2021-05-28 10:55:57

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原核生物
原核生物
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原核生物(Prokaryotes)是原核细胞组成的生物,没有成形细胞核或线粒体的一类单细胞,包括蓝细菌、细菌、放线菌螺旋体支原体等。

70年代分子生物学的资料表明:产甲烷细菌、极端嗜盐细菌、极端耐酸耐热的硫化叶菌和嗜热菌质体等的16S rRNA核苷酸序列,既不同于一般细菌,也不同于真核生物。此外,这些生物的细胞膜结构、细胞壁结构、辅酶代谢途径、tRNA和rRNA的翻译机制均与一般细菌不同。因而有人主张将上述的生物划归原核生物和真核生物之外的"第三生物界"或古细菌界

基本信息

  • 中文名

    原核生物

  • 外文名

    Prokaryotes

折叠 编辑本段 概述

与真核生物的种类相比,已发现的原核生物种类虽不甚多,但其生态分布却极其广泛,生理性能也极其庞杂。有的种类能在饱和的盐溶液中生活;有的却能在蒸馏水中生存;有的能在0℃下繁殖;有的却以70℃为最适温度;有的是完全的无机化能营养菌,以二氧化碳为唯一碳源;有的却只能在活细胞内生古细菌界古细菌界存。在进行光合作用的原核生物中,有的放氧,有的不放氧;有的能在pH为10以上的环境中生存,有的只能在pH为1左右的环境中生活;有的只能在充足供应氧气的环境中生存,而另外一些细菌却对氧的毒害作用极其敏感。有的可利用无机态氮,有的却需要有机氮才能生长;还有的能利用分子态氮作为唯一的氮源等。

折叠 编辑本段 基本构造

原核生物仍拥有细胞的基本构造并含有细胞质、细胞壁、细胞膜、以及鞭毛的细胞。细胞壁不包括所有的原核生物,原核生物有一个例外:原核生物中,除了支原体,其余的都有细胞壁;支原体是唯一不具有细胞壁的原核生物。

折叠 编辑本段 习性和特征

原核生物极小,用肉眼看不到,须在显微镜下观察。多数原核生物为水生,它们能在水下进行有氧呼吸,是地球上最初产生的单细胞动物。最小的原核生物是支原体。

折叠 编辑本段 特点

①核质与细胞质之间无核膜因而无成形的细胞核(拟核或类核);

②遗传物质是一条不与组蛋白结合的环状双螺旋脱氧核糖核酸(DNA)丝,不构成染色体(有的原核生物在其主基因组外还有更小的能进出细胞的质粒DNA);

③以简单二分裂方式繁殖,无有丝分裂或减数分裂;

④没有性行为,有的种类有时有通过接合、转化或转导,将部分基因组从一个细胞传递到另一个细胞的准性行为(见细菌接合);

⑤没有由肌球、肌动蛋白构成的微纤维系统,故细胞质不能流动,也没有形成伪足、吞噬作用等现象;

鞭毛并非由微管构成,更无"9+2"的结构,仅由几条螺旋或平行的蛋白质丝构成;

⑦细胞质内仅有核糖体而没有线粒体、高尔基体内质网溶酶体液泡质体(植物)、中心粒(低等植物和动物)等细胞器;

光合作用光合作用⑧细胞内的单位膜系统除蓝细菌另有类囊体外一般都由细胞膜内褶而成,其中有氧化磷酸化的电子传递链(蓝细菌在类囊体内进行光合作用,其他光合细菌在细胞膜内褶的膜系统上进行光合作用;化能营养细菌则在细胞膜系统上进行能量代谢);

⑨在蛋白质合成过程中起重要作用的核糖体散在于细胞质内,核糖体的沉降系数为70S;

⑩大部分原核生物有成分和结构独特的细胞壁等等。总之原核生物的细胞结构要比真核生物的细胞结构简单得多。

折叠 编辑本段 呼吸方式

原核生物细胞能进行有氧呼吸。有的原核生物,如硝化细菌、根瘤菌,虽然没有线粒体,但却含有全套的与有氧呼吸有关的酶,这些酶分布在细胞质基质和细胞膜上,因此,这些细胞是可以进行有氧呼吸的。利用细胞膜和细胞质的酶系进行有氧呼吸.第一个阶段发生的场所在细胞质内,产生的丙酮酸进入三羧酸循环,被彻底氧化生成CO2和水,同时释放大量能量.因其呼吸链组分在细胞膜上,所以主要在细胞膜上进行。有的原核生物如产甲烷杆菌等,没有与有氧呼吸有关的酶,因此,只能进行无氧呼吸。总之,大多数原核生物能进行有氧呼吸。

折叠 编辑本段 基因组成

原核生物基因分为编码区与非编码区。

编码区与非编码区的定义及位置:

