ch09 細菌的構造生長與代謝
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Ch 09 Bacterial structure,
Growth and Metabolism
Ted Lin
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Outline
• I. Overview
• II. Morphology
• III. The cell envelope
• IV. The Cytoplasm
• V. Sporees and Sporulation
• VI. Growth and Metabolism
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I. Overview
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Prokaryotic and Eukaryotic cell
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Typical structure of a bacterial cell
Pili
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II. Morphology
• 1.Cell shape
• 2.Size
• 3.Aggregation properties
• 4.Staining properties
• 5.Imaging methods
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II. Morphology—
1.cell shape
• Spherical forms
• Rod-like forms
• Spiral and cured forms
FIG.9.2 典型細菌與聚集情形 P102
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II. Morphology--1.cell shape
Single
Diplobacilli
Streptobacilli
Spirochete
Spirillum
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II. Morphology-- 2.size
• ㄧ般大小 1~5 m in length
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II. Morphology-- 3. 聚集的特性Aggregation properties
Division in three planes
Division in one plane
Division in two planes Division in multiple planes
Diplococci
Streptococci
Tetrads
Sarcinae
Staphylococci
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II. Morphology-- 4. 染色特性stanning properties
• 細胞壁結構不同造成染色結果的差異 • 常用染色法
1. 革蘭染色法 (Gram stain)2. 抗酸染色法 (Acid-fast stain)3. 複染法 (Counterstains)
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II. Morphology-- 5. 觀察方式 (Imaging methods)- Gram stain
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II. Morphology-- 5.imaging methods- Acid-fast stain
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II. Morphology-- 5.imaging methods- 複染 (Counterstains) 用以對比
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II. Morphology-- 5. imaging methods Microscopy
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–Specimen was stained with fluorescent dyes
–To connect with computer to construct three-dimensional images
II. Morphology-- 5. imaging methods
Confocal microscopy ( 共軛焦點顯微鏡 )
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-Two types: Epifluorescence and Transmission Fluoresence microscopes
–檢體以螢光染料 (fluorochromes) 染色–Fluorochromes 對不同細菌的吸附性不同
Morphology—5.imaging methods-
Fluorescence microscopy螢光顯微鏡
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Morphology—5.imaging methods
EM
• 電子顯微鏡
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III. The Cell envelope 細胞封
• 1. 細胞壁 (Cell wall)
• 2. 細胞漿膜 (The cell membrane) (Cytopalsmic membrane)
• 3. G+ 與 G- species 的差異• 4. 莢膜與糖盞 (The external Capsules and Glycocalyx )
• 5. 附屬構造 (Appendages)
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III. The Cell envelope—
1.cell wall
• 最重要的成分 : 胜肽聚糖 (Peptidoglycan)聚糖的成分是 : N- 乙醯胞壁酸 (N-acetylmuramic acid (NAM)) N- 乙醯葡萄糖胺 (N-acetylgucosamine(NAG)) 胜肽的部份是 :短鏈氨基酸 (PEP)
• Peptidoglycan 的功能 :1. 決定細菌的形狀2. 防止細胞脹破
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III. The Cell envelope—1.Cell wall
圖 9.4 Peptidoglycan 結構 P104
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III. The Cell envelope-Peptidoglycan 結構—
REF N- 乙醯胞壁酸與 N- 乙醯葡萄糖胺
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III. The Cell envelope—Cell wall
REF Peptidoglycan 結構
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III. The Cell envelope—
1.G+ 與 G- 細胞壁的比較
G+ 與 G- 菌細胞封之比較簡圖
G(+)
G(-)
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III. The Cell envelope—1.Cell wall
Fig9.6G(+) 與 G(-) 細胞壁的比較圖
膜層間隙Periplasmicspace
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III. The Cell envelope—1.Cell wall
G+ cell walls
1. 具有多層 peptidoglycan
2. 具有台口酸 ( 胞壁酸)(Teichoic acids)
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III. The Cell envelope—Cell wall
G- 細胞壁– 具有內膜與外膜
–只有 1層或數層 peptidoglycan
–無台口酸 ( teichoic acid) ,以脂蛋白 (Lipoproteins) 將 Peptidoglycan 與外膜連接 ,
–膜層間隙 (periplasmic space): 位於內外膜之間含有酵素及運輸蛋白等其他物質
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III. The Cell envelope—
2.The cell membrane• 細胞膜由磷脂質 (Phospholipid) 構成脂雙層 (Li
pid bilayer)
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III. The Cell envelope—
2.The cell membrane 構造圖
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III. The Cell envelope—
細胞膜的功能• Permeability barrier:限制進出細胞的分子種類與量
• Permeability selective:自由進出 : 氣體及脂溶性分子限制進出 : 帶電或大分子
• Porins( 孔道蛋白 ) – 幫助選擇進出物質
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III. The Cell envelope—Cell wall
外膜– 含有脂多醣 (Lipopolysaccharide)
– 多糖部分稱為 O-polysaccharides , 具有抗原性可藉以鑑別菌種等
– 脂質稱為脂肪 A (lipid A) ,是一種內毒素 (endotoxin)
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G- 菌的細胞封
