【正文】 因工程領(lǐng)域中。 ? 降解性質(zhì)粒 在微生物對(duì)污染物質(zhì)的降解中起著重要作用。 ? 真核微生物的細(xì)胞核 ? 真核微生物的細(xì)胞核由于核膜的存在將細(xì)胞內(nèi)的原生質(zhì)分為細(xì)胞質(zhì)與核質(zhì)兩個(gè)部分，使細(xì)胞核與外界環(huán)境之間有明顯的界限。 ? 核膜為典型的膜結(jié)構(gòu)，由雙層單位膜構(gòu)成，面向胞質(zhì)的一層為核外膜，核內(nèi)膜面向核質(zhì)。兩層之間有一定的空腔，其厚度在不同的細(xì)胞中有較大的差別（ 20～ 40nm）。 ? 核膜上有一些孔洞，可讓一些物質(zhì)進(jìn)出核內(nèi)外。如 RNA由核內(nèi)的 DNA模板轉(zhuǎn)錄形成，一部分 RNA在核內(nèi)翻譯，一部分RNA在核外翻譯，因而需要有穿過核膜的孔洞。 ? 因此，核膜在一定程度上控制著細(xì)胞質(zhì)與核質(zhì)之間持久的物質(zhì)交換，也包括遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和傳遞。 ?核質(zhì)主要指由核膜包圍著的核液及染色體 (染色質(zhì) )等。 ? 核液 為一些無(wú)定形基質(zhì)，包括水、各種酶類和無(wú)機(jī)鹽等，成為細(xì)胞核行使各種功能的有利內(nèi)環(huán)境。 ? 染色體 在有絲分裂過程中的間期，在核中呈分散狀態(tài)，即為染色質(zhì)。 ? 不論是染色體或染色質(zhì)，真核細(xì)胞核中的 DNA總是和堿性蛋白的組蛋白結(jié)合在一起，同時(shí)也有少量酸性蛋白，結(jié)合的方式可能是組蛋白的堿性基團(tuán)與 DNA的酸性磷酸基團(tuán)連接，酸性蛋白質(zhì)與堿基連接。 ?細(xì)胞核內(nèi)有一個(gè)或一個(gè)以上的 核仁 ，核仁外面沒有膜，核仁由 RNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，核仁是 RNA聚集的場(chǎng)所，但 RNA必然還要輸送到核外。 ? 盡管核仁中以蛋白質(zhì)成分占得多 (70～ 80%)，但目前對(duì)核仁內(nèi)蛋白質(zhì)的代謝過程以及蛋白質(zhì)與 RNA在核仁中的關(guān)系還不清楚。 ?真核細(xì)胞核的形狀往往與細(xì)胞形狀有關(guān)，一般情況下，當(dāng)細(xì)胞體積增大時(shí)，細(xì)胞核也隨之增大。它是遺傳信息貯存場(chǎng)所，是細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制和 RNA轉(zhuǎn)錄中心，是細(xì)胞生命活動(dòng)的調(diào)控中心，任何有核細(xì)胞去掉了核便失去了其原有的生活機(jī)能。 三、細(xì)胞質(zhì)及其內(nèi)含物 細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的出現(xiàn)是原生質(zhì)體分化的結(jié)果。細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)、各種細(xì)胞器之間構(gòu)成一個(gè)極為微妙、復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境。 ? 細(xì)胞質(zhì) 是指膜內(nèi)除核區(qū)以外的所有半透明、膠體狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱。 ? 它們被各種膜狀體和折疊的膜相隔，有的封閉在膜內(nèi)，有的處在內(nèi)膜系統(tǒng)之中，行使著不同的功能。 ? 細(xì)胞質(zhì)的含水量約為 80%，其余組成為蛋白質(zhì)、脂類、糖類、無(wú)機(jī)鹽和核酸等，分別以核糖體、貯藏物、酶類、中間代謝物、各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和大分子的單體形式存在，各成分的量隨不同種類的細(xì)胞而異。 (一 )核糖體 核糖體是由 RNA和蛋白質(zhì)組成的一種亞細(xì)微結(jié)構(gòu)，是合成蛋白質(zhì)的主要組成部分，在各類細(xì)胞中普遍存在。