細菌細胞の特徴

細胞は生命の基本単位であり、それ自体、すべての鍵を保持する生物の最小の別個の要素です。 代謝、生殖能力、化学物質を維持する手段など、生物に関連する特性 残高。 セルはどちらかです 原核生物、 バクテリアと単細胞生物の散乱を指す用語、または 真核生物、 これは、植物、菌類、動物を指します。

細菌や他の原核生物の細胞は、真核生物の細胞よりもほとんどすべての点ではるかに単純です。 少なくともすべての細胞には、原形質膜、細胞質、およびDNAの形の遺伝物質が含まれています。 真核細胞はこれらの必須要素以外にもさまざまな要素を備えていますが、これら3つの要素が細菌細胞のほぼ全体を占めています。 しかし、細菌細胞には、真核細胞にはないいくつかの特徴、特に細胞壁が含まれています。

酵母は単細胞ですが、単一の真核生物は数兆個の細胞を持つことができます。 一方、細菌細胞は1つの細胞しか持っていません。 真核細胞には、核、ミトコンドリア（動物の場合）など、さまざまな膜結合細胞小器官が含まれますが、 葉緑体（ミトコンドリアに対する植物の答え）、ゴルジ体、小胞体およびリソソーム、細菌細胞には オルガネラ。 真核生物と原核生物の両方に、タンパク質合成に関与する小さな構造であるリボソームが含まれていますが、これらは 真核生物の多くは直線状のリボン状の小胞体に沿って集まっているため、通常、真核生物ではより簡単に視覚化できます。 網状組織。

バクテリアの細胞とバクテリア自体を「原始的」と見なすのは簡単です。なぜなら、それらの進化の年齢が大きいためです（約35億年対。 原核生物の場合は約15億）とその単純さ。 ただし、これはいくつかの理由で誤解を招く可能性があります。 1つは、種の生存という純粋な観点から、より複雑であることが必ずしもより堅牢であることを意味するわけではないということです。 おそらく、地球の状態が十分に変化すると、グループとしてのバクテリアは人間や他の「高等」生物よりも長持ちします。 2つ目の理由は、細菌細胞は単純ですが、真核生物にはないさまざまな強力な生存メカニズムを進化させてきたということです。

細菌細胞には、棒状（桿菌）、円形（球菌）、らせん状（スピリルム）の3つの基本的な形状があります。 これらの形態学的な細菌細胞の特徴は、既知の細菌によって引き起こされる感染症の診断に役立ちます。 たとえば、「連鎖球菌性咽頭炎」は、

ほとんどの細菌細胞は、ウイルスとは異なり、他の生物から独立して生きることができ、代謝または生殖の必要性について他の生物に依存していません。 ただし、例外は存在します。 のいくつかの種 リケッチア そして クラミジア 必然的に細胞内にあり、生き残るために生物の細胞に生息する以外に選択肢がないことを意味します。

細菌細胞の核の欠如は、原核細胞が最初に区別された理由です この違いは比較的低倍率の顕微鏡下でも明らかであるため、真核細胞 パワー。 細菌のDNAは、真核生物のように核膜に囲まれていませんが、密集する傾向があり、その結果生じる粗い形成は核様体と呼ばれます。 真核細胞よりも細菌細胞の方が全体的にDNAがかなり少ない。 端から端まで伸ばされた場合、典型的な真核生物の遺伝物質、またはクロマチンの単一のコピーは、 バクテリアのそれが約1から2マイクロメートルに及ぶのに対して約1ミリメートル– 500から1,000倍 差。 真核生物の遺伝物質には、DNA自体とヒストンと呼ばれるタンパク質の両方が含まれますが、原核生物のDNAには、いくつかのポリアミン（窒素化合物）とそれに関連するマグネシウムイオンが含まれています。

おそらく、細菌細胞と他の細胞との最も明白な構造上の違いは、細菌が細胞壁を持っているという事実です。 これらの壁は、 ペプチドグリカン 分子は、すべてのタイプの細胞が特徴とする細胞膜のすぐ外側にあります。 ペプチドグリカンは、多糖とタンパク質成分の組み合わせで構成されています。 彼らの主な仕事は、バクテリアに保護と剛性を追加し、次のような構造のアンカーポイントを提供することです。 線毛とべん毛は、細胞膜から始まり、細胞壁を通って外部環境に伸びます。

あなたが過ぎ去った世紀に活動している微生物学者であり、細菌細胞には危険であるが、人間の細胞にはほとんど無害である薬を作りたいと思っていて、 これらの生物の細胞組成のそれぞれの構造、あなたは他の細胞を温存しながら細胞壁に有毒な物質を設計または見つけることによってこれを行うかもしれません コンポーネント。 実際、これはまさに多くの抗生物質が作用する方法です。それらはバクテリアの細胞壁を標的にして破壊し、結果としてバクテリアを殺します。 ペニシリン1940年代初頭に抗生物質の最初のクラスとして出現したは、すべてではありませんが一部の細菌の細胞壁を構成するペプチドグリカンの合成を阻害することによって作用します。 彼らは、感受性細菌の架橋と呼ばれるプロセスを触媒する酵素を不活性化することによってこれを行います。 何年にもわたって、抗生物質の投与は、「侵入する」ペニシリンを標的とするベータラクタマーゼと呼ばれる物質をたまたま生成する細菌を選択してきました。 したがって、抗生物質とその小さな病気の原因となる標的との間で、長年にわたる終わりのない「軍拡競争」が引き続き有効です。

