基本介紹
- 中文名：原核細胞
- 外文名：Prokaryotic cell
- 相對：真核細胞
- 術語：生物術語
- 主要生物種類：細菌、衣原體、支原體、藍藻等
- 特徵：沒有核膜包被的細胞核
細胞簡介,組成結構,基因結構,繁殖,生物系統,生物種類,
細胞簡介
原核細胞（prokaryotic cell）沒有核膜，遺傳物質集中在一個沒有明確界限的低電子密度區。DNA為裸露的環狀分子，通常沒有結合蛋白，環的直徑約為2.5納米，周長約幾十納米。沒有恆定的內膜系統，核糖體為70S型，原核細胞構成的生物稱為原核生物（prokaryote），均為單細胞生物，通常稱為細菌（bacterium）。
原核細胞（ procaryotic/prokaryotic cell ）指沒有核膜且不進行有絲分裂、減數分裂、無絲分裂的細胞。這種細胞不發生原生質流動，觀察不到變形蟲樣運動。鞭毛（flagellum）呈單一的結構。光合作用、氧化磷酸化在細胞膜進行，沒有葉綠體（chloroplast）、線粒體(mitochondrion）等細胞器(organelles）的分化，只有核糖體。由這種細胞構成的生物，稱為原核生物，它包括所有的細菌和藍藻類。即構成細菌和藍藻等低等生物體的細胞。它沒有真正的細胞核（nucleus），只有原核或擬核，所含的一個基因帶（或染色體），是環狀雙股單一順序的脫氧核糖核酸分子（circular DNA），沒有組蛋白（histone）與之結合無核仁（nucleolus），缺乏核膜（nuclear envelope）。外層原生質中有70 S核糖體與中間體，缺乏高爾基體（Golgi apparatus）、內質網（E.R.）、線粒體和中心體（centrosomes）等。轉錄和轉譯（transcription and translation）同時進行，四周質膜內含有呼吸酶。無有絲分裂（mitosis）和減數分裂（meiosis），脫氧核糖核酸（DNA）複製後，細胞隨即分裂為二。
結構含有：莢膜（capsule），細胞壁（murein cell wall），細胞膜（cell surface membrane），脫氧核糖核酸分子（circular DNA），中膜體（mesosome）或間體， thykoloid，能源[energy storage(e.g.glycogen)]，核糖體（ribosome），鞭毛（flagellum),pilli 等等。
組成結構
細胞壁
肽聚糖是革蘭陽性菌細胞壁的主要成分，凡能破壞肽聚糖結構或抑制其合成的物質，都有抑菌或殺菌作用。如溶菌酶是N-乙醯胞壁酸酶，青黴素抑制轉肽酶的活性和肽橋的形成。
細菌細胞壁的功能包括：保持細胞外形；抑制機械和滲透損傷（革蘭氏陽性菌的細胞壁能耐受20kg/c㎡的壓力）；介導細胞間相互作用（侵入宿主）；防止大分子入侵；協助細胞運動和分裂。
脫壁的細胞稱為細菌原生質體（bacterial protoplast）或球狀體（spheroplast），因脫壁不完全，脫壁後的細菌原生質體，生存和活動能力大大降低。
細胞膜
是典型的單位膜結構，厚約8-10納米，外側緊貼細胞壁，某些革蘭氏陰性菌還具有細胞外膜。細胞膜有多方面的重要功能，它與細胞的物質交換，細胞識別、分泌、排泄、免疫等都有密切的關係。通常不形成內膜系統，除核糖體外，沒有其它類似真核細胞的細胞器，呼吸和光合作用的電子傳遞鏈位於細胞膜上。某些行光合作用的原核生物（藍細菌和紫細菌），質膜內褶形成結合有色素的內膜，與捕光反應有關。某些革蘭氏陽性細菌質膜內褶形成小管狀結構，稱為中膜體（mesosome）或間體，中膜體擴大了細胞膜的表面積，提高了代謝效率，有擬線粒體（Chondroid）之稱，此外還可能與DNA的複製有關。
