加油!
致敬我们自己和我们的祖国!!考虑了许久,还是决定给大家推荐一些相关内容。
有些事情是无法逃避的,人类对自己还有很多没能研究清楚,但我们还是可以用科学来了解自己更靠谱哈~ヾ(?°?°?)??
如觉得文章太长懒得看,建议看看视频和简略版:
人体内的细胞战争
还有,BBC的“击败超级细菌”,这边链接不让放,大家感兴趣可以看看~
生物,
(英语:Organism,又称生命体、有机体)是有生命的个体。生物最重要和基本的特征在于生物进行新陈代谢及遗传。所有生物一定会具备合成代谢以及分解代谢,这是互相相反的两个过程,并且可以繁殖下去,这是生命现象的基础。自然界是由生物和非生物的物质和能量组成的。有生命特征的有机体叫做生物,无生命的包括物质和能量叫做非生物。(注:新陈代谢是生物与非生物最本质的区别。)
有机体,
是具有生命的个体的统称,包括植物和动物,例如最低等、最原始的单细胞生物,最高等、最复杂的人类。
细胞,
是生物体基本的结构和功能单位。已知除病毒之外的所有生物均由细胞所组成,但病毒生命活动也必须在细胞中才能体现。
一般来说,细菌等绝大部分微生物以及原生动物由一个细胞组成,即单细胞生物,高等植物与高等动物则是多细胞生物。
微生物,
是个体难以用肉眼观察的一切微小生物。
微生物包括:细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体,
将微生物划分为以下8大类:细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体。有些微生物是肉眼可以看见的,像属于真菌的蘑菇、灵芝、香菇等。还有微生物是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的"非细胞生物",但是它的生存必须依赖于活细胞。
病原体,
病原体(pathogens)指可造成人或动植物感染疾病的微生物(包括细菌、病毒、立克次氏体、真菌)、寄生虫或其他媒介(微生物重组体包括杂交体或突变体)。
病原体(pathogen)能引起疾病的微生物和寄生虫的统称。微生物占绝大多数,包括病毒、衣原体、立克次体、支原体、细菌、螺旋体和真菌;寄生虫主要有原虫和嚅虫。病原体属于寄生性生物,所寄生的自然宿主为动植物和人。能感染人的微生物超过种,它们广泛存在于人的口、鼻、咽、消化道、泌尿生殖道以及皮肤中。
每个人一生中可能受到其种以上的病原体感染,在人体免疫功能正常的条件下并不引起疾病,有些甚至对人体有益,如肠道菌群(大肠杆菌等)可以合成多种维生素。这些菌群的存在还可抑制某些致病性较强的细菌的繁殖,因而这些微生物被称为正常微生物群(正常菌群)但当机体免疫力降低,人与微生物之间的平衡关系被破坏时,正常菌群也可引起疾病,故又称它们为条件致病微生物(条件致病病原体)。机体遭病原体侵袭后是否发病,一方面固然与其自身免疫力有关,另一方面也取决于病原体致病性的强弱和侵入数量的多寡。一般地,数量愈大,发病的可能性愈大。尤其是致病性较弱的病原体,需较大的数量才有可能致病。少数微生物致病性相当强,轻量感染即可致病,如鼠疫、天花、狂犬病等。
细菌,
广义的细菌即为原核生物。是指一大类细胞核无核膜包裹,只存在称作拟核区的裸露DNA的原始单细胞生物,包括真细菌和古生菌两大类群。
通常所说即为狭义的细菌,狭义的细菌为原核微生物的一类,是一类形状细短,结构简单,多以二分裂方式进行繁殖的原核生物,是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体,是大自然物质循环的主要参与者。
细菌也对人类活动有很大的影响。一方面,细菌是许多疾病的病原体,包括肺结核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由细菌所引发。然而,人类也时常利用细菌,例如乳酪及酸奶的制作、部分抗生素的制造、废水的处理等,都与细菌有关。在生物科技领域中,细菌有也著广泛的运用。
真菌,
真菌(Fungis)是一类真核生物。最常见的真菌是各类蕈类,另外真菌也包括霉菌和酵母。现在已经发现了七万多种真菌,估计只是所有存在的一小半。真菌自成一门,和植物、动物和细菌相区别。真菌和其他三种生物最大的不同之处在于,真菌的细胞有含甲壳素(又叫几丁质、甲壳素、壳多糖)为主要成分的细胞壁,和植物的细胞壁主要是由纤维素组成的不同。
真菌门,分为鞭毛菌亚门、接合菌亚门、子囊菌亚门、担子菌亚门和半知菌亚门。其中,担子菌亚门是一群多种多样的高等真菌,多数种具有食用和药用价值,如银耳、金针菇、竹荪、牛肝菌、灵芝等,但也有豹斑毒伞、马鞍、鬼笔蕈等有毒种。另外,半知菌亚门中约有属是农作物和森林病害的病原菌,还有些属是能引起人类和一些动物皮肤病的病原菌,如稻瘟病菌,能引起苗瘟、节瘟和谷里瘟等。
病毒,
病毒,是一类不具细胞结构,具有遗传、复制等生命特征的微生物。一般为球状病毒、杆状病毒和蝌蚪状病毒。
病毒同所有的生物一样,具有遗传、变异、进化的能力,是一种体积非常微小,结构极其简单的生命形式,病毒有高度的寄生性,完全依赖宿主细胞的能量和代谢系统,获取生命活动所需的物质和能量,离开宿主细胞,它只是一个大化学分子,停止活动,可制成蛋白质结晶,为一个非生命体,遇到宿主细胞它会通过吸附、进入、复制、装配、释放子代病毒而显示典型的生命体特征,所以病毒是介于生物与非生物的一种原始的生命体。
癌细胞,
癌细胞,是一种变异的细胞,是产生癌症的病源。癌细胞与正常细胞不同,有无限增殖、可转化和易转移三大特点,能够无限增殖并破坏正常的细胞组织。
癌细胞除了分裂失控外(能进行多极分裂),还会局部侵入周遭正常组织甚至经由体内循环系统或淋巴系统转移到身体其他部分。
免疫系统,
免疫系统具有免疫监视、防御、调控的作用。这个系统由免疫器官(骨髓、脾脏、淋巴结、扁桃体、小肠集合淋巴结、阑尾、胸腺等)、免疫细胞(淋巴细胞、单核吞噬细胞、中性粒细胞、嗜碱粒细胞、嗜酸粒细胞、肥大细胞、血小板等),以及免疫活性物质(抗体、溶菌酶、补体、免疫球蛋白、干扰素、白细胞介素、肿瘤坏死因子等细胞因子)组成。免疫系统分为固有免疫(又称非特异性免疫)和适应免疫(又称特异性免疫),其中适应免疫又分为体液免疫和细胞免疫。
免疫系统(immunesystem)是机体执行免疫应答及免疫功能的重要系统。由免疫器官、免疫细胞和免疫分子组成。免疫系统具有识别和排除抗原性异物、与机体其他系统相互协调.共同维持机体内环境稳定和生理平衡的功能。
免疫系统(immunesystem)是防卫病原体入侵最有效的武器,它能发现并清除异物、外来病原微生物等引起内环境波动的因素。但其功能的亢进会对自身器官或组织产生伤害。
人体共有三道防线:
1.第一道防线:是由皮肤和黏膜构成的,
他们不仅能够阻挡病原体侵入人体,而且它们的分泌物(如乳酸、脂肪酸、胃酸和酶等)还有杀菌的作用。呼吸道黏膜上有纤毛,可以清除异物。
2.第二道防线:是体液中的杀菌物质和吞噬细胞
这两道防线是人类在进化过程中逐渐建立起来的天然防御功能,特点是人人生来就有,不针对某一种特定的病原体,对多种病原体都有防御作用,因此叫做非特异性免疫(又称先天性免疫)多数情况下,这两道防线可以防止病原体对机体的侵袭。
3.第三道防线:主要由免疫器官(胸腺、淋巴结和脾脏等)和免疫细胞(淋巴细胞)组成。
第三道防线是人体在出生以后逐渐建立起来的后天防御功能,特点是出生后才产生的,只针对某一特定的病原体或异物起作用,因而叫做特异性免疫(又称后天性免疫)。
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细胞,是生物体基本的结构和功能单位细胞
生物学中构成生物体的基本单位
所属类别:细胞生物学
细胞(英文名:cell)并没有统一的定义,比较普遍的提法是:细胞是生物体基本的结构和功能单位。已知除病毒之外的所有生物均由细胞所组成,但病毒生命活动也必须在细胞中才能体现。
一般来说,细菌等绝大部分微生物以及原生动物由一个细胞组成,即单细胞生物,高等植物与高等动物则是多细胞生物。细胞可分为原核细胞、真核细胞两类,但也有人提出应分为三类,即把原属于原核细胞的古核细胞独立出来作为与之并列的一类。研究细胞的学科称为细胞生物学。
细胞体形极微,在显微镜下始能窥见,形状多种多样。主要由细胞核与细胞质构成,表面有细胞膜。高等植物细胞膜外有细胞壁,细胞质中常有质体,体内有叶绿体和液泡,还有线粒体。动物细胞无细胞壁,细胞质中常有中心体,而高等植物细胞中则无。细胞有运动、营养和繁殖等机能。
细胞是生物体结构和功能的基本单位,细胞的特殊性决定了个体的特殊性,
因此,对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。
细胞生物学已经成为当代生物科学中发展最快的一门尖端学科,是生物、农学、医学、畜牧、水产和许多生物相关专业的一门必修课程。
50年代以来诺贝尔生理与医学奖大都授予了从事细胞生物学研究的科学家。
细胞基本结构
在光学显微镜下观察植物的细胞,可以看到它的结构分为下列四个部分:
1.细胞壁(CellWall)
位于植物细胞的最外层,是一层透明的薄壁。它主要是由纤维素和果胶组成的,孔隙较大,物质分子可以自由透过。细胞壁对细胞起着支持和保护的作用。
2.细胞膜(CellMembrane)
细胞壁的内侧紧贴着一层极薄的膜,叫做细胞膜。这层由蛋白质分子和磷脂双分子层组成的薄膜,水和氧气等小分子物质能够自由通过,而某些离子和大分子物质则不能自由通过。因此,它除了起着保护细胞内部的作用以外,还具有控制物质进出细胞的作用:既不让有用物质任意地渗出细胞,也不让有害物质轻易地进入细胞。
细胞膜在光学显微镜下不易分辨。用电子显微镜观察,可以知道细胞膜主要由蛋白质分子和脂类分子构成。在细胞膜的中间,是磷脂双分子层,这是细胞膜的基本骨架。在磷脂双分子层的外侧和内侧,有许多球形的蛋白质分子,它们以不同深度镶嵌在磷脂分子层中,或者覆盖在磷脂分子层的表面。这些磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的,可以说,细胞膜具有一定的流动性。
细胞膜的这种结构特点,对于它完成各种生理功能是非常重要的。
物质跨膜运输的方式分为被动运输和主动运输两种。
(1)被动运输,是顺着膜两侧浓度梯度扩散,即由高浓度向低浓度。分为自由扩散和协助扩散。
①自由扩散:物质通过简单的扩散作用进入细胞。细胞膜两侧的浓度差以及扩散的物质的性质(如根据相似相溶原理,脂溶性物质更容易进出细胞)对自由扩散的速率有影响,常见的能进行自由扩散的物质有氧气、二氧化碳、甘油、乙醇、苯、尿素、胆固醇、水、氨等。
②协助扩散:进出细胞的物质借助载体蛋白扩散。细胞膜两侧的浓度差以及载体的种类和数目对协助扩散的速率有影响。红细胞吸收葡萄糖是依靠协助扩散。