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III. The Cell envelope—
4. The external capsule and glycocalyx
糖盞 (Glycocalyx):
• 包圍於細菌細胞外物質的通稱• 通常為 polysaccharide 類之黏稠物質** 但 Bacillus anthracis 的糖盞為多麸氨酸 (poly-D-glutamic acid)
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III. The Cell envelope— 4.Capsule, Slime layer and EPS
• 莢膜 (Capsule): 緊密包覆,有固定結構• 黏液層 (Slime layer): 鬆散分布• 糖盞 (Glycocalyx)(Extracellular
polysaccharide (EPS)) – 糖類所構成的
功能 :1. Capsules 可逃避吞噬,為ㄧ種毒力因子2. EPS 具有附著性
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III. The Cell envelope—
4.Capsule and Glycocalyx 參考圖
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III. The Cell envelope—
5.Appendages
• 1. 鞭毛 (flagella)
• 2. 纖毛 (pili )
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III. The Cell envelope- 5.Appendages-flagella
鞭毛 (Flagella)
Lophotrichous
Monotrichous
Amphitrichous
Peritrichous
鞭毛的排列 特性 :具有抗原性
功能 :運動
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III. The Cell envelope- 5.Appendages-flagella Flagella 的轉動構造
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III. The Cell envelope-5. Appendages-
鞭毛的轉動
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III. The Cell envelope— 5.Appendages
REF 鞭毛 flagella• Long, semi-rigid, helical, hollow tubular str
ucture
• composed of molecules of the protein called flagellins
• the basal body, to which the hook is anchored and which imparts motion to the flagellum
• highly antigen
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III. The Cell envelope- 5.Appendages
纖毛 Pili • 亦稱 Fimbriae ,比
鞭毛短而細• 存在 :某些 G(-) 菌;• 功能 :
附著,有性生殖
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IV. The cytoplasm
• 1. The Nucleoid
• 2. Ribosomes
• 3. Plasmids
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IV. The cytoplasm
• Envelope 所包圍的複雜混合物內容 :
1. 不定型液體2. 溶解或懸浮的代謝產物 , 酵素 , 離子 ,核糖體 , 質體 , 貯存顆粒以及類核體。
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IV. The cytoplasm--
1. 類核體 (The nucleoid)
• 雙股 DNA 單一環狀染色體 (chromosome)
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IV. The cytoplasm–
2. 核糖體 (Ribosomes)
• 存在 : prokaryotic 與 eukaryotic 都有。• 功能 :可將胺基酸聚合 (polymerization) 成為多胜鏈 (polypeptide)
• 原核與真核細胞核糖體之差異 Bacterial 70S Eukaryotic 80S
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IV. The cytoplasm–
2. 核糖體 (Ribosomes) 的組成• 圖 09-0
8 P107
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REF The aminoglycosides
• streptomycin, neomycin, tobramycin, gentamicin, amikacin, etc 等可與 30S subunit 結合使 tRNA 無法從 A-site 移到 P-site, 因而阻止polypeptide chain 的 elongation.
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IV. The cytoplasm–
3. 質體 (Plasmids)
成分 :是ㄧ小段雙股 DNA,
特性 :
1. 可自行複製 (replicating)
2. 非細菌所必須3. 可增進細菌維生能力4. 與細菌的致病性及抗藥性有關
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Plasmid 參考圖
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V. 孢子與孢子形成(Spores and Sporulation)
• 孢子的存在 :1. 發生於一些 G+ 菌,2. 於細胞內形成。3. 可釋出成為游離孢子。
• 孢子的功能 :抵抗惡劣環境 : 抗熱、抗乾燥、抗 UV 以及抗化學藥物。
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Ca+2
V. Spores 的參考圖
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V. Spores and Sporulation—
內孢子的形成
• 圖 9.9P108
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V. Spores and Sporulation—
臨床常見產孢子細菌 圖 9.10
Bacillus cereus
Bacillus anthracis
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VI. 細菌的生長 (Cell growth)
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Stages of the bacterial growth cycle
Lag phase
Stationary phase
Death phase
Log phase
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Cell growth- 測量的方法 Cell count: microscopic ob
servation; flow cytometer (direct)
Colony formation: Measure the living cell (direct)
Biomass determination: dry weight; essential cell component (indirect)
Turbidity (indirect)
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Surface growth
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B. Growth reguirements • 營養 (Nutrients)• 酸鹼值 (pH):
neutrophils( 嗜中 ) , acidophils ( 嗜酸 ), alkalophils ( 嗜鹼 )
• 溫度 (Temperature): psychrophils ( 嗜冷 ); mesophils ( 嗜溫 ); themophils ( 嗜熱 )
• 空氣 (Aeration)• 滲透壓 (osmotic pressure):
halophils( 嗜鹽 ), osmophils
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C. 細菌如何產生能量
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細菌分類 - 依產能的方法
1.需氧呼吸 (Aerobic respiration)以 O2為產能過程最終電子接受者。
2.厭氧呼吸 (Anaerobic respiration)以無機分子 ( 如硝酸鹽等 ) 為產能過程最終電子接受者。
3.發酵作用 (Fermentation)以有機代謝中間產物 ( 如丙酮酸等 ) 為產能過程最終電子接受者。
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細菌分類 - 依對 O2 的需求 需氧菌 (Aerobe) 厭氧菌 (Anaerobe) 微需氧菌 (Microaerophile ) 兼性厭氧菌 (Facultative anaerobe) 耐氧厭氧菌 (Aerotolerant) 嗜 CO2 菌 (Capneic microbe): An organism
that requires 3 to 10% CO2 for growth
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D. 細胞壁的合成 ( 略 )
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The End