古细菌
总结古细菌的特点
总结古细菌的特点1. 引言古细菌（Archaea）是一类单细胞微生物，最早发现于20世纪70年代，最初被分类为细菌的一类。
然而，进一步的研究表明，古细菌与细菌和真核生物有着许多显著的区别，使其成为一个独立的生物界。
在本文中，我们将对古细菌的特点进行总结，以增加对这一神秘生物的认识。
2. 细胞结构古细菌的细胞结构与细菌和真核生物有所不同。
古细菌的细胞壁通常由蛋白质构成，而不是多糖，这使得其在抗生物质作用上有别于细菌。
此外，古细菌的细胞膜中含有特殊的脂类，称为异戊烷脂。
这种脂类能够帮助古细菌在极端环境中生存，如高温、高盐度和低酸度等条件。
3. 基因组特征古细菌的基因组结构也与细菌和真核生物有所区别。
古细菌的基因组通常较小且较简单，相对于真核生物而言，其基因数目较少。
此外，古细菌的基因组还存在一种独特的复制方式，称为环形复制，与真核生物和部分细菌的线性复制方式不同。
4. 系统发育在早期的分类系统中，古细菌被归类为细菌的一类。
然而，随着分子生物学技术的发展，研究人员发现古细菌与细菌和真核生物有很大的区别，因此被单独归为一个独立的生物界。
根据系统发育树的构建，古细菌被认为是生命进化的第三个域，与细菌和真核生物形成三个独立的分支。
5. 生存环境古细菌广泛存在于地球上各种极端环境中，如深海热液喷口、高温泉水、高盐度湖泊和极寒地区的冰川。
这些极端环境对于大多数其他生物来说是致命的，但古细菌却能够适应并繁衍生息。
这一适应能力使得古细菌成为了研究极端生命形式的重要模型。
6. 代谢特征古细菌的代谢特征也与细菌和真核生物有所不同。
一些古细菌能够进行厌氧呼吸，以产生能量。
此外，一些生活在高盐度环境中的古细菌还能够利用光合作用产生能量。
这些特殊的代谢特征使得古细菌在现代生物多样性中占据了独特的地位。
7. 应用价值古细菌的独特特点使得它们具有广泛的应用价值。
例如，由于其特殊的耐高温能力，古细菌酶已被应用于许多工业过程中，如制药和食品加工。
微生物之古细菌
真核生物的生存环 境很广泛，也是根 据不同真核生物的 代谢类型而有不同 的生存环境。
形态
细菌的基本形态有三： 真核生物范围很广， 球形、杆形和螺旋形。 有大有小，形态各 此外，有的细菌还有 异。 荚膜，鞭毛以及芽孢。 但在不利的生活环境 下或菌龄老时会出现 不规则的多形性。
特征
古细菌
细菌
真核
中间代谢
亚基)
d、甲烷螺菌：无细胞壁，只有 一层由蛋白质纤维组成的鞘
1、产甲烷菌
（2）培养方法 专性厌氧，需要在特殊环境下操作；
目前最好的是厌氧手套箱
厌氧培养箱
2、极端嗜盐古菌
分为5大群、8属、19种
生活环境：高盐环境 细胞形状：细胞形态为链状、 杆状、球状等多形态。革兰氏阴性， 极生鞭毛。好氧或兼性厌氧。
5、RNA聚合酶AB’B’型
营养类型：化能异养，不发酵（好氧或兼性厌氧有关）
3 热原体
• 无细胞壁、嗜热嗜酸、好氧、化能有机营养，所以被称为热
原体Thermoplasma
• 有的种具有多根鞭毛，能够运动 • 质膜的主要成分是一种带有甘露糖和葡萄糖单位的四醚类脂
(tetratherlipid)的脂多糖化合物。同时质膜中也含有糖肽，
但没有固醇类化合物，这样的质膜使热原体表现出对渗透压、 酸、热的稳定性。
嗜酸热原体
Thermoplasma acidophilum
4、古生硫酸盐还原菌 专性嗜热，好氧、兼性厌氧、严格厌氧，革兰 氏阴性，杆状、丝状或球状。大多数种是硫代谢菌，
经常在温泉中发现。
4、古生硫酸盐还 原菌
分布于深海海底、热泉和地层深部储油层。化能 自养，单极多生鞭毛，并产少量甲烷。