所谓的编码区就是能转录为相应的信使RNA,进而指导蛋白质的合成,也就是说能够编码蛋白质。非编码区则相反,但是非编码区对遗传信息的表达是必不可少的,因为在非编码区上有调控遗传信息表达的核苷酸序列。

非编码区位于编码区的上游及下游。在调控遗传信息表达的核苷酸序列中最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。RNA聚合酶是催化DNA转录为RNA,能识别调控序列中的结合位点,并与其结合。

折叠 编辑本段 细胞骨架

长期以来,人们认为细胞骨架仅为真核生物所特有的结构,但研究发现它也存在于细菌等原核生物中。

目前为止,人们已经在细菌中发现的FtsZ、MreB 和CreS 依次与真核细胞骨架蛋白中的微管蛋白肌动蛋白丝及中间丝类似。FtsZ 能在细胞分裂位点装配形成Z 环结构,并通过该结构参与细胞分裂的调控;MreB能形成螺旋丝状结构,其主要功能有维持细胞形态、调控染色体分离等;CreS存在于新月柄杆菌中,它在细胞凹面的细胞膜下面形成弯曲丝状或螺旋丝状结构,该结构对维持新月柄杆菌细胞的形态具有重要作用。

折叠 编辑本段 常见原核生物

折叠 菌类中

菌类包括细菌、放线菌和真菌;真菌又分酵母菌、霉菌和食用菌;细菌和放线菌属于原核生物,而酵母菌、霉菌(毛霉、曲霉、青霉)和食用菌(如银耳、黑木耳、灵芝、菇类)属于真核生物

细菌有球菌、杆菌、螺形菌(包括螺菌和弧菌)三种基本形态,根据细胞分裂后细胞的组成情况,可分为单球菌、双球菌、链球菌和葡萄球菌等几类。故凡"菌"字前带有"杆"、"球"、"螺旋"和"弧"字的都属于细菌,如大肠杆菌、枯草杆菌、肺炎双球菌、霍乱弧菌。乳酸菌呈杆形,本来叫乳酸杆菌,通常省略"杆"字,所以乳酸菌属于细菌。除此之外,固氮菌(根瘤菌)也属于细菌。而硫细菌、铁细菌硝化细菌等,是细菌。

常见的放线菌有小金色链霉菌、龟裂链霉菌、红霉素链霉菌和小单孢菌等。

折叠 藻类中

简记"衣支细蓝线"即衣原体支原体,细菌,蓝藻,放线菌

蓝藻(如色球藻、念珠藻、颤藻、螺旋藻)属于原核生物;红藻(如紫菜、石花菜)、褐藻(如海带)属于真核生物

折叠 编辑本段 病毒

病毒(动物病毒如艾滋病毒、植物病毒烟草花叶病毒、细菌病毒如噬菌体)没有细胞结构,是非细胞生物;原核生物有细胞结构。病毒是专营寄生生活的;细菌有寄生,也有腐生,还有独立生活的。病毒的核酸只有DNA或RNA(朊病毒没有核酸);细菌既有DNA,也有RNA。原生动物和原核生物都是单细胞生物,但原生动物(如草履虫变形虫疟原虫)属于真核生物

小结:常见的原核生物有细菌、放线菌蓝藻立克次氏体衣原体支原体等。

折叠 编辑本段 结构

1鞭毛(Flagella)

鞭毛是很多单细胞生物和一些多细胞生物细胞表面像鞭子一样的细胞器,用于运动及其它一些功能。在三个域中,鞭毛的结构各不相同。细菌的鞭毛是螺旋状的纤维,像螺钉一样旋转。古生菌的鞭毛表面上和细菌的类似,但很多细节不同,和细菌的鞭毛可能也不是同源的。真核生物,比如动物、植物、原生生物细胞的鞭毛是细胞表面结构复杂的突出物,像鞭子一样来回抽打。

2细胞膜(Cell Membrane)

细胞膜又称原生质膜,为细胞结构中分隔细胞内、外不同介质和组成成份的界面。原生质膜普遍认为由磷脂质双层分子作为基本单位重复而成,其上镶嵌有各种类型的膜蛋白以及与膜蛋白结合的糖和糖脂

3细胞质(Cytoplasm)

细胞质是一种使细胞充满的凝胶状物质细胞膜细胞膜。细胞质包含有胞质溶胶及细胞器。原生质是由水、盐、有机分子及各种催化反应的酶所组成。

4核糖体(Ribosome)

核糖体无膜结构,主要由蛋白质(40%)和RNA(60%)构成。核糖体按沉降系数分为两类,一类(70S)存在于线粒体、叶绿体以及细菌中,另一类(80S)存在于真核细胞的细胞质中。他们有的漂浮在细胞质中,有的结集在一起,主要在粗糙内质网内。

