原核生物

原核生物是指一類細胞核無核膜包裹，只有稱作核區的裸露DNA的原始單細胞生物。它包括細菌、放線菌、立克次氏體、衣原體、支原體、藍細菌和古細菌等。它們都是單細胞原核生物，結構簡單，沒有細胞器結構，個體微小，一般為1～10 µm，僅為真核細胞的十分之一至萬分之一。

基本介紹

• 中文名：原核生物
• 外文名：Prokaryotes
• 適用領域範圍：環境生態
• 分類：細菌、藍細菌、放線菌等
• 特點：無核膜
• 呼吸方式：有氧呼吸

概述

原核生物即廣義的細菌，指一大類細胞核無核膜包裹，只存在稱做核區的裸露DNA的原始單細胞生物，包括真細菌和古生菌兩大類群，但由於古生菌又具有許多真核生物的特徵，明顯區別於細菌，因此不將古生菌列入其中，而將其拿出來單獨描述。具體根據外表特徵等方面可以把原核生物分為狹義的細菌、藍細菌、放線菌、支原體、衣原體、螺旋體和立克次氏體七大類。

與真核生物的種類相比，已發現的原核生物種類雖不甚多，但其生態分布卻極其廣泛，生理性能也極其龐雜。有的種類能在飽和的鹽溶液中生活；有的卻能在蒸餾水中生存；有的能在0℃下繁殖；有的卻以70℃為最適溫度；有的是完全的無機化能營養菌，以二氧化碳為唯一碳源；有的卻只能在活細胞內生存。在進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為10 以上的環境中生存，有的只能在pH為1左右的環境中生活；有的只能在充足供應氧氣的環境中生存，而另外一些細菌卻對氧的毒害作用極其敏感。有的可利用無機態氮，有的卻需要有機氮才能生長；還有的能利用分子態氮作為唯一的氮源等。

古細菌界

結構

原核生物仍擁有細胞的基本構造並含有細胞質、細胞壁、細胞膜、以及鞭毛的細胞。細胞壁不包括所有的原核生物，原核生物有一個例外：原核生物中，除了支原體，其餘的都有細胞壁；支原體是唯一不具有細胞壁的原核生物。

原核生物的多樣性

雖然它不完全、雖然它簡單，但是能在這個競爭激烈的環境中長久地活下去都會擁有自己的專屬技能——原核生物的多樣性。比如細胞形態的多樣性、運動的多樣性、生長發育多樣性、細胞結構多樣性、細胞化學多樣性、代謝功能多樣性、遺傳變異多樣性等。所以它是有著極高利用價值的生物資源。這一資源不僅表現為與人類生存著動息息相關的幾乎所有生物無窮的代謝功能性狀，也同樣表現為一個五彩繽紛的微生物世界。

特點

① 核質與細胞質之間無核膜因而無成形的細胞核（擬核或類核）；RNA轉錄和翻譯同時進行。

② 遺傳物質是一條不與組蛋白結合的環狀雙螺旋脫氧核糖核酸（DNA）絲，不構成染色體（有的原核生物在其主基因組外還有更小的能進出細胞的質粒DNA）；

③ 以簡單二分裂方式繁殖，無有絲分裂或減數分裂；

④ 沒有性行為，有的種類有時有通過接合、轉化或轉導，將部分基因組從一個細胞傳遞到另一個細胞的準性行為（見細菌接合）；

⑤ 沒有由肌球、肌動蛋白構成的微纖維系統，故細胞質不能流動，也沒有形成偽足、吞噬作用等現象；

⑥ 鞭毛並非由微管構成，更無“9+2”的結構，僅由幾條螺旋或平行的蛋白質絲構成；

⑦ 細胞質內僅有核糖體而沒有線粒體、高爾基體、內質網、溶酶體、液泡和質體（植物）、中心粒(低等植物和動物)等細胞器；

⑧ 細胞內的單位膜系統除藍細菌另有類囊體外一般都由細胞膜內褶而成，其中有氧化磷酸化的電子傳遞鏈（藍細菌在類囊體內進行光合作用，其他光合細菌在細胞膜內褶的膜系統上進行光合作用；化能營養細菌則在細胞膜系統上進行能量代謝）；

