鞭毛蛋白的结构组成

在某些菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，少则1-2根，多则可达数百根。这些丝状物称为鞭毛，是细菌的运动器官。

从一些原核细胞和真核细胞表面伸出的、能运动的突起。鞭毛较长，数目少；纤毛与鞭毛有相同的结构，但较短，数目多。细菌的鞭毛则有完全不同的结构。

鞭毛一般长约150微米，纤毛5～10微米，两者直径相近，为015～03微米。大多数动物和植物的精子都有鞭毛。精子及许多原生动物都以鞭毛或纤毛为运动器。

纤毛和鞭毛由3个主要部分组成：中央轴纤丝、围绕它的质膜和一些细胞质。轴纤丝从纤毛或鞭毛底部的基粒直达顶端，为一束直径约220～240埃的微管，在基粒底部，则集聚成圆锥形束，深入到细胞质中。

轴纤丝横切面的微管排列是9+2式，即中心有一对由中央鞘包裹着的微管，外围环绕以两两连接在一起的9组微管二联体。

基粒的结构象中心粒一样是9+0型，但它的9组微管是三联体。纤毛或鞭毛二联体中的微管，就是从基粒三联体中两根微管延伸出来的。

鞭毛和纤毛的运动是由于它们局部弯曲，从基部向顶端波浪式地推进的结果。由于微管二联体的长度不变，推测这种局部弯曲是由于相邻的两根微管二联体沿长轴滑动引起的。局部滑动所需的能量是由ATP周期性水解提供的。

细菌鞭毛的结构和化学成分都与真核细胞的鞭毛完全不同，不存在9+2的微管型式，而是由2～5条，宽约40～50埃的微丝组成，其蛋白质成分是鞭毛蛋白。除螺旋体外，其他细菌的鞭毛都没有质膜包被。虽然它们的基底也深入到原生质内的颗粒中，但这种颗粒与基粒毫无相似之处。细菌鞭毛运动的能源不是ATP，据认为是来源于细胞膜的电子传递系统产生的一种电化学梯度。

细菌有三种运动方式：在液体中泳动，在固体表面上滑行，在液体中旋转梭动。细菌依靠鞭毛泳动。鞭毛是从细胞膜上一个基点生出的穿过细胞壁和粘液层的细长丝状物，其长度可以是菌体长度的几倍。大多数球菌无鞭毛，有些杆菌生有鞭毛，螺旋菌都生有鞭毛。由于鞭毛很细，只有用特殊的染色法，才能用光学显微镜观察到。

鞭毛染色原理

鞭毛是细菌的运动“器官”，在普通光学显微镜的分辨力限度以外，故需要用特殊的鞭毛染色法，才能看到。在显微镜下观察细菌的运动性，也可以初步判断细菌是否有鞭毛。通常使用压滴法或悬滴法观察细菌的运动性。观察时，要适当减弱光线，增加反差，如果光线很强，细菌和周围的液体就难以辨别。鞭毛染色是借媒染剂和染色剂的沉淀作用，染色前先用媒染剂(如单宁酸或明矾钾)处理，让它沉积在鞭毛上，使鞭毛直径加粗，然后再进行染色（如碱性复红、硝酸银、结晶紫）。常用的媒染剂由丹宁酸和氯化高铁或钾明矾等配制而成。目前，细菌鞭毛染色方法根据染色剂的不同，可分为碱性复红法、副品红法、结晶紫法、维多利亚蓝B法、镀银染色法和荧光蛋白染色法6类，前5类方法的媒染剂成分中均含有单宁酸。

鞭毛染色方法

1碱性复红法和副品红法：

1926年由Gray首创，其媒染液成分包括20%丹宁酸水溶液20ml，硫酸钾铝饱和水溶液5ml，饱和氯化汞水溶液2ml，3%碱性复红乙醇（95%）溶液04ml，临用前混合，且需过滤后方可使用。染片时，媒染剂染色约6min，具体时间尚需在试验中摸索确定，染色液是抗酸染色Ziehl-Neelsen石碳酸复红染液，染片时需要1小片吸水纸盖在涂片上，染色3min。由于该方法媒染剂混合物不稳定、操作复杂、经验性强。Leifson于1930年建立了副品红法，并于1938年和1951年两次对该方法进行了改良，称为Leifson方法。染色试剂由3种溶液组成：A为15%NaCl水溶液，B为3%单宁酸水溶液，C为乙酸副品红09g，碱性副品红03g溶解于100ml95%乙醇溶液中。使用时把等体积A和B混合，然后再加2体积C与之相混。该试剂冷藏可保存1～2个月。

