄杆菌）
Planctomyces/pirella（ 浮霉状菌
/小梨型菌）
Chlamydia（ 衣原体）
Nitrospira（ 硝化螺菌）
Gram-positive bacteria（ 革兰氏
阳性细菌）
Proteobacteria（ 蛋白细菌 /紫细
菌）
产液菌 /氢杆菌
热胞菌
绿色非硫细菌
奇异球菌
螺旋体
绿色硫细菌
黄杆菌
浮霉状菌
衣原体
革兰氏阳性细菌
蓝细菌
紫色细菌
3.3 原核生物系统图：
3.Current classification of prokaryotes
（ 原核生物的现代分类）
? 3.4 各类原核生物特征：
? Aquificales（ 产液菌）：最古老的一类微生物，包括嗜热细菌，
它们利用氢、硫代硫酸盐或者硫磺作为电子供体，放出氧气。
? Thermatogales（ 热胞菌）：是一类极端嗜热菌，能够在 90℃ 生
长。
? Thermodesulfobacterium（ 嗜热脱硫细菌）：能够在 70℃ 生长，
产生硫酸盐，具有古细菌祖先的一些特征。
? Green non-sulfur bacteria（ 绿色非硫细菌）：是一类嗜热、光合
作用、丝状的细菌,它们的光合作用不产生氧气。
? OP2,这是一类仅仅用 PCR鉴定的、还未培养出的细菌。
? Deubiciccus（ 奇异球菌）：这类细菌的细胞壁很厚，能够抵抗较
强的辐射。
3.Current classification of prokaryotes
（ 原核生物的现代分类）
? Green sulfur bacteria（ 绿色硫细菌）：能够进行光合作用，但是
不放氧气。
? Cyanobacteria（ 蓝细菌）：是一类光合作用放氧的微生物，带有
气泡和一些其它的胞囊，有很厚的细胞壁，能够固定氮气，叶绿
体可能来自于这一类微生物。
? Spirochetes（ 螺旋体）：革兰氏染色阴性、能够运动、有一个或
者一个以上的鞭毛。一些能够引起人类的疾病，如梅毒、莱姆关
节炎。
? Bacteroides/Flavobacterium（ 拟杆菌 /黄杆菌）：革兰氏染色阴
性，广泛存在于动物、水和土壤中，是一类专型厌氧菌。
? Planctomyces/pirella（ 浮霉状菌 /小梨型菌）：细胞壁缺乏肽聚糖，
有一层又蛋白质组成的 S-层，细胞具柄，能够产生芽细胞。
3.Current classification of prokaryotes
（ 原核生物的现代分类）
? Chlamydia（ 衣原体）：动物细胞内寄生，如导致沙眼等一系列
眼病的沙眼衣原体。
? Nitrospira（ 硝化螺菌）：化能自养型、能够进行硝化作用，利用
无机氮作为能源。大多数其它的硝化细菌属于蛋白细菌。
? Gram-positive bacteria（ 革兰氏阳性细菌）,DNA分子中的 GC含
量差别较大。这一类细菌中有许多致病菌，如葡萄球菌、链球菌，
也有在工业上应用的微生物，如乳酸杆菌，还有能够形成芽孢的
杆菌和梭菌。
? Proteobacteria（ 蛋白细菌 /紫色细菌）：是最大的也是最多的一
类细菌，它包含了最常见的革兰氏阴性细菌。这一类细菌可以分
为五簇,α,β,γ,δ,θ。
Section D Bacterial structure and function
细菌的结构与功能
D2 Prokaryote cell structure
原核生物细胞的结构
1.Prokaryotic cells（ 原核生物的细胞）
? 1.1 Prokaryotic cells
? 荚膜
? 外膜
? 细胞壁
? 质膜
? 周质空间
? 纤毛
? 鞭毛
? 核糖体
? 拟核
? 内涵体
细胞结构图
Contribute to Virulence of bacteria by
preventing phagocytosis
Function of Capsule
1.Prokaryotic cells（ 原核生物的细胞）
? 1.2 古细菌和真细菌的区别
特征 真细菌 古细菌
细胞壁 有胞壁酸 无胞壁酸
脂类 酯键相连 醚键相连
甲烷生成 没有 可能有
RNA多聚霉 一个 几个
起始 tRNA 甲酰甲硫氨酸 甲硫氨酸