(2)主动运输:物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧,需要载体蛋白的协助,同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。主动运输保证了活细胞能够按照生命活动的需要,主动选择吸收所需要的营养物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质。各种离子由低浓度到高浓度过膜都是依靠主动运输。
能进行跨膜运输的都是离子和小分子,当大分子进出细胞时,包裹大分子物质的囊泡从细胞膜上分离或者与细胞膜融合(胞吞和胞吐),大分子不需跨膜便可进出细胞。
3.细胞质(Cytoplasm)
细胞膜包着的黏稠透明的物质,叫做细胞质。在细胞质中还可看到一些带折光性的颗粒,这些颗粒多数具有一定的结构和功能,类似生物体的各种器官,因此叫做细胞器。例如,在绿色植物的叶肉细胞中,能看到许多绿色的颗粒,这就是一种细胞器,叫做叶绿体。绿色植物的光合作用就是在叶绿体中进行的。在细胞质中,往往还能看到一个或几个液泡,其中充满着液体,叫做细胞液。在成熟的植物细胞中,液泡合并为一个中央大液泡,其体积占去整个细胞的大半。细胞质被挤压为一层。细胞膜以及液泡膜和两层膜之间的细胞质称为原生质层。
①线粒体(mitochondrium)线粒体是一些线状、小杆状或颗粒状的结构。在活细胞中可用詹纳斯绿(Janusgreen)染成蓝绿色。在电子显微镜下观察,线粒体表面是由双层膜构成的。内膜向内形成一些隔,称为线粒体嵴(cristae)。在线粒体内有丰富的酶系统。线粒体是细胞呼吸的中心,它是生物有机体借氧化作用产生能量的一个主要机构,它能将营养物质(如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等)氧化产生能量,储存在ATP(三磷酸腺苷)的高能磷酸键上,供给细胞其他生理活动的需要,因此有人说线粒体是细胞的“动力工厂”。根据对线粒体机能的了解,近些年来试验用“线粒体互补法”进行育种工作,即将两个亲本的线粒体从细胞中分离出来并加以混合,如果测出混合后呼吸率比两亲本的都高,证明杂交后代的杂种优势强,应用这种育种方法,能增强育种工作的预见性,缩短育种年限。
②叶绿体
叶绿体(chloroplasts)是绿色植物细胞中重要的细胞器,其主要功能是进行光合作用。叶绿体由双层膜、基粒(类囊体)和基质三部分构成。类囊体是一种扁平的小囊状结构,在类囊体薄膜上,有进行光合作用必需的色素和酶。许多类囊体叠合而成基粒。基粒之间充满着基质,其中含有与光合作用有关的酶。基质中还含有DNA。
③内质网
内质网(endoplasmicreticulum)是细胞质中由膜构成的网状管道系统广泛的分布在细胞质基质内。它与细胞膜及核膜相通连,对细胞内蛋白质及脂质等物质的合成和运输起着重要作用。
内质网根据其表面有无附着核糖体可分为粗面内质网和滑面内质网。粗面内质网表面有附着核糖体,具有运输蛋白质的功能,滑面内质网内含许多酶,与糖脂类和固醇类激素的合成与分泌有关。
④高尔基复合体
位于细胞核附近的网状囊泡,是细胞内的运输和加工系统。能将粗面内质网运输的蛋白质进行加工、浓缩和包装成分泌泡和溶酶体。
⑤核糖体
核糖体(ribosomes)是椭球形的粒状小体,有些附着在内质网膜的外表面(供给膜上及膜外蛋白质),有些游离在细胞质基质中(供给膜内蛋白质,不经过高尔基体,直接在细胞质基质内的酶的作用下形成空间构形),是合成蛋白质的重要基地。
⑥中心体
中心体(centrosome)存在于动物细胞和某些低等植物细胞中,因为它的位置靠近细胞核,所以叫中心体。每个中心体由两个互相垂直排列的中心粒及其周围的物质组成。动物细胞的中心体与有丝分裂有密切关系..中心粒(centriole)这种细胞器的位置是固定的,具有极性的结构。在间期细胞中,经固定、染色后所显示的中心粒仅仅是1或2个小颗粒。而在电子显微镜下观察,中心粒是一个柱状体,长度约为0.3μm~0.5μm,直径约为0.15μm,它是由9组小管状的亚单位组成的,每个亚单位一般由3个微管构成。这些管的排列方向与柱状体的纵轴平行。中心粒通常是成对存在,2个中心粒的位置常成直角。中心粒在有丝分裂时有重要作用
⑦液泡
液泡(vacuole)是植物细胞中的泡状结构。成熟的植物细胞中的液泡很大,可占整个细胞体积的90%。液泡的表面有液泡膜。液泡内有细胞液,其中含有糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质,可以达到很高的浓度。因此,它对细胞内的环境起着调节作用,可以使细胞保持一定的渗透压,保持膨胀的状态。动物细胞也同样有小液泡。
⑧溶酶体
囊状小体或小泡,内含多种水解酶,具有自溶和异溶作用。自溶作用是指溶酶体消化分解细胞内损坏和衰老的细胞器的过程,异溶作用是指消化和分解被细胞吞噬的病原微生物及其细胞碎片的过程。溶酶体是细胞内具有单层膜囊状结构的细胞器。其内含有很多种水解酶类,能够分解很多物质。
⑨微丝及微管
在细胞质内除上述结构外,还有微丝(microfilament)和微管(microtubule)等结构,它们的主要机能不只是对细胞起骨架支持作用,以维持细胞的形状,如在红血细胞微管成束平行排列于盘形细胞的周缘,又如上皮细胞微绒毛中的微丝;它们也参加细胞的运动,如有丝分裂的纺锤丝,以及纤毛、鞭毛的微管。此外,细胞质内还有各种内含物,如糖原、脂类、结晶、色素等。
4.细胞核
细胞质里含有一个近似球形的细胞核(nucleus),是由更加黏稠的物质构成的。细胞核通常位于细胞的中央,成熟的植物细胞的细胞核,往往被中央液泡推挤到细胞的边缘。细胞核中有一种物质,易被洋红、苏木精、甲基绿等碱性染料染成深色,叫做染色质(chromatin)。生物体用于传种接代的物质即遗传物质,就在染色质上。当细胞进行有丝分裂时,染色质在分裂间期螺旋缠绕成染色体。
多数细胞只有一个细胞核,有些细胞含有两个或多个细胞核,如肌细胞、肝细胞等。细胞核可分为核膜、染色质、核液和核仁四部分。核膜与内质网相通连,染色质位于核膜与核仁之间。染色质主要由蛋白质和DNA组成。DNA是一种有机物大分子,又叫脱氧核糖核酸,是生物的遗传物质。
在有丝分裂时,染色体复制,DNA也随之复制为两份,平均分配到两个子细胞中,使得后代细胞染色体数目恒定,从而保证了后代遗传特性的稳定。还有RNA,RNA是DNA在复制时形成的单链,它传递信息,控制合成蛋白质,其中有转移核糖核酸(tRNA)、信使核糖核酸(mRNA)和核糖体核糖核(rRNA)。 细胞核的机能是保存遗传物质,控制生化合成和细胞代谢,决定细胞或机体的性状表现,把遗传物质从细胞(或个体)一代一代传下去。但细胞核不是孤立的起作用,而是和细胞质相互作用、相互依存而表现出细胞统一的生命过程。细胞核控制细胞质;细胞质对细胞的分化、发育和遗传也有重要的作用。
动物细胞与植物细胞比较
动物细胞与植物细胞相比较,具有很多相似的地方,如动物细胞也具有细胞膜、细胞质、细胞核等结构。但是动物细胞与植物细胞又有一些重要的区别,如动物细胞的最外面是细胞膜,没有细胞壁;动物细胞的细胞质中不含叶绿体,也不形成中央液泡。
总之,不论是植物还是动物,都是由细胞构成的。细胞是生物体结构和功能的基本单位。
5.细胞骨架(Cytoskeleton)
细胞骨架是指真核细胞中蛋白纤维的网络结构。
细胞骨架由位于细胞质中的微丝、微管和中间纤维构成。微丝确定细胞表面特征,使细胞能够运动和收缩。微管确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的轨道。中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。
细胞骨架不仅在维持细胞形态、承受外力、保持细胞内部结构有序性方面起重要作用,而且还参与许多重要的生命活动,如:在细胞分裂中细胞骨架牵引染色体分离;在细胞物质运输中,各类小泡和细胞器可沿着细胞骨架定向运转。
细胞骨架在20世纪60年代后期才被发现。主要因为早期电镜制样采用低温(0-4℃)固定,而细胞骨架会在低温下解聚。直到采用戊二醛常温固定,人们才逐渐认识到细胞骨架的客观存在。
注:有部分教材把细胞核作为细胞器之一。
细胞的大小
原核细胞直径平均:1~10μm;
真核细胞直径平均:3~30μm;
某些不同来源的细胞大小变化很大:
人卵细胞:直径0.1mm;鸵鸟卵细胞:直径5cm;
同类型细胞的体积一般是相近的,不依生物个体的大小而增大或缩小;
器官的大小主要决定于细胞的数量,与细胞的数量成正比,而与细胞的大小无关,这种现象被称为“细胞体积的守恒定律”。
细胞共性
1.所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质及糖被构成的生物膜(注意:癌细胞无糖被,容易游走扩散),即细胞膜。
2.所有的细胞都含有两种核酸:即DNA与RNA。
3.作为遗传信息复制与转录的载体。
4.作为蛋白质合成的机器─核糖体,毫无例外地存在于一切细胞内。核糖体,是蛋白质合成的必须机器,在细胞遗传信息流的传递中起着必不可少的作用。
5.基本上所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。(少数不是,如蓝藻的有些种类从老细胞内产生新细胞)
6.部分细胞能进行自我增殖和遗传(高度分化的细胞无法自我增殖。)
7.新陈代谢。
8.细胞都具有运动性,包括细胞自身的运动和细胞内部的物质运动。
注:病毒不具有细胞结构。
细胞繁殖
繁殖方式:
人体内每时每刻都有许多细胞繁殖新生,更换衰老死亡的细胞,以维持机体的生长、发育、生殖、及损伤后的修补。细胞的繁殖是通过细胞的分裂来实现的。
连续分裂的细胞从一次分裂完成时开始到下一次分裂完成时为止为一个细胞周期。
分裂的方式可分为两种
一.间接分裂(有丝分裂)
从细胞在一次分裂结束后到下一次分裂之前是分裂间期,细胞周期的大部分时间处于分裂间期,大约占细胞的90%~95%,分裂间期中,细胞完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成。
在分裂间期结束之后,就进入分裂期。分裂期是一个连续的过程,人们为了研究方便,把分列期分为四个时期:前期、中期、后期、末期。
二.减数分裂
这种细胞分裂形式是随着配子生殖而出现的,凡是进行有性生殖的动、植物都有减数分裂过程。减数分裂与正常的有丝分裂的不同点,在于减数分裂时进行2次连续的核分裂,细胞分裂了2次,其中染色体只分裂一次,结果染色体的数目减少一半。
减数分裂发生的时间,每类生物是固定的,但在不同生物类群之间可以是不同的。大致可分为3种类型。(略)
减数分裂对维持物种的染色体数目的恒定性,对遗传物质的分配、重组等都具有重要意义,这对生物的进化发展都是极为重要的。