2 结晶紫法：

又称Ryu法，1937年由Ryu建立，1982年由Kodaka等进行了改良。媒染剂：5%石碳酸10 ml，2g单宁酸和10 ml饱和硫酸钾铝。染色剂：饱和结晶紫乙醇溶液，即12g结晶紫溶于100 ml无水乙醇中。使用时把10份媒染剂与1份染色剂混合，染色5min。1989年，Heimbrook等使用改良的Ryu染色试剂，采用湿片技术进行鞭毛染色，虽然可以观察到细菌鞭毛，但效果不好。Ryu染色方法优点是试剂比较稳定，目前Difco公司已经研制出该方法的商品试剂盒，但染色效果亦不甚理想

3 维多利亚蓝B法：

1990年由Inoue等报道日本制药株式会社Shionogi Seiyaku研制出一种细菌鞭毛染色商品试剂盒。其试剂组成包括维多利亚蓝B、苯酚、单宁酸和硫酸钾铝，染色约需7min。该试剂保存期约为6个月，关于其染色效果虽然有过一篇文献评述，但却没有采用评分法进行评价，很难判断其染色效果。

4 镀银染色法：1958年Rhodes根据Fontana的螺旋体改良镀银染色法，建立了一种细菌鞭毛镀银染色法。试剂分为媒染剂和银染剂。媒染液：10%单宁酸10 ml加5 ml饱和硫酸钾铝水溶液，再加1 ml苯胺饱和水溶液形成沉淀，通过摇动又能重新溶解，加入5%FeCl3水溶液1 ml形成黑色溶液，稳定10 min后使用。银染液：配制5%AgNo3水溶液100 ml取出10 ml备用，再缓慢加入浓氨水（比重0880）使形成的沉淀刚好重新溶解，最后把备用的10 mlAgNo3溶液向其中逐滴加入，直到摇动后呈现轻微而稳定的薄雾状溶液为止，避光保存，可稳定数周。用媒染液染片3～5min，蒸馏水充分洗涤后，再把银染液滴加至涂片上。加热至接近沸腾，染色3～5min。由于Rhodes镀银染色法媒染液成分复杂、操作繁锁，所以1965年Blenden等改良了细菌鞭毛镀银染色法的配方。试剂A：100 ml蒸馏水中加入5 g单宁酸，15 gFeCl3，15%福尔马林2 ml，1%NaOH溶液1 ml。试剂B：使用2% AgNo3，其他同于Rhodes，但试剂不稳定，要求在4h内使用，并用要用氨水调pH至10。试剂A染片2～4min，试剂B染色30 s，不需加热。由于以上两种镀银染色方法都要使用营养琼脂斜面培养物，并且需用无菌蒸馏水悬浮菌液制片，未采用评分法评价镀银染色方法。因此1977年，West等对镀银染色法进一步改良，制备涂片时直接使用血平板，评价染色效果首次使用5分制，通过该评价方法证明了加热银染液染片可以提高染色效果。试剂配方：媒染液为饱和硫酸钾铝水溶液25 ml，10%单宁酸50 ml，5%FeCl3水溶液5 ml，5℃保存，染色液配制同Rhodes，但需避光5℃保存。媒染液染片4min，银染液滴加至涂片上加热至微冒蒸汽，染色4min。同时West等还对使用不同培养基进行染色效果评价，包括半固体动力培养基、血琼脂平板、TSA（trypticase soy agar）斜面，其中半固体动力培养基和TSA斜面25℃，培养18～24h；血琼脂平板35～37℃，培养18～24h。评价结果血琼脂平板35～37℃，培养18～24h不适于细菌鞭毛染色，而半固体动力培养基和TSA斜面25℃，培养18～24h适合于细菌鞭毛染色，同时也证明了使用福尔马林处理标本制备涂片并不能有效阻止鞭毛脱落。由于镀银染色法媒染液不稳定，需避光5℃保存，1992年Porter等继续改良该方法，其试剂配方同West等的方法，只是媒染剂避光室温可保存数月，延长媒染剂染色时间为8 min，染色液不需加热，只染30 s，制备涂片程序略有不同。使用TSA平板，36℃培养24h，但遗憾的是Porter等只使用了1种细菌（奇异变形杆菌）进行研究。于是1994年Finegan等进一步证实使用过期媒染剂进行镀银染色可以增强鞭毛染色效果，并使用4种细菌（绿脓假单胞、奇异变形杆菌、黏质沙雷菌、枯草芽孢杆菌），用trypitcase soy肉汤及其琼脂平板，26℃培养24h。试剂配方仍不变，媒染液放置1、2、4、8、16周后进行染色，媒染液染色8 min，银染液染色30～60 s，不需加热。这4种细菌均染色成功，从而证明媒染液可至少放置16周。