核糖体 链霉素和氯霉素敏感 链霉素和氯霉素抗性
白喉毒素抗性 白喉毒素敏感
2,The cytoplasm and ribosomes （ 细胞质与核糖体）
? 2.1 细胞质：细菌的细胞质是
水、细胞功能所需的各种分
子,RNA和蛋白质的混合物。
? 2.2 核糖体：核糖体是由一个
大亚基和一个小亚基组成，
是合成蛋白质的场所。 原核
生物的核糖体与真核生物的
核糖体不同，因此有些抗生
素对人类是非常有利的。
3,Prokaryote DNA（ 原核细胞的 DNA）
? 3.1 细菌的 DNA位于细胞之中，有一个染色体组成，不同的细菌之间染色体
的大小不同,DNA是换装、致密超螺旋，与组蛋白类是的蛋白质结合。
? 3.2 染色体没有核膜包围，但在显微镜中常可看到分离的核区，称为拟核。
? 3.3 某些细菌还含有染色体以外的小分子 DNA,称作质粒。质粒上的基因对
细菌的生活并非必须。
细菌染色体
质粒
4,Other internal prokaryote features
（ 细菌的其它内含物）
? 4.1 细菌细胞含有的与某些特出功能相联系的结构称作内含体
（ inclusion bodies）
? 异染颗粒：是一种聚 -?— 羟丁酸颗粒，能量的储藏物质。
? 脂肪滴：储藏能量。
? 气泡：在细胞内四周排列，有蛋白质构成，提供浮力，使光合细菌
飘浮水的表面。
? 间体（ mesosomes）,原生膜的内陷结构，它的功能与细胞分裂有
关，也可能是促进细胞壁的合成。
5,Endospores（ 芽孢）
? 5.1 细菌的芽孢杆菌属和梭菌属产生的一种特化的繁殖结构，它无繁殖
功能，是一种抗逆性的休眠体。
? 5.2 芽孢对环境有惊人的抗性，如热、紫外线、化学消毒、干燥等。
? 5.3由于许多病原菌可以产生芽孢，必须设计灭菌措施以除去这种结构。
芽孢的结构图
Section D Bacterial structure and function
细菌的结构与功能
D3 Bacterial cell envelope and cell
wall synthesis
细菌的细胞膜和细胞壁的合成
1.The Gram stain（ 革兰氏染色）
? 1.1 根据 1884年革兰姆发明的染色，细菌常常被分成两类：革兰
氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。
? 1.2 细菌对革兰是染色的不同反应的原因是他们的细胞壁由不同
的结构。
? 1.3 革兰是染色的步骤：
Gram Stain
1) Crystal violet
结晶紫
Gram Stain
2） Grams Iodine (mordant)
媒染
Gram Stain
3） Alcohol
Gram Stain
4） Safranin (Counterstain)
复染
革兰氏染色法：
革兰阳性菌
革兰阴性菌
革兰染色
两类细菌细胞壁的共同组分为肽聚糖，但各有其特殊组分。
涂片 风干 固定
结晶紫 碘液 95%乙醇 复红1min 1min 脱色媒染
Results
? Gram (+) Purple
? Gram (-) Red
? Difference - due to structure of cell wall
? Gram (+) Thick cell wall
? Gram (-) Thin cell wall,LPS,lipoprotein
革兰阳性 革兰阴性
2.Lipid bilayer（ 脂双层分子）
? 2.1 原生质膜是一个半透性膜，磷脂双分子层是膜的骨架。磷脂
是由极性的头部和非极性的尾部组成，极性头部亲水，非极性尾
部疏水。
3.The plasma membrane （ 细胞膜）
? 埋藏在磷脂双分子层中的是各种功能的蛋白，如转运蛋白、能量
代谢的蛋白、对化学物质刺激能够反映的受体蛋白等。
? 完全贯穿双分子磷脂层的蛋白叫整合蛋白（ integral）,通过电荷
作用松散地连接在磷脂层表面的蛋白叫外周蛋白（ peripheral
proteins）
? 脂类和蛋白质均在运动，而且彼此之间相互运动，所以这种膜结
构也被称为液态镶嵌模型。