死亡
细胞死亡是细胞衰老的结果,是细胞生命现象的终止。包括急性死亡(细胞坏死)和程序化死亡(细胞凋亡)。细胞死亡最显著的现象,是原生质的凝固。事实上细胞死亡是一个渐进过程,要决定一个细胞何时已死亡是较因难的。除非用固定液等人为因素瞬间使其死亡。那么,怎样鉴定一个细胞是否死亡了呢?通常采用活体染色法来鉴定。如用中性红染色时,生活细胞只有液泡系染成红色,如果染料扩散,细胞质和细胞核都染成红色,则标志这个细胞已死亡。
细胞衰老的研究只是整个衰老生物学(老年学,人类学)研究中的一部分。所谓衰老生物学(biologyofsenescence)(或称老年学,gerontology)是研究生物衰老的现象、过程和规律。其任务是要揭示生物(人类)衰老的特征,探索发生衰老的原因和机理,寻找推迟衰老的方法,根本目的在于延长生物(人类)的寿命。多细胞有机体细胞,依寿命长短不同可划分为两类,即干细胞和功能细胞。干细胞在整个一生都保持分裂能力,直到达到最高分裂次数便衰老死亡。如表皮生发层细胞,生血干细胞等。
凋亡
细胞凋亡(apoptosis)是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程,也常常被称为程序化细胞死亡(programmedcelldeath,PCD)。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。这一假说是基于Hayflick界限提出的:年Hayflick根据人胚胎细胞的传代培养实验提出。指细胞在发育的一定阶段出现正常的自然死亡,它与细胞的病理死亡有根本的区别。细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行,自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非常关键的作用。例如:蝌蚪尾的消失,骨髓和肠的细胞凋亡,脊椎动物的神经系统的发育,发育过程中手和足的成形过程。
分裂
一个细胞分裂为两个细胞的过程。分裂前的细胞称母细胞,分裂后形成的新细胞称子细胞。细胞分裂通常包括核分裂和胞质分裂两步。在核分裂过程中母细胞把遗传物质传给子细胞。在单细胞生物中细胞分裂就是个体的繁殖,在多细胞生物中细胞分裂是个体生长、发育和繁殖的基础。
分化
细胞的分化是指分裂后的细胞,在形态,结构和功能上向着不同方向变化的过程。细胞分化是形成不同的组织,分化前和分化后的细胞不属于一类型。那些形态的相似,结构相同,具有一定功能的细胞群叫做组织。不同的组织,按一定的顺序组成器官。各种器官协调配合,形成系统。各种器官和系统组成生命体。细胞的癌变是细胞的一种不正常的分化方式。每个正常细胞细胞核内都有原癌基因。发生癌变的细胞原本是正常细胞,由于受到外界致癌因子(致癌因子包括物理致癌因子,主要指辐射,如紫外线,X射线等),化学致癌因子(例如黄曲霉毒素,亚硝酸盐等),生物致癌因子(Rous肉瘤病毒、乙肝病毒等)作用,导致细胞内原癌基因被激活,激活的原癌基因控制细胞发生癌变。
癌变的细胞在细胞形态、结果、功能上都发生了一定的变化。
化学成分
组成细胞的基本元素是:O、C、H、N、Si、K、Ca、P、Mg,其中O、C、H、N四种元素占90%以上。细胞化学物质可分为两大类:无机物和有机物。在无机物中水是最主要的成分,约占细胞物质总含量的75%-80%。
一、水与无机盐
(一)水是原生质最基本的物质
水在细胞中不仅含量最大,而且由于它具有一些特有的物理化学属性,使其在生命起源和形成细胞有序结构方面起着关键的作用。可以说,没有水,就不会有生命。水在细胞中以两种形式存在:一种是游离水,约占95%;另一种是结合水,通过氢键或其他键同蛋白质结合,约占4%~5%。随着细胞的生长和衰老,细胞的含水量逐渐下降,但是活细胞的含水量不会低于75%。
水在细胞中的主要作用是,溶解无机物、调节温度、参加酶反应、参与物质代谢和形成细胞有序结构。
(二)无机盐
细胞中无机盐的含量很少,约占细胞总重的1%。盐在细胞中解离为离子,离子的浓度除了具有调节渗透压和维持酸碱平衡的作用外,还有许多重要的作用。
主要的阴离子有Cl-、PO4-和HCO3-,其中磷酸根离子在细胞代谢活动中最为重要:①在各类细胞的能量代谢中起着关键作用;②是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的组成成分;③调节酸碱平衡,对血液和组织液pH起缓冲作用。
主要的阳离子有:Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Mo2+。
二、细胞的有机分子
细胞中有机物达几千种之多,约占细胞干重的90%以上,它们主要由碳、氢、氧、氮等元素组成。有机物中主要由四大类分子所组成,即蛋白质、核酸、脂类和糖,这些分子约占细胞干重的90%以上。
(一)蛋白质
在生命活动中,蛋白质是一类极为重要的大分子,几乎各种生命活动无不与蛋白质的存在有关。
蛋白质不仅是细胞的主要结构成分,而且更重要的是,生物专有的催化剂--酶是蛋白质,因此细胞的代谢活动离不开蛋白质。一个细胞中约含有种蛋白质,分子的数量达个。
(二)核酸
核酸是生物遗传信息的载体分子,所有生物均含有核酸。核酸是由核苷酸单体聚合而成的大分子。核酸可分为核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸两大类DNA。当温度上升到一定高度时,DNA双链即解离为单链,称为变性(denaturation)或熔解(melting),这一温度称为熔解温度(meltingtemperature,Tm)。碱基组成不同的DNA,熔解温度不一样,含G-C对(3条氢键)多的DNA,Tm高;含A-T对(2条氢键)多的,Tm低。当温度下降到一定温度以下,变性DNA的互补单链又可通过在配对碱基间形成氢键,恢复DNA的双螺旋结构,这一过程称为复性(renaturation)或退火(annealing)。
(三)糖类
细胞中的糖类既有单糖,也有多糖。细胞中的单糖是作为能源以及与糖有关的化合物的原料存在。重要的单糖为五碳糖(戊糖)和六碳糖(己糖),其中最主要的五碳糖为核糖,最重要的六碳糖为葡萄糖。葡萄糖不仅是能量代谢的关键单糖,而且是构成多糖的主要单体。
多糖在细胞结构成分中占有主要的地位。细胞中的多糖基本上可分为两类:一类是营养储备多糖;另一类是结构多糖。作为食物储备的多糖主要有两种,在植物细胞中为淀粉(starch),在动物细胞中为糖元(glycogen)。在真核细胞中结构多糖主要有纤维素(cellulose)和几丁质(chitin)。
(四)脂类
脂类包括:脂肪酸、中性脂肪、类固醇、蜡、磷酸甘油酯、鞘脂、糖脂、类胡萝卜素等。脂类化合物难溶于水,而易溶于非极性有机溶剂。
1、中性脂肪(neutralfat)
①甘油酯:它是脂肪酸的羧基同甘油的羟基结合形成的甘油三酯(triglyceride)。甘油酯是动物和植物体内脂肪的主要贮存形式。当体内碳水化合物、蛋白质或脂类过剩时,即可转变成甘油酯贮存起来。甘油酯为能源物质,氧化时可比糖或蛋白质释放出高两倍的能量。营养缺乏时,就要动用甘油酯提供能量。
②蜡:脂肪酸同长链脂肪族一元醇或固醇酯化形成蜡(如蜂蜡)。蜡的碳氢链很长,熔点要高于甘油酯。细胞中不含蜡质,但有的细胞可分泌蜡质。如:植物表皮细胞分泌的蜡膜;同翅目昆虫的蜡腺、如高等动物外耳道的耵聍腺。
2、磷脂
磷脂对细胞的结构和代谢至关重要,它是构成生物膜的基本成分,也是许多代谢途径的参与者。
分为甘油磷脂和鞘磷脂两大类。
3、糖脂
糖脂也是构成细胞膜的成分,与细胞的识别和表面抗原性有关。
4、萜类和类固醇类
这两类化合物都是异戊二烯(isoptene)的衍生物,都不含脂肪酸。
生物中主要的萜类化合物有胡萝卜素和维生素A、E、K等。还有一种多萜醇磷酸酯,它是细胞质中糖基转移酶的载体。
类固醇类(steroids)化合物又称甾类化合物,其中胆固醇是构成膜的成分。另一些甾类化合物是激素类,如雌性激素、雄性激素、肾上腺激素等。
三、酶与生物催化剂
(一)酶
酶是蛋白质性的催化剂,主要作用是降低化学反应的活化能,增加了反应物分子越过活化能屏障和完成反应的概率。酶的作用机制是,在反应中酶与底物暂时结合,形成了酶--底物活化复合物。这种复合物对活化能的需求量低,因而在单位时间内复合物分子越过活化能屏障的数量就比单纯分子要多。反应完成后,酶分子迅即从酶--底物复合物中解脱出来。
酶的主要特点是:具有高效催化能力、高度特异性和可调性;要求适宜的pH和温度;只催化热力学允许的反应,对正负反应的均具有催化能力,实质上是能加速反应达到平衡的速度。
(二)RNA催化剂
具有催化活性的RNA普遍存在于原核和真核生物中。一个典型的例子核糖体的肽基转移酶,过去一直认为催化肽链合成的是核糖体中蛋白质的作用,但事实上具有肽基转移酶活性和催化形成肽键的成分是RNA,而不是蛋白质,核糖体中的蛋白质只起支架作用。
真核细胞
真核细胞eukaryoticcell指含有真核(被核膜包围的核)的细胞。其染色体数在一个以上,能进行有丝分裂。还能进行原生质流动和变形运动。而光合作用和氧化磷酸化作用则分别由叶绿体和线粒体进行。除细菌和蓝藻植物的细胞以外,所有的动物细胞以及植物细胞都属于真核细胞。由真核细胞构成的生物称为真核生物。
真核生物包括我们熟悉的动植物以及微小的原生动物、单细胞海藻、真菌、苔藓等。真核细胞具有一个或多个由双膜包裹的细胞核,遗传物质包含于核中,并以染色体的形式存在。染色体由少量的组蛋白及某些富含精氨酸和赖氨酸的碱性蛋白质构成。真核生物进行有性繁殖,并进行有丝分裂。
原核细胞
原核细胞(prokaryoticcell)没有核膜,遗传物质集中在一个没有明确界限的低电子密度区,称为拟核(nucleoid)。DNA为裸露的环状分子,通常没有结合蛋白,环的直径约为2.5nm,周长约几十纳米。大多数原核生物没有恒定的内膜系统,核糖体为70S型,原核细胞构成的生物称为原核生物,均为单细胞生物。
组成原核生物的细胞。这类细胞主要特征是没有明显可见的细胞核,同时也没有核膜和核仁,只有拟核,进化地位较低。
古核细胞
古核细胞也称古细菌(archaebacteria):是一类很特殊的细菌,多生活在极端的生态环境中。
具有原核生物的某些特征,如无核膜及内膜系统;也有真核生物的特征,如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白;此外还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征,如:细胞膜中的脂类是不可皂化的;细胞壁不含肽聚糖,有的以蛋白质为主,有的含杂多糖,有的类似于肽聚糖,但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。
