古細菌有什麼特別之處?

時間 2021-05-31 18:47:08

1樓:Victor

真細菌的壁主要由含壁酸的肽聚醣構成

古細菌的細胞壁沒有胞壁酸和D-氨基酸,不存在肽聚醣

因此溶菌酶以及抑制肽聚醣前體合成的環絲氨酸、抑制肽聚醣合成的青黴素與萬古黴素等對古細菌沒有作用

真細菌的質膜和真核細胞相同,由脂質和蛋白質構成,脂質由帶有分支的C-H鏈末端以酯鍵與甘油結合

古細菌的質膜也是由脂質和蛋白質構成,但脂質末端是醚鍵和甘油結合;膜脂中還有7%-30%為非極性脂質——鯊烯衍生物

古菌細胞膜中存在獨特的單分子層膜或單、雙分子層混合膜,例如極端耐熱菌的質膜是由C40四乙醚組成的單層膜。

圖源:翟中和等《細胞生物學》第四版,第18頁

往往介於原核細胞和真核細胞之間

DNA和組蛋白結合成類似核小體結構

tRNA和rRNA,甚至部分編碼蛋白質的基因中有內含子

RNA聚合酶為複雜多聚體

翻譯起始的氨基酸為Met

tRNA的TψC 臂上無胸腺嘧啶等等

多數古細菌類的核醣體雖然也是70S,但其中的RNA與蛋白質性質更接近真核生物

真細菌和古細菌的5S rRNA相差很遠

針對細菌核醣體的抗生素不能抑制古菌核醣體的蛋白質合成

美國科學家Carl Woese從2023年起利用16S rRNA建立分子演化樹來衡量生物間的相互關係,2023年發布文章指出利用這種分類方法發現了新類群Archaebacteria(古細菌),2023年更名為Archaea(古生菌或古菌),其分類地位更加接近真核細胞。

2樓:李應山

自人們能從顯微鏡中觀測到細胞以來,一直到20世紀的中後期,人們一直將生物分為兩界-原核生物與真核生物。這種分類法一般是基於細胞的形態、代謝、以及一些生化性質特徵的。但是在2023年,分子進化學家Emile Zuckerlandl和Linus Pauling提出通過比較不同物種的基因序列來判斷它們之間的親緣關係。

這種方法也一直沿用到現在,是現代分子進化領域的基石。那個時候古細菌仍然被認為是和細菌是一類的。直到2023年Carl Woese用基於RNA的系統進化方法將古細菌和真細菌分開,認為古細菌和真細菌存在根本性的差別。

從那以後,人們不斷發現新的證據支援把古細菌單獨分出來。現在我們來看一下古細菌跟真細菌以及真核生物之間的異同之處。

1.基因組轉錄的酶(圖一):DNA-dependent RNA polymerase (DdRP).

從分子層面,古細菌的DdRP和真核生物的DdRP更相近。因此,從基因組轉錄方面來說,古細菌和真核生物的親緣關係更近。

圖一:真細菌(Bacteria)、古細菌(Archaea)和真核生物(Eukaryote)中控制轉錄的DNA-dependent RNA polymerase (DdRP)的結構. Jun et al.

, 2012 Critical reviews in biochemistry and molecular biology.

2. 蛋白質翻譯(圖二):古細菌和真核生物合成蛋白質的時候,起始氨基酸都是用的甲硫氨酸(methionine),而細菌則用的是N-甲醯甲硫氨酸(N-Formylmethionine)——在甲硫氨酸的氮端加了乙個甲酸基團。

這顯示出在蛋白質合成層面,古細菌和真核生物的親緣關係更近一些。另外,從控制蛋白質翻譯的延伸階段的酶的角度上說,古細菌和真核生物的親緣關係也更近一些,比如古細菌和真核生物的EF-2和EF-G對白喉毒素敏感,而細菌的相關酶對白喉毒素卻是不敏感的。

圖二:Methionine和N-Formylmethionine的化學結構。

3. 組成細胞膜的磷脂(圖三):真細菌和真核生物的細胞膜一般是脂鍵相連的磷脂(Ester-linked phospholipid)組成的,而古細菌的細胞膜成分一般是乙醚相連的磷脂(Ether-linked phospholipid)。

圖三:Dean and Lodhi 2018, Protein & Cell.

綜上,在生命活動最重要的一些過程中(比如基因組的轉錄和翻譯),古細菌和真核生物在很多方面更接近,因此現在生物學界幾乎一致認同把古細菌單獨拿出來組成三界系統。

Dean, J. M., & Lodhi, I.

J. (2018). Structural and functional roles of ether lipids.

Protein & Cell,9(2), 196-206.

Jun, S. H., Reichlen, M.

J., Tajiri, M., & Murakami, K.

S. (2011). Archaeal RNA polymerase and transcription regulation.

Critical reviews in biochemistry and molecular biology,46(1), 27-40.

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