延胡索酸火叶菌
（Pyrolobus fumarii）， 一种生活在113℃大西洋 热液喷口的古菌。
古细菌
亚基)
d、甲烷螺菌：无细胞壁，只有 一层由蛋白质纤维组成的鞘
1、产甲烷菌
（2）培养方法 专性厌氧，需要在特殊环境下操作；
目前最好的是厌氧手套箱
厌氧培养箱
2、极端嗜盐古菌 分为5大群、8属、19种 生活环境：高盐环境 细胞形状：细胞形态为链状、
杆状、球状等多形态。革兰氏阴性
，极生鞭毛。好氧或兼性厌氧。
嗜酸热原体
Thermoplasma acidophilum
4、古生硫酸盐还原菌 专性嗜热，好氧、兼性厌氧、严格厌氧，革兰 氏阴性，杆状、丝状或球状。大多数种是硫代谢菌
，经常在温泉中发现。
4、古生硫酸盐还原菌
分布于深海海底、热泉和地层深部储油层。化能 自养，单极多生鞭毛，并产少量甲烷。
盐沼盐杆菌——生活在盐湖、 盐场及腐败的盐制品等中性盐 环境中。
2、极端嗜盐古菌
极端嗜盐菌细胞结构特点：
1、细胞壁不含二氨基庚二酸、胞壁酸，主要成分为脂蛋白
2、细胞质膜上含有菌紫质——菌视紫红蛋白，形成紫膜，紫 膜是细胞质膜的一部分
3、细胞质中含有胡萝卜素、菌红素，保护菌体
4、有气泡，调节浮力 5、RNA聚合酶AB’B’型 营养类型：化能异养，不发酵（好氧或兼性厌氧有关）
细胞封套：包括细胞壁、表面 层、鞘和荚膜，分为四种
a、细胞壁：G+产甲烷菌细胞壁结构
与G+真细菌相似。化学成分不同，不
含胞壁质（即不含二氨基庚二酸或胞 壁酸），而是假胞壁质或未硫酸化的
异多糖
1、产甲烷菌
b、G+炽热高温甲烷菌：细胞壁
外有一层六角形蛋白质亚基即S 层覆盖 c、G-产甲烷菌：无外膜，只有 一层S层(蛋白质亚基或糖蛋白
古细菌
广古菌门(Euryarchaeota)
包含了古菌中的大多数种类，包括了经常能 在动物肠道中发现的产甲烷菌、在极高盐浓 度下生活的盐杆菌、一些超嗜热的好氧和厌 氧菌，也有海洋类群。在16S rRNA系统发育 树上，它们组成一个单系群。
古菌域(Archaea)－广古菌门
盐杆菌纲(Halobacteria) 甲烷杆菌纲(Methanobacteria) 甲烷球菌纲(Methanococci) 甲烷微菌纲(Methanomicrobia) 甲烷火菌纲(Methanopyri) 古球状菌纲(Archaeoglobi) 热原体纲(Thermoplasmata) 热球菌纲(Thermococci)
产甲烷古菌可能是火星生命形式
一个美国科学家小组2005年12月5日报告说，他们 在格陵兰岛地下冰芯中发现了产甲烷古菌生存的证 据。科学家称，这种能在极端严酷条件下生存的微 生物有可能在火星上生存。
研究人员认为产甲烷古菌很可能存在于火星上，并 且是火星大气中甲烷的来源。为了验证这一设想他 们制造一台荧光探测仪，用来探测产甲烷古菌新陈 代谢时产生的微弱荧光，这台仪器能探测出每毫升 土壤或地层中存在的1个古菌，安装在新的火星车 上寻找火星生命。
1977年，C. R. Woese等人在用各种原核生物的16S rRNA进行分子进化研究时，发现一类能利用CO2和H2产
生甲烷的厌氧细菌（产甲烷菌Methanococcus）的rRNA
序列与一般细菌的十分不同，不同的程度比一般细菌的 rRNA序列与真核生物的rRNA序列的差异还要大。
原来被认为是细菌的甲烷球菌代表着一种既不同于真核生物, 也不同于细菌的生命形式。他们认为这是地球上的第三生命 形式,并命名为古细菌。进一步的研究确证了古细菌与真细 菌之间的重大差异，同时发现古细菌的一系列分子生物学和 细胞生物学特征与真核生物有不少相似之处。