5糖萼(Glycocalyx)

糖萼是对由细菌、上皮细胞,或其他细胞分泌的,覆盖在细胞表核糖体核糖体层的粘稠物的统称。

6原核体(Prokaryon)

(由于目前科技认知水平有限,尚不明确。)

7夹杂物(Inclusions)

夹杂物(细胞质)是一种的化学物质,可能会或可能不会在一个细胞,这取决于细胞的类型。它包含储存的营养物质、分泌的产物、和色素颗粒. Examples of inclusions are glycogen granules in the liver and muscle cells, lipid droplets in fat cells, pigment granules in certain cells of skin and hair, water containing vacuoles, and crystals of various types.

70年代分子生物学的资料表明:产甲烷细菌、极端嗜盐细菌、极端耐酸耐热的硫化叶菌和嗜热菌质体等的16S rRNA核苷酸序列,既不同于一般细菌,也不同于真核生物。此外,这些生物的细胞膜结构、细胞壁结构、辅酶、代谢途径、tRNA和rRNA的翻译机制均与一般细菌不同。因而有人主张将上述的生物划归原核生物和真核生物之外的"第三生物界"或古细菌界。

折叠 编辑本段 疾病

微生物在自然界中分布极为广泛。土壤、空气、江河、海洋等都有数量不等、种类不一的微生物存在,其中以土壤中微生物最多。在人体、动植物的体表以及人体和动物体与外界相通的腔道如呼吸道、消化道等,均有多种微生物存在。正常情况下寄居于人体表面及与外界相通腔道如口腔、鼻咽腔、肠道以及泌尿生殖道中的微生物称之为"正常菌群"。

微生物在自然界中绝大多数对人类动植物是有益的、必需的。例如,土壤中的微生物能将动植物的有机蛋白质转化为无机含氮化合物、以供植物生长的需要,而植物又为人类和动物所食用。空气中的大量氮气,只有依靠固氮菌等作用才能被植物吸收。肠道中的大肠杆菌能合成维生素B、维生素K,供机体所利用并具有拮抗某些病原菌的作用,受到广泛应用的抗生素都是微生物的代谢产物,用于治疗各种急、慢性传染病,因此,微生物与人类的关系极为密切。

自然界中除了一部分对人类有益的微生物外,还有一部分能引起人类和动植物的病害,这些具有致病性的微生物称"病原微生物"。例如,能引起人类痢疾、伤寒、结核、病毒性肝炎,对动植物可引起鸡霍乱、鸭瘟、水稻白叶枯病等。

病原微生物可分为三类:第一类是非细胞型微生物:病毒属于这类微生物。其体积微小没有典型的细胞原核生物致食物中毒原核生物致食物中毒结构,没有产生能量的酶系统,只能在宿主活细胞内生长繁殖。第二类是原核细胞型微生物:这类微生物仅有核质、无核膜或核仁,细胞器不完善,包括细菌、支原体、立克次体、衣原体、螺旋体和放线菌。第三类是真核细胞型微生物:这类微生物细胞核分化程度高,有核膜、核仁和染色体,细胞质内细胞器完整。真菌属于这类微生物。

革兰氏染色法可把所有细菌分为革兰氏阳性菌和阴性菌。这种方法是最常用的一种常规染色法。细菌经过结晶紫、碘液先后染色后,都被染成深紫色。这时再用95%酒精脱色,有些细菌可脱掉紫色,用复红再染后变为红色,称为革兰氏阴性菌(简写为G- 菌)。有些细菌不被酒精脱色,仍然保留深紫色,称革兰氏阳性菌(简写为G+菌)。

区分这两类细菌对于鉴别细菌,分析细菌的致病作用和选择抗菌药物都有重要意义。将所有细菌初步分成G+和G-两大类后,一方面便于进一步鉴定细菌种类;另一方面由于G+菌和G-菌对抗生素敏感性不同,这样便于选择有效药物进行及时治疗。G+菌对青霉素、头孢菌素敏感,而G- 菌对链霉素、庆大霉素、卡那霉素、氯霉素较敏感,可供治疗时用药的参考。化验室尚可通过分离培养细菌进行药物敏感试验,帮助正确选择有效药物,达到合理治疗不同传染病的目的。此外,在细菌的致病作用方面G+菌和G-菌也有不同,如G+菌一般以外毒素致病,G-菌则主要以内毒素致病。