4.The bacterial cell wall（ 细菌的细胞壁 ）
? 4.1 肽聚糖 Peptidoglycan是细菌细胞壁的物质分子，它是由糖和氨基
酸形成的。细胞壁的作用是提供刚性和强度，保护细胞在低浓度环
境中不被裂解。
? 4.2 革兰氏阳性细菌细胞壁还含有另外一种多聚体，称磷壁酸
（ teichoic acid）,它的功能还不太清楚，可能与细菌的姿容现象有
关。
革兰阴性菌肽聚糖 — 聚糖骨架、四肽侧链
革兰阳性菌肽聚糖 — 聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥
青霉素作用点
溶菌酶作用点
N-乙酰葡糖胺
N-乙酰胞壁酸
壁磷壁酸膜磷壁酸
5.The periplasmic space（ 周质空间 ）
? 5.1 界于外膜和细胞质膜之间的透明空间称为周质空间（ periplasmic
space）。 它是由疏松的肽聚糖网络贯穿于类似凝胶的结构。
? 5.2 周质空间含由一系列的蛋白质，如将营养物运输进入细胞的蛋白
质、蛋白水解酶、细胞防御蛋白（破坏青霉素的 ?-内酰胺酶）
6.The out membrane （ 外膜 ）
? 革兰氏阴性菌的外膜由磷脂构成，但也有其它的某些独特成分。
7.Extracellular layers （ 细胞外层 ）
? 7.1 细胞外层极为于细胞最外的一层结构，不同的细胞外层由不
同的称呼。
? 荚膜（ capsule）,由完好的组织结构，由细胞多糖组成。
? 粘液层（ a slime layer）,易随扩散而丢失的多糖层。
? 以上两种结构通常也称为多糖包被。
? 7.2 细胞外层有许多功能：
? 细菌表面的渗透屏障作用；
? 保护细菌免受吞噬；
? 保护细胞免受干燥损伤；
? 帮助细菌附着到物体的表面
肺炎链球菌荚膜
荚膜
Streptococcus pneumoniae
Section D Bacterial structure and function
细菌的结构与功能
D4 Bacterial movement and
chemotaxis
细菌的运动和趋化现象
1.Motility （ 细菌的运动）
? 1.1 许多细菌用特殊的结构鞭毛运动，鞭毛的着生位置和数目常是细
菌分类的依据。
? 1.2 细菌中有端生鞭毛、周生鞭毛和丛生鞭毛菌。
周毛菌
丛毛菌
单毛菌
双毛菌
?鞭毛需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在光镜下看
到。
?Almost all Spiralbacteria are motile;About 1/2 of Bacilliare motile;Almost all
Cocciare non-motile
2.Flagella structure （ 鞭毛的结构）
? 2.1 鞭毛由鞭毛亚基组成，这些蛋白质称作鞭毛蛋白。
? 2.2 鞭毛的典型结构如图所示。
3.Flagella movement （ 鞭毛的运动）
? 鞭毛坚硬不能屈曲但能旋转，鞭毛的旋转运动很像一个马达，质
子浓度梯度在释放能量的过程中引起鞭毛的旋转。
? 鞭毛旋转的方向决定了运动的类型。逆时针旋转向前运动，顺时
针旋转翻滚转向。
4.Chemotaxis（ 趋化性）
? 4.1 细菌朝向或者离开化学物质的运动称为趋化性。正趋化性是
朝着化学物质运动，负趋化性是离开化学物质运动。
? 4.2 细菌的运动分为直线和翻滚，直线运动通过鞭毛逆时针旋转
引起，翻滚运动通过鞭毛顺时针旋转引起。有趋避剂时，细菌行
翻滚运动，有吸引剂时，细菌行直线运动。
? 4.3 鞭毛的运动类型与趋避剂浓度相联系，涉及到位于周质空间
的蛋白化学感受器。
? 4.4 蛋白化学感受器通过甲基化和去甲基化作用调节鞭毛的旋转
方向。如：有吸引剂时,MCP甲基化，引起鞭毛逆时针旋转，细
菌直线运动，靠近吸附剂；有趋避剂时,MCP去甲基化，鞭毛顺
时针旋转，细菌翻滚转向，逃离趋避剂。
化学吸引剂与鞭毛旋转间的关系
CH3-
Exercise：
? 1.State the structure of bacterial cell envelope.