細胞質與核質體
細菌和其它原核生物一樣，沒有核膜，DNA集中在細胞質中的低電子密度區，稱核區或核質體（nuclear body）。細菌一般具有1-4個核質體，多的可達20餘個。核質體是環狀的雙鏈DNA分子，所含的遺傳信息量可編碼2000-3000種蛋白質，空間構建十分精簡，沒有內含子。由於沒有核膜，因此DNA的複製、RNA的轉錄與蛋白質的合成可同時進行，而不像真核細胞那樣在生化反應在時間和空間上是嚴格分隔開來的。
每個細菌細胞約含5000-50000個核糖體，部分附著在細胞膜內側，大部分游離於細胞質中。細菌核糖體的沉降係數為70S，由大亞單位（50S）與小亞單位（30S）組成，大亞單位含有23SrRNA與30多種蛋白質，小亞單位含有16SrRNA與20多種蛋白質。30S的小亞單位對四環素與鏈黴素很敏感，50S的大亞單位對紅黴素與氯黴素很敏感。
細菌核區DNA以外的，可進行自主複製的遺傳因子，稱為質粒（plasmid）。質粒是裸露的環狀雙鏈DNA分子，所含遺傳信息量為2-200個基因，能進行自我複製，有時能整合到核DNA中去。質粒DNA在遺傳工程研究中很重要，常用作基因重組與基因轉移的載體。
胞質顆粒是細胞質中的顆粒，起暫時貯存營養物質的作用，包括多糖、脂類、多磷酸鹽等。
擬核
擬核（nucleoid）存在於原核生物，是沒有由核膜包被的細胞核，也沒有染色體，只有一個位於形狀不規則且邊界不明顯區域的環形DNA分子。內含遺傳物質。裡面的核酸為雙股螺旋形式的環狀DNA，且同時具有多個相同的複製品。
其他結構
菌毛是菌體表面極其細的蛋白纖維，須用電鏡觀察，特點是：細、短、直、硬、多。菌毛與細菌運動無關，根據形態、結構和功能，可分為普通菌毛和性菌毛兩類。前者與細菌吸附和侵染宿主有關，後者為中空管子，與傳遞遺傳物質有關。
基因結構
原核生物的基因結構多數以操縱子形式存在，即完成同類功能的多個基因聚集在一起，處於同一個啟動子的調控之下，下游同時具有一個終止子。兩個基因之間存在長度不等的間隔序列，如與乳糖代謝有關酶的基因。在距轉錄起始點-35和-10（轉錄起始點上游的核苷酸序列為“-”，下游的核苷酸序列為“+”）附近的序列都有RNA聚合酶識別的信號。RNA聚合酶先與-35附近的序列（稱為Pribnow框）結合，然後才與-10附近的序列（稱為Sextama框）結合。RNA聚合酶一旦與-10附近序列結合，就立即從識別位點上脫離下來，DNA雙鏈解開，轉錄開始。除啟動子外，往往還有一些調控轉錄的其他因子，如調節基因和操縱基因。
相比真核細胞，原核細胞也有編碼區與非編碼區，但無內含子，僅有外顯子。
繁殖
細菌以一分為二的方式繁殖，某些細菌處於不利的環境，或耗盡營養時，形成內生孢子，又稱芽孢，是對不良環境有強抵抗力的休眠體，由於芽胞在細菌細胞內形成，故常稱為內生孢子。
芽孢的生命力非常頑強，有些湖底沉積土中的芽孢桿菌經500-1000年後仍有活力，肉毒梭菌的芽孢在pH7.0時能耐受100℃煮沸5-9.5小時。芽孢由內及外有以下幾部分組成：
1．芽孢原生質（spore protoplast）：核心（core）含濃縮的原生質。
2．內膜（inner membrane）：由原來繁殖型細菌的細胞膜形成，包圍芽孢原生質。
3．芽孢壁（spore wall）：由繁殖型細菌的肽聚糖組成，包圍內膜。發芽後成為細菌的細胞壁。
5．外膜（outer membrane）：也是由細菌細胞膜形成的。
6．外殼qiao（coat）：芽孢外殼，質地堅韌緻密，由類角蛋白（keratinlike protein）組成，含有大量二硫健，具有疏水性特徵。