食物中毒是吃了有毒食物而引起的中毒症状,包括细菌性食物中毒和非细菌性食物中毒(或称为毒物性食物中毒,如误食毒蕈,或误食农药,或误食含有剧毒化学药品的食品等)。

细菌性食物中毒(包括毒素性食物中毒和感染性食物中毒)除肉毒杆菌所产生的肉毒毒素外,其他细菌所引起的食物中毒临床表现均为急性胃肠炎症状,以腹痛、腹泻、呕吐等为主(少数伴发烧)。一般症状较轻,预后良好,1~2天可自愈,极少有引起死亡的报道。

在气温较高的夏秋季,由细菌污染引起的食物中毒是很常见的。有多种细菌可以引起食物中毒,其中最常见的是沙门氏菌。它广泛存在于各种动物,如猪、牛、羊、鸡、鸭、鹅及鼠类的肠道和粪便里,蛋类也容易被这种菌污染。金黄色葡萄菌也是引起食物中毒常见病原菌之一,它常常存在于正常人的鼻腔、咽喉部和皮肤化脓病灶中。奶牛的乳房化脓疱里也存在大量葡萄球菌。在金黄色葡萄球菌引起的食物中毒中,以A型引起者最多,B和C型金黄葡萄球菌次之。

此外变形杆菌以及蜡样芽孢杆菌,各种海产品、盐腌渍品中有一种副溶血性弧菌、肉类食品中的产气荚膜杆菌,发酵的豆、面制品、罐头食品、腌肉中的肉毒杆菌都可以引起食物中毒。

平常我们见到的细菌性食物中毒,发病很急,大多在吃了不洁食物几小时后就可出现腹痛、腹泻、呕吐等症状,但恢复也较快,1~2天就可自愈。但是,有一种毒素性食物中毒(一般在食品加工过程中被肉毒杆菌的芽孢污染,在厌氧条件下细菌生长繁殖产生的一种剧烈外毒素,称肉毒毒素),如果人食入含有这种外毒素的食物,即可引起食物中毒。即使这种毒素仅1微克,也可使人致命,因此,它就是食物中毒中的最危险的"刺客"。

在国外,这种食物中毒主要是以腊肠、家制罐头、肉制品为主,但在我国此类食品引起肉毒中毒很少见,大多是由发酵的豆制品和面制品所致。如臭豆腐、豆鼓(占80%)、甜面酱(占10%)等。我国十几个省均有发现,以新疆、西藏、青海、宁夏省为多见。肉毒杆菌只有在没有氧气的环境下才能生长,当它存在于土壤和家畜的粪便这些对它不利的有氧环境中,就会在体内产生一个卵圆形小体,叫做芽孢。这样肉毒杆菌就能存活很长时间,几年甚至几十年,若制作加工时食品被肉毒杆菌芽孢污染,在厌氧条件下就可以在其中大量生长繁殖,产生毒性强烈的肉毒毒素。由于它是神经毒素,人摄入后导致特殊的神经中毒症状,眼部、咽部的肌肉麻痹造成复视、斜视、眼睁不开、进食困难、阻嚼无力,30%以上的病人脑神经可受损。

在自然情况下,大多数致病性细菌只对人类或动物引起感染。但也有少数动物源性病原菌使人类患病。这类由同一种病原菌引起的家畜(或野生动物)和人类共患的疾病,称为人畜共患病。例如,家畜的布鲁氏菌病主要是牛羊、猪等家畜的病原菌,患病后表现为流产、睾丸炎、副睾炎、子宫炎等;当人类与病畜接触或通过其污染的乳制品,病菌可通过皮肤、消化道、呼吸道、眼结膜等途径传染给人,出现菌血症,发热呈波浪型,称为波浪热。人畜共患病还可由鼠疫杆菌、炭疽杆菌引起。鼠疫杆菌是鼠类病原菌之一,亦可经染菌鼠蚤叮咬人类发生人类鼠疫。炭疽杆菌主要引起草食动物炭疽病,也可传给人类和肉食动物,引起人类炭疽病。

折叠 编辑本段 原核生物的融合

美国加州大学洛杉矶分校的分子生物学家詹姆斯·雷克在近期的《自然》杂志网络版上提出,两组原核生物——放线菌和梭菌融合在一起产生了双膜原核生物。雷克说,没有这一事件就不会产生更高级的生命。地球上氧气的出现是这些双膜原核生物的子群——蓝藻导致的。蓝藻利用太阳的能量经光合作用产生氧气。它们的产量非常之大,并将氧气泵入大气层中,人类没有它们就无法呼吸。此外,双膜原核生物的融合产生了存在于每个人体细胞中的线粒体。雷克说,双膜原核生物抓住了阳光这个巨大的能源,它们是如此成功,以至于它们要比其他原核生物具有更多的遗传多样性。没有两个原核生物在古代的融合,人类今天可能无法行走在地球表面。这是的关于原核生物与生命进化的最新重大见解。[1]

参考资料

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