细菌结构是指无叶绿体、线粒体的结构。由于没有
叶绿体,也没有
线粒体,大部分不能进行
光合作用。部分细菌细胞膜上拥有叶绿素,可进行光合作用。
细菌介绍
细菌结构没有
叶绿体,也没有
线粒体,大部分不能进行光合作用。但部分细菌细胞膜上拥有
叶绿素,可进行光合作用。
细菌(英文:germs;学名:bacteria)广义的细菌即为
原核生物是指一大类细胞核无
核膜包裹,只存在称作
拟核区(nuclear region)(或拟核)的裸露DNA的原始
单细胞生物,包括
真细菌(eubacteria)和
古生菌(archaea)两大类群。人们通常所说的即为狭义的细菌,狭义的细菌为
原核微生物的一类,是一类形状细短,结构简单,多以
二分裂方式进行繁殖的原核生物,是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体,是大自然
物质循环的主要参与者。
细菌主要由
细胞壁、细胞膜、细胞质、
核质体等部分构成,有的细菌还有
荚膜、
鞭毛、
菌毛、
纤毛‘等特殊结构。绝大多数细菌的直径大小在0.5~5μm之间。
结构
细胞壁
细胞壁厚度因细菌不同而异,一般为15-30nm。主要成分是
肽聚糖,由
N-乙酰葡糖胺和
N-乙酰胞壁酸构成
双糖单元,以β-1,4
糖苷键连接成大分子。
N-乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链,相邻聚糖纤维之间的
短肽通过
肽桥(
革兰氏阳性菌)或
肽键(
革兰氏阴性菌)
桥接起来,形成了肽聚糖
片层,像
胶合板一样,粘合成多层。
肽聚糖中的多糖链在各物种中都一样,而横向短
肽链却有种间差异。革兰氏阳性菌
细胞壁厚约20~80nm,有15-50层肽聚糖片层,每层厚1nm,含20-40%的
磷壁酸(teichoic acid),有的还具有少量蛋白质。革兰氏阴性菌细胞壁厚约10nm,仅2-3层
肽聚糖,其他成分较为复杂,由外向内依次为
脂多糖、
细菌外膜和
脂蛋白。此外,
外膜与细胞之间还有间隙。
肽聚糖是
革兰阳性菌细胞壁的主要成分,凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质,都有抑菌或杀菌作用。如
溶菌酶是
N-乙酰胞壁酸酶,
青霉素抑制
转肽酶的活性,抑制
肽桥形成。
细菌细胞壁的功能包括:保持细胞外形;抑制机械和渗透损伤(革兰氏阳性菌的细胞壁能耐受20kg/cm2的压力);介导细胞间相互作用(侵入
宿主);防止
大分子入侵;协助
细胞运动和分裂。
脱壁的细胞称为细菌
原生质体(bacterial protoplast)或
球状体(spheroplast,因脱壁不完全),脱壁后的细菌原生质体,生存和活动能力大大降低。
细胞膜
是典型的单位膜结构,厚约8~10nm,外侧紧贴细胞壁,某些革兰氏阴性菌还具有细胞外膜。通常不形成
内膜系统,除
核糖体外,没有其它类似
真核细胞的细胞器,呼吸和光合作用的
电子传递链位于细胞膜上。某些行光合作用的
原核生物(
蓝细菌和
紫细菌),
质膜内褶形成结合有色素的内膜,与捕
光反应有关。某些
革兰氏阳性细菌质膜内褶形成小管状结构,称为
中膜体(mesosome)或
间体(图3-11),中膜体扩大了细胞膜的表面积,提高了代谢效率,有拟
线粒体(Chondroid)之称,此外还可能与DNA的复制有关。
细胞质核质体
细菌和其它
原核生物一样,没有
核膜,DNA集中在细胞质中的低
电子密度区,称
核区、
拟核或
核质体(nuclear body)。细菌一般具有1-4个核质体,多的可达20余个。核质体是环状的双链DNA分子,所含的遗传
