细菌结构

这种细菌尽管简单，但含有发达的细胞结构，这是其某些独特的生物结构和致病性的原因。 许多结构特征是细菌独有的，在古细菌或真核生物中是找不到的。 由于细菌相对于较大的生物体比较简单，而且它们可以很容易地进行实验操作，因此对细菌的细胞结构进行了深入研究，揭示了许多随后应用于其他生物体的生化原理。

也许细菌最基本的结构特性是它们的形态（形状）。 典型例子包括：

• 球菌（圆形或球形）
• 杆菌（杆状）
• 球杆菌（介于球体和杆之间）
• 螺旋形（开瓶器状）
• 丝状（细长）

细胞形状通常是给定细菌物种的特征，但会因生长条件而异。 一些细菌具有复杂的生命周期，涉及茎和附属物的产生（例如茎杆菌属），而一些细菌产生带有生殖孢子的复杂结构（例如粘球菌属、链霉菌属）。 当通过光学显微镜检查时，细菌通常会形成独特的细胞形态，而当在培养皿上生长时，细菌通常会形成独特的菌落形态。

也许细菌最明显的结构特征是（除了一些例外）它们的体积小。 例如，大肠杆菌细胞是一种平均大小的细菌，长约 2 µm（微米），直径约 0.5 µm，细胞体积为 0.6–0.7 μm3。 这对应于约 1 皮克 (pg) 的湿质量，假设细胞主要由水组成。 单个细胞的干质量可估计为湿质量的 23%，即 0.2 pg。 细菌细胞干物质的大约一半由碳组成，其中大约一半可归因于蛋白质。 因此，典型的完全生长的 1 升大肠杆菌培养物（光密度为 1.0，对应于 c. 109 个细胞/ml）产生约 1 g 湿细胞团。 小尺寸非常重要，因为它允许较大的表面积与体积比，从而可以快速吸收和细胞内营养物质的分布以及废物的排泄。 在表面积与体积比较低的情况下，营养物质和废物在细菌细胞膜上的扩散限制了微生物新陈代谢发生的速度，使细胞的进化适应性降低。 大细胞存在的原因尚不清楚，但推测增加的细胞体积主要用于储存多余的营养。

典型细菌细胞和典型人类细胞的比较（假设两个细胞都是球体）：

细胞膜由细胞膜和细胞壁组成。 与其他生物体一样，细菌细胞壁为细胞提供了结构完整性。 在原核生物中，细胞壁的主要功能是保护细胞免受内部膨胀压力的影响，该内部膨胀压力是由于与外部环境相比，细胞内的蛋白质和其他分子浓度更高。 细菌细胞壁与所有其他生物的不同之处在于存在紧靠细胞膜外的肽聚糖。 肽聚糖由等量交替的 N-乙酰胞壁酸 (NAM) 和 N-乙酰葡糖胺 (NAG) 残基组成的多糖主链组成。 肽聚糖负责细菌细胞壁的刚性和细胞形状的确定。 它是相对多孔的，不被认为是小基材的渗透屏障。

虽然所有细菌细胞壁（少数例外，如细胞外寄生虫如支原体）都含有肽聚糖，但并非所有细胞壁都具有相同的整体结构。 由于细胞壁是细菌生存所必需的，但在某些真核生物中不存在，因此几种抗生素（特别是青霉素和头孢菌素）通过干扰细胞壁合成来阻止细菌感染，同时对没有细胞壁的人类细胞没有影响，仅 一个细胞膜。 细菌细胞壁主要有两种类型，即革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，它们通过革兰氏染色特征进行区分。 对于这两种类型的细菌，大约 2 nm 的颗粒可以穿过肽聚糖。 如果细菌细胞壁被完全去除，则称为原生质体，而如果部分去除，则称为原生质球。 β-内酰胺抗生素如青霉素抑制细菌细胞壁中肽聚糖交联的形成。 人类眼泪中发现的溶菌酶也能消化细菌的细胞壁，是人体抵御眼部感染的主要防御手段。