5、鞭毛的负染：

菌悬液，直接滴在铜网上，1－2分钟后，吸去多余的菌液（似干非干的程度），再滴上01％的磷钨酸溶液，1分钟后，吸去多余的染液，然后就可以在电镜下观察了。一般染色后十五天之内看电镜。时间太长效果不好。这是我试验用的方法。

6、银染法：

首先染色用玻片一定要干净，洗液泡过之后蒸馏水冲洗干净。涂片的时候菌千万别涂得太多。第一部染色时，可将玻片置于水浴锅内，温度保持在35度,盖上盖（主要是保持一定的湿度，防止染色液变干不利于冲洗，这步非常有用)。一定要将第一步使用的媒染液冲洗干净，否则影响染色效果，背景可能非常 脏。其他的步骤参考书上的资料进行，一般没什么问题。我用这种方法染单鞭毛的弧菌，效果非常好。

在某些菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，少则1-2根，多则可达数百根。鞭毛，是细菌的 运 动 器 官。

原生质神经伸fhz出细胞外形成的鞭状物，一条或多条，有运动、摄食等作用。鞭毛虫以及各种动植物的精子等都有鞭毛。是常见的细菌细胞器之一。

从一些原核细胞和真核细胞表面伸出的、能运动的突起。鞭毛较长，数目少；纤毛与鞭毛有相同的结构，但较短，数目多。细菌的鞭毛则有完全不同的结构。

鞭毛一般长约150微米，纤毛5～10微米，两者直径相近，为001～003微米。大多数动物和植物的精子都有鞭毛。精子及许多原生动物都以鞭毛或纤毛为运动器。

具有鞭毛的细菌大多是弧菌、杆菌和个别球菌。

纤毛和鞭毛由3个主要部分组成：中央轴纤丝、围绕它的质膜和一些细胞质。轴纤丝从纤毛或鞭毛底部的基粒直达顶端，为一束直径约220～240埃的微管，在基粒底部，则集聚成圆锥形束，深入到细胞质中。

轴纤丝横切面的微管排列是9+2式，即中心有一对由中央鞘包裹着的微管，外围环绕以两两连接在一起的9组微管二联体。

基体的结构象中心粒一样是9+0型，它的9组微管也是三联体。纤毛或鞭毛二联体中的微管，就是从基粒三联体中两根微管延伸出来的。

鞭毛和纤毛的运动是由于它们局部弯曲，从基部向顶端波浪式地推进的结果。由于

鞭毛

鞭毛

微管二联体的长度不变，推测这种局部弯曲是由于相邻的两根微管二联体沿长轴滑动引起的。局部滑动所需的能量是由ATP周期性水解提供的。

细菌鞭毛的结构和化学成分都与真核细胞的鞭毛完全不同，不存在9+2的微管型式，而是由2～5条，宽约40～50埃的微丝组成，其蛋白质成分是鞭毛蛋白。除螺旋体外，其他细菌的鞭毛都没有质膜包被。虽然它们的基底也深入到原生质内的颗粒中，但这种颗粒与基粒毫无相似之处。细菌鞭毛运动的能源不是ATP，据认为是来源于细胞膜的电子传递系统产生的一种电化学梯度。

