该细菌细胞是生物体中最简单的已知的组织。细菌是没有细胞核或任何细胞器通过膜与胞质内含物分离的单细胞生物(所有细菌均在原核域内分类)。
科学研究表明,尽管细菌细胞缺乏细胞器,但它们具有非常可控且精确的组织,调节和内部动力学。他们拥有生存所处环境的敌对和多变条件的所有必要机制。
细菌及其组成部分的概图(来源:此矢量图像完全由Ali Zifan / CC BY-SA(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)通过Wikimedia Commons制作)
这种适应性对科学家来说是研究分子生物学基本原理的重要工具和理想的生物学模型。首先在细菌细胞中了解DNA复制,转录和翻译的基础知识,然后才是真核细胞。
所有细菌细胞都是微观的,也就是说,如果不使用显微镜就无法用肉眼观察到它们,这对于研究这些微生物具有很大的优势,因为它们可以在很小的空间内进行维护和研究,而且营养资源很少。到数百万个活细胞。
目前,细菌细胞是最重要的生物技术工具之一。科学家操纵细菌的额外染色体DNA来合成几乎任何人类感兴趣的蛋白质。
细菌细胞的一般特征
从形态上讲,细菌细胞可以高度可变,但是即使如此,它们也具有共同的特征。例如:
-每个细菌细胞都有一个包围它的细胞壁,它由碳水化合物和称为“肽聚糖”的肽的组合组成。
-细菌细胞是单细胞生物,也就是说,每个细胞都是可以生长,觅食,繁殖和死亡的完整生物。
-细菌的遗传物质在浸没在细胞胞质溶胶中的大缠结中被“分散”或散布开来,该区域被称为核苷区域。
-许多细菌具有特殊的运动结构,称为“鞭毛”,位于细菌的最外层区域。
-通常会发现形成菌落或与其他生物体保持共生关系的细菌细胞,此外,许多细菌对人类具有致病性。
-大多数细菌的长度几乎不超过任何动物细胞(真核细胞)的10或15倍,因为它们的长度不超过一个微米单位。
-它们存在于生物圈的所有现有环境中,因为这些微生物几乎可以适应任何环境条件。
细菌细胞的结构(部分)
许多科学家将细菌细胞细分为三个解剖区域,以促进研究。这是观察到的任何类型细菌细胞共有的三个区域,分别是:
- 由细胞外结构(鞭毛,毛发,纤毛等组成)的外部区域
- 细胞覆盖区域,由细胞壁和细胞质膜组成
- 内部区域,由细胞质和悬浮在其中的所有结构形成。
根据在每个区域研究的细菌的种类,观察到一些不同于细菌细胞“典型”结构和结构的部分。但是,对于任何细菌细胞,最常见的解释都是根据发现它们的每个区域进行分类。
细胞外区域
- 胶囊:它是覆盖细菌整个细胞壁的聚合物表面。它由煤泥和糖萼组成,而煤泥又由与脂类和蛋白质结合的丰富碳水化合物分子组成。胶囊对细胞具有重要的保护作用。
- 薄膜:是将细菌细胞浸入其中的表面,液体或粘性基质。它们由多糖组成,其多糖与胶囊的多糖相似,并且通常在保护和细胞置换中发挥功能。
- 菌毛:它们是附着在细菌细胞壁上的许多丝状附件。这些用于细菌细胞在任何表面上的迁移和粘附。它们由称为菌毛蛋白的疏水蛋白组成。
大肠杆菌细菌的菌毛。它大约有200个。资料来源:(图片:Manu Forero)/ CC BY(https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)
- 性菌毛:某些菌毛(很少)被修饰形成一种“管”,细菌将其用于接合(不同细菌之间遗传物质的转移),这是一种“性繁殖”原始。
- 鞭毛:它们比纤毛更长的花丝,由蛋白质组成;它们具有“尾巴”外观。它们履行细胞运动的驱动功能,并锚定在细胞膜上。在同一细菌细胞中可以发现一百至数百个鞭毛。
鞭毛创伤弧菌细菌。CDC / Janice Haney Carr /公共领域
细菌鞭毛图(来源:LadyofHats /公共领域,通过Wikimedia Commons)
覆盖区域
细胞覆盖物通常由细胞质膜和称为“细胞壁”的肽聚糖层组成。包膜由脂质,碳水化合物和蛋白质的复合物组成。肽聚糖包膜的化学成分用作区分两种细菌的分类。
革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。革兰氏阳性细菌的特征是具有厚的肽聚糖层,而没有覆盖其的外膜,而革兰氏阴性细菌仅具有一薄层肽聚糖,其上覆盖有外膜。
- 细胞质膜:其结构与真核细胞的细胞膜相似。它是具有相关蛋白质(整体或外围)的磷脂双层。但是,它与真核细胞膜的不同之处在于它不具有内源合成的固醇。
细菌细胞的细胞质膜是最重要的结构之一,因为它在那里发生细胞融合,电子转运,蛋白质分泌,营养物质转运和脂质生物合成等。
内区
- 基因组:与真核细胞不同,细菌细胞的基因组不包含在膜状细胞核中。相反,它以缠结成或多或少呈圆形的DNA的形式存在,并与某些蛋白质和RNA缔合。该基因组比真核生物基因组小得多:它的大小约为3至5 MB,并形成单个环状拓扑染色体。
- 质粒或染色体外DNA分子:它们是小的环状DNA分子,能够独立于细胞基因组DNA复制。通常,质粒DNA分子在缀合过程中交换,因为在其中编码了对抗生素和/或毒素的抗性所必需的信息。
细菌DNA和质粒。原始文件:用户:Spaully。翻译:斐波那契。/ CC BY-SA(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)
- 核糖体:核糖体参与RNA的翻译,该RNA是从编码蛋白质的基因序列中转录而来的。每个细菌细胞内部约有1500个活性核糖体。细菌细胞的核糖体亚基为70s,30s和50s,而真核细胞具有60s和40s亚基。
抗生素通常攻击细菌的核糖体,阻断蛋白质的翻译并引起细胞裂解或死亡。
- 内生孢子:细菌的内生孢子处于休眠状态,在极端环境条件下可存活。当表面上的不同受体再次检测到条件有利时,孢子就会从休眠状态中脱离出来。这将创建一个新的,功能齐全的细菌细胞。
细菌细胞内的绿色内生孢子。CNX OpenStax / CC BY(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)
- 颗粒或包涵体:这些作为碳水化合物,磷酸盐化合物和其他分子的储备。它们的组成根据细菌的种类而变化,并且使用光学显微镜在细胞质中很容易看到它们。
参考文献
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