《微生物结构学》课件

微生物结构学欢来结课将讨结细迎到微生物构学的世界！本程深入探微生物的精妙构，从观们将习菌到病毒，从真菌到原生动物，揭示微世界的奥秘我学各种微生态结这结们课养对物的形、构以及些构如何影响它的功能本程旨在培学生结关为来应坚础微生物构与功能系的深刻理解，未的研究和用打下实的基课程简介微生物结构学的定义和重要性课程目标和学习成果结细态结课标结识微生物构学是研究微生物胞和病毒等微小生物体的形、本程的目是使学生掌握微生物构的基本知，了解各种微组对结结关过课构和成的学科它于理解微生物的生命活动、致病机制、以生物的构特点，以及构与功能之间的系通本程的学开关结连习将识问题及发新的抗菌和抗病毒策略至重要微生物构学是接微，学生能够运用所学知解决实际，并具备从事微生物结习识别结生物学、生物化学和分子生物学等学科的重要桥梁构研究的能力学成果包括能够和描述不同微生物的结关构，以及能够分析构与功能之间的系微生物的分类1原核生物和真核生物为细微生物可以分原核生物和真核生物两大类原核生物包括菌和古细们细结简单没细菌，它的胞构，有核膜包裹的胞核真核生物包括们细结杂细细真菌、原生动物和藻类，它的胞构复，具有胞核和其他胞器2细菌、古细菌、真菌、原生动物和病毒细单细细细细质区菌是胞原核生物，具有胞壁、胞膜、胞和核等基本结细们环构古菌是另一类原核生物，它在极端境中生存真菌是真单细核生物，包括酵母菌和霉菌原生动物是胞真核生物，具有运动结细质组构病毒是一种非胞生物，由核酸和蛋白成微生物的大小和形态微米和纳米级别的生物常见微生物形态球菌、杆菌、螺旋菌纳级别细态微生物的大小通常在微米（μm）和米（nm）菌的大微生物的形多种多样，常见的有球菌、杆菌和螺旋菌球菌呈状状态小通常在

0.5-5μm之间，病毒的大小通常在20-300nm之间微球形，杆菌呈杆，螺旋菌呈螺旋微生物的形也与其功能对较细关生物的大小其功能和活动有重要影响例如，小的菌更容有例如，螺旋菌通常具有运动能力进细易入宿主胞细菌的基本结构细胞壁细细细层结细细组胞壁是菌胞的最外构，具有保护和支持作用菌的胞壁由肽聚糖成，结组细细肽聚糖的构和成因菌种类而异胞壁也是抗生素的作用靶点细胞膜细细细内层结层组细质进胞膜是菌胞的膜构，由磷脂双和膜蛋白成胞膜具有控制物出细谢转导细胞、能量代和信号等功能胞膜也是药物的作用靶点细胞质细质细细内状质质结细质细胞是菌胞部的凝胶物，包含核糖体、包涵体和粒等构胞是进谢质场菌行代活动和蛋白合成的所核区区细细区没细遗传核是菌胞中包含染色体DNA的域，有核膜包裹染色体DNA是菌信息载细谢的体，控制菌的生长、繁殖和代细菌细胞壁

（一）革兰氏阳性菌细胞壁结构肽聚糖的组成和功能兰细较层组没革氏阳性菌的胞壁厚，主要由多肽聚糖成，有外膜肽聚糖是由N-乙酰葡糖胺（NAG）和N-乙酰胞壁酸（NAM）通过连维细结过键连链过侧链连肽聚糖之间通磷壁酸接，磷壁酸具有持胞壁构和参β-1,4糖苷接而成的多糖，并通四肽和肽桥接细维细态渗压细与胞粘附的作用在一起肽聚糖具有持胞形、抵抗透和参与胞分裂等功能细菌细胞壁