? 2,State the special structure of bacterial cell,
? 3,State the process of Gram stain and the reason of different
result.
? 4.Which characters of bacterial cell can they be used to identify
prokaryotic species?
? 5.Which differences are there between bacteria and archaea?
细菌的结构与功能
D1 Prokaryote taxonomy
原核生物分类学
1.Classification of prokaryotes（ 原核生物的分类）
1.1 细菌分类学的主要目的是建立一个分类系统，根据细菌一般的特征，将
细菌分类至种群。分类的任务是鉴定单个细菌的种或菌株和命名。依表
型特征和大致进化规律分类也用于研究不同细菌类群问的关系。
1.2 在等级分类系统中最重要的单元称作种 (speed)。 由一个特殊微生物单
细胞繁衍而来的培养物，通常称为菌株。菌株也被用来描述一个种的亚
类群，亚类群指种内有相同特征的细菌。从林奈 (1707~1778)开始,—
直以双名法命名。即属名加种名。
1.3 双名法的学名是用拉丁词组成的，所以应用斜体字表示或在学名之下划
一横线。通常，微生物的名字已经写出全文，属名可减至一个字或几个
字，只要不与其他属混淆即可。这样，随后提到大肠杆菌只需写成
E,coli。
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
2.1 DNA tests
比较菌株间 DNA的含量和序列是将微生物分为不同类群和确定它们间的进化
关系 (系统发育的分析 )可信度最高的方法。按惯例，测定 DNA的 G— C含量
(G+C mol ％值 —— 译者注 )或菌株间 DNA同源性。最近，业已应用分析比较
保守的细胞分子中有效的 DNA序列如 16srRNA或蛋白质 如细胞色素 C,ATP
酶，对这类信息进行分析的技术称为分支分类 。
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? 2.2 菌落形态
? 细菌菌落的形状、质地和颜色是鉴定分类的依据。例如，金黄色
葡萄球菌 (Streptococcus aureus),所以这样命名由于菌落是黄颜
色的,aureus来自拉丁词金色的。
Shape of colonies菌落的形状
光滑型菌
落 粗糙型菌落
粘液型菌落
Texture and color of colonies菌落的质地和颜色
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? 2.3 细胞的形态结构和染色反应（ Cell shape,structures and reaction
to stains）
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? Cell shape
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
葡萄球菌 (stapylococcus) 四联球菌 (tetrad)
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
炭疽芽胞杆菌 3-10 μ m
大 中
大肠埃希菌 2-3 μ m
小
布鲁菌 0.6-1.5 μ m
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
弧菌 螺菌 螺杆菌
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
中
大肠埃希菌 2-3 μ m炭疽芽胞杆菌 3-10 μ m
大? Reaction to stains （ Gram-positive or Gram-negative）
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? Cell structures
