原核生物（prokaryote）和真核生物（eukaryote）的特征及其区别分析

灰藻生物

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| 引言

原核生物和真核生物是两大类生物，它们都是由细胞组成的，都有细胞膜和细胞质，遗传物质都是核酸，都能通过DNA复制和RNA转录来传递遗传信息。但是，它们的细胞结构有很大的差异。原核生物的细胞没有核膜，DNA分子散在细胞质中，形成拟核。原核生物的细胞质也缺乏复杂的细胞器，只有核糖体。原核生物的代表有细菌、蓝藻等。真核生物的细胞有核膜，DNA分子包裹在核膜内，形成细胞核。真核生物的细胞质有多种细胞器，如线粒体、叶绿体、高尔基体等。真核生物的代表有动物、植物、真菌等。为了深入理解原核生物和真核生物之间的差异，本文将从它们的定义、特征以及细胞结构等方面进行分析。

图1、原核生物和真核生物  来源： https://microbenotes.com/differences-between-prokaryotes-and-eukaryotes/

| 原核生物（prokaryote）

1、定义

原核生物是没有真核的单细胞生物，它们的结构和功能都很原始。原核生物这个词来自两个希腊词，‘pro’意思是‘在……之前’，‘karyon’意思是‘核’。原核生物被认为是地球上最早的生命形式，因为它们是最简单的生命。

图2、原核生物  来源： https://microbenotes.com/differences-between-prokaryotes-and-eukaryotes/

2、特征

原核细胞的一般特征如下：

（1）一般来说，原核生物的大小从0.1到5.0微米不等，比真核细胞小得多。

（2）原核生物的形状有球形、杆形、螺旋形和弧形等。但是，自然界中也存在一些形状变异的原核细胞。

（3）原核细胞的细胞结构很原始，因为它们没有膜结合的细胞核和其他膜结合的细胞器。

（4）原核细胞的遗传物质是由单条DNA组成的单个染色体。

（5）一种重要的蛋白质，组蛋白，它在真核细胞的染色体上结合，但在原核细胞中缺失。

（6）原核细胞也没有核仁和有丝分裂装置。

（7）原核细胞的细胞壁是非纤维素的，由碳水化合物和脂质组成。

（8）原核细胞是无性的，因此通过无性方式繁殖，不形成配子。

3、细胞结构

原核细胞的结构不像真核细胞那么复杂，因为它们有原始的细胞器。一般来说，大多数原核细胞有以下几个部分：

（1）胶囊

这是一些原核细胞外面的额外覆盖物，用来保护细胞免受外来入侵者的攻击。胶囊由多糖组成，使细胞能够附着在各种表面，并保持细胞内的水分。

（2）细胞壁

细胞壁是一些原核细胞内部的坚硬结构层，位于胶囊之内。大多数原核细胞的细胞壁由碳水化合物和脂质的聚合物组成，称为肽聚糖。然而，在古生菌细胞中，细胞壁不含肽聚糖，而是含有另一种结构，叫做假肽聚糖。它由蛋白质和其他聚合物组成。细胞壁给细胞提供形状，同时保护细胞质中的细胞器。

（3）细胞膜/质膜/细胞质膜

在细胞壁的下面是由磷脂组成的细胞膜。磷脂形成了一个双层，由由甘油连接的疏水的磷酸盐头和两个亲水的脂肪酸尾组成的脂质组成。在古细菌中，磷脂的尾部通常是相连的，形成一个单层而不是双层的结构。原核细胞的质膜为细胞提供保护，同时允许必需的分子进出细胞。

（4）细胞质

细胞质是指细胞膜内部的整个空间。它包含了一种类似凝胶的细胞液和含有对细胞必需的矿物质和其他离子的水溶液。此外，细胞质还包含了其他的细胞结构，如染色体和核糖体。

（5）核糖体

所有的原核细胞都有70S的核糖体。70S的核糖体由两个亚基组成，分别是30S和50S。其中，50S的亚基包含23S和5S的rRNA，30S的亚基包含16S的rRNA。核糖体是原核细胞中最常见的内部结构。不同的原核细胞的核糖体的大小和数量各不相同。核糖体负责形成多肽链，进而形成蛋白质。

