“原核细胞和真核细胞”相关概念解析

赵锦程 刘 馨

(内蒙古北方重工业集团有限公司第三中学 包头 014030)

1 原核细胞是否有染色体

真核细胞中的染色质是由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量的RNA组成，存在于间期细胞的细胞核中，呈线状[1]。真核细胞的染色体是指在有丝分裂(或减数分裂)的特定时期，由染色质高度螺旋化形成的棒状结构。染色体和染色质在化学成分上没有区别，区别主要在于包装程度的不同。

对于原核细胞，一些文献和高中生物学教材中都提到“原核细胞没有染色体，但有一个环状的DNA分子，位于细胞内特定的区域，这个区域叫做拟核”，拟核中的DNA没有形成真正的染色体结构。但是，DNA也在RNA和少量的类组蛋白(拟核蛋白，不同于真核细胞中的组蛋白)的协助下进行了高效的包装，在不到1 μm3的拟核空间中，折叠着长达1200～1400 μm的环状DNA[1]。虽然细菌拟核中的DNA与真核细胞的染色体不同，但在一些科普读物或者文献中会出现“细菌染色体”这样的名称，或称为细菌染色体DNA。

那么，原核细胞到底有染色体吗？这与染色体的定义有关。狭义上的染色体(质)指的是DNA与组蛋白、非组蛋白等物质结合，形成的复合物；是可以被碱性染料染成深色的物质；在有丝分裂或者减数分裂过程中染色质和染色体发生周期性的转变。从这个意义上讲，由于原核细胞不存有丝分裂和减数分裂，所以也不存在染色体。而广义上的染色体指DNA的载体，也就是DNA与特定的蛋白质结合形成的线状复合物。所以，从广义上来理解，细菌存在染色体。在高中生物学教学中，为了避免不必要的麻烦，建议使用染色体的狭义定义，即细菌不存在染色体。

2 原核细胞的分裂方式是否属于无丝分裂

高中生物学教材中提到“真核细胞的分裂方式有三种：有丝分裂、减数分裂、无丝分裂”，而关于原核细胞的分裂方式教材中并没有提到。大多教师在对比讲解原核细胞和真核细胞时，会总结：原核细胞的分裂方式主要为二分裂。那么，二分裂是否属于无丝分裂呢？

真核细胞的一些细胞在细胞分裂中因出现纺锤丝，故称为有丝分裂(减数分裂可看作是一种特殊的有丝分裂)，或者间接分裂；而无丝分裂过程中不出现纺锤丝和染色体的变化。1841年，雷马克(Remak)在研究鸡胚的红细胞时首次发现细胞的无丝分裂，后来在很多生物体内观察到无丝分裂，例如动物的肾小管上皮细胞 、围心腔上皮细胞 、肝细胞 、乳腺上皮细胞。

多数文献将原核细胞的分裂方式归为无丝分裂，因为原核细胞的分裂，没有严格的阶段，也没有染色质和染色体的交替，更不存在纺锤丝，所以称为无丝分裂，或者直接分裂[1]。但是，原核细胞的无丝分裂与真核细胞的无丝分裂存在很大的差异。细菌DNA的复制起点附着在细胞膜上，开始进行双向复制，复制完成后，随着细胞膜的生长和细胞的分裂，两个未来的子细胞的基因组不断分离开，最终细胞横缢为两个子细胞，每个子细胞各得一套DNA。在细菌快速生长和分裂的过程中，当细胞的一个世代即将结束时，不仅为即将形成的两个子细胞各备了一份完整的DNA，而且新的DNA分子已经开始了下一次的复制[2]。真核细胞的无丝分裂虽然不像有丝分裂那样有明显的各个时期，但是也可大致分为四个时期，染色质复制、染色质移向核的两端、核中部缢缩、核膜内陷缢裂为两个细胞核，最终分为两个子细胞[3]。

3 原核细胞光合作用的场所

高中生物学教材中提到，真核细胞光合作用的场所为叶绿体，而关于原核细胞的光合作用仅提到“蓝藻细胞内含有藻蓝素和叶绿素，是能进行光合作用的自养生物”。那么，原核细胞进行光合作用的具体场所在哪呢？

表2 伴性遗传、从性遗传、母性影响和细胞质遗传的比较

蓝藻细胞质中有环状的光合片层结构——类囊体，这是蓝藻光合作用的场所。蓝藻的光合作用与高等植物的光合作用类似，可放出氧气。蓝藻类囊体的表面分布着三类光合色素，叶绿素a、类胡萝卜素、藻胆素(藻胆素与蛋白质结合，又称藻胆蛋白)。藻胆素有藻蓝素、别藻蓝素和藻红素三种[4]。由于蓝藻只含有叶绿素a，所以其光合作用的效率低于高等植物。

光合细菌是另一类能够进行光合作用的原核生物，例如红螺菌、着色菌、红色非硫细菌、绿硫细菌、盐杆菌等[5]。光合细菌的细胞膜(又称细胞质膜)上含有光合磷酸化的酶系统，是其进行光合作用的场所，但光合细菌与蓝藻和高等植物的光合作用有很大的不同。蓝藻和高等植物的光合作用供氢体为H2O，并产生氧气。而光合细菌的光合作用供氢体为硫化物或者有机物，其光合作用不产生氧气。而且光合细菌所含的光合色素与高等植物也有所不同，为细菌叶绿素和类胡萝卜素，已知的细菌叶绿素有a、b、c、d、e五种[6]。高等植物、蓝藻、光合细菌在光合作用方面的区别见表1。

表1 高等植物、蓝藻、光合细菌光合作用对比

4 原核细胞有氧呼吸的场所

高中生物学教材中提到真核生物有氧呼吸的场所为细胞质基质和线粒体(或者说有氧呼吸的主要场所为线粒体)，关于原核生物的有氧呼吸场所并未提到。

原核细胞的细胞膜(细胞质膜)含有丰富的酶系，细胞膜内侧含有电子传递与氧化磷酸化有关的酶系，可进行有氧呼吸。细菌的细胞膜内陷形成囊状、层状或管状结构，称之为间体(或中膜体、质膜体)，类似于真核细胞中线粒体内膜内折形成的嵴。有学者认为间体上有细胞色素和琥珀酸脱氢酶，与有氧呼吸有关[1]，也有学者认为间体只是电镜制片时造成的赝像[2]。

细菌虽然没有具膜的细胞器，但是其细胞膜上含有多种酶系，除了含有与光合作用、有氧呼吸有关的酶系外，还有一些酶可以与核糖体共同完成分泌蛋白的合成与分泌。所以，细菌的细胞膜可以承担类似于真核细胞中叶绿体、线粒体、内质网和高尔基体的部分工作[1]。

5 原核细胞的细胞壁成分

高中生物学教材中提到，高等植物细胞的细胞壁主要成分为纤维素和果胶，但没有介绍原核细胞细胞壁的成分。授课时，大多数教师笼统总结为：大部分原核细胞有细胞壁，成分为肽聚糖。有关真核细胞和原核细胞的细胞壁成分对比归纳为表2。

表2 原核细胞和真核细胞的细胞壁比较