细菌细胞结构

细菌与人类并非直接作为生命体相互关联，但它们对人类生存和地球生命至关重要。尽管它们因引起从蛀牙到黑死病等人类疾病而声名狼藉，但某些细菌物种被认为对人类健康有益。

例如，大肠中的一种共生细菌会产生维生素K，这是一种重要的凝血成分。其他细菌物种则提供间接益处。酸奶的微酸味和酸面包的酸味就归功于细菌。反刍动物（牛、羊、山羊）能够消化植物纤维素和某些植物（大豆、豌豆和苜蓿），甚至可以将氮转化为更有用的形式。

细菌是原核生物，其染色体由单个闭合的DNA环组成，没有明确的细胞核或膜结合细胞器。细菌细胞呈球形、圆柱形、螺旋形和杆状。它们可以是丝状的，也可以是非丝状的。它们几乎遍布地球上的每一个角落，并生活在一些最奇怪和最恶劣的环境中。

细菌是地球上最古老的物种之一。一种名为古细菌的不同类别的细菌在各种恶劣环境中茁壮成长，如高盐度、沸水、酸性、碱性和甚至在北极冰层深处。人们认为古菌和细菌都从一个共同的祖先分化而来。此外，各种研究人员发现，即使是真核生物也是在数百万年前从古菌分化而来的。

尽管古菌与细菌在表面上相似，但古菌在生物化学和遗传学上与细菌并不相似，就像细菌与人类相似一样。安东尼·范·列文虎克是第一个在17世纪末用显微镜观察微生物的人。在19世纪，法国科学家路易·巴斯德在他的研究工作中，与另一位德国医生罗伯特·科赫一起，证明了细菌作为病原体的重要性。

细菌学在20世纪取得了无数进展，展示了它们的多样性、古老的祖先和整体相关性。尤其值得注意的是，来自世界各地的几位科学家为微生物生态学领域做出了贡献，证明了细菌在食物链和地球生态系统整体健康中的重要性。当科学家们发现某些细菌产生的物质可以杀死其他病原体时，抗生素就被开发出来了。这一发现彻底改变了医学。

有两种方法可以对细菌进行分类。

1. 第一种方法是根据细菌在不同氧气环境中的反应来分类。因此，根据氧气，它们被分为三个大类。

• 好氧细菌需要氧气来维持生命和生存，如果得不到氧气，它们就会死亡。
• 厌氧细菌无法耐受气态氧，如果接触到它，它们就会死亡。
• 兼性厌氧菌偏好氧气，但也能在没有氧气的情况下生存。

2. 第二种分类方法是基于它们获取能量的方式。

• 异养菌- 这些细菌必须摄入并分解复杂的有机物。生活在腐烂物质中的物种以及利用发酵或呼吸作用的物种属于此类。
• 自养菌- 已知通过化学物质或光来产生或生产能量的细菌物种被称为自养细菌。

细菌细胞的组成部分

以下是细菌细胞的组成部分

胶囊

一些细菌物种有一个第三层保护壳，即多糖荚膜（复杂碳水化合物）。这就是荚膜的功能所在。它们保护细菌免于干燥和被更大的生物吞噬（吞噬作用）。细菌容易被吞噬和死亡。对于引起疾病的细菌，如大肠杆菌和肺炎链球菌，荚膜是重要的毒力成分。这些生物的无荚膜突变体是无毒的，也就是说它们不会引起疾病。

细胞包膜

它分为三个不同的部分，即外细胞壁、内细胞质膜，在一些细菌中，细胞壁外还有一层叫做荚膜。

细胞壁

由肽聚糖（一种蛋白质-糖（多糖）聚合物）组成的坚硬细胞壁包围着每个细菌。细胞质膜被细胞壁包围，细胞壁赋予细胞结构并保护其免受环境侵害。当环境发生变化时，例如渗透压差异，细胞壁有助于细胞保持形状并防止其破裂。细菌有菌毛和鞭毛，这是用于锚定的结构。细胞壁也有助于锚定这些从细胞质中突出的结构。