由約 65%的核糖酸和 35%的蛋白質(zhì) 組成。它們是以顆粒狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中的，直徑約 15～ 25nm。 ?顆粒中所含的主要成分為 核糖體核糖核酸(ribosomalribonucleic acid，簡(jiǎn)稱 rRNA)，它們與蛋白質(zhì)結(jié)合，以 核蛋白 （ RNP）的形式存在，構(gòu)成了核糖體。 ?在合成蛋白質(zhì)的過程中，核糖體是用來(lái)解讀mRNA上的堿基順序，而且在整個(gè)過程中，都結(jié)合在一起，并沿著 mRNA鏈移動(dòng)，促使肽鏈的延伸。 ?原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的核糖體在外形和功能上基本相同，然而兩類細(xì)胞的核糖體大小不同。 ? ?原核細(xì)胞核糖體的化學(xué)組成已知道得很清楚，其中研究得最多的是大腸桿菌核糖體。原核細(xì)胞的核糖體是由兩個(gè)亞基組成的蛋白顆粒，用沉降系數(shù)命名，（沉降系數(shù)的單位 ——Svedberg unit，簡(jiǎn)稱 S）。細(xì)菌核糖體完整的顆粒稱 70S，兩個(gè)亞單位為 30S和 50S。30S和 50S亞基可進(jìn)一步解離： ? 30S →21 種不同的蛋白質(zhì) +16S RNA 50S →32 種不同的蛋白質(zhì) +23S RNA+5S RNA ? 大腸桿菌核糖體顆粒的分子量為： 70S顆粒： 107， 30S顆粒： 106，50S顆粒： 106 ?由于細(xì)菌核糖體的性質(zhì)在較廣的種屬間保持穩(wěn)定，這些數(shù)值也代表了所有原核細(xì)胞的核糖體數(shù)值。細(xì)菌核糖體在其體積和許多其他特性上類似于線粒體和葉綠體。 ?細(xì)菌細(xì)胞約含 5000～ 50000個(gè)核糖體，其數(shù)量隨生長(zhǎng)速率而改變，在快速生長(zhǎng)的細(xì)胞中，核糖體數(shù)量最多。 ? 例如用蛋白質(zhì)合成旺盛的細(xì)胞制成超薄切片，在其電鏡照片上可見到有規(guī)則的核糖體鏈，穿在 mRNA鏈上像珠子 ―― 多核糖體。 ? ?真核細(xì)胞核糖體的基本特性與原核細(xì)胞核糖體的相似，但它們含有更多數(shù)目的蛋白質(zhì)和一種額外的 RNA分子。一個(gè)典型的真核細(xì)胞核糖體為 80S，由 60S、 40S兩個(gè)亞基組成： ? 40S顆粒 → 18S RNA＋約 30個(gè)蛋白質(zhì) 60S顆粒 → +28SRNA + 約 50個(gè)蛋白質(zhì) （二）線粒體與葉綠體 ?線粒體 ?線粒體是存在于真核細(xì)胞內(nèi)的一種由雙層膜組成的獨(dú)特的細(xì)胞器，其內(nèi)外膜圍成了界限明確的內(nèi)外兩室。 ?線粒體有“動(dòng)力站”之稱，其功能是把蘊(yùn)藏在有機(jī)物中的化學(xué)潛能轉(zhuǎn)化成生命活動(dòng)所需能量（ ATP）。 ?線粒體的外形多種多樣，但在大多數(shù)細(xì)胞中，最常見的是短桿狀或卵圓形，大小在 ～3 ～ ，隨種類不同和所處的生理?xiàng)l件而變化。 ?線粒體由 60～ 65％蛋白質(zhì) 35～ 40%脂類組成 ，尚含有 DNA、 RNA及核糖體等，每個(gè)細(xì)胞所含線粒體數(shù)目通常為數(shù)百或數(shù)千個(gè)。 ?線粒體是活細(xì)胞生物氧化產(chǎn)生能量的主要機(jī)構(gòu)，是TCA循環(huán)、呼吸鏈中電子傳遞 、氧化磷酸化等的場(chǎng)所。并參與脂肪酸氧化、轉(zhuǎn)氨基作用、生物合成谷氨酸、天門冬氨酸、脂肪酸等。其富含物質(zhì)氧化和能量產(chǎn)生的酶類，已分離出 120種：如、檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶、順烏頭酸水合酶、細(xì)胞色素 b、 c、 a等。 ?原核細(xì)胞內(nèi)不存在線粒體，各種酶類則是細(xì)胞膜的一部分，或附著于質(zhì)膜上，參與各種生化反應(yīng)。細(xì)菌質(zhì)膜圍繞著細(xì)胞質(zhì)，膜發(fā)生內(nèi)褶并可橫貫細(xì)胞質(zhì)或形成間體 ―― 膜狀結(jié)構(gòu)。 ?葉綠體 ?