古细菌
5/8/2014
5/8/2014
1.2 产甲烷菌的分类 随着厌氧培养技术和菌种鉴定技术的不断成熟， 产甲烷菌的系统分类也在不断完善. 《伯杰氏系统 细菌学手册》第9版将近年来的研究成果进行了总 结和肯定，并建立了以系统发育为主的产甲烷菌最 新分类系统. 产甲烷菌分可为5个大目，分别是：甲 烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷球菌目 (Methanococcales)、甲烷微菌(Methanomicrobiales)、 甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)和甲烷火菌目 (Methanopyrales) 。
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1.3 产甲烷菌的化学组成 在化学组成上与其他细菌差距甚大。它的细胞 壁不含有真正的肽聚糖，而是含有假肽聚糖。细 胞壁没有细菌细胞壁胞壁质的特征，而是富含有 各种表层蛋白。其细胞膜的主要成分为植烷醇基 甘油醚。
5/8/2014
1.4 产甲烷菌的生活环境 产甲烷菌主要生活在多水、缺氧的沼泽和湿地 等环境中。它们通过将CO2还原成CH4而获得能量 生长，电子供体仅限于H2、甲酸和CO。氨为唯一#43;泵作用 嗜盐菌的菌视紫素可强烈吸收 570nm 处的绿色 光谱区，菌视紫素的视觉色基(发色团) 通常以一 种全—反式结构存在于膜内侧。 当受光照时，分子中的生色团（一视黄醛）在 光刺激下产生快速的从全反结构到 13 顺结构的光 异构化过程。
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这种转型作用的结果使H+质子经转移到膜的外 面，然后通过热弛豫，历经一系列中间态再回到 基态 B，完成顺式状态又转换成更为稳定的全— 反式异构体的一次光循环。 这种循环，形成质膜上的H+质子梯度差，即H+ 泵，产生电化势，菌体利用这种电化势在ATP 酶 的催化下，进行ATP的合成，为菌体贮备生命活动 所需要的能量。
古细菌的研究进展
古细菌的研究进展古细菌（Archaea）是一类原核生物，与细菌（Bacteria）和真核生物（Eukarya）共同构成生命的三个域。
最早发现于20世纪70年代，由于其生态多样性和独特的生存环境，古细菌的研究引起了科学界的广泛兴趣。
本文将介绍古细菌的研究进展，主要包括其多样性、生态适应性以及潜在的应用价值。
首先，古细菌的多样性是近年来研究的重点之一、古细菌分布于各种极端环境，如热液喷口、盐湖、酸性矿泉等，这些环境对其他生命形式来说是极端的，但对古细菌来说却是其赖以生存的家园。
比如，热液喷口中的嗜热菌（Thermophiles）可以生存于高温水域（>80°C），耐辐射菌（Radiophiles）可以在高剂量辐射下存活，盐湖中的嗜盐菌（Halophiles）可以在高盐浓度环境中繁衍。
通过对这些极端环境中的古细菌进行研究，科学家们揭示了其独特的生态适应性。
其次，古细菌的生态适应性与其基因组特点密切相关。
近年来，通过对古细菌的全基因组测序和比较基因组学分析，科学家们发现古细菌拥有一系列适应极端环境的基因。
例如，热液喷口中的嗜热菌拥有独特的热稳定蛋白和热休克蛋白，使其可以在高温下保持生命活动；耐辐射菌则具有DNA修复和抗氧化系统，可以抵御辐射损伤；盐湖中的嗜盐菌则具有调节细胞内盐浓度的机制。
这些基因的发现不仅有助于揭示古细菌的生存方式，也为工业和医学等领域的应用提供了新的思路。
