原核细胞和真核细胞

原核细胞和真核细胞

20世纪60年代初，著名生物学家里斯（H.Ris）根据结构的差异将细胞分为原核细胞和真核细胞，整个生物界被分为原核生物（prokaryote）和真核生物（eukaryote）。几乎所有的原核生物都是单一的原核细胞，真核生物可分为单细胞真核生物和多细胞真核生物。事实上，原核细胞和真核细胞的差别不仅在于有无细胞核，还在于遗传信息的传递、基因表达信号的转导和代谢。

原核细胞的进化状态是比较原始的，因为没有典型的核结构而命名，主要代表是细菌。原核细胞很小，直径从0.12μm到10μm不等，被质膜包围，质膜外有一层坚硬的细胞壁。原核细胞的细胞壁由一种称之为胞壁质的蛋白多糖所组成，这种蛋白多糖在真核细胞的细胞壁中是不存在的。此外，有些原核细胞在其细胞壁中还含有其他多糖和类脂；有些原核细胞的细胞壁还分泌一层黏质，如蓝藻外的胶质鞘；有些原核细胞依靠鞭毛运动，但其鞭毛结构比真核细胞简单（图1-1）。有的原核生物（细菌）在细胞壁上有丝状突起（菌毛），这些突起是细胞表面的附属物。

图1-1　原核细胞和真核细胞的比较示意图

原核细胞最主要的特征是DNA区域没有核膜包围，这一区域称为拟核（nucleoid）。原核细胞的DNA通常是一个没有组蛋白结合的裸露的环状DNA。与真核细胞相比，原核细胞的基因组非常小，仅由106～107bp（碱基对）组成。在有些原核细胞中，除基因组DNA外，还有一些小的环形DNA，称为质粒（plasmid）。质粒的长度为1 000～3 000 bp，它可以在细胞质中自我复制，通常包含抗性基因，可使细胞对抗生素（antibiotic）（如氨苄西林、四环素等）不敏感。

原核细胞的另一个特征是缺乏线粒体、内质网、高尔基复合体和溶酶体等膜性细胞器以及非膜性结构的细胞骨架。然而，原核细胞的细胞质中含有大量的核糖体和一些特殊的细胞膜结构，如间体。间体是质膜内陷折叠形成的囊状结构，常见于分裂期细菌的隔或横壁旁。间体可能在DNA复制中起支点作用。间体中含有细胞色素和琥珀酸脱氢酶，因此其可能与能量代谢有关。原核细胞由5 000～50 000个核糖体组成，沉降系数为70S，由大亚基（50S）和小亚基（30S）组成。

原核细胞经过一个漫长的进化过程发展成为真核细胞。原始的真核细胞出现于12亿～16亿年前。真核细胞的出现是生命进化和发展的又一次飞跃。真核细胞是具有大量遗传信息、结构和功能的复杂细胞，有许多更为复杂的功能单位。

在亚显微结构水平上，真核细胞可分为三个基本结构系统。

（1）以脂质及蛋白质为基本结构的生物膜系统(https://www.daowen.com)

真核细胞中有双层核膜包围的真正的细胞核，它使真核细胞的基因表达得以准确调控。真核细胞的各种重要的膜性细胞器，如内质网、高尔基复合体、溶酶体等被膜分离，形成了更精细的结构和更特异的功能。原核细胞没有核膜包围的细胞核和膜性细胞器，这是真核细胞和原核细胞的主要区别之一。

（2）以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息载体与表达系统

真核细胞遗传信息的复制、转录和翻译的装置和程序较原核细胞更加复杂。真核细胞中遗传信息的存储、传递和表达系统是一个由DNA、RNA和蛋白质组成的复杂系统，DNA与组蛋白等结合形成染色质，染色质的结构、DNA修饰酶和转录因子（transcription factor，TF）等共同调控基因的转录。真核细胞的转录和翻译有严格的阶段性与区域性，而原核细胞的转录和翻译可以同时进行，这是两类细胞的另一个主要区别。

（3）由特异蛋白质组装构成的细胞骨架系统

真核细胞的骨架系统是由一些特异的蛋白质组装而成的网络系统，在细胞形态和细胞器定位方面起着支架作用，在细胞的物质运输、信号转导、分裂、分化和迁移等方面也起着重要的作用。

真核细胞和原核细胞的主要区别详见表1-1。

表1-1　原核细胞和真核细胞的主要区别