? spores(（ 孢子）（ malachite green stain孔雀绿染色）
? Unusual cell walls （ 普通细胞壁）（ Ziehl-Neelsen acid-fast stain固
酸染色法）
? Capsules（ 荚膜）（ Indian ink stain黑墨汁染色法）
? Intracellular lipids（ 细胞内的脂类） （ sudan black苏丹黑染色）
? Flagella （ 鞭毛）（ flagellar stain鞭毛染色）
? Metachromatic granules （ 异染颗粒）（ Albert-Leybourne stain）
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
肉毒梭菌
破伤风梭菌
Spores
炭疽芽胞
杆菌
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? 2.4 Growth charateristics（ 生长特征）
? Temperature
? pH
? O2
Oxygen,Aerobic (Pseudomonas,Bacillus)
No Oxygen,Anaerobic (Clostridium)
Either,Facultative Anaerobe (E,coli)
菌膜
菌沉
淀
均匀浑浊
对照
细菌在液体培养基中的生长情况
（ O2的影响）
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? 2.5 Biochemical tests（ 生化检验）
? 利用的碳源和氮源
? 代谢的最终产物，如 3-羟基丁酮，用 V-P试验
? 细菌所产生的酶，如脱羧酶、蛋白酶和 DNA酶
? 其它的分子
? 抗体反应
VP
试
验
阴
性
阳
性
大肠杆菌,—
产气杆菌,+
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
H2S试验
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
尿
素
酶
试
验
对
照
阳
性
阴
性
2.Characters used in prokaryote identification
（ 原核生物鉴定用的特征）
? Immunological tests （ 免疫学检验）
? 细胞组分如胞壁脂多糖 O-侧链的抗体或荚膜的抗体常用于区分一
个种中菌株间的差异
3.Current classification of prokaryotes
（ 原核生物的现代分类）
? 3.1 原核生物的门类：
泉古细菌门
广古细菌门 真细菌
产液菌门、异细菌门、
产金色菌门、热微菌门、
蓝细菌门、绿菌门
蛋白细菌门、厚壁菌门、
螺旋体门、丝状杆菌门、
拟杆菌门、黄杆菌门
鞘氨醇杆菌门、梭杆菌门
疣微菌门
古细菌
初生古细菌门
3.Current classification of prokaryotes
（ 原核生物的现代分类）
3.2 16sRNA对原核生物分类
Aquificales（ 产液菌）
Thermatogales（ 热胞菌）
Thermodesulfobacterium（ 嗜热脱
硫细菌）
Green non-sulfur bacteria（ 绿色非
硫细菌）
OP2
Deubiciccus（ 奇异球菌）
Green sulfur bacteria（ 绿色硫细菌）
Cyanobacteria（ 蓝细菌）
Spirochetes（ 螺旋体）
Bacteroides/Flavobacterium（ 拟
杆菌 /黄杆菌）
Planctomyces/pirella（ 浮霉状菌
/小梨型菌）
Chlamydia（ 衣原体）
Nitrospira（ 硝化螺菌）
Gram-positive bacteria（ 革兰氏
阳性细菌）
Proteobacteria（ 蛋白细菌 /紫细
菌）
产液菌 /氢杆菌
热胞菌
绿色非硫细菌
奇异球菌
螺旋体
绿色硫细菌
黄杆菌
浮霉状菌
衣原体
革兰氏阳性细菌
蓝细菌