葉綠體是光合生物體（真核）內(nèi)含葉綠素的細(xì)胞器，其功能就是進(jìn)行光合作用。 ?葉綠體的外形多為扁平的圓形或橢圓形，略呈凸透鏡狀，但在藻類中葉綠體的形態(tài)變化很大，有的呈杯狀 ,有的呈螺旋帶狀 , 也有呈板狀或星狀的。 ?葉綠體的構(gòu)造由三部分組成，包括 葉綠體膜 、 類囊體 和 基質(zhì) 。其外圍也是雙層膜，整個(gè)葉綠體內(nèi)存在細(xì)微的片層結(jié)構(gòu)。葉綠素等光合色素也不是均勻地分布在整個(gè)葉綠體中的，而僅僅是和類囊體膜結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。在顆粒狀的基質(zhì)中可看到具有細(xì)胞質(zhì)核糖體特性的原核生物微粒和 DNA、 RNA等。 ?葉綠體在形態(tài)、構(gòu)造和進(jìn)化上都與線粒體有許多驚人相似之處，尤其是在基質(zhì)內(nèi)還含有自身特有的環(huán)狀 DNA和本為原核生物才有的70S核糖體，從而能滿足合成自身的部分特需蛋白質(zhì)。 ?在能進(jìn)行光合作用的原核生物中，細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌都缺少葉綠體，但確實(shí)有葉綠素在廣泛的內(nèi)膜系統(tǒng)中存在。細(xì)菌的光合器稱為 載色體或色素囊 ，藍(lán)細(xì)菌的光合器一般稱為 類囊體 。 （三）其它內(nèi)含物 ? 微生物細(xì)胞質(zhì)中除核糖體等內(nèi)含物外，還存在許多其它顆粒狀內(nèi)含物，多數(shù)為細(xì)胞的貯存物。顆粒的多少常隨菌齡及培養(yǎng)條件的不同有較大的變化。 貯藏物是一類由不同化學(xué)成分累積而成的不溶性沉淀大顆粒， 單層膜包裹，主要功能是貯存營(yíng)養(yǎng)物。 糖原：大腸桿菌、克雷伯氏菌、芽孢桿菌和藍(lán)細(xì)菌等 碳源及能源類 聚 β羥丁酸（ PHB）：固氮菌、產(chǎn)堿菌和腸桿菌等 硫粒：紫硫細(xì)菌、絲硫細(xì)菌、貝氏硫桿菌等 貯藏物 藻青素：藍(lán)細(xì)菌 藻青蛋白：藍(lán)細(xì)菌 磷源（異染粒）： 迂回螺菌、白喉棒桿菌、結(jié)核分枝桿菌 氮源類 a 顆粒狀貯藏物 (reserve materials) 聚 β羥丁酸 (polyβhydroxybutyrate, PHB) 巨大芽孢桿菌（ Bacillus megaterium） 在含乙酸或 丁酸的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí)， 細(xì)胞內(nèi)貯藏的 PHB可達(dá)其 干重的 60%。 類脂性質(zhì)的碳源類貯藏物 PHB于 1925年被發(fā)現(xiàn)，至今已發(fā)現(xiàn) 60屬以上的細(xì)菌能合成并貯藏。 它無(wú)毒、可塑、易降解， 被認(rèn)為是生產(chǎn)醫(yī)用塑料、 生物降解塑料的良好原料。 紅色螺菌的電子顯微鏡圖片 異染粒 (metachromatic granules) 顆粒大小為 ～ ，是無(wú)機(jī)偏磷酸的聚合物， 一般在含磷豐富的環(huán)境下形成。 功能是貯藏磷元素和能量，并可降低細(xì)胞的滲透壓。 在暗視野顯微鏡下看到的 迂回螺菌 (Spirillum volutans) 異染粒（迂回體） 硫粒 有一類硫化物氧化細(xì)菌會(huì)暫時(shí)在細(xì)胞內(nèi)積累元素硫。這種細(xì)胞內(nèi)貯存的硫最初以液態(tài)形式存在，然后轉(zhuǎn)化成方晶形態(tài)。 其顆粒的量依賴于環(huán)境中硫化氫的量，當(dāng)缺乏硫化氫時(shí)，元素硫就被氧化成硫酸。在廢水生物處理中，因發(fā)酵而產(chǎn)生硫化氫，硫化氫的產(chǎn)生造成了硫細(xì)菌 (均屬絲狀細(xì)菌 )的大量生長(zhǎng)，往往會(huì)發(fā)生活性污泥絲狀膨脹。 （三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu) b 羧酶體 (carboxysome) 一些自養(yǎng)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的 多角形或六角形內(nèi)含物 其大小與噬菌體相仿， 約 10nm，內(nèi)含 1,5二 磷酸核酮糖羧化酶， 在自養(yǎng)細(xì)菌的 CO2固 定中起著關(guān)鍵作用。 