极端嗜热菌(themophiles):能生长在90℃以上的高温环境。如斯坦福大学科学家发现的古细菌,最适生长温度为℃,80℃以下即失活,德国的斯梯特(K.Stetter)研究组在意大利海底发现的一族古细菌,能生活在℃以上高温中,最适生长温度为98℃,降至84℃即停止生长;美国的J.A.Baross发现一些从火山口中分离出的细菌可以生活在℃的环境中。嗜热菌的营养范围很广,多为异养菌,其中许多能将硫氧化以取得能量。
极端嗜盐菌(extremehalophiles):生活在高盐度环境中,盐度可达25%,如死海和盐湖中。
极端嗜酸菌(acidophiles):能生活在pH值1以下的环境中,往往也是嗜高温菌,生活在火山地区的酸性热水中,能氧化硫,硫酸作为代谢产物排出体外。
极端嗜碱菌(alkaliphiles):多数生活在盐碱湖或碱湖、碱池中,生活环境pH值可达11.5以上,最适pH值8~10。
极端嗜盐菌的细胞壁由富含酸性氨基酸的糖蛋白组成,这种细胞壁结构的完整由离子键维持,高Na+浓度对于其细胞壁蛋白质亚单位之间的结合,保持细胞结构的完整性是必需的。当从高盐环境转到低盐环境后,一方面细胞壁蛋白解聚为蛋白质单体,使胞壁失去完整;另一方面细胞内外离子浓度平衡打破,细胞吸水膨胀,最终引起胞壁破裂,菌体完全自溶。
在它们生存环境中耐受或需要高盐浓度。如Halobacterium(一种嗜盐菌)生活在盐湖、盐田及含盐的海水中,它们可污染海盐并引起咸鱼及腌制的动物腐败。由于嗜盐菌细胞含类胡萝卜素,使大多数菌落呈红、粉红或橘红色。类胡萝卜素有利于保护它们抵御环境中强烈的阳光照射。有时嗜盐菌与某些藻类造成的污染将海水变成红色。
微生物,个体难以用肉眼观察的一切微小生物
微生物
个体难以用肉眼观察的一切微小生物
微生物包括:细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体,
现代定义
个体难以用肉眼观察的一切微小生物之统称。微生物包括细菌、病毒、真菌、和少数藻类等。(但有些微生物是肉眼可以看见的,像属于真菌的蘑菇、灵芝等。)病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的"非细胞生物",但是它的生存必须依赖于活细胞。根据存在的不同环境分为空间微生物、海洋微生物等,按照细胞机构分类分为原核微生物和真核微生物。
微生物,
个体微小,与人类关系密切。涵盖了有益跟有害的众多种类,广泛涉及食品、医药、工农业、环保、体育等诸多领域。
在中国大陆地区及台湾的教科书中,均将微生物划分为以下8大类:细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体。有些微生物是肉眼可以看见的,像属于真菌的蘑菇、灵芝、香菇等。还有微生物是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的"非细胞生物",但是它的生存必须依赖于活细胞。
主要特征
体小面大
一个体积恒定的物体,被切割的越小,其相对表面积越大。微生物体积很小,典型的例子:如一个球菌,其体积约1mm3,可是其表面积却很大。这个特征也赋予了微生物如代谢快等其他特性的基础。
吸多转快
微生物通常具有极其高效的生物化学转化能力。据研究,乳糖菌在1个小时之内能够分解其自身重量0-00倍的乳糖,产朊假丝酵母菌的蛋白合成能力是大豆蛋白合成能力的倍。
生长繁殖快
相比于大型动物,微生物具有极高的生长繁殖速度。大肠杆菌能够在12.5-20分钟内繁殖1次。不妨计算一下,1个大肠杆菌假设20分钟分裂1次,1小时3次,1昼夜24小时分裂24×3=72次,大概可产生万亿个(2的72次方),这是非常巨大的数字。但事实上,由于各种条件的限制,如营养缺失、竞争加剧、生存环境恶化等原因,微生物无法完全达到这种指数级增长。已知大多数微生物生长的最佳pH范围为7.0(6.6~7.5)附近,部分则低于4.0。
微生物的这一特性使其在工业上有广泛的应用,如发酵、单细胞蛋白等。微生物是人类不可或缺的好朋友。
原核生物
原核微生物(prokaryoticmicrobe):指核质和细胞质之间不存在明显核膜,其染色体由单一核酸组成的一类微生物。
原核微生物的核很原始,发育不全,只是DNA链高度折叠形成的一个核区,没有核膜,核质裸露,与细胞质没有明显界线,叫拟核或似核。原核微生物没有细胞器,只有由细胞质膜内陷形成的不规则的泡沫结构体系,如间体和光合作用层片及其他内折。也不进行有丝分裂。原核微生物形状细短,结构简单,多以二分裂方式进行繁殖的原核生物,是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体,是大自然物质循环的主要参与者。
原核微生物包括古菌(即古细菌)、真细菌、放线菌、蓝细菌、粘细菌、立克次氏体、支原体、衣原体和螺旋体。
微生物群
种类
原核;
真核:真菌、藻类(部分)、原生动物(部分)。
非细胞类:病毒和亚病毒。
一般地,在中国大陆地区的教科书中,均将微生物划分为以下7大类:
细菌、病毒、真菌、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体。
细菌
(1)定义:一类细胞细短,结构简单,胞壁坚韧,多以二分裂方式繁殖和水生性强的原核生物。
(2)分布:温暖,潮湿和富含有机质的地方。
(3)结构:主要是单细胞的原核生物,有球形,杆形,螺旋形。
基本结构:细胞膜细胞壁细胞质核质。
特殊结构:荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞。
(4)繁殖:主要以二分裂方式进行繁殖的。
(5)菌落:单个细菌用肉眼是看不见的,当单个或少数细菌在固体培养基上大量繁殖时,便会形成一个肉眼可见的,具有一定形态结构的子细胞群落。
菌落是菌种鉴定重要的依据。不同种类的细菌菌落的大小,形状光泽度颜色硬度透明度都不同。
放线菌
(1)定义:一类主要成菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物
(2)分布:含水量较低,有机物较丰富的,呈微碱性的土壤中。
(3)形态构造:主要由菌丝组成,包括基内菌丝和气生菌丝(部分气生菌丝可以成熟分化为孢子丝,产生孢子)。
(4)繁殖:通过形成无性孢子的形式进行无性繁殖。
无性繁殖有性繁殖。
(5)菌落:在固体培养基上:干燥,不透明,表面呈致密的丝绒状,彩色干粉。
病毒
(1)定义:一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的"非细胞生物",但是它的生存必须依赖于活细胞。
(2)结构:[fontclass="Apple-style-span"style="font-family:-webkit-monospace;font-size:13px;line-height:normal;white-space:pre-wrap;"]蛋白质衣壳以及核酸(核酸为DNA或RNA)[/font]。
(3)大小:一般直径在nm左右,最大的病毒直径为nm的牛痘病毒,最小的病毒直径为28nm的脊髓灰质炎病毒。
(4)增殖:病毒的生命活动中一个显著的特点为寄生性。病毒只能寄生在某种特定的活细胞内才能生活。并利用宿主细胞内的环境及原料快速复制增值。在非寄生状态时呈结晶状,不能进行独立的代谢活动。以噬菌体为例:吸附→DNA注入→复制、合成→组装→释放。(吸附-穿入-脱壳-生物合成-装配与释放)。
化学组成
C,H,O,N,P,S以及其他元素。
营养物质
1,水和无机盐
2,碳源:凡能为微生物提供生长繁殖所需碳元素的营养物质。
来源:周围环境中的有机物质,常用的有糖类、油脂、有机酸及有机酸酯和小分子醇。
作用:碳源对微生物生长代谢的作用主要为提供细胞的碳架,提供细胞生命活动所需的能量,提供合成产物的碳架。
3,氮源:凡能为微生物提供所必需氮元素的营养物质。
来源:周围环境中得有机无机含氮物质。
作用:主要用于合成蛋白质,核酸以及含氮的代谢产物。
4,能源:能为微生物生命活动提供最初能源来源的营养物质或辐射能。
5,生长因子:微生物生长不可缺少的微量有机物。
病源微生物
引起人和动物致病的微生物叫病源微生物,有八大类:
1,真菌:引起皮肤病。深部组织上感染。
2,放线菌:皮肤,伤口感染。
3,螺旋体:皮肤病,血液感染如梅毒,钩端螺旋体病。
4,细菌:皮肤病化脓,上呼吸道感染,泌尿道感染,食物中毒,败血压症,急性传染病等。
5,立克次体:斑疹伤寒等。
6,衣原体:沙眼,泌尿生殖道感染。
7,病毒:肝炎,乙型脑炎,麻疹,艾滋病等。
8,支原体:肺炎,尿路感染。
生物界的微生物达几万种,大多数对人类有益,只有一少部分能致病。有些微生物通常不致病,在特定环境下能引起感染称条件致病菌。能引起食品变质,腐败,正因为它们分解自然界的物体,才能完成大自然的物质循环。
作用
生活生产
微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。人类疾病中有50%是由病毒引起的。
微生物导致人类疾病的历史不断推进,也就相等于人类与之不断斗争的历史。在疾病的预防和治疗方面,人类取得了长足的进展,但是新现和再现的微生物感染还是不断发生,比如大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。
还有一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力,使许多菌株发生变异,导致耐药性的产生,人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异,最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异,这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。
微生物千姿百态,有些是腐败性的,即引起食品气味和组织结构发生不良变化。当然有些微生物是有益的,它们可用来生产如奶酪,面包,泡菜,啤酒和葡萄酒。微生物非常小,必须通过显微镜放大约0倍才能看到。比如中等大小的细菌,0个叠加在一起只有句号那么大。
微生物能够致病,能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂,但微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素,这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广泛应用于工业发酵,生产乙醇、食品及各种酶制剂等;一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等,并且可再生资源的潜力极大,称为环保微生物;还有一些能