鞭毛菌在液体环境下可自由移动，速度迅速。

1 化学趋向性运动，有助于细菌向营养物质处前进，而逃离有害物质

2 与细菌致病性相关

3 可用以细菌的鉴定和分类

应用

①鉴别细菌

②分血清型

大肠杆菌结构简单，有细胞结构，具有细胞壁、细胞膜、细胞质等结构，无成形的细胞核。

1 细胞壁  位于大肠杆菌的最外层，厚约11um，分为两层，即外膜和肽聚糖层。外膜是大肠杆菌细胞壁的主要成分，占细胞壁于重的80％，厚约8nm，位于肽聚糖层的外侧，主要由磷脂、蛋白质和脂多糖组成。脂多糖是革兰氏阴性细菌的内毒素，也是革兰氏阴性细菌细胞壁的特有成分，主要和其抗原性、致病性及对噬菌体的敏感性有关。肽聚糖层由1～2层网状的肽聚糖组成，占细胞壁干重的10％，厚约2～3nm，是细菌等原核生物所特有的成分。大肠杆菌的肽聚糖由聚糖链、短肽和肽桥三部分组成。聚糖链由N-乙酸葡糖胺和N-乙酚胞壁酸分子通过β-1，4糖苷键连接而成，短肽由L-丙氨酸→D-谷氨酸→内消旋二氨基庚二酸→D-丙氨酸组成，并由L-丙氨酸与胞壁酸相连。一条聚糖链短肽的D-丙氨酸与另一条聚糖链短肽的内消旋二氨基庚二酸直接形成肽键（肽桥），从而使肽聚糖形成网状的整体结构。由脂蛋白将外膜和肽聚糖层连接起来，从而使大肠杆菌的细胞壁形成一个整体结构。  

2 细胞膜  大肠杆菌细胞膜的结构和其它生物细胞膜的结构相似。但其细胞膜中蛋白质的含量高且种类多。其细胞膜具选择透性，从而可控制营养物质进出细胞。大肠杆菌细胞的生物活性非常活跃，含有丰富的酶系。如各种脱氢酶系，氧化磷酸化酶系，电子传递系统，透性酶等。因此细胞膜是原核生物能量转化的场所，并能通过它对外界环境的各种刺激作出反应，并可传递信息，参与细胞壁的合成等。  

3 细胞质  细胞质是细菌的内环境，是蛋白质、各种酶类和核酸生物合成的场所，也是吸收营养物质后进行物质合成和分解代谢的场所。大肠杆菌的细胞质中含有糖原颗粒、核糖体和质粒等结构。  

31 核糖体  核糖体是细胞质中一种核糖核蛋白颗粒，是蛋白质合成的场所。大肠杆菌的核糖体呈椭圆球形，体积为135nm×20nm×40um。由65％的核糖核酸和35％的蛋白质组成。大肠杆菌的核糖体分散在细胞质中，完整核糖体的沉降系数为70S，由30S和50S两个大小不同的亚基组成。

32 质粒  在大肠杆菌中，除遗传物质的主要载体染色体之外，还有一种闭合环状的双链DNA遗传因子，即质粒。质粒具有自我复制的特性，不同质粒的基因及质粒和染色体基因均可发生基因重组，质粒可通过细菌的接合而转移，也可随细胞的分裂而传递或丢失。由于质粒具有这些特性，所以在分子生物学和遗传工程中质粒经常作为外源基因的载体。大肠杆菌中已发现的质粒有F因子、R因子和Col因子等。 

4 拟核  大肠杆菌的细胞核无核膜和核仁，没有固定的形态，结构简单，称为拟核，也称细菌染色体。拟核具有高度紧密的结构，由RNA、蛋白质和超螺旋环状DNA组成。大肠杆菌的全部基因都包含在这条DNA上。环状DNA的总长度可达1300μm，分子量为28×109D，大约含有3000～4000个基因，目前已经确定了1400多个基因的结构、功能及在基因图上的位置。通过研究大肠杆菌基因的结构、功能及表达调控可揭示其它生物的遗传现象和规律。  