采用免疫電鏡技術(shù)觀察藍(lán)細(xì)菌 cyanobacterium Chlorogloeopsis fritischii 中的 羧酶體 C 氣泡 （ gas vocuoles） 許多光合營(yíng)養(yǎng)型、無(wú)鞭毛運(yùn)動(dòng)的水生細(xì)菌中存在的充滿氣體 的泡囊狀內(nèi)含物，大小為 ～ 75nm，內(nèi)由數(shù)排柱 形小空泡組成，外有 2nm厚的蛋白質(zhì)膜包裹。 功能： 調(diào)節(jié)細(xì)胞比重以使細(xì)胞漂浮在最適水層中獲取光能、 O2和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 藍(lán)細(xì)菌生長(zhǎng)時(shí)依靠細(xì)胞內(nèi)的氣泡而漂浮于湖水表面，并隨風(fēng)聚集成塊，常使 湖內(nèi)出現(xiàn)“水花”。 有些厭氧性光和細(xì)菌利用氣泡集中在水下 1030米深處，這樣既能吸收適宜 的光線和營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行光和作用，又可以避免直接與氧接觸。 專性好氧的鹽桿菌屬（ Halobacterium）的細(xì)菌，卻生活在含氧極少的飽 和鹽水中，它們細(xì)胞中氣泡顯著，其作用被認(rèn)為是使菌體浮于鹽水表面， 以保證細(xì)胞更接近空氣。 d 伴孢晶體 （ parasporal crystal） 少數(shù)芽孢桿菌，例如蘇云金芽孢桿菌 (Bacillus thuringiensis)在 其形成芽孢的同時(shí)，會(huì)在芽孢旁形成一顆菱形或雙錐形的堿溶 性蛋白晶體 —— δ內(nèi)毒素，稱為伴孢晶體。 伴孢晶體對(duì) 200多種昆蟲尤其是鱗翅目的幼蟲有毒殺作用， 因而可將這類產(chǎn)伴孢晶體的細(xì)菌制成有利于環(huán)境保護(hù)的生 物農(nóng)藥 —— 細(xì)菌殺蟲劑。 特點(diǎn)：不溶于水，對(duì)蛋白酶類不敏感；容易溶于堿性溶劑。 E 磁小體 （ magosome） 存在于少數(shù)趨磁細(xì)菌中，例如：水生螺菌屬和嗜膽球菌屬等。 功能：具有導(dǎo)向功能，即借鞭毛引導(dǎo)細(xì)菌游向最有力的泥、水界面微氧環(huán)境處生活。 發(fā)展前景：做磁性定向藥物和抗體，以及制造生物傳感器等。 第三節(jié) 微生物的細(xì)胞化學(xué) 一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成 ? 生物元素：組成細(xì)胞的化學(xué)元素，自然界中約有20種元素參與生命活動(dòng)。 ?其中 C、 H、 O、 N、 S、 P組成細(xì)胞的有機(jī)化合物和水； ?Na、 K、 Mg、 Mn、 Ca、 Cl或以離子游離于細(xì)胞質(zhì)之中，或與有機(jī)酸化合成易被解離的鹽類； ?其余的生物元素則分別組成各種酶的輔基，例如：Fe、 Zn、 Cu等。 ? 研究細(xì)胞化學(xué)組成的方法 ?（ 1）細(xì)胞鮮重、干重和含水量測(cè)定 ?在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)的微生物，經(jīng)過濾或離心收集菌體細(xì)胞，洗凈附在細(xì)胞表面的殘留培養(yǎng)基，并盡量吸去細(xì)胞外所附著的水分，然后稱重即得細(xì)胞的鮮重，用 g/l表示； ?將一定重量的鮮細(xì)胞，在 105℃ 高溫下或在60 ℃ 低溫真空下干燥至恒重，測(cè)出細(xì)胞干重，通常用 g/l或 mg/ml來(lái)表示； ?（鮮重 干重） /鮮重 *100%，即為含水量。 ?（ 2）無(wú)機(jī)元素分析：可反應(yīng)原生質(zhì)的化學(xué)組成，也涉及細(xì)胞中的貯存物質(zhì)。 ?碳的含量：測(cè)燃燒時(shí)所放出的 CO2量。在各種微生物細(xì)胞中都比較恒定，大都占細(xì)胞干重的 50%+5%； ?氮在單細(xì)胞微生物中的含量（ 8%~15%）高于絲狀真菌細(xì)胞中的含量（ 5%），用同位素標(biāo)記測(cè)定法比較準(zhǔn)確； ?氫和氧的含量由燃燒時(shí)所產(chǎn)生的水推算，氫