光合作用

⑨ 在蛋白質合成過程中起重要作用的核糖體散在於細胞質內，核糖體的沉降係數為70S；

⑩ 大部分原核生物有成分和結構獨特的細胞壁等等。總之原核生物的細胞結構要比真核生物的細胞結構簡單得多。

呼吸方式

原核生物細胞能進行有氧呼吸。有的原核生物，如硝化細菌、根瘤菌，雖然沒有線粒體，但卻含有全套的與有氧呼吸有關的酶，這些酶分布在細胞質基質和細胞膜上，因此，這些細胞是可以進行有氧呼吸的。利用細胞膜和細胞質的酶系進行有氧呼吸。第一個階段發生的場所在細胞質內，產生的丙酮酸進入三羧酸循環，被徹底氧化生成CO₂和水，同時釋放大量能量.因其呼吸鏈組分在細胞膜上，所以主要在細胞膜上進行。有的原核生物如產甲烷桿菌等，沒有與有氧呼吸有關的酶，因此，只能進行無氧呼吸。總之，大多數原核生物能進行有氧呼吸。

基因組成

原核生物基因分為編碼區與非編碼區。

所謂的編碼區就是能轉錄為相應的信使RNA，進而指導蛋白質的合成，也就是說能夠編碼蛋白質。非編碼區則相反，但是非編碼區對遺傳信息的表達是必不可少的，因為在非編碼區上有調控遺傳信息表達的核苷酸序列。

非編碼區位於編碼區的上游及下游。在調控遺傳信息表達的核苷酸序列中最重要的是位於編碼區上游的RNA聚合酶結合位點。RNA聚合酶是催化DNA轉錄為RNA，能識別調控序列中的結合位點，並與其結合。

細胞骨架

長期以來，人們認為細胞骨架僅為真核生物所特有的結構，但研究發現它也存在於細菌等原核生物中。

目前為止，人們已經在細菌中發現的FtsZ、MreB 和CreS 依次與真核細胞骨架蛋白中的微管蛋白、肌動蛋白絲及中間絲類似。FtsZ 能在細胞分裂位點裝配形成Z 環結構，並通過該結構參與細胞分裂的調控；MreB能形成螺旋絲狀結構，其主要功能有維持細胞形態、調控染色體分離等；CreS存在於新月柄桿菌中，它在細胞凹面的細胞膜下面形成彎曲絲狀或螺旋絲狀結構，該結構對維持新月柄桿菌細胞的形態具有重要作用。

常見原核生物

菌類

菌類包括細菌、放線菌和真菌；真菌又分酵母菌、黴菌和食用菌；細菌和放線菌屬於原核生物，而酵母菌、黴菌（毛霉、麴黴、青黴）和食用菌（如銀耳、黑木耳、靈芝、菇類）屬於真核生物。

細菌有球菌、桿菌、螺形菌（包括螺菌和弧菌）三種基本形態，根據細胞分裂後細胞的組成情況，可分為單球菌、雙球菌、鏈球菌和葡萄球菌等幾類。故凡“菌”字前帶有“桿”、“球”、“螺旋”和“弧”字的都屬於細菌，如大腸桿菌、枯草桿菌、肺炎雙球菌、霍亂弧菌。乳酸菌呈桿形，本來叫乳酸桿菌，通常省略“桿”字，所以乳酸菌屬於細菌。除此之外，固氮菌（根瘤菌）也屬於細菌。而硫細菌、鐵細菌、硝化細菌等，是細菌。

常見的放線菌有小金色鏈黴菌、龜裂鏈黴菌、紅黴素鏈黴菌和小單孢菌等。

藻類

簡記“衣支細藍線”即衣原體，支原體，細菌，藍藻，放線菌

藍藻（如色球藻、念珠藻、顫藻、螺旋藻）屬於原核生物；紅藻（如紫菜、石花菜）、褐藻（如海帶）屬於真核生物

病毒

病毒（動物病毒如愛滋病毒、植物病毒如菸草花葉病毒、細菌病毒如噬菌體）沒有細胞結構，是非細胞生物；原核生物有細胞結構。病毒是專營寄生生活的；細菌有寄生，也有腐生，還有獨立生活的。病毒的核酸只有DNA或RNA（朊病毒沒有核酸）；細菌既有DNA，也有RNA。原生動物和原核生物都是單細胞生物，但原生動物（如草履蟲、變形蟲、瘧原蟲）屬於真核生物。

結構

鞭毛

鞭毛是很多單細胞生物和一些多細胞生物細胞表面像鞭子一樣的細胞器，用於運動及其它一些功能。在三個域中，鞭毛的結構各不相同。細菌的鞭毛是螺旋狀的纖維，像螺釘一樣旋轉。古生菌的鞭毛表面上和細菌的類似，但很多細節不同，和細菌的鞭毛可能也不是同源的。真核生物，比如動物、植物、原生生物細胞的鞭毛是細胞表面結構複雜的突出物，像鞭子一樣來回抽打。