5 特殊结构  

5l 荚膜  荚膜是某些细菌向细胞壁外分泌的并位于细胞壁外侧的一层厚度不定的胶状物质。大肠杆菌的荚菌的荚膜主要由多糖组成，具有抗原性，构成了大肠杆菌的表面抗原，即K抗原。 52 鞭毛  鞭毛是某些细菌长在细胞表面的长丝状、波曲状的附属物。其数目为一至数根，长为菌体的苦干倍，最长可达70μm，直径一般为10～20nm。鞭毛由鞭毛蛋白组成，构成了细菌的鞭毛抗原。大肠杆菌为周身鞭毛，和其运动有关。若将大肠杆菌穿刺接种于半固体培养基，它将沿穿刺线向周围扩散生长。大肠杆菌的细胞表面还含有一种比鞭毛更细、较短且直硬的丝状体叫菌毛，可分为普通菌毛和性菌毛。普通菌毛主要用于吸附于动植物、真菌以及各种细胞的表面，有的是噬菌体吸附的位点。性菌毛是在F因子的控制下形成的，它是细菌接合的“工具”。通过性菌毛的接合，可在细菌之间传递质粒或染色体基因等。 

鞭毛(flagellum)

原生质神经伸出细胞外形成的鞭状物，一条或多条，有运动、摄食等作用。鞭毛虫以及各种动植物的精子等都有鞭毛。是常见的细菌细胞器之一。

在某些菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，少则1-2根，多则可达数百根。这些丝状物称为鞭毛，作用是负责细菌的运动。

从一些原核细胞和真核细胞表面伸出的、能运动的突起。鞭毛较长，数目少;纤毛与鞭毛有相同的结构，但较短，数目多。细菌的鞭毛则有完全不同的结构。

鞭毛一般长约150微米，纤毛5~10微米，两者直径相近，为001~003微米。大多数动物和植物的精子都有鞭毛。精子及许多原生动物都以鞭毛或纤毛为运动器。

具有鞭毛的细菌大多是弧菌、杆菌和个别球菌。

折叠编辑本段分类

鞭毛在细胞表面的着生方式多样，主要有单端鞭毛菌、端生丛毛菌、两端鞭毛菌和周毛菌等。

鞭毛

鞭毛有三种运动方式:在液体中泳动，在固体表面上滑行，在液体中旋转梭动。细菌依靠鞭毛泳动。鞭毛是从细胞膜上一个基点生出的穿过细胞壁和粘液层的细长丝状物，其长度可以是菌体长度的几倍。大多数球菌无鞭毛，有些杆菌生有鞭毛，螺旋菌都生有鞭毛。由于鞭毛很细，只有用特殊的染色法，才能用光学显微镜观察到。

折叠编辑本段类型

古菌鞭毛(archaellum)

古菌鞭毛，表面看起来类似细菌(或 Eubacterial)鞭毛。

1990年代曾发现了许多古菌和细菌鞭毛详细的分歧，其中包括:

细菌鞭毛是由一个流动的 H + 离子，古鞭毛几乎肯定由腺苷三磷酸[ATP]。

细菌细胞中往往有许多鞭毛的细丝，古鞭毛由许多长丝组成一捆。

细菌鞭毛

不同种类的细菌有不同的数目的鞭毛。Monotrichous细菌有一个单一的鞭毛(如霍乱弧菌 )。 Lophotrichous细菌有多种鞭毛设在细菌同样的表面上，而协调一致地行动，将细菌进往单一的方向前进。

一些细菌，如selenomonas ，鞭毛是有组织外胞体。

真核生物鞭毛( cilia)

真核鞭毛是完全不同于其它从原核生物鞭毛在结构和进化起源。

鞭毛可分为端生和周生

折叠编辑本段化学成分

蛋白质鞭毛蛋白具有较强的抗原性，可藉此进行细菌的鉴定和分型。

大肠杆菌鞭毛根部结构模式图

结构:鞭毛自细胞膜长出，游离于菌细胞外，有基础小体、钩状体和丝状体三部分组成。G+细菌(革兰氏阳性菌)基础小体由S、M环构成，G-细菌(革兰氏阴性菌)基础小体由L、P、S、M环构成。在大肠杆菌中，L环与细胞壁外膜相连，P环与肽聚糖层相连，S环位于周质间隙，M环与细胞质膜相连，这四个环由中心杆连接。