在极端环境中生存的微生物,例如:高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境,依然存在着一部分微生物等等。看上去,我们发现的微生物已经很多,但实际上由于培养方式等技术手段的限制,人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。
微生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在,称为正常菌群,其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存,互惠互利。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收,菌群在这些过程中发挥的作用,以及细菌之间的相互作用机制还不明了。
一旦菌群失调,就会引起腹泻。
随着医学研究进入分子水平,人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。人们认识到,是遗传信息决定了生物体具有的生命特征,包括外部形态以及从事的生命活动等等,而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物体基因组携带的遗传信息,将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。
工业微生物涉及食品、制药、冶金、采矿、石油、皮革、轻化工等多种行业。通过微生物发酵途径生产抗生素、丁醇、维生素C以及一些风味食品的制备等;某些特殊微生物酶参与皮革脱毛、冶金、采油采矿等生产过程,甚至直接作为洗衣粉等的添加剂;另外还有一些微生物的代谢产物可以作为天然的微生物杀虫剂广泛应用于农业生产。通过对枯草芽孢杆菌的基因组研究,发现了一系列与抗生素及重要工业用酶的产生相关的基因。乳酸杆菌作为一种重要的微生态调节剂参与食
品发酵过程,对其进行的基因组学研究将有利于找到关键的功能基因,然后对菌株加以改造,使其更适于工业化的生产过程。国内维生素C两步发酵法生产过程中的关键菌株氧化葡萄糖酸杆菌的基因组研究,将在基因组测序完成的前提下找到与维生素C生产相关的重要代谢功能基因,经基因工程改造,实现新的工程菌株的构建,简化生产步骤,降低生产成本,继而实现经济效益的大幅度提升。对工业微生物开展的基因组研究,不断发现新的特殊酶基因及重要代谢过程和代谢
产物生成相关的功能基因,并将其应用于生产以及传统工业、工艺的改造,同时推动现代生物技术的迅速发展。
借鉴已经较为成熟的从人类病原微生物的基因组学信息筛选治疗性药物的方案,可以尝试性地应用到植物病原体上。特别像柑橘的致病菌这种需要昆虫媒介才能完成生活周期的种类,除了杀虫剂能阻断其生活周期以外,只能通过遗传学研究找到毒力相关因子,寻找抗性靶位以发展更有效的控制对策。固氮菌全部遗传信息的解析对于开发利用其固氮关键基因提高农作物的产量和质量也具有重要的意义。
在极端环境下能够生长的微生物称为极端微生物,又称嗜极菌。嗜极菌对极端环境具有很强的适应性,极端微生物基因组的研究有助于从分子水平研究极限条件下微生物的适应性,加深对生命本质的认识。
从进化的角度,微生物是一切生物的老前辈。如果把地球的年龄比喻为一年的话,则微生物约在3月20日诞生,而人类约在12月31日下午7时许出现在地球上。
细菌,是所有生物中数量最多的一类
广义的细菌即为原核生物。是指一大类细胞核无核膜包裹,只存在称作拟核区(nuclearregion)(或拟核)的裸露DNA的原始单细胞生物,包括真细菌(eubacteria)和古生菌(archaea)两大类群。
人们通常所说的即为狭义的细菌,
狭义的细菌为原核微生物的一类,是一类形状细短,结构简单,多以二分裂方式进行繁殖的原核生物,
是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体,是大自然物质循环的主要参与者。
种类简介
细菌主要由细胞膜、细胞质、核糖体等部分构成,有的细菌还有荚膜、鞭毛、菌毛等特殊结构。绝大多数细菌的直径大小在0.5~5μm之间。并可根据形状分为三类,即:球菌、杆菌和螺旋菌(包括弧菌、螺菌、螺杆菌)。按细菌的生活方式来分类,分为两大类:自养菌和异养菌,其中异养菌包括腐生菌和寄生菌。按细菌对氧气的需求来分类,可分为需氧(完全需氧和微需氧)和厌氧(不完全厌氧、有氧耐受和完全厌氧)细菌。按细菌生存温度分类,可分为喜冷、常温和喜高温三类。细菌的发现者:荷兰商人安东·列文虎克。
细菌(英语:Bacteria)是生物的主要类群之一,属于细菌域。细菌是所有生物中数量最多的一类,据估计,其总数约有5×10个[1]。细菌的个体非常小,目前已知最小的细菌只有0.2微米长,因此大多只能在显微镜下看到它们。细菌一般是单细胞,细胞结构简单,缺乏细胞核、细胞骨架以及膜状胞器,例如线粒体和叶绿体。基于这些特征,细菌属于原核生物(Prokaryota)。原核生物中还有另一类生物称作古细菌(Archaea),是科学家依据演化关系而另辟的类别。
为了区别,本类生物也被称做真细菌(Eubacteria)。
细菌广泛分布于土壤和水中,或著与其他生物共生。人体身上也带有相当多的细菌。据估计,人体内及表皮上的细菌细胞总数约是人体细胞总数的十倍。此外,也有部分种类分布在极端的环境中,例如温泉,甚至是放射性废弃物中,它们被归类为嗜极生物,其中最著名的种类之一是海栖热袍菌(Thermotogamaritima),科学家是在意大利的一座海底火山中发现这种细菌的。然而,细菌的种类是如此之多,科学家研究过并命名的种类只占其中的小部份。细菌域下所有门中,只有约一半能在实验室培养的种类。
细菌的营养方式有自养及异养,其中异营的腐生细菌是生态系中重要的分解者,使碳循环能顺利进行。部分细菌会进行固氮作用,使氮元素得以转换为生物能利用的形式。细菌也对人类活动有很大的影响。一方面,细菌是许多疾病的病原体,包括肺结核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由细菌所引发。然而,人类也时常利用细菌,例如乳酪及酸奶的制作、部分抗生素的制造、废水的处理等,都与细菌有关。在生物科技领域中,细菌有也著广泛的运用。
细菌的营养方式有自养及异养,其中异营的腐生细菌是生态系中重要的分解者,使碳循环能顺利进行。部分细菌会进行固氮作用,使氮元素得以转换为生物能利用的形式。
细菌是一种单细胞生物体,生物学家把这种生物归入“裂殖菌类”。细菌细胞的细胞壁非常像普通植物细胞的细胞壁,但没有叶绿素。因此,细菌往往与其他缺乏叶绿素的植物结成团块,并被看作属于“真菌”。细菌因为特别小而区别于其他植物细胞。实际上,细菌也包括存在着的最小的细胞。此外,细菌没有明显的核,而具有分散在整个细胞内的核物质。因此,细菌有时与称为“蓝绿藻”的简单植物细胞结成团块,蓝绿藻也有分散的核物质,但它还有叶绿素。人们越来越普遍地把细菌和其他大一些的单细胞生物归在一起,形成既不属于植物界也不属于动物界的一类生物,它们组成生命的第三界——“原生物界”。有些细菌是“病原的”细菌,其含义是致病的细菌。然而,大多数类型的细菌不是致病的,而的确常常是非常有用的。例如,土壤的肥沃在很大程度上取决于住在土壤中的细菌的活性。“微生物”,恰当地说,是指任何一种形式的微观生命。“菌株”一词用得更加普遍,因为它指的是任何一点小的生命,甚至是一个稍大一点的生物的一部分。例如,包含着实际生命组成部分的一个种子的那个部分就是胚芽,因此我们说“小麦胚芽”。此外,卵细胞和精子(载着最终将发育成一个完整生物的极小生命火花)都称为“生殖细胞”。然而,在一般情况下,微生物和菌株都用来作为细菌的同义词;而且确实尤其适用于致病的细菌。
形态结构
基本形态
(1)球菌:按其排列方式又可分为单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌,葡萄球菌和链球菌。
(2)杆菌:细胞形态较复杂,有短杆状、棒杆状、梭状、月亮状、分枝状。
(3)螺旋菌:可分为弧菌(螺旋不满一环)和螺菌(螺旋满2~6环,小的坚硬的螺旋状细菌)。
此外,人们还发现星状和方形细菌。
细胞大小
测量细菌大小的单位是微米(μm),球菌直径一般为0.5~1微米(μm),杆菌直径与球菌相似。
用途与危害
细菌对环境,人类和动物既有用处又有危害。一些细菌成为病原体,导致了破伤风、伤寒、肺炎、梅毒、霍乱和肺结核。在植物中,细菌导致叶斑病、火疫病和萎蔫。感染方式包括接触、空气传播、食物、水和带菌微生物。病原体可以用抗菌素处理,抗菌素分为杀菌型和抑菌型。
细菌通常与酵母菌及其他种类的真菌一起用于酦酵食物,例如在醋的传统制造过程中,就是利用空气中的醋酸菌(Acetobacter)使酒转变成醋。其他利用细菌制造的食品还有奶酪、泡菜、酱油、醋、酒、优格等。细菌也能够分泌多种抗生素,例如链霉素即是由链霉菌(Steptomyces)所分泌的。
细菌能降解多种有机化合物的能力也常被用来清除污染,称做生物复育(bioremediation)。举例来说,科学家利用嗜甲烷菌(methanotroph)来分解美国佐治亚州的三氯乙烯和四氯乙烯污染。
细菌也对人类活动有很大的影响。例如奶酪及优格的制作、部分抗生素的制造、废水的处理等,都与细菌有关。在生物科技领域中,细菌有也着广泛的运用。
细菌益肠胃
身体大肠内的细菌靠分解小肠内部的废弃物生活。这些东西由于不可消化,人体系统拒绝处理它们。这些细菌自己装备有一系列的酶和新陈代谢的通道。这样,它们能够继续把遗留的有机化合物进行分解。它们中的大多数的工作都是分解植物中的碳水化合物。大肠内部大部分的细菌是厌氧性的细菌,意思就是它们在没有氧气的状态下生活。它们不是呼出和呼入氧气,而是通过把大分子的碳水化合物分解成为小的脂肪酸分子和二氧化碳来获得能量。这一过程称为“发酵”。
一些脂肪酸通过大肠的肠壁被重新吸收,这会给我们提供额外的能源。剩余的脂肪酸帮助细菌迅速生长。其速度之快可以使它们在每20分钟内繁殖一次。因为它们合成的一些维生素B和维生素K比它们需要的多,所以它们非常慷慨地把多余的维生素供应给它们这个群体中其他的生物,也提供给你——它们的宿主。尽管你不能自己生产这些维生素,但你可以依靠这些对你非常友好的细菌来源源不断供应给你。
科学家们刚刚开始明白这一集体中不同的细菌之间的复杂关系,以及它们同人这个宿主之间的相互作用。这是一个动态的系统,随着宿主在饮食结构和年龄上的变化,这一系统也做出相应的调整。你一出生就开始在体内汇集你所选择的细菌的种类。当你的饮食结构从母乳变为牛奶,又变成不同的固体食物时,你的体内又会有新的细菌来占据主导地位了。