（二）革兰氏阴性菌细胞壁结构外膜的特点和功能兰阴细较单层组组兰阴革氏性菌的胞壁薄，由肽聚糖和外膜成肽聚糖外膜由脂多糖（LPS）、磷脂和外膜蛋白成LPS是革氏细选择转质位于胞膜和外膜之间，外膜具有性通透性，可以阻止某些性菌特有的成分，具有免疫激活作用外膜蛋白具有运物、质进细细物入胞粘附宿主胞和抵抗抗生素等功能细菌细胞膜磷脂双层结构细细层结组亲菌胞膜由磷脂双构成，磷脂分子由水性的磷酸基组层许团和疏水性的脂肪酸尾成磷脂双具有流动性，可以允膜蛋白在其中移动膜蛋白和其功能层转质转导膜蛋白嵌入或附着在磷脂双中，具有运物、信号、谢结结能量代和构支持等功能膜蛋白的构和功能多样，是药物的重要作用靶点细菌细胞质核糖体包涵体细细质细细质储营养核糖体是菌胞中合成蛋白包涵体是菌胞中存场质组质谢产颗状结的所，由RNA和蛋白成物或代物的粒构，细羟菌的核糖体与真核生物的核糖例如聚-β-丁酸（PHB）和多结盐体构不同，是抗生素的重要作聚磷酸（polyphosphate）为细用靶点包涵体可以作菌在逆境中生储存的备质粒质细细独环状带粒是菌胞中立于染色体DNA的小型DNA分子，可以携抗质细转导生素抗性基因、毒力基因等粒可以在菌之间移，致抗生素抗传性的播细菌核区染色体的结构核糖体的合成DNA RNA细环状链没组转录菌的染色体DNA是的双DNA分子，有核膜包裹染核糖体RNA（rRNA）是核糖体的重要成部分，由DNA而过进应细细来色体DNA通DNA促旋酶的作用行超螺旋化，以适菌rRNA的合成需要RNA聚合酶的参与，RNA聚合酶也是抗生胞的空间限制素的作用靶点细菌鞭毛鞭毛的结构和组成鞭毛的功能和运动机制细细结丝钩组过转细进转趋菌鞭毛是菌运动的构，由鞭毛、鞭毛和基体成鞭毛通旋运动推动菌前，旋方向由化信号控制丝组钩连丝应饰鞭毛由鞭毛蛋白成，鞭毛接鞭毛和基体，基体固定鞭毛的运动需要ATP的能量供，鞭毛蛋白的修也影响鞭毛细细在胞膜和胞壁上的运动能力细菌菌毛菌毛的类型和结构菌毛的功能粘附和基因转移细细状结为过细结细细菌毛是菌表面小的毛构，分普通菌毛和性菌毛普通普通菌毛通与宿主胞表面的受体合，使菌粘附在宿主较数细较数导过细进质菌毛短，量多，主要参与菌的粘附性菌毛长，量少胞上，致感染性菌毛通形成接合管，使菌之间行粒细转转导传，主要参与菌的基因移DNA的移，致抗生素抗性的播细菌芽胞芽胞的结构特点结内层芽胞的构包括核心、膜、皮、外2芽胞的形成过程膜和芽胞外壳核心包含DNA、核糖体层组和酶等，皮由肽聚糖成，外膜和芽细芽胞是菌在逆境条件下形成的一种休1胞外壳具有保护作用眠体，具有很强的抵抗力芽胞的形成杂过芽胞的生存优势是一个复的程，包括DNA复制、细质浓缩内层胞、形成膜、形成皮和形热辐质骤芽胞具有耐、耐射、耐化学物和成外膜等步恶环耐干燥等特性，可以在劣境中长期3当环时存活境条件适宜，芽胞可以萌营养细发成胞，恢复生长繁殖放线菌的特殊结构菌丝体和气生菌丝孢子链的形成线丝状细营养丝组丝线过丝顶链链放菌是一种菌，其体由菌体成，菌体在固体放菌通气生菌的端形成孢子，孢子包含多个孢子养线丝丝线单营养培基上形成菌落某些放菌可以形成气生菌，气生菌生孢子是放菌的繁殖位，具有抵抗干燥和缺乏