折叠编辑本段运动机制

纤毛和鞭毛由3个主要部分组成:中央轴纤丝、围绕它的质膜和一些细胞质。轴纤丝从纤毛或鞭毛底部的基粒直达顶端，为一束直径约220~240埃的微管，在基粒底部，则集聚成圆锥形束，深入到细胞质中。

轴纤丝横切面的微管排列是9+2式，即中心有一对由中央鞘包裹着的微管，外围环绕以两两连接在一起的9组微管二联体。

基体的结构象中心粒一样是9+0型，它的9组微管也是三联体。纤毛或鞭毛二联体中的微管，就是从基粒三联体中两根微管延伸出来的。

鞭毛和纤毛的运动是由于它们局部弯曲，从基部向顶端波浪式地推进的结果。由于微管二联体的长度不变，推测这种局部弯曲是由于相邻的两根微管二联体沿长轴滑动引起的。局部滑动所需的能量是由ATP周期性水解提供的。

细菌鞭毛的结构和化学成分都与真核细胞的鞭毛完全不同，不存在9+2的微管型式，而是由2~5条，宽约40~50埃的微丝组成，其蛋白质成分是鞭毛蛋白。除螺旋体外，其他细菌的鞭毛都没有质膜包被。虽然它们的基底也深入到原生质内的颗粒中，但这种颗粒与基粒毫无相似之处。细菌鞭毛运动的能源不是ATP，据认为是来源于细胞膜的电子传递系统产生的一种电化学梯度。

滑动学说

滑动模型

鞭毛的运动是由轴丝动力蛋白所介导的相邻二联体微管之间的相互滑动所致。从一个二联体的A管伸出的动力蛋白臂的马达结构在相邻的二联体的B管上"行走"，其过程如右图。

滑动模型

⑴A管的动力蛋白头部与B管的接触促使动力蛋白结合的ATP水解，产物释放，同时造成头部角度的改变。

⑵新的ATP结合使动力蛋白头部与B管脱离

⑶ATP水解，释放的能量使头部的角度复原

⑷带有水解产物的动力蛋白发挥活性，而另一侧的动力蛋白则处于失活状态，相邻的二联体之间的动力蛋白向两侧交替的滑动将导致鞭毛向不同方向弯曲。

折叠编辑本段功能应用

鞭毛是细菌的运动器官。鞭毛菌在液体环境下可自由移动，速度迅速。

1 化学趋向性运动，有助于细菌向营养物质处前进，而逃离有害物质

2 与细菌致病性相关

3 可用以细菌的鉴定和分类

应用

①鉴别细菌

②分血

生物细胞水平上的运动可大致分为：细菌的鞭毛运动，真核生物的鞭毛运动，细菌的纤毛运动，胞质流动，肌丝滑行等；

主要是区分细菌与真核生物的鞭毛运动。

细菌是“旋转式”（由拴菌实验证实，即在半固体培养集中拴住菌体的鞭毛，会发现菌体运动轨迹是一个圆，如果算上鞭毛的话，可以抽象理解为一个圆锥体），真核生物是“挥鞭式”；前者由细胞膜和细胞质上存在的旋转环来启动运动，分为l环p环（细胞质）s－m环（细胞膜），动力是电化学梯度，鞭毛成分为鞭毛蛋白，不存在9+2的微管蛋白形式，也不存在基体；真核生物鞭毛由9（2）+2的微管蛋白组成，基部是9（3）＋0的基体，起组织鞭毛的作用，动力由微管上的动力蛋白壁水解atp提供，靠微管蛋白间的相对位移使鞭毛弯曲进而运动，就好像在挥着一根鞭子左右摆动。

鞭毛蛋白是构成细菌的鞭毛纤维的粒状蛋白质。其分子量可因菌种而异，肠细菌群的是5-6万，而芽孢杆菌属据报道为3万左右。这种蛋白质的氨基酸组成也因菌种而异，但都含有多量的天冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸，而不含半胱氨酸和色氨酸。