积聚在大肠壁上的细菌是经历过艰难旅程后的幸存者。从口腔开始经过小肠,他们受到消化酶和强酸的袭击。那些在完成旅行后而安然无恙的细菌在到达时会遇到更多的障碍。要想生长,它们必须同已经住在那里的细菌争夺空间和营养。幸运的是,这些“友好的”细菌能够非常熟练地把自己粘贴到大肠壁上任何可利用的地方。这些友好的细菌中的一些可以产生酸和被称为“细菌素”的抗菌化合物。这些细菌素可以帮助抵御那些令人讨厌的细菌的侵袭。
那些友好的细菌能够控制更危险的细菌的数量,增加人们对“前生命期”食物的兴趣。这种食物含有培养菌,酸奶就是其中的一种。在你喝下一瓶酸奶的时候,检查一下标签,看一看哪种细菌将会成为你体内的下一批客人。这就是益生菌。
真菌,自成一门,和植物、动物和细菌相区别真菌,是一种真核生物。最常见的真菌是各类蕈类,另外真菌也包括霉菌和酵母。现在已经发现了七万多种真菌,估计只是所有存在的一小半。大多真菌原先被分入动物或植物,现在成为自己的界,分为四门。真菌自成一门,和植物、动物和细菌相区别。真菌和其他三种生物最大的不同之处在于,真菌的细胞有含甲壳素(又叫几丁质、甲壳素、壳多糖)为主要成分的细胞壁,和植物的细胞壁主要是由纤维素组成的不同。
真菌与细菌和病毒区别
植物和动物都是由细胞组成的,细胞内都有细胞核,
而微生物中只有真菌具有真正的细胞核和完整的细胞器,故又称真核细胞型微生物;
细菌仅有原始核结构,无核膜和核仁,细胞器很少,属于原核细胞型微生物;
而病毒则没有细胞结构,属于原生微生物。
所以,虽然有些真菌也很微小,也能使人生病,但它与细菌和病毒有着本质的区别。
简介
真菌(Fungus)一词的“拉丁文”Fungus原意是蘑菇。真菌是生物界中很大的一个类群,世界上已被描述的真菌约有1万属12万余种(属与种都是单位,且属大于种),真菌学家戴芳澜教授估计中国大约有4万种(种为单位)。按照林奈(Linneaus)的两界分类系统,人们通常将真菌门,分为鞭毛菌亚门、接合菌亚门、子囊菌亚门、担子菌亚门和半知菌亚门。真菌通常又分为三类,即酵母菌、霉菌和蕈菌(大型真菌),它们归属于不同的亚门,其中大型真菌是指能形成肉质或胶质的子实体或菌核,大多数属于担子菌亚门,少数属于子囊菌亚门,担子菌亚门是一群多种多样的高等真菌,多数种具有食用和药用价值,如银耳、金针菇、竹荪、牛肝菌、灵芝等,但也有豹斑毒伞、马鞍、鬼笔蕈等有毒种。另外,半知菌亚门中约有属是农作物和森林病害的病原菌,还有些属是能引起人类和一些动物皮肤病的病原菌,如稻瘟病菌,可以引起苗瘟、节瘟和谷里瘟等。
真菌的细胞既不含叶绿体,也没有质体,是典型异养生物。它们从动物、植物的活体、死体和它们的排泄物,以及断枝、落叶和土壤腐殖质中、来吸收和分解其中的有机物,作为自己的营养。真菌的异养方式有寄生和腐生。
真菌常为丝状和多细胞的有机体,其营养体除大型菌外,分化很小。高等大型菌有定型的子实体。除少数例外,真菌都有明显的细胞壁,通常不能运动,以孢子的方式进行繁殖。
常见的真菌感染多为白色念珠菌、阴道纤毛菌、放线菌等。盐水涂片中注意寻找真菌孢子、菌丝或纤毛菌丛。
相关概念
假菌丝
某些酵母如假丝酵母经出芽繁殖后,子细胞结成长链,并有分枝,称为假菌丝。细胞间连接处较为狭窄,如藕节状,一般没有隔膜。
抗菌素
亦称“抗生素”。主要指微生物所产生的能抑制或杀死其他微生物的化学物质,如青霉素、金霉素、春雷霉素、庆大霉素等。从某些高等植物和动物组织中也可提得抗菌素。有些抗菌素,如氯霉素和环丝氨酸,化学结构,可以获得性能较好的新抗菌素,如半合成的新型青霉素。在医学上,广泛地应用抗菌素以治疗许多微生物感染性疾病和某些癌症等。在畜牧兽医学方面,不仅用来防治某些传染病,有些抗菌素还可用以促进家禽、家畜的生长。在农林业方面,可用以防治植物的微生物性病害。在食品工业上,则可用作某些食品的保存剂。
作用机理
1、阻碍细菌细胞壁的合成,导致细菌在低渗透压环境下膨胀破裂死亡。哺乳动物的细胞没有细胞壁,不受这类药物的影响。喹诺酮类抗生素三大不良反
2、与细菌细胞膜相互作用,增强细菌细胞膜的通透性、打开膜上的离子通道,让细菌内部的有用物质漏出菌体或电解质平衡失调而死。
3、与细菌核糖体或其反应底物(如tRNA、mRNA)相互所用,抑制蛋白质的合成——这意味着细胞存活所必需的结构蛋白和酶不能被合成。
4、阻碍细菌DNA的复制和转录,阻碍DNA复制将导致细菌细胞分裂繁殖受阻,阻碍DNA转录成mRNA则导致后续的mRNA翻译合成蛋白的过程受阻。
基本分类
糖的衍生物
主要由氨基己糖的衍生物组成。
多肽类抗生素
主要或全部由氨基酸组成,有多肽或蛋白质的某些特性。
多烯类抗生素
分子结构中有多个双键。
大环内酯抗生素
由一个或多个单糖组成并与碳链一起形成一个巨大的芳香内酯化合物。
四环类抗生素
都具有四个缩合苯环。
嘌呤类抗生素
都含有嘌呤环。
基本特点
直接作用于菌体细胞
抗生素则能选择性地作用于菌体细胞DNA、RNA和蛋白质合成系统的特定环节,干扰细胞的代谢作用,妨碍生命活动或使停止生长,甚至死亡。而不同于无选择性的普通消毒剂或杀菌剂。
具有选择性抗生谱合理应用抗生素治疗小儿急
抗生素的作用具有选择性,不同抗生素对不同病原菌的作用不一样。对某种抗生素敏感的病原菌种类称为该抗生素的抗生谱(抗菌谱)。
有效作用浓度
抗生素是一种生理活性物质。各种抗生素一般都在很低浓度下对病原菌就发生作用,这是抗生素区别于其他化学杀菌剂的又一主要特点。各种抗生素对不同微生物的有效浓度各异,通常以抑制微生物生长的最低浓度作为抗生素的抗菌强度,简称有效浓度。有效浓度越低,表明抗菌作用越强。
不良反应
1、神经系统毒性反应;
2、造血系统毒性反应;
3、肝、肾毒性反应;
4、胃肠道反应;
5、抗生素可致菌群失调,引起维生素B族和K缺乏;
6、抗生素的过敏反应一般分为过敏性休克、血清病型反应、药热、皮疹、血管神经性水肿和变态反应性心肌损害等。
7、抗生素后遗效应是指停药后的后遗生物效应。
基本用途
1、抗生素最主要用于医疗方面。
2、对抗在人或动物体内的致病菌等病原体,可治疗大多数细菌、立克次体、支原体、衣原体、螺旋体等微生物感染导致的疾病。
3、对于病毒、朊毒体等结构简单的病原体所引起的疾病没有效用。
4、除了抗细菌性的感染外,某些抗生素还具有抗肿瘤活性,用于肿瘤的化学治疗。
5、有些抗生素还具有免疫抑制作用。
6、抗生素除用于医疗,还应用于生物科学研究、农业、畜牧业和食品工业等方面。
7、在畜牧业和农业中非治疗用途的抗生素,称为抗生素生长促进剂。
霉菌
亦称“丝状菌”。属真菌。体呈丝状,丛生,可产生多种形式的孢子。多腐生。种类很多,常见的有根霉、毛霉、曲霉和青霉等。霉菌可用以生产工业原料(柠檬酸、甲烯琥珀酸等),进行食品加工(酿造酱油等),制造抗菌素(如青霉素、灰黄霉素)和生产农药(如“”、白僵菌)等。但也能引起工业原料和产品以及农林产品发霉变质。另有一小部分霉菌可引起人与动植物的病害,如头癣、脚癣及番薯腐烂病等。
酵母菌
酵母菌的生殖方式分无性繁殖和有性繁殖两大类。
无性繁殖包括:芽殖,裂殖,芽裂。
有性繁殖方式:子囊孢子。
属真菌。体呈圆形、卵形或椭圆形,内有细胞核、液泡和颗粒体物质。通常以出芽繁殖;有的能进行二等分分裂;有的种类能产生子囊孢子。广泛分布于自然界,尤其在葡萄及其他各种果品和蔬菜上更多。是重要的发酵素,能分解碳水化合物产生酒精和二氧化碳等。生产上常用的有面包酵母、饲料酵母、酒精酵母和葡萄酒酵母等。有些能合成纤维素供医药使用,也有用于石油发酵的。
啤酒酵母(Saccharomyces)属酵母菌属。细胞呈圆形、卵形或椭圆形。以出芽繁殖,能形成子囊孢子。在发酵工业上,可用来发酵生产酒精或药用酵母,也可通过菌体的综合利用提取凝血质、麦角固醇、卵磷脂、辅酶甲与细胞色素丙等产品。
红曲霉素(Monascuspurpureus)属于囊菌纲,曲霉科。菌丝体紫红色。无性生殖时,茵丝分枝顶端形成单独的或一小串球形或梨形的分生抱子。有性生殖时,产生球形、橙红色的闭囊果,内生含有八个子囊孢子的子囊。红曲霉可制红曲、酿制红乳腐和生产糖化酶等。
假丝酵母(Candida)
一属能形成假菌丝、不产生子囊孢子的酵母。不少的假丝酵母能利用正烷烃为碳源进行石油发酵脱蜡,并产生有价值的产品。其中氧化正烷烃能力较强的假丝酵母多是解脂假丝酵母(C.lipolytica)或热带假丝酵母(C.tropicalis)。有些种类可用作饲料酵母;个别种类能引起人或动物的疾病。
白色念珠菌(Candidaalbicans)
或亦称“白色假丝酵母”。一种呈椭圆形、行出芽繁殖的假丝酵母。通常存在于正常人的口腔、肠道、上呼吸道等处,能引起鹅口疮等口腔疾病或其他疾病。
黄曲霉(Aspergillusflavus)
半知菌类,黄曲霉群的一种常见腐生真菌。多见于发霉的粮食、粮食制品或其他霉腐的有机物上。菌落生长较快,结构疏松,表面黄绿色,背面无色或略呈褐色。菌体由许多复杂的分枝菌丝构成。营养菌丝具有分隔;气生菌丝的一部分形成长而粗糙的分生孢子梗,梗的顶端产生烧瓶形或近球形的顶囊,囊的表面产生许多小梗(一般为双层),小梗上着生成串的表面粗糙的球形分生孢子。分生孢子梗、顶囊、小梗和分生孢于合成孢子穗。可用于生产淀粉酶、蛋白酶和磷酸二酯酶等,也是酿造工业中的常见菌种。黄曲霉毒素。早在六世纪时,《齐民要术》中就有用“黄衣”、“黄蒸”两种麦曲来制酱的记载,这两种黄色的麦曲,主要由黄曲霉一类微生物产生的大量孢子和蛋白酶、淀粉酶所组成。
白地霉(Geotrichumcandidum
属真菌。菌落平面扩散,组织轻软,乳白色。菌丝生长到一定阶段时,断裂成圆柱状的裂生抱子。菌体生长最适宜的温度为28℃。常见于牛奶和各种乳制品(如酸牛奶和乳酪)中;在泡菜和酱上,也常有白地霉。可用来制造核苦酸、酵母片等。
抗生菌
亦称“拮(颉)抗菌”。能抑制别种微生物的生长发育,甚至杀死别种微生物的一些微生物。其中有的能产生抗菌素,主要是放线菌及若干真菌和细菌等。如链霉菌产生链霉素,青霉菌产生青霉素,多粘芽抱杆菌产生多粘菌素等。
毒性及病原性
对人类致病的真菌分浅部真菌和深部真菌,前者侵犯皮肤、毛发、指甲,为慢性,对治疗有顽固性,但影响身体较小,后者可侵犯全身内脏,严重的可引起死亡。此外有些真菌寄生于粮食、饲料、食品中,能产生毒素引起中毒性真菌病。
真菌与生活
环境的再循环
真菌像细菌和微生物一样都是分解者,就是一些分解死亡生物的有机物的生物。真菌将生物分解为各类无机物,使土地肥力增强。
食物与真菌
还有些真菌也成为重要的食物来源。可食用的蕈菌有多种,如冬菇、草菇、木耳、云耳等。以及真菌所侵入后的生(动,植物)物空壳,如冬虫夏草。
还有的真菌用于食物加工,例如酵母菌用于面包等加工,酿酒也需要真菌。
致病的真菌