紫色细菌
3.3 原核生物系统图：
3.Current classification of prokaryotes
（ 原核生物的现代分类）
? 3.4 各类原核生物特征：
? Aquificales（ 产液菌）：最古老的一类微生物，包括嗜热细菌，
它们利用氢、硫代硫酸盐或者硫磺作为电子供体，放出氧气。
? Thermatogales（ 热胞菌）：是一类极端嗜热菌，能够在 90℃ 生
长。
? Thermodesulfobacterium（ 嗜热脱硫细菌）：能够在 70℃ 生长，
产生硫酸盐，具有古细菌祖先的一些特征。
? Green non-sulfur bacteria（ 绿色非硫细菌）：是一类嗜热、光合
作用、丝状的细菌,它们的光合作用不产生氧气。
? OP2,这是一类仅仅用 PCR鉴定的、还未培养出的细菌。
? Deubiciccus（ 奇异球菌）：这类细菌的细胞壁很厚，能够抵抗较
强的辐射。
3.Current classification of prokaryotes
（ 原核生物的现代分类）
? Green sulfur bacteria（ 绿色硫细菌）：能够进行光合作用，但是
不放氧气。
? Cyanobacteria（ 蓝细菌）：是一类光合作用放氧的微生物，带有
气泡和一些其它的胞囊，有很厚的细胞壁，能够固定氮气，叶绿
体可能来自于这一类微生物。
? Spirochetes（ 螺旋体）：革兰氏染色阴性、能够运动、有一个或
者一个以上的鞭毛。一些能够引起人类的疾病，如梅毒、莱姆关
节炎。
? Bacteroides/Flavobacterium（ 拟杆菌 /黄杆菌）：革兰氏染色阴
性，广泛存在于动物、水和土壤中，是一类专型厌氧菌。
? Planctomyces/pirella（ 浮霉状菌 /小梨型菌）：细胞壁缺乏肽聚糖，
有一层又蛋白质组成的 S-层，细胞具柄，能够产生芽细胞。
3.Current classification of prokaryotes
（ 原核生物的现代分类）
? Chlamydia（ 衣原体）：动物细胞内寄生，如导致沙眼等一系列
眼病的沙眼衣原体。
? Nitrospira（ 硝化螺菌）：化能自养型、能够进行硝化作用，利用
无机氮作为能源。大多数其它的硝化细菌属于蛋白细菌。
? Gram-positive bacteria（ 革兰氏阳性细菌）,DNA分子中的 GC含
量差别较大。这一类细菌中有许多致病菌，如葡萄球菌、链球菌，
也有在工业上应用的微生物，如乳酸杆菌，还有能够形成芽孢的
杆菌和梭菌。
? Proteobacteria（ 蛋白细菌 /紫色细菌）：是最大的也是最多的一
类细菌，它包含了最常见的革兰氏阴性细菌。这一类细菌可以分
为五簇,α,β,γ,δ,θ。
Section D Bacterial structure and function
细菌的结构与功能
D2 Prokaryote cell structure
原核生物细胞的结构
1.Prokaryotic cells（ 原核生物的细胞）
? 1.1 Prokaryotic cells
? 荚膜
? 外膜
? 细胞壁
? 质膜
? 周质空间
? 纤毛
? 鞭毛
? 核糖体
? 拟核
? 内涵体
细胞结构图
Contribute to Virulence of bacteria by
preventing phagocytosis
Function of Capsule
1.Prokaryotic cells（ 原核生物的细胞）
? 1.2 古细菌和真细菌的区别
特征 真细菌 古细菌
细胞壁 有胞壁酸 无胞壁酸
脂类 酯键相连 醚键相连
甲烷生成 没有 可能有
RNA多聚霉 一个 几个
起始 tRNA 甲酰甲硫氨酸 甲硫氨酸
核糖体 链霉素和氯霉素敏感 链霉素和氯霉素抗性
白喉毒素抗性 白喉毒素敏感
2,The cytoplasm and ribosomes （ 细胞质与核糖体）
? 2.1 细胞质：细菌的细胞质是
水、细胞功能所需的各种分
子,RNA和蛋白质的混合物。
? 2.2 核糖体：核糖体是由一个
大亚基和一个小亚基组成，
是合成蛋白质的场所。 原核
生物的核糖体与真核生物的
核糖体不同，因此有些抗生
素对人类是非常有利的。
