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細胞は生命の基本単位であり、代謝、繁殖能力、化学的バランスを維持する手段など、生物に関連するすべての重要な特性を保持する生物の最小の個別要素です。セルは 原核生物、 細菌および単細胞生物のまばらを指す用語、または 真核生物、 植物、菌類、動物を指します。
細菌および他の原核細胞は、真核生物の細胞よりもほぼすべての点ではるかに単純です。すべての細胞には、少なくとも原形質膜、細胞質、およびDNAの形の遺伝物質が含まれます。真核細胞はこれらの本質を超えた多種多様な要素を特徴としていますが、これらの3つのことは細菌細胞のほぼ全体を占めています。ただし、細菌細胞には、真核細胞ではなく、特に細胞壁ではないいくつかの特徴が含まれています。
セルの基本
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、細菌細胞には細胞が1つしかありません。真核細胞には、核、ミトコンドリア（動物）、葉緑体（植物がミトコンドリアに応答する）、ゴルジ体、小胞体、リソソームなどのさまざまな膜結合オルガネラが含まれていますが、細菌細胞にはオルガネラがありません。真核生物と原核生物の両方には、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、これらの多くは線形リボン状の小胞体に沿って密集しているため、真核生物では通常これらがより簡単に視覚化されます
細菌細胞と細菌自体を「原始的」と見なすのは簡単です。なぜなら、それらのより大きな進化年齢（約35億年、原核生物では約15億）と単純さの両方のためです。ただし、これはいくつかの理由で誤解を招きます。 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は必ずしもより堅牢であることを意味しないということです。おそらく、地球上の条件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「より高い」生物よりも長持ちするでしょう。第二の理由は、細菌細胞は単純ではあるが、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たということです。
細菌細胞プライマー
細菌細胞には3つの基本的な形状があります：rod状（菌）、円形（球菌）、およびらせん形（らせん状）。これらの形態学的細菌細胞特性は、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、 連鎖球菌、名前が示すように、丸い ブドウ球菌。炭thr病は大きな細菌によって引き起こされ、ライム病はらせん形のスピロヘータによって引き起こされます。個々の細胞のさまざまな形状に加えて、細菌細胞はクラスター内で見られる傾向があり、その構造は問題の種によって異なります。いくつかのrod体と球菌は長い鎖状に成長しますが、特定の他の球菌は個々の細胞の形を幾分連想させるクラスターに見られます。
ほとんどの細菌細胞は、ウイルスとは異なり、他の生物とは独立して生きることができ、代謝や生殖の必要性について他の生物に依存しません。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 細胞内に必ず存在します。つまり、生き残るために生物の細胞に生息する以外に選択肢はありません。
細菌細胞の核の欠如は、原核細胞が元々真核細胞と区別された理由です。この違いは、比較的低い倍率の顕微鏡下でも明らかです。細菌のDNAは、真核生物のような核膜に囲まれていませんが、それでも密接にクラスター化する傾向があり、結果として生じる粗い形成はヌクレオイドと呼ばれます。細菌細胞では、真核細胞よりも全体的にかなり少ないDNAがあります。端から端まで伸ばすと、典型的な真核生物の遺伝物質であるクロマチンの単一コピーが約1ミリメートルまで伸びますが、バクテリアの場合は約1から2マイクロメートル、つまり500から1,000倍の差があります。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ていますが、原核生物のDNAにはポリアミン（窒素化合物）とマグネシウムイオンが関連付けられています。
細菌の細胞壁
おそらく、細菌細胞と他の細胞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。で作られたこれらの壁、 ペプチドグリカン 分子は、細胞膜のすぐ外側にあり、あらゆるタイプの細胞が特徴です。ペプチドグリカンは、多糖類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、細菌に保護と剛性を追加し、細胞膜に由来し、細胞壁を介して外部環境に広がる線毛や鞭毛などの構造の固定点を提供することです。
過去1世紀に活動する微生物学者であり、人間の細胞にはほとんど無害でありながら細菌細胞には危険な薬物を作成したい場合、およびこれらの生物の細胞構成のそれぞれの構造に関する知識がある場合は、設計することでこれを行うことができますまたは、他の細胞成分を節約しながら、細胞壁に有毒な物質を見つけます。実際、これはまさに多くの抗生物質が作用する方法です。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年代初期に抗生物質の最初のクラスとして出現した、すべてではない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り作用します。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。長年にわたり、抗生物質の投与は、「侵入」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生成する細菌を選択しました。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には、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。