在农业、林业和畜牧业中,真菌又有有害的一面。真菌能引起植物多种病害,从而造成巨大的经济损失。例如,年欧洲由于马铃薯晚疫病的流行摧毁了5/6的马铃薯,中国由于年的小麦锈病和年的稻瘟病而使小麦和水稻各减产60亿千克。
真菌还可引起动、植物和人类的多种疾病,在人类主要有三种类型:①.真菌感染;②.变态反应性疾病;③.中毒性疾病。
共生关系
植物的根和真菌也有共生关系,和真菌共生的根称为菌根。
外生菌根(Ectomycorrhizae):真菌的菌丝在根的表面形成菌丝体包在幼根的表面,有时也侵入皮层细胞间,但不进入细胞内,此时以菌丝代替了根毛的功能,增加了根系的吸收面积,如松等;
内生菌根(endomycorrhizae):菌丝通过细胞壁侵入到表皮和皮层细胞内,加强吸收机能,促进根内的物质运输,如柑橘、核桃等;
内外生菌根:也有菌丝不仅包在幼根表面同时也深入到细胞中,称内外生菌根,如苹果、柳树等。
菌丝吸收水分、无机盐等供给植物,同时产生植物激素和维生素B等促进根系的生长;植物供给真菌糖类、氨基酸等有机养料。
能形成菌根的高等植物0多种,如侧柏、毛白杨、银杏、小麦、葱等;
具菌根的植物在没有真菌存在时不能正常生长,因此造林时须事先接种和感染所需真菌,以利于荒地上成功造林。
病毒,可以感染几乎所有具有细胞结构的生命体病毒(英语:virus,中文旧称"滤过性病毒"),是由一个核酸分子(DNA或RNA)与蛋白质构成的非细胞形态,靠寄生生活的介于生命体及非生命体之间的有机物种,它既不是生物亦不是非生物,目前不把它归于五界(原核生物、原生生物、真菌、植物和动物)之中。
它是由一个保护性外壳包裹的一段DNA或者RNA,借由感染的机制,这些简单的有机体可以利用宿主的细胞系统进行自我复制,但无法独立生长和复制。病毒可以感染几乎所有具有细胞结构的生命体。第一个已知的病毒是烟草花叶病毒,由马丁乌斯·贝杰林克于年发现并命名,迄今已有超过种类型的病毒得到鉴定。
研究病毒的科学称为病毒学,是微生物学的一个分支。
病毒由两到三个成分组成:
病毒都含有遗传物质(RNA或DNA,只由蛋白质组成的朊毒体并不属于病毒);
所有的病毒也都有由蛋白质形成的衣壳,用来包裹和保护其中的遗传物质
;此外,部分病毒在到达细胞表面时能够形成脂质包膜环绕在外。
病毒的形态各异,从简单的螺旋形和正二十面体形到复合型结构。
病毒颗粒大约是细菌大小的百分之一。
病毒的起源目前尚不清楚,不同的病毒可能起源于不同的机制
:部分病毒可能起源于质粒(一种环状的DNA,可以在细胞内复制并在细胞间进行转移),而其他一些则可能起源于细菌。
病毒特征
是颗粒很小、以纳米为测量单位、结构简单、寄生性严格,以复制进行繁殖的一类非细胞型微生物。病毒是比细菌还小、没有细胞结构、只能在细胞中增殖的微生物。由蛋白质和核酸组成。大部分要用电子显微镜才能观察到。
原指一种动物来源的毒素。"virus"一词源于拉丁文。病毒能增殖、遗传和演化,因而具有生命最基本的特征,至今对它还没有公认的定义。
其主要特点是:
①形体极其微小,一般都能通过细菌滤器,因此病毒原叫"滤过性病毒",必须在电子显微镜下才能观察。
②没有细胞构造,其主要成分仅为核酸和蛋白质两种,故又称"分子生物";
③每一种病毒只含一种核酸,不是DNA就是RNA。
④既无产能酶系,也无蛋白质和核酸合成酶系,只能利用宿主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质成分。
⑤以核酸和蛋白质等"元件"的装配实现其大量繁殖。
⑥在离体条件下,能以无生命的生物大分子状态存在,并长期保持其侵染活力。
⑦对一般抗生素不敏感,但对干扰素敏感。
⑧有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中,并诱发潜伏性感染。
⑨还有些病毒是没有DNA或RNA的,例如朊病毒。严格来讲朊病毒不是病毒,它是亚病毒,亚病毒是类似于病毒,但是只有RNA或只有蛋白质的一种类生物,朊病毒属于只有蛋白质的那一类,它以病毒为寄主。
病毒的分类:
从遗传物质分类:DNA病毒、RNA病毒、蛋白质病毒(如:朊病毒)
从病毒结构分类:真病毒(Euvirus,简称病毒)和亚病毒(Subvirus,包括类病毒、拟病毒、朊病毒)
从寄主类型分类:噬菌体(细菌病毒)、植物病毒(如烟草花叶病毒)、动物病毒(如禽流感病毒、天花病毒、HIV等)[1]
从性质来分:温和病毒(例如HIV)、烈性病毒(例如狂犬病毒)。
病毒的形态
⑴球状病毒;⑵杆状病毒;⑶砖形病毒;⑷冠状病毒;⑸丝状病毒
⑹轮状病毒;⑺有包膜的球状病毒;⑻具有球状头部的病毒;⑼封于包含体内的昆虫病毒。
病毒粒的对称体制:
病毒粒的对称体制只有两种,即螺旋对称(代表烟草花叶病毒)和二十面体对称(等轴对称,代表腺病毒)。一些结构较复杂的病毒,实质上是上述两种对称相结合的结果,故称作复合对称(代表T偶数噬菌体)
病毒的大小
多数病毒直径在nm(20~nm),较大的病毒直径为-纳米(nm),较小的病毒直径仅为18-22纳米
病毒的组成
病毒主要由内部的遗传物质和蛋白质外壳组成。由于病毒是一类非细胞生物体,故单个病毒个体不能称作"单细胞",这样就产生了病毒粒或病毒体(virion)。病毒粒有时也称病毒颗粒或病毒粒子(virusparticle),专指成熟的、结构完整的和有感染性的单个病毒。核酸位于它的中心,称为核心(core)或基因组(genome),蛋白质包围在核心周围,形成了衣壳(capsid).衣壳是病毒粒的主要支架结构和抗原成分,有保护核酸等作用。衣壳是由许多在电镜下可辨别的形态学亚单位(subunit)--衣壳粒(capsomere)所构成。核心和衣壳合称核心壳(nucleocapsid)。有些较复杂的病毒,(一般为动物病毒,如流感病毒),其核心壳外还被一层含蛋白质或糖蛋白(glycoprotein)的类脂双层膜覆盖着,这层膜称为包膜(envelope)。包膜中的类脂来自宿主细胞膜。有的包膜上还长有刺突(spike)等附属物。包膜的有无及其性质与该病毒的宿主专一性和侵入等功能有关。
昆虫病毒中有1类多角体病毒,其核壳被蛋白晶体所包被,形成多角形包涵体。
病毒的复制过程叫做复制周期。其大致可分为连续的五个阶段:吸附、侵入、增殖、成熟(装配)、裂解(释放)。
简单理解
病毒,是一类不具细胞结构,具有遗传、复制等生命特征的微生物。一般为球状病毒、杆状病毒和蝌蚪状病毒。
病毒同所有的生物一样,具有遗传、变异、进化的能力,是一种体积非常微小,结构极其简单的生命形式,病毒有高度的寄生性,完全依赖宿主细胞的能量和代谢系统,获取生命活动所需的物质和能量,离开宿主细胞,它只是一个大化学分子,停止活动,可制成蛋白质结晶,为一个非生命体,遇到宿主细胞它会通过吸附、进入、复制、装配、释放子代病毒而显示典型的生命体特征,所以病毒是介于生物与非生物的一种原始的生命体。
特性介绍
病毒性质的两重性;
一、病毒生命形式的两重性
1.病毒存在的两重性病毒的生命活动很特殊,对细胞有绝对的依存性。其存在形式有二:一是细胞外形式,一是细胞内形式。存在于细胞外环境时,则不显复制活性,但保持感染活性,是病毒体或病毒颗粒形式。进入细胞内则解体释放出核酸分子(DNA或RNA),借细胞内环境的条件以独特的生命活动体系进行复制,是为核酸分子形式。
⒉病毒的结晶性与非结晶性病毒可提纯为结晶体。我们知道结晶体是一个化学概念,是很多无机化合物存在的一种形式,我们可以认为某些病毒有化学结晶型和生命活动型的两种形式。
3.颗粒形式与基因形式病毒以颗粒形式存在于细胞之外,此时,只具感染性。一旦感染细胞病毒解体而释放出核酸基因组,然后才能进行复制和增殖,并产生新的子代病毒。有的病毒基因组整合于细胞基因组,随细胞的繁殖而增殖,此时病毒即以基因形式增殖,而不是以颗粒形式增殖,这是病毒潜伏感染的一种方式。
二、病毒结构和功能的两重性
1.标准病毒与缺陷病毒在病毒的增殖过程中,由于其基因组因某种微环境因素的影响或转录过程的错误而发生突变,以致有装配不全的病毒颗粒产生,称为缺陷病毒,产生缺陷病毒的原亲代病毒,则称为标准病毒,缺陷病毒颗粒有干扰标准病毒繁殖的作用。
2.假病毒与真病毒一种细胞有两种病毒同时感染的情况,在增殖过程中,一种病毒可以穿上本身的外壳,这就是真病毒,是这种病毒的应有"面目";如果一种病毒的核酸被以另一病毒外壳来编码,则称为假病毒,此时一种病毒的本来性质,被另一种病毒的性质所掩盖。
3.杂种病毒和纯种病毒两种病毒混合感染时,除了出现假型病毒外,还有可能出现病毒核酸重组的情况,即一种病毒颗粒之中,可含有两种病毒的遗传物质,此可称为杂种病毒,这是病毒学中一个相当常见的现象。
三、病毒病理学的两重性
1.病毒的致病性和非致病性关于致病性和非致病性问题,是同宿主细胞相对而言的,在分子水平、细胞水平和机体水平,可能有不同的含义。在细胞水平有细胞病变作用,但在机体水平可能并不显示临床症状,此可称为亚临床感染或不显感染。
2.病毒感染的急性和慢性病毒感染所致的临床症状有急、慢之分,有的病毒一般只表现急性感染而很少表现慢性感染;有的则既有急性过程,也有慢性过程。
对病毒的概念可以是:病毒是代谢上无活性,有感染性,而不一定有致病性的因子,他们小于细胞,但大于大多数大分子,他们无例外地在生活细胞内繁殖,他们含有一个蛋白质或脂蛋白外壳和一种核酸,DNA或RNA,甚至只含有核酸而没有蛋白质,或只有蛋白质而没有核酸,它们作为大分子似乎太复杂,作为生物体它们的生理和复制方式又千姿百态。Lwoff在"病毒的概念"一文中强调病毒的特殊性时指出,"病毒应该就是病毒,因为它们是病毒"。
病毒分类
结构分类
国际病毒分类委员会(ICTV)第七次报告(),将所有已知的病毒根据核酸类型分为DNA病毒--单股DNA病毒,DNA病毒--双股DNA病毒,DNA与RNA反转录病毒,RNA病毒--双股RNA病毒,RNA病毒--单链、单股RNA病毒,裸露RNA病毒及类病毒等八大类群。此外,还增设亚病毒因子一类。这个报告认可的病毒约0种,设有三个病毒目,64个病毒科,9个病毒亚科,个病毒属,其中29个病毒属为独立病毒属。亚病毒因子类群,不设科和属。包括卫星病毒和prion(传染性蛋白质颗粒或朊病毒)。一些属性不很明确的属称暂定病毒属。
病毒在自然界分布广泛,可感染细菌、真菌、植物、动物和人,常引起宿主发病。但在许多情况下,病毒也可与宿主共存而不引起明显的疾病。
Cafeteriaroenbergensis病毒
