革蘭氏陰性菌(Gram-negative bacteria)

資料來源：ntlworld

A. 有 outer membrane 和cytoplasmic membrane 和兩膜間的periplasm（周質間腔）。outer membrane 為不對稱的脂雙層；cytoplasmic membrane 為對稱的磷脂質；periplasm 內有極薄的細胞壁（由peptidoglycan 組成），並且會存放很多和細菌有關的endotoxin 和重要的蛋白質
B. outer membrane：asymmetric bilayer
a. porin protein（膜孔蛋白）
離子通道，可讓小分子進入，阻擋抗生素等大分子，所以即使沒有細胞壁在最外圍保護，porin 也能幫助陰性菌耐過惡劣環境
b. lipopolysaccharide，LPS（脂多醣）
位於革蘭氏陰性菌最外圍，為一種 endotoxin，可引發發炎等免疫反應
c. lipoprotein（脂蛋白）
Outer membrane 和cytoplasmic membrane 會在adhesion site（黏著點）相連；Outer membrane 會藉由lipoproteun 連接在位於periplasm 的peptidoglycan 上
d. 以上三種物質功能：
 維持革蘭氏陰性菌的結構
 通透性屏障--阻隔大分子和疏水性分子的進入
 在惡劣環境提供保護，例：在宿主消化系統內保護菌體不被侵害，此功能對腸內桿菌來說非常重要
e. LPS 以二價陽離子（Mg2+， Ca2+）和外膜鍵結在一起：若在含有革蘭氏陰性菌的培養液內加入金屬螯合劑去除二價陽離子，會使菌體和具有內毒素活性的LPS 分離。抗生素（例：polymyxin多黏桿菌素）即是利用此特性把革蘭氏陰性菌殺死
C. 脂多醣（lipopolysaccharide，LPS），位於革蘭氏陰性菌外膜，為一種內毒素（endotoxin）
結構分成三個部分：
a. lipid A：雙醣，包含葡萄糖胺（glucosamine）
 為 LPS 的基本組成，以二價離子與細菌體的外膜結合，對細菌的生存能力非常重要
 為 endotoxin 的活性中心，是內毒素毒性的主要來源，引發發炎、發燒等免疫反應
b. core polysaccharide
為分支狀的多醣類，由 9－12 個醣類組成，同一種菌的core
polysaccharide 排序相同
c. O-antigen
 為長型線狀的多醣類，由 50－100 個重覆單位組成，每重覆單位約由4－7 個醣類組成
 位於細菌最外圍，是極佳的抗原，容易被免疫細胞辨識，能刺激引發免疫反應
 良好的抗原，很多的陰性菌可針對它的血清型態做鑑別診斷
 可協助進行吸附

資料來源：美國麻州海洋生物實驗室
參見：革蘭氏陽性菌(Gram-positive bacteria)

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革蘭氏陽性菌(Gram-positive bacteria)