古细菌的研究还为科学家们提供了一扇了解早期生命进化的窗口。
根据生命在地球上出现的时间，细菌和古细菌是远古生命的代表。
相比于细菌，古细菌与真核生物更为相似，被认为是真核生物的祖先或近亲。
通过对古细菌的研究，科学家们试图揭示早期生命进化的过程和机制。
例如，古细菌的膜脂层结构与真核生物相似，通过对古细菌膜脂酯合成基因的研究，科学家们探索了早期生命进化中脂质合成的原理和机制。
此外，古细菌还具有潜在的应用价值。
古细菌的特殊生态适应性和基因组特点赋予其在环境修复、能源开发和药物研发等方面的潜在应用价值。
第二章原核微生物1古菌
2001年，古细菌域分类为泉古生菌门和广古生菌门。
（一）泉古生菌门
大多数泉古生菌极端嗜热、嗜酸，代谢硫。 大多生长在含硫地热水或土壤中。
其下有1纲3目、5科、22属，其代表属特征 见表2－1。
三、环境保护和环境工程领域研究古菌的意义
极端微生物对极端环境有很强的适应性和需要性，对 极端微生物基因组的研究有助于从分子水平研究极限 条件下微生物的适应性，加深对生命本质的认识。
环境工程中，在处理极端废水时，都要事先将极端废 水调整到合适的范围后再进行微生物处理。目前如果 缺少这些过程，往往不能获得满意的处理效果。
•嗜酸菌属也无细胞壁，质膜外有S层其形原菌呈不规则类球形，G-菌，由
蛋白亚单位组成细胞壁 极端嗜热，厌氧菌
⑤嗜热嗜酸菌
包括古生硫酸还原菌和极端嗜热菌 特点是：专性嗜热，好氧、兼性或严格厌氧，
G-菌，杆状，丝状或球状，最适生长温度在 70～105℃之间，嗜酸性和嗜中性，自氧或 异氧生长。大多数种是硫代谢菌。
2－4
产甲烷菌的细胞结构： 有细胞封套（包括细胞壁、表面层、鞘和
荚膜）、细胞质膜、原生质和核质。 产甲烷菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性
菌。
产甲烷菌的培养方法：
由于产甲烷菌是严格厌氧的，其分离和培 养等要求特殊的环境和方法。如厌氧的培养条 件、厌氧的操作条件（如厌氧手套箱）。
在环境工程中，产甲烷菌具有特殊的意义。 在厌氧条件下，产甲烷菌与其他菌（水解菌、 产酸菌等）共同作用，将有机物转化为甲烷， 这就是所谓的“沼气发酵”。
在这种喜欢盐分的方形细菌被发现２０多年后， 科学家最近终于在实验室中成功培养了它，方形细菌 还对氯化镁有极强耐受力。太阳系的一些天体如木星 的卫星木卫二和木卫三上，有着氯化镁含量很高的盐 水。研究方形细菌有可能为在这些天体上寻找生命提 供线索。
古细菌的概念
古细菌的概念古细菌是一类生物体，属于原核生物界中的一支，与细菌和真核生物一同构成生物界的三个主要分支。
虽然古细菌过去被认为是细菌的一部分，但现在已被确认为一个独立的生物类别。
古细菌的发现和研究，为科学家们带来了关于生命起源和进化的重要线索，也让我们对生命的多样性有了更深入的认识。
古细菌最早是在20世纪70年代由美国微生物学家卡尔·瓦欣克发现的。
当时，他在热泉中发现了一类形态独特的微生物，这些微生物的特点在形态和生理上都与细菌和真核生物有所不同，因此被称为古细菌。
瓦欣克的发现引起了科学界的广泛关注，并且为古细菌的研究打开了大门。
通过对古细菌的研究，科学家们发现了许多有趣的特点。
首先，古细菌在形态上与其他生物有着明显的区别。
它们的细胞壁结构和细胞膜组成都与细菌和真核生物不同，具有独特的脂肪酸组成和特殊的酶系统。
其次，古细菌具有很强的适应能力和抗逆能力。
它们可以生存在极端环境中，如高温、高压、高盐、低温等，这些环境对其他生物来说是致命的，但对古细菌来说却是它们生存的理想场所。