一部のバクテリアは、バクテリアが物理的な世界をナビゲートするのを支援する外部構造を備えています。 例えば、 べん毛 （単数：べん毛）は、オタマジャクシと同様に、鞭毛を持っているバクテリアに移動手段を提供する鞭毛のような付属肢です。 細菌細胞の一端に見られることもあります。 いくつかのバクテリアは両端にそれらを持っています。 べん毛はプロペラのように「鼓動」し、バクテリアが栄養素を「追いかけ」、有毒な化学物質から「逃げ」、光に向かって移動できるようにします（一部のバクテリアは シアノバクテリア、植物のようにエネルギーを光合成に依存しているため、定期的に光にさらす必要があります）。

線毛 （単数：線毛）は、細菌の細胞表面から外側に伸びる毛のような突起であるため、べん毛と構造的に似ています。 ただし、それらの機能は異なります。 線毛は、運動を助けるのではなく、細菌が他の細胞や、岩、腸、さらには歯のエナメル質など、さまざまな組成の表面に付着するのを助けます。 言い換えれば、フジツボの特徴的な殻がこれらの生物を岩に付着させる方法で、バクテリアに「粘着性」を提供します。 線毛がないと、多くの病原性（つまり、病気の原因となる）細菌は、宿主組織に付着できないため、感染性ではありません。 特殊なタイプの線毛は、と呼ばれるプロセスに使用されます 活用、2つの細菌がDNAの一部を交換します。

特定の細菌のかなり悪魔的な構造は、内生胞子です。 バチルス そして クロストリジウム 種はこれらの胞子を生成することができます。これらの胞子は、細胞内で生成される正常な細菌細胞の非常に耐熱性があり、脱水され、不活性なバージョンです。 それらはそれら自身の完全なゲノムとすべての代謝酵素を含んでいます。 内生胞子の重要な特徴は、その複雑な保護胞子コートです。 病気のボツリヌス中毒は、 ボツリヌス菌 エンドトキシンと呼ばれる致命的な物質を分泌する内生胞子。

バクテリアは、二分裂と呼ばれるプロセスによって生成されます。これは、単に半分に分割し、それぞれが親細胞と遺伝的に同一である細胞のペアを作成することを意味します。 この無性生殖の形態は、真核生物の生殖とは対照的です。 それは、2つの親生物が同量の遺伝物質を提供して 子孫。 表面での有性生殖は面倒に思えるかもしれませんが、結局のところ、細胞が半分に分割できるのであれば、なぜこのエネルギー的にコストのかかるステップを導入するのでしょうか。 –それは遺伝的多様性の絶対的な保証であり、この種の多様性は種の生存に不可欠です。

考えてみてください。すべての人間が遺伝的に同一であるか、さらには近くにいる場合、特に酵素やタンパク質のレベルでは、見ることができません。 しかし、それは重要な代謝機能を果たします、そして、単一のタイプの生物学的敵は潜在的にすべてを一掃するのに十分でしょう 人類。 人間は、特定のものに対する遺伝的感受性が主要なものとは異なることをすでに知っています（ピーナッツを含むアレルゲンへの少量の曝露で死亡する可能性がある人もいます と蜂の毒）比較的些細なこと（一部の人々は糖ラクターゼを消化できず、胃腸に深刻な混乱をもたらすことなく乳製品を消費することができません） システム）。 遺伝的多様性を大いに享受している種は、この多様性が好ましい自然淘汰圧力が作用できる原料を提供するため、大部分が絶滅から保護されています。 特定の種の人口の10％が、その種がまだ経験していない特定のウイルスに免疫を持っている場合、これは単なる癖です。 一方、ウイルスがこの集団に現れる場合、この出来事が10％になるまで、この種の生き残った生物の100％を表すのはそう長くはかからないかもしれません。

その結果、細菌は遺伝的多様性を確保するための多くの方法を進化させてきました。 これらには以下が含まれます 形質転換、接合 そして 形質導入. すべての細菌細胞がこれらのプロセスのすべてを利用できるわけではありませんが、それらの間では、すべての細菌種がそうでない場合よりもはるかに大きく生き残ることができます。

形質転換は、環境からDNAを取り込むプロセスであり、自然の形と人工の形に分けられます。 自然の形質転換では、死んだバクテリアからのDNAは、細胞膜を介してスカベンジャースタイルで内在化され、生き残ったバクテリアのDNAに組み込まれます。 人工形質転換では、科学者は意図的にDNAを宿主細菌に導入します。 E。 大腸菌 （この種は簡単に操作できる小さくて単純なゲノムを持っているため）これらの生物を研究したり、目的の細菌産物を作成したりするために。 多くの場合、導入されたDNAは プラスミド、 バクテリアのDNAの自然発生するリング。

接合とは、ある細菌が線毛または線毛を使用して、直接接触することで2番目の細菌にDNAを「注入」するプロセスです。 伝達されたDNAは、人工形質転換と同様に、プラスミドである場合もあれば、異なるフラグメントである場合もあります。 新たに導入されたDNAには、抗生物質耐性を可能にするタンパク質をコードする重要な遺伝子が含まれている可能性があります。

最後に、形質導入はバクテリオファージと呼ばれる侵入ウイルスの存在に依存しています。 ウイルスは、遺伝物質を持っているものの、それをコピーするための機構を欠いているため、複製するために生細胞に依存しています。 これらのバクテリオファージは、侵入したバクテリアのDNAに独自の遺伝物質を配置し、 より多くのファージを作るためのバクテリア、そのゲノムは元のバクテリアDNAと バクテリオファージDNA。 これらの新しいバクテリオファージが細胞を離れると、他のバクテリアに侵入し、前の宿主から獲得したDNAを新しいバクテリア細胞に伝達することができます。