鞭毛結構

細胞膜

細胞膜又稱原生質膜，為細胞結構中分隔細胞內、外不同介質和組成成份的界面。原生質膜普遍認為由磷脂質雙層分子作為基本單位重複而成，其上鑲嵌有各種類型的膜蛋白以及與膜蛋白結合的糖和糖脂。

細胞質

細胞質是一種使細胞充滿的凝膠狀物質。細胞質包含有胞質溶膠及細胞器。原生質是由水、鹽、有機分子及各種催化反應的酶所組成。

細胞膜

核糖體

核糖體無膜結構，主要由蛋白質（40%）和RNA（60%）構成。核糖體按沉降係數分為兩類，一類（70S）存在於線粒體、葉綠體以及細菌中，另一類（80S）存在於真核細胞的細胞質中。他們有的漂浮在細胞質中，有的結集在一起，主要在粗糙內質網內。

糖萼

糖萼是對由細菌、上皮細胞，或其他細胞分泌的，覆蓋在細胞表層的粘稠物的統稱。

核糖體

夾雜物

夾雜物(細胞質)是一種的化學物質，可能會或可能不會在一個細胞，這取決於細胞的類型。它包含儲存的營養物質、分泌的產物、和色素顆粒。

70年代分子生物學的資料表明：產甲烷細菌、極端嗜鹽細菌、極端耐酸耐熱的硫化葉菌和嗜熱菌質體等的16S rRNA核苷酸序列，既不同於一般細菌，也不同於真核生物。此外，這些生物的細胞膜結構、細胞壁結構、輔酶、代謝途徑、tRNA和rRNA的翻譯機制均與一般細菌不同。因而有人主張將上述的生物劃歸原核生物和真核生物之外的“第三生物界”或古細菌界。

疾病

微生物在自然界中分布極為廣泛。土壤、空氣、江河、海洋等都有數量不等、種類不一的微生物存在，其中以土壤中微生物最多。在人體、動植物的體表以及人體和動物體與外界相通的腔道如呼吸道、消化道等，均有多種微生物存在。正常情況下寄居於人體表面及與外界相通腔道如口腔、鼻咽腔、腸道以及泌尿生殖道中的微生物稱之為“正常菌群”。

微生物在自然界中絕大多數對人類動植物是有益的、必需的。例如，土壤中的微生物能將動植物的有機蛋白質轉化為無機含氮化合物、以供植物生長的需要，而植物又為人類和動物所食用。空氣中的大量氮氣，只有依靠固氮菌等作用才能被植物吸收。腸道中的大腸桿菌能合成維生素B、維生素K，供機體所利用並具有拮抗某些病原菌的作用，受到廣泛套用的抗生素都是微生物的代謝產物，用於治療各種急、慢性傳染病，因此，微生物與人類的關係極為密切。

自然界中除了一部分對人類有益的微生物外，還有一部分能引起人類和動植物的病害，這些具有致病性的微生物稱“病原微生物”。例如，能引起人類痢疾、傷寒、結核、病毒性肝炎，對動植物可引起雞霍亂、鴨瘟、水稻白葉枯病等。

病原微生物可分為三類：第一類是非細胞型微生物：病毒屬於這類微生物。其體積微小沒有典型的細胞結構，沒有產生能量的酶系統，只能在宿主活細胞內生長繁殖。第二類是原核細胞型微生物：這類微生物僅有核質、無核膜或核仁，細胞器不完善，包括細菌、支原體、立克次體、衣原體、螺旋體和放線菌。第三類是真核細胞型微生物：這類微生物細胞核分化程度高，有核膜、核仁和染色體，細胞質內細胞器完整。真菌屬於這類微生物。

原核生物致食物中毒

用革蘭氏染色法可把所有細菌分為革蘭氏陽性菌和陰性菌。這種方法是最常用的一種常規染色法。細菌經過結晶紫、碘液先後染色後，都被染成深紫色。這時再用95%酒精脫色，有些細菌可脫掉紫色，用復紅再染後變為紅色，稱為革蘭氏陰性菌（簡寫為G－ 菌）。有些細菌不被酒精脫色，仍然保留深紫色，稱革蘭氏陽性菌（簡寫為G+菌）。