古细菌的这种适应能力使得科学家们开始研究古细菌在生物技术、环境修复和药物研发等方面的潜力。
古细菌的研究也为科学家们提供了关于生命起源和进化的重要线索。
根据一种学说，生命最早是在地球上的海洋中诞生的，而古细菌可能是最早出现的生物形式之一。
古细菌的化学组成和生理特点与地球早期的环境相适应，这使得科学家们推测古细菌可能是地球上最早的生物。
通过研究古细菌的基因组和生物化学反应，科学家们可以揭示生命起源和进化的一些奥秘。
此外，古细菌还具有重要的应用潜力。
由于其独特的生理特点和适应能力，古细菌的一些特殊酶系统被广泛应用于生物技术领域。
例如，一些古细菌酶可以在高温条件下工作，被用于在热带地区进行酶解作用。
另外，古细菌的一些代谢产物也具有药物研发和环境修复的潜力。
因此，对古细菌的研究不仅可以扩展我们对生命起源和进化的认识，还可以为生物技术和医药领域的发展做出贡献。
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古细菌
姓名：唐选盼学号：20092113310050 班级：09海科2班
定义
古细菌(archaeobacteria)（又可叫做古生菌、古菌、古核生物的结构核细胞或原细菌）是一类很特殊的细菌，多生活在极端的生态环境中。
具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统；也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白；此外还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征，如：细胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。
常生活于热泉水、缺氧湖底、盐水湖等极端环境中的原核生物。
具有一些独特的生化性质，如膜脂由醚键而不是酯键连接。
在能量产生与新陈代谢方面与真细菌有许多相同之处，而复制、转录和翻译则更接近真核生物。
古核生物与真核生物可能共有一个由真细菌的祖先歧化而来的共同祖先。
生存环境及形态
很多古菌是生存在极端环境中的。
一些生存在极高的温度（经常100℃以上）下，比如间歇泉或者海底黑烟囱中。
还有的生存在很冷的环境或者高盐、强酸或强碱性的水中。
然而也有些古菌是嗜中性的，能够在沼泽、废水和土壤中被发现。
很多产甲烷的古菌生存在动物的消化道中，如反刍动物、白蚁或者人类。
古菌通常对其它生物无害，且未知有致病古菌
演化和分类
从rRNA演化树上，古菌分为两类，泉古菌门(Crenarchaeota)和广古菌门(Euryarchaeota)。
另外未确定的两类分别由某些环境样品和2002年由Karl Stetter发现的奇特的物种纳古菌门(Nanoarchaeum equitans)构成。
Woese认为细菌、古菌和真核生物各代表了一支具有简单遗传机制的远祖生物的后代。
这个假说反映在了“古菌”的名称中（希腊语archae为“古代的”）。
随后他正式称这三支为三个域，各由几个界组成。
这种分类后来非常流行，但远祖生物这种思想本身并未被普遍接受。
一些生物学家认为古菌和真核生物产生于特化的细菌。
古菌和真核生物的关系仍然是个重要问题。
除掉上面所提到的相似性，很多其他遗传树也将二者并在一起。
在一些树中真核生物离广古菌比离泉古菌更近，但生物膜化学的结论相反。
然而，在一些细菌，（如栖热袍菌）中发现了和古菌类似的基因，使这些关系变得复杂起来。
一些人认为真核生物起源于一个古菌和细菌的融合，二者分别成为细胞核和细胞质。