等特性的能产长在空气中，可以生孢子力蓝细菌的特殊结构类囊体膜固氮细胞蓝细进细蓝细细将菌是一种可以行光合作用的菌，其光合作用发生在类某些菌具有固氮能力，可以在固氮胞中大气中的氮气蓝细细内结绿转为细细进囊体膜上类囊体膜是菌胞的一种膜构，含有叶化氨固氮胞具有厚的胞壁，可以阻止氧气入，保素和其他光合色素护固氮酶的活性古细菌的特殊结构层蛋白S层细细层质细环压S蛋白是古菌胞壁最外的一种蛋白，具有保护胞免受境层结组细力的作用S蛋白的构和成因古菌种类而异特殊的细胞膜脂质细细质细古菌的胞膜脂与菌和真核生物不同，含有异戊二烯基甘油醚，热这细质细具有更强的耐和耐酸碱能力种特殊的胞膜脂使古菌能够在环极端境中生存真菌的基本结构菌丝体和酵母型细胞壁的组成几丁质和葡聚糖态为丝丝丝状细细质组质真菌的形分菌体和酵母型菌体是的胞，可以形真菌的胞壁主要由几丁和葡聚糖成，几丁是一种多糖，单细态过坚韧弹质成菌落酵母型是胞的形，可以通出芽繁殖具有和性葡聚糖是一种多糖，可以与几丁交联，增强细胞壁的强度真菌的细胞器内质网内质细内结为内质内网是真菌胞的一种膜构，分粗面网和滑面质内质质饰内质网粗面网参与蛋白的合成和修，滑面网参与谢脂类的合成和代高尔基体细内结质饰高尔基体是真菌胞的一种膜构，参与蛋白的修、分将质细类和运输高尔基体可以蛋白运送到胞的其他部位或分细泌到胞外线粒体线细内进场产线粒体是真菌胞行有氧呼吸的所，可以生ATP层结内积粒体具有双膜构，膜形成嵴，增加了膜的表面真菌的繁殖结构1孢子体2子实体产结为结孢子体是真菌生孢子的构，分有性孢子体和无性孢子实体是某些大型真菌的繁殖构，例如蘑菇子实体可过产产过传寻场子体有性孢子体通有性繁殖生孢子，无性孢子体通以生大量的孢子，孢子通风力播，找新的生长过产无性繁殖生孢子所酵母菌的特殊结构出芽痕假菌丝进来断丝丝出芽痕是酵母菌行出芽繁殖后留下的痕迹，可以用判酵母某些酵母菌可以在特定条件下形成假菌，假菌是由多个酵母数积细连链状结丝组菌的繁殖次出芽痕的累会影响酵母菌的生长和繁殖能力胞接而成的构假菌可以帮助酵母菌侵入宿主织导，致感染丝状真菌的特殊结构隔壁丝状丝横结将丝细隔壁是真菌菌上的向分隔构，可以菌分隔成多个胞许细质细细隔壁上通常有孔，可以允胞和胞器在胞之间流动孢子囊丝状产结内孢子囊是某些真菌生孢子的构，孢子囊包含大量的孢子孢释来过传子囊破裂后，孢子放出，通风力播原生动物的基本结构细胞膜和皮层细细原生动物的胞膜具有保护和支持作用，胞膜下方通常有一层层细层皮，可以增强胞的强度某些原生动物的皮具有特殊结的构，例如纤毛虫的毛基体细胞质和细胞器细质细线内质原生动物的胞包含多种胞器，例如粒体、网、高这细职维细尔基体、溶酶体和食物泡些胞器各司其，持胞的生命活动原生动物的运动结构鞭毛纤毛伪足结结伪结鞭毛是某些原生动物的运动构，例如纤毛是某些原生动物的运动构，例如足是某些原生动物的运动构，例如过摆转过协调伪细质临时鞭毛虫鞭毛通动或旋运动推动纤毛虫纤毛比鞭毛短而多，通变形虫足是胞的延伸，通进摆进过细质原生动物前动推动原生动物前胞的流动使原生动物移动原生动物的核结构大核和小核负责细某些原生动物具有大核和小核，例如纤毛虫大核控制胞的生长谢负责细遗传和代，小核控制胞的和繁殖核分裂方式原生动物的核分裂方式多种多样，例如二分裂、多分裂和出芽分裂核关分裂方式与其繁殖方式有病毒的基本结构核酸（或）蛋白质衣壳DNA