資料來源：digitalproteus

胞質外的構造	細胞壁	A. Peptidoglycan（肽聚醣）： 為細菌細胞壁的主要成分，佔陽性菌細胞壁主成分的90%（但要記得陽性菌跟陰性菌的肽聚醣成分可是不同的唷），是使細胞壁堅硬的主要成分 分子結構：雙糖衍生的半堅硬、含水聚合體由雙醣及五個胺基酸組成，陽性菌和陰性菌的 peptidoglycan（肽聚醣），兩者的第三號胺基酸必定為雙胺基的胺基酸。陽性菌第三號胺基酸為lysine，陰性菌第三號胺基酸為DAP （mesodiaminopimelic acid）N-Acetylmuramic acid（M）連結的前兩號胺基酸可以鑑別"種"，第三號胺基酸可以鑑別陽性（lysine）或陰性（DAP）
		組成	a. 雙糖衍生物： N-Acetylglucosamine（G）、N-Acetylmuramic acid（M）會以β（1.4）鍵結 b. 胺基酸會連接在 M 上依序為：alanine→glutamic acid→lysine（Gm+）or DAP（Gm-）→alanine c. lysosome（溶菌酶）會打斷β（1.4）鍵結，使的peptidoglycan 無法形成完整細胞壁，因此口水塗抹傷口可以殺菌
		合成	資料來源：葡萄牙新里斯本大學 peptidoglycan 的合成大致上可分為四個步驟 a. 第一步驟：在胞內進行先將 sugar 變成amino sugar，藉由UDP 的活化，使UDP-GlcNAc 利於進入Peptidoglycan 的合成路徑。Amino sugar 進一步變成UDP-NAM。 b. 第二步驟：在胞內進行新合成的 UDP-NAM 依序和alanine、glutamic、acid lysine（Gm+） or DAP（Gm-）、D-alanine 、D-alanine 結合 c. 第三步驟：在膜上進行 I. NAM-peptide group 利用bactoprenol 的磷酸鍵結上膜的內側 II. NAM-peptide group 再和NAG 結合形成雙糖衍生物 III. 有些陽性菌會在額外加上五個胺基酸（可省略） IV. 藉由 bactoprenol 將雙糖的peptidoglycan 轉到細胞膜外 d. 第四步驟：在胞外進行Peptidoglycan 開始聚合。transpeptidase（轉胜肽酶）註解會協助把第五個胺基酸alanine 切掉，以連接peptidoglycan 次單元
		功能	a. 具有足夠的通透性，能夠使代謝所需的物質進入細胞膜 b. 對細菌的結構、複製以及在惡劣環境時的生存十分重要 c. 可干擾宿主的吞噬作用，刺激淋巴球進行有絲分裂，且因為具有毒性可刺激細胞發熱進而導致發燒
		B. Teichoic acid：（可溶於水） Glycerol（甘油）和ribitol（核醣醇）所形成的多聚體（以磷酸鍵鍵結），通常由5~30個單元所組成 C. Teichuronic acid： 分子結構和 teichoic acid 類似，但是teichoic acid 重複單位內的磷酸根改以N-Acetylmanosuronic acid 或D-Glucosuronic acid 功能： a. 構成細菌表面的抗原，可藉此辨別細菌的種類（血清型） b. 可以協助細菌附著於其他細菌或宿主，使感染成立（因為位於細胞壁最外側，較易接到宿主上） c. Teichoic acid 是造成致病性的重要因子，能啟動endotoxin-like（類內毒素）活性 D. Lipoteichoic： 以磷酸鍵結的方式鑲嵌在細胞膜上。會和肽聚醣以共價鍵結構成網狀構型，鞏固細胞壁的結構
	細胞膜	一般對稱脂雙層

Transpeptidase（轉胜肽酶：DD-carboxypeptidase）：又稱為 penicillin-bindingprotein（PBPs），可以和penicillin 結合缺乏轉胜肽酶時，細胞無法形成正常的細胞壁，因此缺乏屏障而容易死
亡。而penicillin 會和轉胜肽酶結合，抑制其活性，致使細菌無法合成細胞壁而死亡penicillin 只能作用在陽性菌上，因為轉胜肽酶位於細胞壁，但陰性菌的細胞壁位於周質間腔，因此會被porineprotein（孔蛋白）給擋下來而無法進入，所以陰性菌對penicillin 有耐受性（抗藥性）

L 型細菌（L-form bacteria）：缺乏細胞壁的細菌
 原生質體（protoplast）：我們利用抗生素來抑制某些細菌細胞壁的生合成，但那些細菌卻沒有死，也就是缺乏細胞壁（peptidoglycan）的陽性菌即稱之
 球形質體（spheroplast）：同上，即缺乏peptidoglycan 的陰性菌稱之
參見：革蘭氏陰性菌(Gram-negative bacteria)

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原核生物(prokaryote)與真核生物(eukaryote)