3,Prokaryote DNA（ 原核细胞的 DNA）
? 3.1 细菌的 DNA位于细胞之中，有一个染色体组成，不同的细菌之间染色体
的大小不同,DNA是换装、致密超螺旋，与组蛋白类是的蛋白质结合。
? 3.2 染色体没有核膜包围，但在显微镜中常可看到分离的核区，称为拟核。
? 3.3 某些细菌还含有染色体以外的小分子 DNA,称作质粒。质粒上的基因对
细菌的生活并非必须。
细菌染色体
质粒
4,Other internal prokaryote features
（ 细菌的其它内含物）
? 4.1 细菌细胞含有的与某些特出功能相联系的结构称作内含体
（ inclusion bodies）
? 异染颗粒：是一种聚 -?— 羟丁酸颗粒，能量的储藏物质。
? 脂肪滴：储藏能量。
? 气泡：在细胞内四周排列，有蛋白质构成，提供浮力，使光合细菌
飘浮水的表面。
? 间体（ mesosomes）,原生膜的内陷结构，它的功能与细胞分裂有
关，也可能是促进细胞壁的合成。
5,Endospores（ 芽孢）
? 5.1 细菌的芽孢杆菌属和梭菌属产生的一种特化的繁殖结构，它无繁殖
功能，是一种抗逆性的休眠体。
? 5.2 芽孢对环境有惊人的抗性，如热、紫外线、化学消毒、干燥等。
? 5.3由于许多病原菌可以产生芽孢，必须设计灭菌措施以除去这种结构。
芽孢的结构图
Section D Bacterial structure and function
细菌的结构与功能
D3 Bacterial cell envelope and cell
wall synthesis
细菌的细胞膜和细胞壁的合成
1.The Gram stain（ 革兰氏染色）
? 1.1 根据 1884年革兰姆发明的染色，细菌常常被分成两类：革兰
氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。
? 1.2 细菌对革兰是染色的不同反应的原因是他们的细胞壁由不同
的结构。
? 1.3 革兰是染色的步骤：
Gram Stain
1) Crystal violet
结晶紫
Gram Stain
2） Grams Iodine (mordant)
媒染
Gram Stain
3） Alcohol
Gram Stain
4） Safranin (Counterstain)
复染
革兰氏染色法：
革兰阳性菌
革兰阴性菌
革兰染色
两类细菌细胞壁的共同组分为肽聚糖，但各有其特殊组分。
涂片 风干 固定
结晶紫 碘液 95%乙醇 复红1min 1min 脱色媒染
Results
? Gram (+) Purple
? Gram (-) Red
? Difference - due to structure of cell wall
? Gram (+) Thick cell wall
? Gram (-) Thin cell wall,LPS,lipoprotein
革兰阳性 革兰阴性
2.Lipid bilayer（ 脂双层分子）
? 2.1 原生质膜是一个半透性膜，磷脂双分子层是膜的骨架。磷脂
是由极性的头部和非极性的尾部组成，极性头部亲水，非极性尾
部疏水。
3.The plasma membrane （ 细胞膜）
? 埋藏在磷脂双分子层中的是各种功能的蛋白，如转运蛋白、能量
代谢的蛋白、对化学物质刺激能够反映的受体蛋白等。
? 完全贯穿双分子磷脂层的蛋白叫整合蛋白（ integral）,通过电荷
作用松散地连接在磷脂层表面的蛋白叫外周蛋白（ peripheral
proteins）
? 脂类和蛋白质均在运动，而且彼此之间相互运动，所以这种膜结
构也被称为液态镶嵌模型。
4.The bacterial cell wall（ 细菌的细胞壁 ）
? 4.1 肽聚糖 Peptidoglycan是细菌细胞壁的物质分子，它是由糖和氨基
酸形成的。细胞壁的作用是提供刚性和强度，保护细胞在低浓度环
境中不被裂解。
? 4.2 革兰氏阳性细菌细胞壁还含有另外一种多聚体，称磷壁酸
（ teichoic acid）,它的功能还不太清楚，可能与细菌的姿容现象有
关。
革兰阴性菌肽聚糖 — 聚糖骨架、四肽侧链
革兰阳性菌肽聚糖 — 聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥
青霉素作用点
溶菌酶作用点
N-乙酰葡糖胺
N-乙酰胞壁酸
壁磷壁酸膜磷壁酸
5.The periplasmic space（ 周质空间 ）
? 5.1 界于外膜和细胞质膜之间的透明空间称为周质空间（ periplasmic
space）。 它是由疏松的肽聚糖网络贯穿于类似凝胶的结构。
? 5.2 周质空间含由一系列的蛋白质，如将营养物运输进入细胞的蛋白
质、蛋白水解酶、细胞防御蛋白（破坏青霉素的 ?-内酰胺酶）
6.The out membrane （ 外膜 ）
? 革兰氏阴性菌的外膜由磷脂构成，但也有其它的某些独特成分。
7.Extracellular layers （ 细胞外层 ）
? 7.1 细胞外层极为于细胞最外的一层结构，不同的细胞外层由不
同的称呼。
? 荚膜（ capsule）,由完好的组织结构，由细胞多糖组成。
? 粘液层（ a slime layer）,易随扩散而丢失的多糖层。
? 以上两种结构通常也称为多糖包被。
? 7.2 细胞外层有许多功能：
? 细菌表面的渗透屏障作用；
? 保护细菌免受吞噬；
? 保护细胞免受干燥损伤；
? 帮助细菌附着到物体的表面
肺炎链球菌荚膜
荚膜
Streptococcus pneumoniae
Section D Bacterial structure and function
细菌的结构与功能
D4 Bacterial movement and
chemotaxis
细菌的运动和趋化现象
1.Motility （ 细菌的运动）
? 1.1 许多细菌用特殊的结构鞭毛运动，鞭毛的着生位置和数目常是细
菌分类的依据。
? 1.2 细菌中有端生鞭毛、周生鞭毛和丛生鞭毛菌。
周毛菌
丛毛菌
单毛菌
双毛菌
?鞭毛需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在光镜下看
到。
?Almost all Spiralbacteria are motile;About 1/2 of Bacilliare motile;Almost all
Cocciare non-motile
2.Flagella structure （ 鞭毛的结构）
? 2.1 鞭毛由鞭毛亚基组成，这些蛋白质称作鞭毛蛋白。
? 2.2 鞭毛的典型结构如图所示。
3.Flagella movement （ 鞭毛的运动）
? 鞭毛坚硬不能屈曲但能旋转，鞭毛的旋转运动很像一个马达，质
子浓度梯度在释放能量的过程中引起鞭毛的旋转。
? 鞭毛旋转的方向决定了运动的类型。逆时针旋转向前运动，顺时
针旋转翻滚转向。
4.Chemotaxis（ 趋化性）
? 4.1 细菌朝向或者离开化学物质的运动称为趋化性。正趋化性是
朝着化学物质运动，负趋化性是离开化学物质运动。
? 4.2 细菌的运动分为直线和翻滚，直线运动通过鞭毛逆时针旋转
引起，翻滚运动通过鞭毛顺时针旋转引起。有趋避剂时，细菌行
翻滚运动，有吸引剂时，细菌行直线运动。
? 4.3 鞭毛的运动类型与趋避剂浓度相联系，涉及到位于周质空间
的蛋白化学感受器。
? 4.4 蛋白化学感受器通过甲基化和去甲基化作用调节鞭毛的旋转
方向。如：有吸引剂时,MCP甲基化，引起鞭毛逆时针旋转，细
菌直线运动，靠近吸附剂；有趋避剂时,MCP去甲基化，鞭毛顺
时针旋转，细菌翻滚转向，逃离趋避剂。
化学吸引剂与鞭毛旋转间的关系
CH3-
Exercise：
? 1.State the structure of bacterial cell envelope.
? 2,State the special structure of bacterial cell,
? 3,State the process of Gram stain and the reason of different
result.
? 4.Which characters of bacterial cell can they be used to identify
prokaryotic species?
? 5.Which differences are there between bacteria and archaea?