RNA遗传载质结质组病毒的核酸是其信息的体，可以是DNA或RNA核酸可蛋白衣壳是病毒的保护构，由多个蛋白亚基成蛋白单链链环状线结组质环以是或双，或性核酸的构和成决定了病毒衣壳可以保护核酸免受外界境的破坏，并参与病毒的吸附的类型和特性和侵入病毒的形态1螺旋型2多面体型状螺旋型病毒的衣壳呈螺旋，多面体型病毒的衣壳呈多面体内状核酸位于衣壳的部，例如烟，通常是正二十面体，核酸内草花叶病毒位于衣壳的部，例如腺病毒3复合型结杂复合型病毒的构复，具有螺旋型和多面体型的特点，例如噬菌体细菌病毒（噬菌体）的结构头部和尾部结细噬菌体的构包括头部和尾部，头部包含核酸，尾部用于吸附和侵入细菌胞基板和尾丝丝丝识别细细尾部的末端有基板和尾，尾可以菌胞表面的受体，基板可细细将细细以穿透菌胞壁，核酸注入菌胞动物病毒的结构包膜病毒非包膜病毒层来细细没细包膜病毒的衣壳外有一包膜，包膜源于宿主胞的胞膜，非包膜病毒的衣壳有包膜，直接与宿主胞接触非包膜病毒过进细含有病毒自身的糖蛋白包膜病毒的包膜糖蛋白可以参与病毒的通常通胞吞作用入宿主胞吸附和侵入植物病毒的结构杆状病毒状状内状杆病毒的衣壳呈杆，核酸位于衣壳的部，例如烟草花叶病毒杆病毒通过伤进细常通口入植物胞球状病毒状状内状球病毒的衣壳呈球，核酸位于衣壳的部，例如菜豆花叶病毒球病毒通过传常通昆虫播微生物结构的研究方法

（一）1光学显微镜技术显镜结观态光学微是研究微生物构的基本工具，可以察微生物的形、显镜显镜显镜荧大小和染色特性光学微包括普通光学微、相差微和显镜光微等2电子显微镜技术显镜观结显镜电子微可以察微生物的超微构，分辨率比光学微高得多显镜显镜扫显镜电子微包括透射电子微和描电子微微生物结构的研究方法

（二）原子力显微镜显镜观维结级原子力微可以察微生物表面的三构，分辨率可以达到原子别显镜环观细结原子力微可以在液体境中工作，可以察活胞的构变化超分辨率显微镜技术显镜术显镜超分辨率微技可以突破光学衍射极限，提高光学微的分辨率显镜术损显镜超分辨率微技包括受激发射耗微（STED）和光激活定位显镜微（PALM）等微生物结构的研究方法

（三）染色技术术结兰染色技可以增强微生物构的可见性，常用的染色方法包括革氏染色、抗酸术识别染色和鞭毛染色等染色技可以帮助和分类微生物免疫荧光技术荧术荧标记结显镜观免疫光技利用光的抗体与微生物的特定抗原合，可以在微下结荧术检测鉴察特定构的分布和定位免疫光技可以用于和定微生物微生物结构与功能的关系结构决定功能的案例分析结关细细细环细细微生物的构与其功能密切相，例如菌的胞壁可以保护胞免受外界境的破坏，菌的鞭毛可以帮助菌运动，病毒的衣壳过结可以保护核酸通研究微生物的构，可以深入了解其功能和生命活动细菌细胞壁与抗生素作用内酰胺类抗生素的作用机制β-内过细细导细β-酰胺类抗生素通抑制菌胞壁肽聚糖的合成，致细终导细内临菌胞壁的缺陷，最致菌死亡β-