7．外壁（exosporium）：芽孢外衣，是芽孢的最外層，由脂蛋白及碳水化合物（糖類）組成，結構疏鬆。
生物系統
1977年C. Woese根據對16SrRNA核苷酸順序的同源性比較，提出將生命劃分為三界，即：真細菌（Eubacteria）、真核生物Eucaryotes、古細菌（Archaes）。1996年Bult領導的研究小組在Science上發表了詹氏甲烷球菌（Methanococcus jannaschii）的全基因組序列，進一步證明它既不是典型的細菌也不是典型的真核生物，而是介於兩者之間的生命體，即生命的第三形式。
生物種類
原核生物（prokaryote）是以原核細胞構成的，均為單細胞生物，通常稱為細菌（bacterium）。
細菌
是在自然界分布最廣、個體數量最多的有機體，是大自然物質循環的主要參與者。細菌主要由細胞壁、細胞膜、細胞質、核質體等部分組成，有的細菌還有莢膜、鞭毛、菌毛等特殊結構。絕大多數細菌的直徑大小在0.5-5微米之間。可根據形狀分成三類：球菌、桿菌和螺旋菌。
放線菌微米
放線菌是具有菌絲、以孢子進行繁殖、革蘭氏染色陽性的一類原核微生物。因其具有分枝狀菌絲、菌落形態與黴菌相似，過去曾認為放線菌是"介於細菌與真菌之間的微生物"。然而，用近代生物學技術所進行的研究結果表明，放線菌實際上是屬於細菌範疇內的原核微生物，只不過其細胞形態為分枝狀菌絲。從系統發育上看，放線菌（除高溫放線菌外）與全部G+細菌一起同屬於這一大分支中的高G+C/mol%群。
藍藻
藍藻又稱藍細菌（cyanobacterium），能進行與高等植物類似的光合作用（以水為電子供體，放出氧氣），與光合細菌的光合作用的機制不一樣，因此被認為是最簡單的植物。藍藻沒有葉綠體，但含有藻藍素（呈藍色，但含量少）和葉綠素（呈綠色並且含量多），是能夠進行光合作用的自養生物。細菌中絕大多數種類是營腐生或者寄生生活的一種生物。藍藻和細菌中，都沒有成型的細胞核。藍藻細胞遺傳信息載體與其它原核細胞一樣，是一個環狀DNA分子，但遺傳信息量很大，可與高等植物相比。因為藍藻細胞的體積比其它原核細胞大得多，直徑一般在10微米，甚至可達70微米（顫藻），所以肉眼不能看清藍藻細胞。藍藻屬單細胞生物，有些藍藻經常以絲狀的細胞群體存在，如：屬藍藻門念珠藻類的髮菜（nostoc commune var.flagtlliforme）就是藍藻的絲狀體；髮菜生長在西北草地和荒漠，因為和“發財”諧音，所以被人爭相食用，現已被我國列為保護生物；做綠肥的紅萍實際上是一種固氮藍藻與水生蕨類滿江紅的共生體。藍球藻，念珠藻，顫藻，髮菜（細胞群體呈黑藍色）均屬於藍藻，所以藍藻並不都是呈現綠色的。
藍藻
藍藻支原體
支原體（mycoplasma）的大小通常為0.2-0.3微米，是現認為最小的細胞，可通過濾菌器。無細胞壁，不能維持固定的形態而呈現多形性。細胞膜中膽固醇含量較多，約占36%，這對保持細胞膜的完整性是必需的，凡能作用於膽固醇的物質（如二性黴素B、皂素等）均可引起支原體膜的破壞而使支原體死亡。
支原體
支原體支原體基因組為一環狀雙鏈DNA，分子量小（僅有大腸桿菌的五分之一），合成與代謝很有限。肺炎支原體的一端有一種特殊的末端結構（terminal structure），能使支原體粘附於呼吸道黏膜上皮細胞表面，與致病性有關。
衣原體和立克次氏體
衣原體（Chlamydia）很小，直徑200-500納米，能通過細菌濾膜。立克次氏體（Rickettsia）略大，大多不能通過濾菌膜。它們都有DNA和RNA，有革蘭氏陰性細菌特徵的含肽聚糖的細胞壁，但酶系統不完全，必須在寄主細胞內生活，有攝能寄生物（energe parasite）之稱。
立克次氏體