一、原核生物與真核生物的比較

資料來源：mrstewartburnabysouth

資料來源：digitalproteus

原核生物(prokaryote)	真核生物(eukaryote)
A. 沒有核膜、膜狀胞器，因此沒有粒線體，而電子傳遞鏈酵素以及ATP合成酶位於細胞膜上必考 B. DNA：散落細胞質中且為單套、遺傳物質在擬核(nucleoid) C. Plasmid（質體）：微小型的環狀雙股DNA D. Flagellum（鞭毛）：細胞膜衍生出。細胞膜提供鞭毛運動所需的能量 E. Mesosome（中間體）：細胞膜穿透至細胞質內而形成的細胞內膜狀結構，常見於革蘭氏陰性菌。在複製過程中mesosome 會內凹，分隔出兩個相同的個體，對於細菌的複製非常重要 F. cell wall(細胞壁)：主成分為peptidoglycan(肽聚醣)，陽性菌亦有teichoic(磷壁酸)、lipoteichoic(脂肪壁酸) G.核醣體(ribosome)是蛋白質合成之所在	A. 此為一般真核生物 B. 具有雙套 DNA C. 沒有 plasmid

 Eukaryote 和Prokaryote 的比較

	原核細胞	真核細胞
細胞尺寸	較小（0.2~2 mm）	較大（10~100 mm；約是原核細胞的10~50倍）
細胞膜的成分	不含sterol, carbohydrates	含sterol, carbohydrates
細胞壁	多數有，且構造複雜	部分有，且結構簡單
鞭毛結構	結構簡單（由單一種蛋白質構成）	構造複雜，由Microtubules構成（9+2的排列方式）
胞器（真核細胞與原核細胞的最大差異）	無	有
Microtubules Microfilaments Intermediate filaments	無	有
Exocytosis and endocytosis	無	有
Ribosomes	小（70S）	大（80S）；胞器粒線體及葉綠體是70S
細胞分裂型式	Cell fission	Mitosis and meiosis
DNA形狀	裸露在細胞質中，呈環狀，不含histone	包圍在核膜中，呈直鍊狀，含histone
DNA長度	較短（750k~5M bp）	較長（15M~150T bp）
染色體數目	1個	2個以上
物質運輸方式	Simple diffusion Facilitated diffusion Active transport Group transport(原核細胞特有，使用PEP為能量)	Simple diffusion Facilitated diffusion Active transport

資料來源：臺灣東吳大學
註解：
S 為沉降係數。在離心蛋白質時，沉降係數越大，越快完成離心。蛋白質分子其分子量、分子密度、組成、形狀等，均會影響其沉降速度，沉降係數即用來描述此沉降性質
許多抗生素都是藉由阻斷ribosome 的組裝作用來達到阻止細菌產生子代的能力（translation），產生殺菌的功效
細菌的種類
根據革蘭氏染色法，可以將細菌分成會保留藍紫色染料的 Gram positive bacteria（革蘭氏陽性菌），以及不會保留染料的Gram negative bacteria（革蘭氏陰性菌）

陽性菌與陰性菌細胞壁的主成分
陽性菌：peptidoglycan（肽聚醣）、teichoic acid（磷壁酸）、lipoteichoic acid（脂肪壁酸）
陰性菌：peptidoglycan（肽聚醣），缺乏teichoic acid（磷壁酸）

Bergey’s分類法(Bergey’s classification)

Bergey 於1923 年寫了Bergey's Manual Determinative Bacteriology 這本教科書，整理出了一套鑑別細菌的分法
A. Gram stain（革蘭氏染色法）：染細胞壁，以區分陽性菌或陰性菌
B. mole percent G+C in the genome（G+C 比值）：由DNA 裂解溫度來區分
C. growth temperature（適合生長的溫度）
D. ability to form heat stable spores（形成耐熱孢子的能力）
E. electron acceptors for respiration（呼吸作用的電子接受器）
F. photosynthetic ability（光合作用的能力）
G. motility（運動能力）
H. cell shape（細胞型態）
I. ability to use various carbon and nitrogen sources（利用不同來源碳和氮的能力）
J. special nutritional requirement（特殊的營養需求）