（6）类核区

核区是原核细胞中细胞质内的一个区域，包含了一个单一的环状染色体和一些叫做质粒的细胞外DNA小环。单一的环状染色体是一份遗传物质的单拷贝，与真核细胞中的两份DNA相对比。原核基因组的大小也比真核基因组小。质粒则是在染色体外独立复制的。这些质粒可能携带一些非必需的基因。

（7）附属物

许多原核细胞有细胞附属物，从细胞表面伸出，如鞭毛、菌毛和菌丝。鞭毛是许多原核细胞中最常见的附属物。它们是尾巴状的结构，帮助细胞移动。菌丝是细长的丝状结构，用于将细胞粘附在各种表面上。菌毛则是更长的丝状结构，在不同的细胞中有不同的作用。其中一个例子是性菌毛，它将两个细胞连接在一起，通过共生作用传递DNA分子。

4、繁殖方式

正如前面提到的，原核细胞通过无性生殖方式繁殖，不形成配子。原核细胞的一些无性生殖方式有：

（1）二分裂

1）二分裂是一种无性生殖方式，其中一个活的细胞或细胞器长到原来的两倍大小，然后分裂成两个相同的子细胞，每个子细胞都有可能长到原来细胞或细胞器的大小。二分裂是许多原核细胞的繁殖方式，包括古生菌、蓝细菌和真细菌。在这个过程中，母细胞的遗传物质平均分配到两个子细胞中。因此，在新形成的原核细胞中没有遗传变异。

2）二分裂的步骤

①细胞的DNA分裂成两个相同的DNA分子，它们都移动到细胞膜的不同位置。

②细胞然后增大一倍，细胞膜慢慢开始分裂，每个部分都有一份DNA的拷贝。

③当细胞膜的分裂完成后，细胞壁在两条DNA之间形成，将母细胞分裂成两个相同的子细胞。

（2）重组

原核细胞的另一种无性生殖方式是通过重组。在这种情况下，一个细胞的遗传物质通过转导、转化和接合的方式被另一个原核细胞吸收。

1）在接合过程中，两个细胞通过性菌毛连接，通过菌毛进行基因的转移。

2）在转化过程中，原核细胞从环境中摄取遗传物质，并将其整合到细菌染色体中。

3）在转导过程中，基因的交换是通过病毒感染发生的。噬菌体先感染一个细菌，然后取走目标基因，并将其转移到另一个细胞中。

5、示例

（1）细菌细胞

细菌是一种单细胞生物，分布在世界各地的所有生态系统中。细菌细胞的细胞壁由肽聚糖组成，使其坚硬而厚实。胶囊是一些细菌特有的，因此可能不存在于其他原核细胞中。细菌的遗传物质以环状染色体的形式存在。细菌细胞的例子有大肠杆菌（E. coli）、链霉菌（Streptomyces spp）、假单胞菌（Pseudomonas spp）等。

（2）古生菌细胞（古细菌）

古生菌细胞与细菌细胞相似，它们也是原始的单细胞生物。古生菌细胞主要生活在极端环境中，如温泉、海洋和沼泽地。古生菌细胞没有胶囊，细胞壁由蛋白质组成的假肽聚糖构成。同样，古生菌细胞的细胞膜有一个磷脂的单层，保护细胞免受恶劣环境的影响。古生菌细胞的例子有嗜盐菌（Halobacterium spp）、热浆菌（Thermoplasma spp）、硫叶菌（Sulfolobus spp）等。

| 真核生物（eukaryote）

1、定义

真核生物是一种结构和功能都很复杂的细胞，它们有一个有膜的清晰定义的细胞核和其他有膜的细胞器。“真核生物”这个词是由希腊语单词“eu”（意思是“真”）和“karyon”（意思是“核”）组成的。与原核生物相比，真核细胞有着更先进的结构组成。由于这些进步，真核细胞能够执行比原核细胞更复杂的功能。

图3、真核生物  来源： https://microbenotes.com/differences-between-prokaryotes-and-eukaryotes/

2、特征

真核细胞的一般特征如下：

（1）真核生物的大小明显大于原核细胞，直径范围在10-100微米。

（2）真核生物的形状随着细胞的类型而有很大的差异。有些细胞是多形的，像变形虫，而有些细胞有一个确定的形状，像植物细胞。细胞的形状受到环境因素和其他功能适应的很大影响。