鞭毛、ピリおよび内生胞子
バクテリアの中には、バクテリアが物理世界をナビゲートするのを助ける外部構造を備えているものがあります。例えば、 べん毛 （単数形：鞭毛）は、オタマジャクシに似た鞭のような付属物で、それらを所有する細菌に移動の手段を提供します。バクテリア細胞の一端で見つかることもあります。一部の細菌は両端にそれらを持っています。鞭毛はプロペラのように「ビート」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」、または光に向かって移動することを可能にします シアノバクテリア、植物のようにエネルギーの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）。
ピリ （単数形：線毛）は、細菌の細胞表面から外側に伸びる毛状突起であるため、構造的に鞭毛に似ています。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、歯のエナメル質などのさまざまな組成物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。ピリがなければ、多くの病原性（すなわち、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。と呼ばれるプロセスには、特殊なタイプのピリが使用されます 活用、2つの細菌がDNAの一部を交換します。
特定のバクテリア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できます。これらの胞子は、細胞内で作成された通常の細菌細胞の耐熱性が高く、脱水された、不活性なバージョンです。独自の完全なゲノムとすべての代謝酵素が含まれています。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 内生胞子は、内毒素と呼ばれる致命的な物質を分泌します。
細菌の繁殖
細菌は、バイナリ分裂と呼ばれるプロセスによって生成します。これは、単純に半分に分裂し、それぞれ親細胞と遺伝的に同一の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まったく対照的であり、同量の遺伝物質を提供して子孫を作り出す2つの親生物が関与するという点で有性です。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、細胞が代わりに半分に分裂するだけの場合、なぜこの精力的に費用のかかるステップを導入するのですか？ –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、特に目に見えないが、重要な代謝機能を果たす酵素とタンパク質のレベルで、遺伝的に同一または近い場合、単一のタイプの生物学的敵は、潜在的にすべての人類を一掃するのに十分でしょう。人間は、ある種（ピーナッツやミツバチ毒などのアレルゲンへのわずかな暴露で死ぬことができる人）から比較的些細な（ある人は糖ラクターゼを消化できず、彼らは彼らの胃腸システムに深刻な混乱なしに乳製品を消費することができません）。多くの遺伝的多様性を享受している種は、絶滅から大部分が保護されています。なぜなら、この多様性は、好ましい自然選択の圧力が作用する原材料を提供するからです。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がある場合、これは単なる奇癖です。一方、この集団でウイルスが出現する場合、この偶然が10パーセントでこの種の生き残った生物の100パーセントを表すのはそう遠く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 変換、活用 そして 変換。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、すべての細菌種が他の方法よりもはるかに大きな範囲で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、自然形態と人工形態に分けられます。自然な形質転換では、死んだ細菌のDNAは細胞膜を介して内部に取り込まれ、スカベンジャー型になり、生き残った細菌のDNAに組み込まれます。人工的な形質転換では、科学者は意図的にDNAを宿主細菌に導入します。 大腸菌 （この種には、簡単に操作できる小さなシンプルなゲノムがあるため）これらの生物を研究したり、目的のバクテリア製品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、 細菌DNAの自然に発生するリング。
接合とは、ある細菌が線毛または線毛を使用して、DNAを直接接触させて2番目の細菌に「注入」するプロセスです。伝達されたDNAは、人工的な形質転換の場合と同様に、プラスミドであっても、異なるフラグメントであってもかまいません。新しく導入された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場合があります。
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、遺伝物質を保有しているにもかかわらず、その複製を作成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、自身の遺伝物質を侵入したバクテリアのDNAに配置し、バクテリアにさらに多くのファージを作成するよう指示し、そのゲノムには元のバクテリアDNAとバクテリオファージDNAの混合物が含まれます。これらの新しいバクテリオファージが細胞を離れると、それらは他の細菌に侵入し、前の宿主から獲得したDNAを新しい細菌細胞に伝達することができます。