Cafeteriaroenbergensis病毒的发现模糊了什么是活的有机体,以及什么是非生命之间的界限。Cafeteriaroenbergensis,是一种世界上最大、最复杂的海洋病毒,该病毒主要感染那些吃海洋生态系统中非常重要和分布广泛的浮游生物的掠食者。大多数的病毒都是轻装旅行的。它们仅仅携带了合成新病毒所需的少量基因,并依赖其宿主的机制来完成剩下的工作。年10月,加拿大温哥华市不列颠哥伦比亚大学的MatthiasG.Fischera和同事发现了一种被称为Cafeteriaroenbergensis飞病毒--它携带了令人难以置信的约73万个脱氧核糖核酸(DNA)碱基对,其中包括超过个类似于基因的区域。年10月25日,研究人员在美国《国家科学院院刊》(PNAS)网络版上报告了这一研究成果。这也使得这种病毒成为已知最大的海洋病毒,它甚至比一些细菌所具有的DNA还要多。
这种病毒主要感染那些吃海洋生态系统中非常重要和分布广泛的浮游生物的掠食者。这种病毒的基因组比一些细胞生物的基因组还大。此外,Cafeteriaroenbergensis病毒成为目前(年10月)已知的世界最大海洋病毒和第二大病毒,排名仅次于淡水病毒--多噬棘阿米巴模仿病毒,后者拥有万个碱基对。这种病毒可能还是一大组未知但是具有生态重要性的海洋巨型病毒的代表。
研究人员推测,与较小的病毒相比,例如艾滋病病毒(HⅣ)或疱疹病毒,这种病毒--能够感染Cafeteriaroenbergensis,后者是一种猎食性的单细胞有机体,能够捕食海洋中的细菌和其他病毒--在其蛋白质的合成过程中扮演了一个更加积极的角色。研究人员指出,这种病毒拥有大量基因,这些基因通常被活细胞用于修复它们的DNA损伤以及合成蛋白质和糖。它还拥有编码病毒复制需要但是必须从宿主生物那里获取的一些蛋白质的基因。
科学家一般不会把病毒划归为活的生物体,这是因为病毒无法独立复制,但是像这样的巨大病毒--具有它们自己的蛋白质合成机制以及其他通常在活体细胞中才能够完成的功能--模糊了什么是活的有机体,以及什么是非生命之间的界限。唯一已知的较大病毒能够感染一种淡水变形虫,且被认为是一个近亲。
流感病毒是根据其表面结构来命名的。H代表了血凝素,它的作用是让病毒能够结合宿主细胞;N代表了神经氨酸苷酶,其作用是让已经自我复制的病毒从细胞中释放出去。甲型流感中H可分为16个亚型,N可分为9个亚型。所有这些亚型的病毒都曾从鸟类体内分离出来过。
医学分类
一,呼吸道病毒及肠道病毒
麻疹病毒,脊髓灰质炎病毒,柯萨奇病素
二,虫媒病毒及出血热病毒
流行性乙型脑炎病毒,登革病毒,出血热病毒,汉坦病毒,埃博拉病毒
三,狂犬病病毒与逆转录病毒
狂犬病病毒,人类免疫缺陷病毒,人类嗜T细胞病毒
四,肝炎病毒
甲型肝炎病毒,乙型肝炎病毒,丙型肝炎病毒,丁型肝炎病毒,戊型肝炎病毒
五,疱疹病毒
单纯疱疹病毒,水痘-带状疱疹病毒,巨细胞病毒,EBV
六,其他病毒
人类乳头瘤病毒,轮状病毒,冠状病毒,风疹病毒
病毒感染使用抗生素无效,不推荐感染时使用抗生素。干扰素作为处方药,不得随意购买和使用,遵照医嘱使用。
病毒的形态也是多样的:球状(包括二十面体),如脊髓灰质炎病毒和有包膜的如疱疹病毒;杆状(包括棒状),如烟草花叶病毒;丝状,如甜菜黄花病毒;弹状,如水疱性口炎病毒;复杂构型,如蝌蚪状的T偶数噬菌体。有些病毒在细胞内呈自然晶体排列。
细胞水平上的感染类型和宿主反应
很早发现噬菌体感染有裂解性和溶源性之分。以大肠杆菌的λ噬菌体为例,裂解性感染于经历上述复制周期后产生大量子代病毒粒而将细菌裂解;而溶源性感染时,噬菌体DNA环化并整合到大肠杆菌DNA的特异性位点上,随着细菌的分裂而传给子代细菌,细菌不被裂解也不产生子代病毒粒。营养条件、紫外线或化学药物都能使溶性源感染转化为裂解性。动物的DNA病毒如SV40、腺病毒、疱疹病毒等于感染敏感细胞(称为容许细胞)后,形成裂解性感染,而于感染不大敏感的细胞(称为不容许细胞)后,则形成转化性感染。转化性感染与溶源性感染相似,病毒DNA或其片段整合于细胞染色体上,并随细胞分裂而传给子代细胞,表达其部分基因(一般为早期基因),但不产生子代病毒粒,细胞也不死亡,但被转化成类似于肿瘤细胞,可无限地传代。另一方面,RNA肿瘤病毒(如鸡肉瘤病毒)必须先将其RNA反转录成dsDNA并整合到细胞染色体上,才能进行复制,所以这种感染方式是独特的,既是转化性感染,又产生大量病毒粒。
宿主细胞对病毒感染的反应有4种:无明显反应、细胞死亡、细胞增生后死亡和细胞转化。例如,副粘病毒SV5在细胞培养中产生大量病毒而不引起明显反应。多数病毒感染敏感细胞时,由于抑制了细胞核酸和蛋白质合成而引起细胞死亡。痘病毒感染时,先刺激细胞多次分裂然后死亡,造成痘疱病灶。DNA病毒和RNA肿瘤病毒则引起细胞转化。
有些动物病毒于感染宿主细胞后,在胞核或细胞质内形成具有特殊染色特性的内含物,称为包涵体,如痘病毒的细胞质内包涵体和疱疹病毒的胞核内包涵体。这些包涵体有的是由未成熟或成熟
的病毒粒构成,有的是宿主细胞的反应产物,有的是两者的混合物。有些昆虫病毒的病毒粒包埋在蛋白基质中,形成包涵体如核型多角体病毒。
脊椎动物细胞感染病毒后的另一种反应是产生干扰素。干扰素是一种动物细胞编码的蛋白,其基因平常处于不活动状态,于病毒感染或经双链RNA诱导后活化。干扰素有广谱的抗病毒作用,但并不直接作用于病毒,其作用机制是通过与细胞膜结合,激活具有抗病毒作用的3种酶,阻断了病毒mRNA的翻译。干扰素在防止病毒扩散和疾病恢复中有一定作用,并有可能成为一种抗病毒药物。
机体水平上的感染类型和宿主反应
高等动、植物感染病毒后,可表现为显性感染和持续感染,动物病毒还可表现为隐性感染。隐性感染无临床症状,显性感染表现为临床疾病;在持续感染中,病毒在机体内长期存在。动物病毒的持续感染又分为潜伏感染、慢性感染和长程感染3类。潜伏感染如疱疹,平常无症状也查不到病毒,但由于内外因素的刺激而复发时出现病毒;慢性感染如乙型肝炎,有或无症状,但可查到病毒;长程感染限于少数病毒,如绵羊的Maedi-visna(一种反录病毒感染)可查到病毒;潜伏期和病程都很长,进行性发病直至死亡。
高等动物能对病毒感染产生特异性免疫反应。免疫反应分为体液免疫和细胞免疫两类,体液免疫表现为由B细胞产生的抗体,其中包括能特异地灭活病毒的中和抗体。中和抗体在预防再感染中起主导作用。细胞免疫的主要表现是识别病毒抗原并发生反应的T淋巴细胞,在清除病毒和病毒感染细胞中起主导作用。
植物细胞对病毒常有过敏反应,细胞迅速死亡,形成枯斑,同时病毒复制也受到限制。另一种反应是产生一种很象干扰素的抗病毒因子,能保护未受感染的细胞。
比如:EV71肠道病毒
据专家介绍,肠道病毒EV71是人肠道病毒的一种,简称EV71,俗称手足口病,一年四季都可发生,常见于4~9月,主要通过唾液、疱疹液、粪便污染的手、毛巾、手绢、牙杯、玩具、食具、奶具及床上用品、内衣等密切接触传播,常引起儿童手足口病、病毒性咽峡炎,重症患儿可出现肺水肿、脑炎等,统称为肠道病毒EV71感染疾病。该病多发生于儿童,尤其3岁以下婴幼儿多发,少数病情较重,严重的会引起死亡。
患儿感染肠道病毒EV71后,多以发热起病,一般为38℃左右,发热同时在口腔、手足、臀部出现皮疹,或出现口腔粘膜疱疹。
部分病人早期有咳嗽等感冒样表现。发热1~2天后开始出现皮疹,通常出现在手掌和足底,也可以出现在臀部。有的患儿不发热,只表现为手、足、臀部皮疹或疱疹性咽峡炎,病情较轻。大多数患儿在一周以内体温下降、皮疹消退,病情恢复。
中国疾病预防控制中心专家介绍说,如果发现孩子发烧、有皮疹等症状,医院就诊。
孩子患病后应暂停去幼儿园和学校,避免传染给他人,防止再感染其他疾病。
专家强调,患儿的家庭应使用肥皂、84消毒液对日常用品、玩具、尿布进行消毒,对奶具、餐具煮沸消毒。患儿粪便及其他排泄物可用消毒剂或漂白粉消毒;将衣被阳光暴晒,室内保持通风换气。
春夏是肠道病毒感染容易发生的季节,要讲究环境卫生、食品卫生和个人卫生。不喝生水、不吃生冷食物,饭前便后洗手,保持室内空气流通。尽量不要带婴幼儿去人群密集的场所。哺乳的母亲要勤洗澡、勤换衣服,喂奶前要清洗奶头。
在托幼机构、小学等儿童集体生活、学习的场所,专家建议要做好晨间体检,发现有发热、皮疹的孩子,要立即医院就诊,同时报告相关部门。如发现有发热、皮疹的孩子后,要立即对玩具、被褥、桌椅等进行消毒;同时做好食堂、卫生间、教室等的消毒处理。
危害
致瘤作用
有一些病毒能诱发良性肿瘤,如痘病毒科的兔纤维瘤病毒、人传染性软疣病毒和乳多泡病毒科的乳头瘤病毒;另有一些能诱发恶性肿瘤,按其核酸种类可分为DNA肿瘤病毒和RNA肿瘤病毒。DNA肿瘤病毒包括乳多泡病毒料的SV40和多瘤病毒,以及腺病毒科和疱疹病毒科的某些成员,从肿瘤细胞中可查出病毒核酸或其片段和病毒编码的蛋白,但一般没有完整的病毒粒。RNA肿瘤病毒均属反录病毒科,包括鸡和小鼠的白血病和肉瘤病毒,从肿瘤细胞中可查到病毒粒。这两类病毒均能在体外转化细胞。在人类肿瘤中,已证明EB病毒与伯基特淋巴瘤和鼻咽癌有密切关系;从一种T细胞白血病查到反录病毒。此外,Ⅱ型疱疹病毒可能与宫颈癌病因有关,乙型肝炎病毒可能与肝癌病因有关。但是,病毒大概不是唯一的病因,环境和遗传因素可能起协同作用。
病毒感染常发生在感冒等上呼吸道感染后,病毒颗粒可由血循环直接进入内耳血循环中,引起耳蜗毛细胞、神经节细胞及微血管等结构的破坏。病毒亦可经圆窗侵入内耳,引起迷路炎等病损,引起耳聋。
起源
对于病毒的起源曾有过种种推测;一种观点认为病毒可能类似于最原始的生命;另一种认为病毒可能是从细菌退化而来,由于寄生性的高度发展而逐步丧失了独立生活的能力,例如由腐生菌→寄生菌→细胞内寄生菌→支原体→立克次氏体→衣原体→大病毒→小病毒;还有一种则认为病毒可能是宿主细胞的产物。这些推测各有一定的依据,因此病毒在生物进化中的地位是未定的。但是,不论其原始起源如何,病毒一旦产生以后,同其他生物一样,能通过变异和自然选择而演化。
分类
病毒分类命名的工作现由国际病毒分类委员会负责,已于..和年发表过4次报告。
年将资料较齐全而能分类的病毒划分为7大群,分群的根据是基因组的核酸种类(DNA或RNA)、类型(ds或ss)和有无包膜。
7大群中包括59个科组:
dsDNA,有包膜4科
dsDNA,无包膜8科,1组
ssDNA,无包膜3科,1组
dsRNA,有包膜1科
dsRNA,无包膜1科,4个可能科
ssRNA,有包膜8科,1组
ssRNA,无包膜4科,22组,1个可能组
如按宿主分类,则为:
细菌病毒10科
真菌病毒3个可能科
植物病毒24组,1个可能组
无脊椎动物病毒2科,1组
脊椎动物病毒9科
无脊椎、脊椎动物共有的病毒有6科,即痘病毒科虹彩病毒科、小DNA病毒科、披膜病毒科、布尼亚病毒科和小RNA病毒科,以及一个可能科,即二节段双链RNA病毒。
无脊椎、脊椎动物和植物共有的病毒有2科,即呼肠孤病毒科和弹状病毒科。
病毒分类还处于初期阶段,以后还会迅速发展和演变。对资料较齐全的动物病毒和噬菌体都已立为科,科名采用拉丁文;而植物病毒则只立组,组名多采用缩拼法,即将某科的典型代表病毒的普通名称如Tobac
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