石碳酸複紅染色(carbolfuchsin stain)

Mycobacteria（分枝桿菌屬）與carbolfuchsin（石碳酸複紅）染色
I. 細胞壁含有 peptidoglycan（肽聚醣）和大量醣脂質，如mycolic acid（分枝桿菌酸or黴菌酸）arabinogalatan-lipid complex、lipoarabinomannan
II. 因細胞壁含有過多的脂類，無法直接用水溶性染劑做染色。故染色時，必須先以強酸搭配上染劑才能染上
III. 我們可先用carbolfuchsin 將所有細菌進行細胞壁上色。再以30%的HCl 和alcohol（此混合溶液稱acid-alcohol）脫色。但染劑對mycobacteria 的蠟質細胞壁溶解度還是較此脫色劑大，無法進行脫色，所以我們稱mycobacteria 為抗酸性菌屬、無法將顏色脫掉，但其他種細菌可以。由此即可區分兩者
IV. 但使用acid-alcohol 時必須準確掌握時間，以免整個細菌因強酸作用時間過長而死亡

資料來源：美國聖彼得堡大學

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細菌的分類(Bacteria classification)

1. 分類法細述

Principles （分類原則）	A. Stability（穩定性）： 對某一細菌做分析，無論用什麼樣的系統去歸納，其分析歸類結果不能因人因時因地而改變。我們不能因為細菌的些微突變而無法將之分類，故我們必須以細菌之主要特徵做分類，以增加穩定性
	B. Divination（可預測性）： 對一未知細菌，我們可以藉由檢查和分析的方法，來歸納並預測這是哪方面的細菌，這就是可預測性
Phenotypic classification （形態分類法）	A. Microscopic morphology（顯微型態學）： a. 利用 Gram stain（革蘭氏染色）後，細菌能被區分為Positive（陽性）或Negative（陰性），然後利用顯微鏡觀察染色狀況及形態，並分類 b. Simple stain 只能知道細菌是圓的或扁的 資料來源：wangchao
	B. Macroscopic morphology（巨觀型態學）： a. 不同種的細菌 colony（菌落）會有不同的特性、 顏色，我們根據菌落的不同來分類 b. 觀察 blood agar plate 的hemolysis（溶血）現象： Staphylococcus aureus（金黃色葡萄球菌）會釋 放出β-hemolysin（一種外毒素），可破壞紅血球的細胞膜，造成紅血球破裂死亡。因此將金黃色葡萄球菌培養在blood agar plate（紅色），它會破壞紅血球，使得plate 的顏色從紅色→透明，而此種變化可藉由肉眼觀察
	C. Biotyping（生物分型）： a. 利用細菌生長代謝的最終產物來分類，臨床疾 病管制最常使用到此種方法，應用最廣 b. 僅能辨別到 species（種），因此欲鑑別亞種則常用serotyping
	D. Serotyping（血清分型）： a. 同一種的細菌，因為突變，彼此在基因上會有些許不同（99%基因相同），故所生成的抗原雖然類似但卻有些微差異，而此種差異已足夠讓抗體辨識出來，藉此可以被分為不同的血清型 （subspecies 亞種） e.g.E.coli O157 為一種很毒的大腸桿菌，會造成宿主腸胃道出血，然後血崩死亡。而此種大腸桿菌就是O antigen 產生突變 b. 也就是說，當菌種無法再區隔時，必須針對細菌某特有的antigen，進而去做分析，抗原會引起免疫細胞產生免疫反應，產生抗體，抗體會因為不同的antigen 而產生不同的血清型態 c. 可鑑別至亞種
	E. Antibiogram pattern（抗生素圖譜）： a. 分別施予一種細菌不同的抗生素（目前有近百種），並依序紀錄其所生成的抑菌環（大小會有所不同），蒐集結果並建立資料庫，這就是一種抗生素圖譜 b. 不同種的細菌其圖譜會有差異，故可藉此分類 c. 可鑑別至 subspecies