（3）真核细胞有着更先进的细胞组织，有多个有膜的细胞器和清晰定义的细胞核。

（4）真核生物的遗传物质是DNA，它是线性的，并且有多个复制起点。

（5）真核细胞的细胞核被一个复杂的核膜包围。细胞核中的染色体与组蛋白结合，形成线性染色体，而不是原核生物的环状染色体。

（6）一些真核生物有细胞壁，它是由纤维素或其他碳水化合物组成的。

（7）一些真核细胞，像酵母细胞，通过有丝分裂或裂解进行无性繁殖，而其他细胞进行有性繁殖。

3、细胞结构

真核生物的大小比原核细胞大得多，体积大约是原核细胞的10000倍。真核细胞由许多有膜和无膜的细胞器组成，它们共同协作，支持细胞的组织和功能。真核细胞的常见部分/组成如下：

（1）细胞壁

细胞壁存在于一些真核细胞中，如一些原生生物、真菌和植物细胞。植物和一些原生生物的细胞壁由纤维素微纤维和嵌入于果胶多糖基质中的多糖网络组成。真菌细胞的细胞壁的组成不同，因为真菌细胞的细胞壁由另一种多糖，几丁质，组成。然而，细胞壁的功能在真核细胞中是相似的。细胞壁为真核细胞提供支撑和形状。

（2）细胞膜/质膜/细胞质膜

真核细胞的细胞膜位于细胞壁的内侧。在没有细胞壁的细胞中，细胞膜作为最外层的覆盖物，将细胞内部的内容与外部环境分隔开。质膜由磷脂双层构成，两层之间嵌入有整合蛋白。细胞膜的组成在真核生物和原核生物中是相似的。

（3）细胞质

真核细胞的细胞质是一个充满液体的空间，容纳了所有的内部细胞器和其他分子。细胞质由类似果冻的细胞液和含有矿物质、离子和其他分子的水溶液组成。真核细胞的细胞质量比原核细胞高，因为真核细胞的细胞体积更丰富。

（4）细胞核

细胞核是真核细胞细胞质中的一个细胞器。它比原核细胞的细胞核复杂，因为细胞核被一个与质膜组成相似的核膜包围。真核细胞的基因组存在于细胞核内，它与各种蛋白质，如组蛋白，结合在一起。在细胞核内，DNA分子排列成染色体，它们是线性的，更有组织。此外，细胞核还包含一个核仁，它没有被膜包围，但有组成核糖体和rRNA的蛋白质。

（5）核糖体

在真核细胞中，核糖体是80S型的，包含60S和40S的亚基。较大的亚基由5S RNA，28S RNA和蛋白质组成，而较小的亚基由18S RNA和33个蛋白质组成。真核细胞中的核糖体要么附着在内质网上，要么自由存在于细胞质中。

（6）线粒体和质体

线粒体和质体是真核细胞细胞质中的有膜细胞器。线粒体和质体都有一个细胞外的DNA，它调节细胞器的功能。在线粒体中，外膜由磷脂双层构成，而内膜折叠成嵴，细胞的主要生理功能就在这里进行。质体存在于植物和藻类的真核细胞中，它们为细胞提供颜色。此外，质体还有一种绿色的色素，叶绿素，它是光合作用所必需的。

（7）细胞骨架结构

许多真核细胞有细胞质突起，如鞭毛和纤毛，它们参与细胞的运动、摄食和感觉。这些结构主要由微丝和微管支持的微管蛋白组成。细胞骨架结构也存在于细胞质中，它们为细胞提供形状和支撑。

4、繁殖方式

一些真核细胞只能通过无性方式分裂，而另一些真核细胞既能通过有性方式也能通过无性方式分裂。

（1）无性繁殖

无性繁殖在所有真核细胞中都很常见，除了形成雄性和雌性配子的生殖细胞。无性繁殖最常见的方式是有丝分裂，细胞长到原来的两倍大小，然后分裂成两个相同的子细胞。单细胞真菌和原生生物通过出芽分裂，新的细胞以链状形式出现在分裂细胞的表面。像二分裂和多分裂这样的过程也在原始真核细胞中观察到。一些真菌也通过孢子形成进行无性分裂/繁殖。