细菌细胞壁的组成差异很大，这是细菌物种鉴定和区分的重要方面之一。例如，一种相当厚实的网状结构允许区分两个基本的细菌物种。为了区分两种类型的细菌细胞，一位物理学家、丹麦科学家汉斯·克里斯蒂安·格莱姆（Hans Christian Gram）开发了一种染色技术，称为革兰氏染色。革兰氏阳性细菌染色后呈紫色。另一方面，革兰氏阴性细菌染成粉红色。这是因为革兰氏阳性细菌细胞在用酒精冲洗后会保留紫色染料，而革兰氏阴性细胞壁则不会。

细胞质

细胞质，或称原生质，是细菌细胞发生细胞生长、代谢和繁殖的地方。所有细胞成分都被包裹在细胞的凝胶状基质中。它包含染色体、核糖体、质粒、水、废物、气体和各种营养物质。细胞质及其所有成分都被细胞包膜包裹。细菌与真核（真）细胞不同，没有膜包裹的细胞核。细菌是原核细胞。它没有明确的细胞核。但是，它有一个界限不清的类核体，细胞的染色体以DNA的连续链的形式存在于其中。其余的细胞成分散布在细胞质中。

除了单条染色体外，细菌细胞还含有多个质粒。这些是存在于几乎所有细菌细胞中的小型环状染色体外遗传结构。

质粒像染色体一样，由一段环状DNA组成。与染色体不同，它们不参与繁殖。质粒独立于染色体复制，并为细菌提供选择优势，尽管它们对生命并非必需。细菌细胞的染色体编码携带基本过程（如二分裂、细胞分裂、繁殖等）所需的所有信息。

细菌可以通过两种方式将其质粒转移到其他细菌细胞中。在二分裂过程中，细胞质中的质粒副本会被传递给子细胞。第二种方法是通过形成菌毛。菌毛是细菌细胞表面的一种管状结构，通过接合作用进行转移。接合作用是指两个细菌细胞之间遗传信息转移的过程。质粒已被证明在转移特殊性状方面发挥作用，例如抗生素耐药性、重金属耐药性以及感染动植物宿主所需的毒力因子。由于质粒能够插入特定基因，因此在分子生物学和遗传学领域，尤其是在基因工程领域，它们已成为非常有用的工具。

细胞质膜

所有物质通过细胞质膜选择性地进出细胞。它是一种半透膜，控制分子进出。它由一层磷脂组成，并嵌入有蛋白质。所有活细胞都拥有这种选择性渗透膜，以控制分子进出细胞。膜是不对称的且高度结构化的，有两面，每面都有独特的表面和功能。膜也是动态的，会定期响应不断变化的环境。

鞭毛（单数：鞭毛）

细菌的运动是由于一种称为鞭毛的毛发状结构。它们可能存在于细菌内部或外部，遍布其表面。鞭毛的运动以螺旋桨般的运动方式进行，通过这样做，它有助于细菌细胞向食物、光、水等不同刺激物移动。

核区

原核生物不像真核生物那样有明确的细胞核。相反，它们在细胞质区域有一个致密的区域，称为核区。核区是细菌的单个染色体DNA所在区域，而不是一个膜结合的细胞器。

虽然少数物种有两个或多个染色体，但大多数细菌只有一个负责复制的圆形染色体。质粒，即较小的环状辅助DNA链，也存在于细胞质中。

菌毛（单数：菌毛）

它们是许多细菌物种从外细胞膜伸出的微小毛发状突起。细菌利用这些外化物附着在其他细胞和表面，如牙齿、肠道和岩石。许多致病细菌因没有菌毛而无法附着在宿主组织，从而失去感染能力。当两个细菌通过特殊的菌毛交换质粒DNA片段时，就会发生接合作用。

核糖体

这些是存在于所有生物（包括细菌）中的小型“工厂”。它们将核酸的化学语言中的遗传信息转化为氨基酸，氨基酸是蛋白质的组成部分。蛋白质是使细胞和生物体能够进行所有活动的分子。核糖体存在于真核生物和原核生物中。然而，真核生物的核糖体与原核生物的不同。细菌核糖体（原核）较小，分子成分和结构略有不同。真核生物的核糖体附着在其他细胞器上，而细菌核糖体则自由地分布在细胞质中。

由于细菌和真核生物核糖体之间存在足够的差异，某些抗生素会阻断细菌核糖体功能，但不会阻断真核生物核糖体功能，从而杀死细菌而非真核生物。