	F. Phage typing（噬菌體分型）： 噬菌體（屬於非傳統的病毒，病毒是絕對寄生的微生物），對細菌宿主具有專一性（特異性），因此鑑定細菌可被哪些特定噬菌體感染，可以推測出細菌屬於哪一類，可鑑別至subspecies
Analytic classification （成分分析分類法）	A. Cell wall fatty acid analysis（細胞壁脂肪酸分析）： a. 利用細菌細胞壁中含的脂肪酸來做分類 b. mycobacteria（分枝桿菌屬）的細胞壁中有一層像蠟塊、含量豐富的mycolic acids（分枝桿菌酸），一般的水溶性染劑是無法將之染色的，需使用強酸將染料溶解於細胞壁的脂質成分中，並使之滲透保留顏色
	B. Whole cell lipid analysis（全細胞脂質分析）：多用於對酵母菌（真菌）的分析
	C. Whole cell protein analysis（全細胞蛋白分析）：利用 SDS-PAGE 或是HPLC，分析細菌體內的蛋白質，可鑑別subspecies
	D. Multifocus locus enzyme electrophoresis（酵素電泳型）：利用電泳或是HPLC，分析細菌中特定的酵素，可鑑別subspecies
Genotypic classification （基因分類法）	A. G+C ratio（G+C 比率分析）： a. DNA 以雙股螺旋的方式纏繞，兩股相對應的鹼基會以氫鍵鍵結，而鹼基鍵結方式為G≡C、A=T。因為G 和C 之間有三個氫鍵，所以比較不容易打開。也因此，當DNA 的G、C 鹼基含量比高時，要使其因熱變性的溫度也會較高 b. 細菌的 G+C ratio 值分布範圍極廣（23-75%），不同的菌種間其G+C ratio 值可能差異很大，使不同菌種的DNA 熱變性所需之溫度與時間不同，故可藉此分類 c. 人類、貓狗（哺乳類動物）的G+C ratio 值差異不大（35%左右），故無法藉此分類 a. 從幾億年前到現在，ribosome RNA（rRNA）在生物體中的變異很小，可以說是高度保留序列，穩定性高，因此拿rRNA 來做物種鑑定是很準確的
	B. DNA hybridization（DNA 雜交法）： a. 找出只屬於某一種細菌的特殊DNA 序列，並設計與之互補的單股DNA 為probe（探針），並在probe 上標記螢光或放射線。可用於檢定、猜測未知細菌屬於哪一種類 b. Probe 亦可以為單股RNA，但較不穩定，效果較不好
	C. Nucleic acid analysis（核酸序列分析法）： a. 將未知細菌的 DNA 序列解碼，在經由比對電腦資料庫中的上萬種細菌DNA 序列，即可得知是哪一種細菌 b. 要全部解碼非常耗時與成本，故通常會去解較有特異性的序列 c. 為最準確的分類法
	D. Plasmid analysis（質體分析法）： a. 分析散落在細菌細胞質中的 plasmid（質體），為雙股環狀DNA，不同菌種有不同plasmid 序列 b. 分析方法與核酸序列分析法相同 c. Plasmid 序列小，可完整定序，容易分析
	E. Ribotyping（rRNA 分型）： a. 從幾億年前到現在，ribosome RNA（rRNA）在生物體中的變異很小，可以說是高度保留序列，穩定性高，因此拿rRNA 來做物種鑑定是很準確的 b. 臨床上比 Plasmid analysis 更常用，因為rRNA更短、更易分析
	F. Chromosome DNA fragment analysis（染色體 DNA 片段分析法）利用 restriction enzyme（限制酶）將某一菌種的chromosome DNA 切成特定大小的片段，再拿去跑電泳，即可看到專屬於此種菌種的電泳結果，藉由比對電泳圖形可以得知是何種菌種，也常用於親緣關係的鑑定

2.依據細菌的形狀：多型態（Pleomorphic）--大小和形狀的不同

資料來源：維基百科

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