區分這兩類細菌對於鑑別細菌，分析細菌的致病作用和選擇抗菌藥物都有重要意義。將所有細菌初步分成G+和G－兩大類後，一方面便於進一步鑑定細菌種類；另一方面由於G+菌和G－菌對抗生素敏感性不同，這樣便於選擇有效藥物進行及時治療。G+菌對青黴素、頭孢菌素敏感，而G－ 菌對鏈黴素、慶大黴素、卡那黴素、氯黴素較敏感，可供治療時用藥的參考。化驗室尚可通過分離培養細菌進行藥物敏感試驗，幫助正確選擇有效藥物，達到合理治療不同傳染病的目的。此外，在細菌的致病作用方面G+菌和G－菌也有不同，如G+菌一般以外毒素致病，G－菌則主要以內毒素致病。

食物中毒是吃了有毒食物而引起的中毒症狀，包括細菌性食物中毒和非細菌性食物中毒（或稱為毒物性食物中毒，如誤食毒蕈，或誤食農藥，或誤食含有劇毒化學藥品的食品等）。

細菌性食物中毒（包括毒素性食物中毒和感染性食物中毒）除肉毒桿菌所產生的肉毒毒素外，其他細菌所引起的食物中毒臨床表現均為急性胃腸炎症狀，以腹痛、腹瀉、嘔吐等為主（少數伴發燒）。一般症狀較輕，預後良好，1～2天可自愈，極少有引起死亡的報導。

在氣溫較高的夏秋季，由細菌污染引起的食物中毒是很常見的。有多種細菌可以引起食物中毒，其中最常見的是沙門氏菌。它廣泛存在於各種動物，如豬、牛、羊、雞、鴨、鵝及鼠類的腸道和糞便里，蛋類也容易被這種菌污染。金黃色葡萄菌也是引起食物中毒常見病原菌之一，它常常存在於正常人的鼻腔、咽喉部和皮膚化膿病灶中。奶牛的乳房化膿皰里也存在大量葡萄球菌。在金黃色葡萄球菌引起的食物中毒中，以A型引起者最多，B和C型金黃葡萄球菌次之。

此外變形桿菌以及蠟樣芽孢桿菌，各種海產品、鹽醃漬品中有一種副溶血性弧菌、肉類食品中的產氣莢膜桿菌，發酵的豆、麵製品、罐頭食品、醃肉中的肉毒桿菌都可以引起食物中毒。

平常我們見到的細菌性食物中毒，發病很急，大多在吃了不潔食物幾小時後就可出現腹痛、腹瀉、嘔吐等症狀，但恢復也較快，1～2天就可自愈。但是，有一種毒素性食物中毒（一般在食品加工過程中被肉毒桿菌的芽孢污染，在厭氧條件下細菌生長繁殖產生的一種劇烈外毒素，稱肉毒毒素），如果人食入含有這種外毒素的食物，即可引起食物中毒。即使這種毒素僅1微克，也可使人致命，因此，它就是食物中毒中的最危險的“刺客”。

在國外，這種食物中毒主要是以臘腸、家制罐頭、肉製品為主，但在我國此類食品引起肉毒中毒很少見，大多是由發酵的豆製品和麵製品所致。如臭豆腐、豆鼓（占80%）、甜麵醬（占10%）等。我國十幾個省均有發現，以新疆、西藏、青海、寧夏省為多見。肉毒桿菌只有在沒有氧氣的環境下才能生長，當它存在於土壤和家畜的糞便這些對它不利的有氧環境中，就會在體內產生一個卵圓形小體，叫做芽孢。這樣肉毒桿菌就能存活很長時間，幾年甚至幾十年，若製作加工時食品被肉毒桿菌芽孢污染，在厭氧條件下就可以在其中大量生長繁殖，產生毒性強烈的肉毒毒素。由於它是神經毒素，人攝入後導致特殊的神經中毒症狀，眼部、咽部的肌肉麻痹造成復視、斜視、眼睜不開、進食困難、阻嚼無力，30%以上的病人腦神經可受損。

在自然情況下，大多數致病性細菌只對人類或動物引起感染。但也有少數動物源性病原菌使人類患病。這類由同一種病原菌引起的家畜（或野生動物）和人類共患的疾病，稱為人畜共患病。例如，家畜的布魯氏菌病主要是牛羊、豬等家畜的病原菌，患病後表現為流產、睪丸炎、副睪炎、子宮炎等；當人類與病畜接觸或通過其污染的乳製品，病菌可通過皮膚、消化道、呼吸道、眼結膜等途徑傳染給人，出現菌血症，發熱呈波浪型，稱為波浪熱。人畜共患病還可由鼠疫桿菌、炭疽桿菌引起。鼠疫桿菌是鼠類病原菌之一，亦可經染菌鼠蚤叮咬人類發生人類鼠疫。炭疽桿菌主要引起草食動物炭疽病，也可傳給人類和肉食動物，引起人類炭疽病。