（2）有性繁殖

植物和动物的生殖系统的细胞通过有性方式分裂。在这种方式中，细胞通过减数分裂形成四个子细胞，每个子细胞的染色体数是母细胞的一半。真核细胞的有性繁殖是造成不同细胞变异的原因。

5、示例

（1）植物细胞

植物细胞是真核生物的例子，它们有一个由纤维素组成的厚细胞壁，为细胞提供形状和结构。每个植物细胞在细胞质中有一个较大的液泡，维持细胞的渗透压。另外，植物细胞在真核细胞中是独一无二的，因为它们有含有叶绿素的叶绿体，叶绿素在光合作用过程中起着重要的作用。

图4、植物细胞  来源： https://microbenotes.com/differences-between-prokaryotes-and-eukaryotes/

（2）动物细胞

动物细胞是另一类没有刚性细胞壁的真核生物。动物细胞缺乏细胞壁，使得细胞能够获得不同的形状，并协助吞噬作用和胞饮作用。动物细胞与植物细胞不同，因为它们有一个较小的液泡，而且没有叶绿体。动物细胞有额外的细胞器，中心粒，它产生在细胞分裂过程中所需的有丝分裂装置。

图5、动物细胞  来源： https://microbenotes.com/differences-between-prokaryotes-and-eukaryotes/

（3）真菌细胞

真菌细胞与植物细胞相似，它们也有一个刚性的细胞壁。但是，细胞壁是由几丁质而不是纤维素组成的。一些真菌是单细胞的，像酵母，它们的细胞膜上有微小的孔，允许细胞交换细胞质和其他细胞器。

（4）原生生物

原生生物是与植物或动物细胞相比较原始的单细胞真核生物。大多数原生生物没有细胞壁，而有些可能有。许多原生生物有含有叶绿素的叶绿体，而其他一些可能有其他的光合色素。原生生物有纤毛和鞭毛，它们帮助细胞运动。

| 原核生物和真核生物的区别

原核生物和真核生物的区别包括以下几个方面：

| 总结

原核生物和真核生物是两种不同的细胞类型，它们在结构、功能和进化上有很大的差异。了解它们的特征和相互关系对于生命科学研究有着重要的意义。

原核生物是最早出现的生命形式，它们没有细胞核和有膜细胞器，但具有高效和多样的代谢能力，可以适应各种极端的环境。原核生物包括细菌、古菌和蓝藻，它们在地球上的生物圈中发挥着重要的作用，参与了碳、氮、硫等元素的循环，也是其他生物的食物来源和共生伙伴。原核生物的研究可以帮助我们理解生命的起源和早期演化，也可以为医学、农业、工业和环境保护等领域提供有用的信息和资源。

真核生物是后来出现的生命形式，它们有一个有膜的细胞核和多个有膜细胞器，表现出更复杂的组织和功能。真核生物包括藻类、真菌、原生动物、植物和动物，它们构成了地球上的多细胞生物，形成了丰富的生态系统和生物多样性。真核生物的研究可以帮助我们理解生命的多样化和进化，也可以为生物技术、医药、农业和生态保护等领域提供有价值的知识和应用。

总之，原核生物和真核生物是生命科学研究的重要对象，它们反映了生命的不同阶段和方面，也为我们提供了探索生命奥秘和改善人类生活的机会。

参考文献

1、Cooper GM. The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000. The Origin and Evolution of Cells. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9841/.

2、 Murray, Patrick R. (2016). Medical Microbiology.Eighth edition. India: Elsevier Inc.

3、 https://www.livescience.com/65922-prokaryotic-vs-eukaryotic-cells.html

4、 https://www.technologynetworks.com/cell-science/articles/prokaryotes-vs-eukaryotes-what-are-the-key-differences-336095

5、 https://www.sciencefacts.net/prokaryotes-vs-eukaryotes.html

6、 https://www.microscopemaster.com/prokaryotes.html

7、 https://microbenotes.com/differences-between-prokaryotes-and-eukaryotes/

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更新日期：2023-12-15