酰胺类抗生素是床上常用的抗生素，例如青霉素和头孢菌素细菌细胞膜与药物靶点膜蛋白作为药物靶点的重要性细细质转菌胞膜上的膜蛋白参与多种重要的生命活动，例如物运、信号转导谢和能量代膜蛋白是药物的重要作用靶点，例如氨基糖苷类抗生细质素可以抑制菌的蛋白合成细菌鞭毛与化学趋药性趋化性信号转导系统细过围环质这现称为趋趋转导菌可以通鞭毛的运动感知周境中的化学物，并向有利的方向移动，种象化性化性信号系统包括受体、组信号蛋白和鞭毛马达等成部分细菌芽胞与食品安全芽胞的耐热性和消毒方法细热热难杀压灭辐灭菌芽胞具有很强的耐性，普通的加方法以死芽胞食品工业中常用的消毒方法包括高温高菌和射菌等，可以杀证有效地死芽胞，保食品安全真菌细胞壁与抗真菌药物几丁质合成抑制剂的作用机制质细组质剂几丁是真菌胞壁的重要成部分，几丁合成抑制可以抑制真菌细导质剂临胞壁的合成，致真菌死亡几丁合成抑制是床上常用的抗真烃菌药物，例如聚烯类抗生素病毒结构与疫苗开发基于病毒结构的疫苗设计策略过结计诱导产通研究病毒的构，可以找到病毒的弱点，并设出有效的疫苗例如，基于病毒衣壳蛋白的疫苗可以机体生抗体，阻止病毒的吸附和侵入微生物结构与生物膜形成生物膜的形成过程和结构特点结生物膜是由微生物聚集在一起形成的构，通常附着在固体表过面生物膜的形成程包括微生物的吸附、聚集和分泌胞外多骤击糖等步生物膜具有抵抗抗生素和免疫攻的能力微生物结构与环境适应极端环境微生物的结构适应性环环盐极端境微生物是指生活在极端境中的微生物，例如高温、高、高这结应环压酸碱等些微生物具有特殊的构，可以适极端境的力，例如细细质古菌的特殊的胞膜脂微生物结构与基因工程基因操作的结构基础过遗传质结质结结基因工程是指通改变微生物的物，使其具有新的功能基因操作需要了解微生物的构，例如粒的构、启动子的构和结结核糖体合位点的构微生物结构与产业应用发酵工业中的微生物结构优化产产过结产产质过发酵工业利用微生物生各种品，例如酒精、酸和酶通优化微生物的构，可以提高品的量和量例如，通改变细细产菌胞壁的通透性，可以提高胞外酶的量细菌纳米线结构特点和电子传递功能细纳线细产细丝状结连细细环菌米是某些菌生的一种构，可以接菌胞和进传细纳线传境，行电子递菌米在生物能源、生物感器和生物修复等领应域具有用前景微生物细胞工厂重组蛋白表达的结构基础细产组组结结结结微生物胞工厂是指利用微生物生重蛋白重蛋白的表达需要了解微生物的构，例如启动子的构、核糖体合位点的构结过这结组产质和信号肽的构通优化些构，可以提高重蛋白的量和量合成生物学与微生物结构人工设计的微生物结构计过合成生物学是指设和构建新的生物系统通合成生物学，计结可以人工设微生物的构，使其具有新的功能例如，可以计细产设具有特定酶活性的微生物胞器，用于生特定的化学物质微生物结构与生物传感器基于微生物结构的生物传感技术传进检测术结传检测环质生物感器是指利用生物材料行的技基于微生物构的生物感器可以用于境中的污染物、食品中的有害物标细趋环和人体中的疾病志物例如，可以利用菌的化性感知境中的污染物微生物结构与生物修复微生物降解污染物的结构基础环过结础过生物修复是指利用微生物