这解释了很多基因上的相似性，但在解释细胞结构上存在困难。
目前有22个古菌基因组已经完全结束了测序，另外15个的测序工作正在进行中。
代表性古细菌
极端嗜热菌（themophiles）：能生长在90℃以上的高温环境。
如斯坦福大学科学家发现的古细菌，最适生长温度为100℃，80℃以下即失活，德国的斯梯特（K. Stetter）研究组在
意大利海底发现的一族古细菌，能生活在110℃以上高温中，最适生长温度为98℃，降至84℃即停止生长；美国的J. A. Baross发现一些从火山口中分离出的细菌可以生活在250℃的环境中。
嗜热菌的营养范围很广，多为异养菌，其中许多能将硫氧化以取得能量。
极端嗜盐菌（extremehalophiles）：生活在高盐度环境中，盐度可达25%，如死海和盐湖中。
极端嗜酸菌（acidophiles）：能生活在pH值1以下的环境中，往往也是嗜高温菌，生活在火山地区的酸性热水中，能氧化硫，硫酸作为代谢产物排出体外。
极端嗜碱菌（alkaliphiles）：多数生活在盐碱湖或碱湖、碱池中，生活环境pH值可达11.5以上，最适pH值8～10。
产甲烷菌（metnanogens）：是严格厌氧的生物，能利用CO2使H2氧化，生成甲烷，同时释放能量。
CO2+4H2→CH4+2H2O+能量，由于古细菌所栖息的环境和地球发生的早期有相似之处，如：高温、缺氧，而且由于古细菌在结构和代谢上的特殊性，它们可能代表最古老的细菌。
它们保持了古老的形态，很早就和其它细菌分手了。
所以人们提出将古细菌从原核生物中分出，成为与原核生物（即真细菌eubacteria）、真核生物并列的一类。
古菌、细菌和真核生物
在细胞结构和代谢上，古菌在很多方面接近其它原核生物。
然而在基因转录这两个分子生物学的中心过程上，它们并不明显表现出细菌的特徵，反而非常接近真核生物。
比如，古菌的转译使用真核的启动和延伸因子，且转译过程需要真核生物中的TA TA框结合蛋白和TFIIB。
古菌还具有一些其它特徵。
与大多数细菌不同，它们只有一层细胞膜而缺少肽聚糖细胞壁。
而且，绝大多数细菌和真核生物的细胞膜中的脂类主要由甘油酯组成，而古菌的膜脂由甘油醚构成。
这些区别也许是对超高温环境的适应。
古菌鞭毛的成分和形成过程也与细菌不同。
基於rRNA序列的系统发生树，显示了可明显区别的三支：细菌(Bacteria)、古菌(Archaea)和真核生物(Eukarya) 。
与真细菌主要区别
1．形态学上，古细菌有扁平直角几何形状的细胞，而在真细菌中从未见过。
2．中间代谢上，古细菌有独特的辅酶。
如产甲烷菌含有F420，F430和COM及B因数。
3．有无内含子(introns)上，许多古细菌有内含子。
4．膜结构和成分上，古细菌膜含醚而不是酯，其中甘油以醚键连接长链碳氢化合物异戊二烯，而不是以酯键同脂肪酸相连。
5．呼吸类型上，严格厌氧是古细菌的主要呼吸类型。
6．代谢多样性上，古细菌单纯，不似真细菌那样多样性。
7．在分子可塑性(molecular plasticity)上，古细菌比真细菌有较多的变化。
8．在进化速率上，古细菌比真细菌缓慢，保留了较原始的特性
古细菌的主要研究方向
古细菌的研究一般都会具体到某种古细菌，进而研究其相关的性质，下面举一些
1.产甲烷常温古细菌和嗜热古细菌代谢网络拓扑结构与功能间的关联性研究
2.菲厌氧降解对细菌和古细菌群落的影响
3.古细菌-硫细菌蛋白AF1514的纯化及晶体生长研究(英文)
4.采油废水缺氧处理体系细菌和古细菌丰度对比
5.古细菌极性脂质片段的提取和四醚脂质体的制备及稳定性研究。