信息量可编码2000~3000种蛋白质,空间构建十分精简,没有
内含子。由于没有核膜,因此
DNA的复制、RNA的
转录与蛋白的质合成可同时进行,而不像
真核细胞那样这些生化反应在时间和空间上是严格分隔开来的。
每个细菌细胞约含5000~50000个
核糖体,部分附着在细胞膜内侧,大部分游离于细胞质中。细菌核糖体的
沉降系数为70S,由大亚单位(50S)与小亚单位(30S)组成,大亚单位含有23SrRNA,5SrRNA与30多种蛋白质,小亚单位含有16SrRNA与20多种蛋白质。30S的小亚单位对
四环素与
链霉素很敏感,50S的大亚单位对
红霉素与
氯霉素很敏感。
细菌核区DNA以外的,可进行自主复制的
遗传因子,称为
质粒(plasmid)。质粒是裸露的环状双链DNA分子,所含遗传
信息量为2~200个基因,能进行
自我复制,有时能整合到核DNA中去。质粒DNA在
遗传工程研究中很重要,常用作
基因重组与
基因转移的载体。
胞质颗粒是细胞质中的颗粒,起暂时贮存营养物质的作用,包括多糖、脂类、多磷酸盐等。
其他结构
荚膜
荚膜许多细菌的最外表还覆盖着一层
多糖类物质,边界明显的称为荚膜(capsule),如肺炎球菌,边界不明显的称为粘液层(slime layer),如
葡萄球菌。荚膜对细菌的生存具有重要意义,细菌不仅可利用荚膜抵御不良环境;保护自身不受白细胞吞噬;而且能有选择地粘附到特定细胞的表面上,表现出对
靶细胞的专一攻击能力。例如,伤寒沙门杆菌能专一性地侵犯肠道
淋巴组织。细菌荚膜的纤丝细菌还能把细菌分泌的消化酶贮存起来,以备攻击靶细胞之用。
鞭毛
鞭毛是某些细菌的
运动器官,由一种称为
鞭毛蛋白(flagellin)的
弹性蛋白构成,结构上不同于真核生物的鞭毛。细菌可以通过调整鞭毛旋转的方向(顺和逆时针)来改变
运动状态。
菌毛
菌毛是在某些细菌表面存在着一种比
鞭毛更细、更短而直硬的丝状物,须用电镜观察。特点是:细、短、直、硬、多,菌毛与细菌运动无关,根据形态、结构和功能,可分为
普通菌毛和
性菌毛两类。前者与细菌吸附和侵染宿主有关,后者为中空管子,与传递
遗传物质有关。
纤毛
芽孢
有些细菌在生长发育的后期,个体缩小,细胞壁增厚,形成
芽孢。芽孢是细菌的休眠体,对不良环境有较强的抵抗能力。小而轻的芽孢还可以随风四处飘散,落在适当环境中,又能萌发成为细菌。细菌快速繁殖和形成芽孢的特性,使它们几乎无处不在[1]。
某些细菌处于不利的环境,或耗尽营养时,形成
内生孢子,又称芽孢,是对不良环境有强
抵抗力的
休眠体,由于芽孢在细菌细胞内形成,故常称为内生孢子。
芽孢的生命力非常顽强,有些湖底沉积土中的
芽孢杆菌经500-1000年后仍有活力,
肉毒梭菌的芽孢在pH 7.0时能耐受100℃煮沸5-9.5小时。芽孢由内及外有以下几部分组成:
1.芽孢原生质(spore protoplast,核心core):含浓缩的原生质。
2.
内膜(inner membrane):由原来繁殖型细菌的细胞膜形成,包围芽孢原生质。还有细模质。
3.芽孢壁(spore wall):由繁殖型细菌的肽聚糖组成,包围内膜。发芽后成为细菌的
细胞壁。
4.
皮质(cortex):是芽孢包膜中最厚的一层,由
肽聚糖组成,但结构不同于细胞壁的肽聚糖,交联少,多糖支架中为胞壁酐而不是
胞壁酸,四肽
侧链由L-Ala组成。
5.
外膜(outer membrane):也是由细菌细胞膜形成的。
6.外壳(coat):芽孢壳,质地坚韧致密,由类
角蛋白组成(keratinlike protein),含有大量
二硫键,具疏水性特征。
7.
外壁(exosporium):芽孢外衣,是芽孢的最外层,由脂蛋白及
碳水化合物(糖类)组成,结构疏松。