降解境中的污染物通了解微生物降解污染物的构基，可以优化生物修复程，提高修复效率例细如，可以利用菌的酶降解有机污染物微生物化石结构古代微生物的结构特征遗关微生物化石是古代微生物的骸，可以提供于古代微生物的结过结构信息通研究微生物化石的构，可以了解地球早期生历过命的史和演化程宇宙生物学与微生物结构外星微生物可能的结构特征过宇宙生物学是指研究宇宙中生命存在的可能性通研究地球上的微生结测结测物构，可以推外星微生物可能的构特征例如，可以推外星微应环结生物可能具有适极端境的构微生物结构与系统分类结构特征在分类学中的应用结过较结将进树兰微生物的构特征是系统分类的重要依据通比微生物的构特征，可以微生物行分类，建立系统分类例如，革氏染区兰兰阴色可以用于分革氏阳性菌和革氏性菌微生物结构与进化结构特征揭示的进化关系过结进关较们亲缘通研究微生物的构特征，可以了解微生物的化系例如，比不同微生物的核糖体RNA序列，可以了解它之间的关结进系构特征是研究微生物化的重要依据微生物群落结构生物被膜中的空间结构环杂微生物群落是指生活在同一境中的多种微生物微生物群落具有复结的空间构，例如生物被膜生物被膜中的微生物之间可以相互合作，环压共同抵抗外界境的力微生物与宿主相互作用的结构基础病原体识别与黏附的结构机制杂细过识别结开微生物与宿主之间存在复的相互作用，例如病原体与宿主胞的黏附通了解病原体和黏附的构机制，可以发新的防治计断细策略例如，可以设阻病原体与宿主胞黏附的药物微生物结构与免疫识别病原相关分子模式（）的结构特征PAMPs关结病原相分子模式（PAMPs）是微生物特有的构，可以被宿识别过结开主的免疫系统通了解PAMPs的构特征，可以发新疗计的免疫治策略例如，可以设模拟PAMPs的分子，激活宿主的免疫系统微生物结构与代谢工程代谢通路的空间组织谢过谢径谢代工程是指通改变微生物的代途，使其具有新的功能代途径组结关过谢径组的空间织与微生物的构密切相通了解代途的空间织谢过产产质，可以优化代工程程，提高品的量和量微生物结构研究的前沿技术冷冻电镜和单颗粒分析冻镜单颗结术获维结冻镜单颗对进冷电和粒分析是研究微生物构的前沿技，可以得微生物的高分辨率三构冷电和粒分析不需要样品结杂结行晶，可以研究复的生物大分子构微生物结构学的未来发展方向结构生物学与系统生物学的结合结来结过结微生物构学的未发展方向是与系统生物学相合通结合构生物学和系统生物学，可以深入了解微生物的生命活动规为产应计律，疾病的防治和业用提供新的思路利用算模型预测结态，可以微生物构的动变化课程总结1微生物结构学的核心概念回顾课顾结态结过课习应该结本程回了微生物构学的核心概念，包括微生物的分类、形、构和功能通本程的学，学生掌握微生物识识问题构的基本知，并能够运用所学知解决实际参考文献与延伸阅读重要教材和最新研究文献推荐课阅读本程推荐以下重要教材和最新研究文献，供学生参考和延伸《细议微生物学》、《分子生物学》、《生物化学》、《胞生物学》建关进结态学生注最新研究展，了解微生物构学的最新发展动学生可以阅数库获查PubMed、Web ofScience等据，取最新研究文献。